การแปรสภาพ

การแปรสภาพ (อังกฤษ: metamorphism) เป็นการแปรสภาพของชั้นหิน

คำว่า “metamorphic” มาจาก “meta” แปลว่า “เปลี่ยนหรือแปร (change) ” และ “morph” แปลว่า“รูปร่าง (form) ” ดังนั้นจะสามารถแปลตรงตัวได้ว่า metamorphic rocks คือ หินที่ถูกทำให้เปลี่ยนหรือแปรสภาพไป (changed rocks) จะได้ว่าหินแปร คือ หินเดิมที่ถูกแปรสภาพภายใต้สภาวะความดัน และอุณหภูมิ รวมถึงกระบวนการอื่น ๆ ด้วย โดยองค์ประกอบดั้งเดิมของหินจะถูกหลอมผสมเข้าด้วยกันใหม่ นอกจากนี้หินทุกชนิดสามารถถูกแปรสภาพเป็นหินแปรได้ และจะปรากฏลักษณะที่บ่งบอกว่า เป็นหินแปร เช่น การตกผลึกใหม่ (Recrystallization), การเกิดแร่ใหม่ (New mineral), และ การเรียงตัวของแร่ (Texture, Structure) ฯลฯ

กระบวนการแปรสภาพ (Metamorphism)

ภาพแสดงชนิดการแปรสภาพ ตามอุณหภูมิและความดัน

แบ่งแบบที่ 1

ได้ 4 ประเภทคือ

1. Contact metamorphism เกิดจากหินหนืดหรือลาวาแทรกดันขึ้น มาสัมผัสกับหินท้องที่โดยตรง ทำให้มีการถ่ายเทพลังงานความร้อนปริมาณมาก โซนการสัมผัสอยู่ตั้งแต่ไม่กี่เมตรจนถึงกิโลเมตร ขึ้นอยู่กับความหนาของหินหนืด องค์ประกอบของหินท้องที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงกับพื้นที่สัมผัส เรียกกระบวนการนี้ว่า Metasomatism มักเกิดกับหินคาร์บอเนตสัมผัสกับหินอัคนี silicic เรียกว่า หินสการ์น หรือ หินเทกไทต์
2. Regional metamorphism การแปรสภาพบริเวณไพศาล มักสัมพันธ์กับการเกิดแนวเทือกเขาขนาดใหญ่ ที่มีการเปลี่ยนแปลงความดัน-อุณหภูมิปริมาณมาก ทำให้เกิดการตกผลึกใหม่และเริ่ม เฟสใหม่
3. Burial metamorphism เกิดในแอ่งตะกอนที่บริเวณขอบของการชนกัน อาจได้รับความดันจำนวนมาก เริ่มตั้งแต่ High-grade diagenesis
4. Cataclastic metamorphism เกิดจากการแตกและเกาะเป็นเม็ดในโซนของรอยเลื่อน หรือบริเวณใกล้เคียง

แบ่งแบบที่ 2

ตามลักษณะของสิ่งที่ทำให้เกิดการแปรสภาพ (metamorphism)

1. การแปรสภาพโดยความร้อนและความดัน (temperature and pressure) เรียกว่า การแปรสภาพแบบไพศาล (regional metamorphism)
2. การแปรสภาพโดยความร้อน น้ำ ร้อน หรือไอระเหิด (temperature, hydrothermal, and vapour) เรียกว่า การแปรสภาพแบบสัมผัส (contact metamorphism)
3. การแปรสภาพโดยแรง เรียกว่า การแปรสภาพแบบไดนามิก (dynamic metamorphism or cataclastic metamorphism)

ชุดลักษณ์ของการแปรสภาพ (Metamorphic Facies)

ภาพแสดงชุดลักษณ์ของการแปรสภาพ

แบ่งเป็น 7 Facies ตามอุณหภูมิและความดันดังภาพ

Zeolite and Prehnite-Pumpellyite- Metagraywacke Facies

ระดับการแปรสภาพต่ำ เกิดจากกระบวนการ burial process

• Zeolite Facies ลึกจากพื้น ดิน 1-5 กิโลเมตรขึ้น อยู่กับการเพิ่มขึน้ ของอุณหภูมิตามความลึก (Geothermal gradient) และ หินท้องที่ (Reactive Materials)

แร่ที่สำคัญได้แก่ Laumonitite, Albite, หรืออาจจะพบแร่ Wairakite และ Prehnite

• Prehnite-pumpellyite-metagraywacke Facies เกิดที่ความลึก 3-13 กิโลเมตร แร่ที่พบเป็นส่วนใหญ่คือ

Prehnite, Pumpellyite และQuartz บางครัง้ Pumpellyiteพบร่วมกับ Actinoliteในขณะที่ไม่มี Prehnite

ภาพแสดงชุดลักษณ์การแปรสภาพ ตามอุณหภูมิและความดัน

Epidote-Amphibolite Facies

แร่หลักของFacies นีได้แก่ Almandine (Garnet) แร่อื่นที่ประกอบด้วยได้แก่ Actinolite, Na-rich plagioclase and, Kyanite หรือAndalusite

Amphibolite Facies

ประกอบด้วยแร่อะลูมินัม ซิลิเกต เช่น Plagioclase (An>20), Green-brownhornblende, Diopside, Staurolite, Cordierite, Grossularite, หรือ Andradite

ตารางแสดง Prograde and Retrograde of metamorphic

Granulite Facies

เกิดในสภาวะที่ที่มีความดันและอุณหภูมิสูงที่สุด เช่นบริเวณแผ่นเปลือกทวีปที่ลึกที่สุด สัมพันธ์กับ Amphibolite Facies, Migmatites, หรือ หินอัคนีพุอื่น ๆ ประกอบด้วยแร่ Pyroxene, Biotite และ Hornblende เป็นแร่หลักที่พบใน Facies นี้

Blueschist Facies

เกิดในสภาวะที่ความดันสูงแต่อุณหภูมิต่ำ แร่ที่พบส่วนใหญ่ได้แก่ Glaucophane, Jadeite, Lawsonite และ Aragonite

Eclogite Facies

เกิดในสภาวะที่ความดันสูง มีส่วนประกอบคล้ายหินละซอล์ต แร่ Omphacite และPyropic garnet นอกจากนียั้งพบแร่อื่น ๆ เช่น Chlorite, Muscovite, Epidote, หรือ Glaucophane

Hornfels and Sanidinite Facies

พบแร่ที่เกิดความดันต่ำ ได้แก่ Cordierite, Biotite, Garnet, Andalusite, Sillimanite หรือ Wollastonite

ลักษณะหินแปรในประเทศไทย

หินแปรในประเทศไทยนั้นพบได้ทุกภูมิภาค ยกเว้นบริเวณที่ราบสูงโคราช แต่หินแปรพวกนี้ก็ยังไม่สามารถบอกอายุที่แน่ชัดได้เนื่องจากหินถูกแปรสภาพไปแล้ว บางแห่งที่พบซากดึกดำบรรพ์ก็ไม่สามารถนำมาบอกอายุหินได้รวมถึงการใช้กัมมันตรังสีก็ยังมีข้อจำกัดอยู่อีกมากมาย ข้อมูลโดยส่วนใหญ่จึงมักกล่าวถึงเรื่องลักษณะของหินที่พบ แต่อย่างก็ตามหินแปรที่คนนิยมสนใจศึกษาคือ หินแปรในช่วงพรีแคมเบียน (ซึ่งเป็นพวก high grade metamorphism และ anatexites) และต่อเนื่องมาถึงหินพาลิโอโซอิคตอนล่าง (แสดงลักษณะ low grade metamorphism) เนื่องจากมีการแสดงการแปรสภาพเพียงครั้งเดียวและมีการแบ่งลำดับขั้นของการแปรสภาพ (Grade of metamorphism)

อ้างอิง

• กรมทรัพยากรธรณี, ธรณีวิทยาประเทศไทย. พิมพ์ครั้งที่ 2. กรุ งเทพฯ: กรมทรัพยากรธรณีกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม, 2550, 628 หน้า.