ธรณีประวัติ

 ธรณีประวัติ

มาตราธรณีกาล(Geologic time scale)

เวลาที่ใช้แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

1.เวลาสัมบูรณ์ (absolute time) หาได้จากอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี หรือธาตุไอโซโทปซึ่งมีอะตอมของธาตุเดียวกัน แต่มีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสต่างกัน ซึ่งเป็นธาตุที่ไม่มีเสถียรภาพ จะสลายตัวและปล่อยอนุภาคออกมา เวลาที่ใช้ไปในการทำให้อะตอมของธาตุที่มีอยู่เดิมสลายไปครึ่งหนึ่งเรียกว่า "ครึ่งชีวิต" (half life) โดยธาตุสุดท้ายที่เหลือจากการสลายตัวคือธาตุตะกั่ว เนื่องจากทราบอัตราการสลายตัวของธาตุที่แน่นอนในแต่ละธาตุ นักวิทยาศาสตร์จึงนำมาใช้คำนวณหาอายุสัมบูรณ์ของหินที่มีธาตุกัมมันตรังสี อายุที่ได้ถือว่าเป็นเวลาสัมบูรณ์ ธาตุที่นิยมใช้ได้แก่ ยูเรเนียม ทอเรียม โพแทสเซียม และคาร์บอน ซึ่งมักพบในแร่และหินมากน้อยต่างกัน จากงานวิจัยทำให้ทราบค่าเฉลี่ยของธาตุไอโซโทปเหล่านี้ว่าปกติมีปริมาณเท่าใด

คุณสมบัติของธาตุกัมมันตรังสีที่เหมาะในการใช้หาอายุจะต้อง
        1. มีอัตราการสลายตัวที่สม่ำเสมอ
        2. มีครึ่งชีวิตที่นานพอสมควร
        3. ควรเป็นธาตุที่พบทั่วไปในวัสดุที่เป็นเปลือกโลก

ธาตุกัมมันตรังสีที่นิยมใช้หาอายุหิน มียูเรเนียม 238 ซึ่งมีครึ่งชีวิตถึง 4.51พันล้านปี ธาตุสุดท้ายที่ได้จากการสลายตัวคือตะกั่ว โพแทสเซียม 40 มีครึ่งชีวิต 1.31 พันล้านปี และพบมากในหินอัคนี

กรณีต้องการหาอายุซากพืช-สัตว์ นิยมใช้ คาร์บอน-14 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 5568 ปี ส่วนใหญ่ใช้หาอายุวัตถุโบราณ ซึ่งมีอายุสูงสุดประมาณ 40,000 ปี (ไม่เกิน 100,000 ปี) คาร์บอน-14 ที่พบในธรรมชาติเกิดจากรังสีคอสมิกชนนิวเคลียสของธาตุไนโตรเจน หลัง จากนั้นจะกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และเข้าสู่วงจรคาร์บอน ผู้ค้นพบวิธีหาอายุแบบนี้คือ ดร.ดับเบิลยู. เอฟ.ลิบบี

นอกจากนี้ยังมีวิธีอื่นอีก เช่น
1.1 เทอร์โมลูมิเนสเซนซ์ (thermoluminescence) เป็นกระบวนการที่แร่เมื่อถูกความร้อนที่สูงกว่า 400 องศาเซลเซียส จะเปล่งแสงออกมา ซึ่งเป็นสัดส่วนกับพลังงานที่อยู่ในแร่นั้น ๆ มักใช้กับแร่ควอตซ์ และเฟลด์สปาร์ เหมาะสำหรับการหาอายุในยุคควอเทอร์นารี

1.2 ภาวะแม่เหล็กบรรพกาล (palaeomagnetism) ความเป็นแม่เหล็กอย่างอ่อนของหิน ซึ่งอาจมีตั้งแต่ตะกอนสะสมตัวหรือขณะหินหนืดกำลังแข็งตัว ในขณะที่เกิดเกิดสารแม่เหล็กในเนื้อหินจะวางตัวตามทิศทางสนามแม่โลกโลกในขณะ นั้น ด้วยคุณสมบัติดังกล่าวจึงถูกนำไปใช้หาทิศของขั้วแม่เหล็กโลกในช่วงเวลาต่าง ๆ ของหิน และเป็นหลักฐานสำคัญที่สนับสนุนทฤษฎีการขยายตัวของพื้นมหาสมุทร

1.3 การนับวงปีต้นไม้ (Tree ring) เป็นที่ทราบว่าวงปีในต้นไม้สามารถบ่งบอกอัตราการเติบโตของต้นไม้ใน แต่ละปี รวมทั้งบ่งบอกสภาพแวดล้อมทางภูมิอากาศในแต่ละปีอีกด้วย วงปีคู่หนึ่งประกอบด้วยวงสีเข้มและวงสีอ่อน 1 คู่

2. เวลาเปรียบเทียบ (relative time) ได้จากการหาความสัมพันธ์และการเปรียบเทียบที่เราใช้กันในชีวิต ประจำวัน ซึ่งทางธรณีวิทยาคิดบนพื้นฐานที่ว่า

2.1 ชั้นหินที่อยู่ล่างจะเกิดก่อนชั้นหินที่วางทับอยู่ เรียกกฎนี้ว่า "กฎการลำดับชั้น" (Law of Super- position) ผู้ตั้งกฎนี้คือ นิโคลัส สตีโน (Nicolaus Steno) และ "การที่หินอัคนีที่แทรกตัดเข้าไปในหินอีกชนิด หินอัคนีที่แทรกไปนี้จะมีอายุอ่อนกว่าหินที่ถูกตัด" เรียกกฎนี้ว่า "กฎความสัมพันธ์ของการตัด" (Law of Cross-cutting Relationship)

2.2 การเปรียบเทียบชั้นหิน (Correlation of Sedimentary Rocks) การแสดงความสัมพันธ์ของลักษณะ ตำแหน่ง และการลำดับชั้นหินของธรณีวิทยาในที่ต่าง ๆ กัน ทำได้ 2 แบบ คือ
        2.2.1 การเปรียบเทียบชุดหินโดยอาศัยลักษณะทางกายภาพ เป็นการเปรียบเทียบตรงไปตรงมา โดยอาศัยลักษณะทางกายภาพของหินในแต่ละลำดับชั้นที่ต้องการเปรียบเทียบ ดังรูป

        2.2.2 การเปรียบเทียบโดยอาศัยซากดึกดำบรรพ์ ทำได้โดยอาศัยซากดึกดำบรรพ์ในแต่ละชั้นหินในลำดับชุดหินที่ต้องการเปรียบ เทียบ โดยมีสมมุติฐานว่าซากดึกดำบรรพ์ดรรชนีที่อยู่ในชั้นหินบริเวณหนึ่ง สามารถเปรียบเทียบได้กับซากดึกดำบรรพ์ดรรชนีที่อยู่ในชั้นหินอีกบริเวณหนึ่ง ถ้าเป็นซากดึกดำบรรพ์ดรรชนีชนิดเดียวกัน ชั้นหินทั้งสองบริเวณควรมีอายุการสะสมตัวในช่วงอายุเดียวกัน

แท่งแห่งธรณีวิทยา(The geologic column) นักธรณีวิทยาพบว่าช่วงต่อเวลาแต่ละช่วงจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างทันทีทันใด ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า Break หรือ Gap จึงใช้เป็นขอบเขต (boundaries) ระหว่างชั้นหินที่มีอายุต่างกัน

ซากดึกดำบรรพ์(Fossil)

สิ่งมี ชีวิตในปัจจุบันเมื่อตายไปและฝัง ไม่ถือว่าเป็นซากดึกดำบรรพ์ จะถือว่าเป็นซากดึกดำบรรพ์ก็ต่อ เมื่อได้ถูกฝังตัวอยู่ในช่วงก่อนระยะเวลาเริ่มต้นของประวัติศาสตร์

ซากดึกดำบรรพ์พบในหินตะกอนเป็นส่วนใหญ่ บริเวณที่พบซากดึกดำบรรพ์ บอกให้ทราบถึงสภาวะที่มันถูกทับถม โดยดูจากชนิดของซากดึกดำบรรพ์

การที่ซากดึกดำบรรพ์คงสภาพให้เห็นนั้นขึ้นกับ
        1. อุณหภูมิ ต้องเย็นจัดหรือแห้งแล้ง เพราะจะทำให้รอดพ้นจากการทำลายของแบคทีเรีย
        2. ต้องถูกทับถมโดยเร็วเพื่อหลีกเลี่ยงจากการทำลายของแบคทีเรีย
        3. ร่องรอยของสัตว์ (traces of animals)

ซากดึกดำบรรพ์ที่พบแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ
      1. ส่วนที่แข็ง (Hard part) เช่นเปลือกหอย, ส่วนโครง (skeleton)
        2. ส่วนที่เป็นเนื้อ (Soft part) เช่น เนื้อเยื่อต่างๆ

ชนิดของการถูกเก็บรักษาสภาพ
1. Unaltered soft parts: เช่น ซากช้างแมมม็อท (mammoths) และแรดมีขน (rhinoceroses)

2. Unaltered hard parts: สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ส่วนที่แข็งประกอบจาก calcium carbonate, calcium phosphate, silica, complex organic compounds หรือ combinations calcium carbonate รูปของแร่แคลไซต์หรืออะราโกไนต์ silica จะเป็นพวก non-crystalline, hydrated form (opal)

2.1 พวก Unaltered hard parts แบ่งเป็น

2.1.1 Calcitic shells: พวก unaltered ที่เป็นแร่แคลไซต์พบในหินมหายุคพาลีโอโซอิก มีโซโซอิก และซีโนโซอิก

2.1.2 Aragonitic shells: ส่วนมากจะถูกรักษาสภาพในรูปของ Unaltered อายุมหายุคซีโนโซอิก ในหินดินเหนียว (clays) อายุมีโซโซอิกที่พบสมบูรณ์มีน้อย ในมหายุคพาลีโอโซอิกพบน้อยมากหรือไม่มีเลย แร่อะราโกไนต์จะไม่คงทนและจะละลายในสารละลายหรือจะตกผลึกใหม่ไปเป็นแคลไซต์

2.1.3 Phosphatic shells: พวก unaltered phosphatic shell พวกนี้คงทนต่อสารเคมี พบในหินที่มีช่วงอายุตั้งแต่แคมเบรียนจนถึงสมัยปัจจุบัน

2.1.4 Siliceous shells: ส่วนมากเป็นพวก radiolarians และ sponge พบในหินอายุซีโนโซอิก

2.1.5 Organic compound เป็น complex molecules ของ carbon, hydrogen, oxygen และธาตุอื่น ๆ พวกนี้คงทนต่อการทำลายของแบคทีเรีย ดังนั้นจึงไม่ถูกทำลาย เช่น graptolites

2.2 พวก Altered hard parts: ซากดึกดำบรรพ์มีการเปลี่ยนแปลงจากโครงสร้างเดิม วิธีการเหล่านี้ได้แบ่งออกเป็นชนิดต่าง ๆ ดังนี้

2.2.1 Carbonized: คือกระบวนการที่ซากสิ่งมีชีวิตสลายไปหมด เหลือแต่ธาตุคาร์บอนปรากฏอยู่ในหิน การเกิดซากดึกดำบรรพ์แบบนี้ เรียกว่า Carbonization ซากดึกดำบรรพ์ที่ถูกเก็บรักษาโดยวิธีนี้ได้แก่ graptolites, ปลา หรือซากพืช

2.2.2 Permineralized: ส่วนที่เป็นของแข็งเปลี่ยนไปเรียก Permineralized กระบวนการเกิดเรียก Permi-neralization หรือ Petrifaction เป็นกระบวนการที่เนื้อไม้กลายสภาพเป็นหิน เนื่องจากสารละลายซิลิกาเข้าไปแทนที่ทั้งหมด โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและโครงสร้าง

2.2.3 Recrystallized: โครงสร้างภายในเปลือกบางชนิดเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่า การตกผลึกใหม่ (recrystallized) กระบวนการนี้เรียกว่า Recrystallization

2.2.4 Dehydrated and crystallized: ส่วนใหญ่ของพวกที่มีโครงสร้างที่ไม่เป็นผลึกและใสเหมือนโอปอลเป็นสารที่ถูกสร้างโดย protozoan และ sponge

2.2.5 Replaced: การที่เปลือกถูกละลายไป และในขณะเดียวกันก็เกิดการสะสมของแร่อื่น ๆ ในช่องว่าง ลักษณะนี้เรียกว่า Replacement ซึ่งแบ่งออกเป็น

A. Pyritized fossils: ส่วนแข็งเดิมถูกแทนที่โดยแร่ไพไรต์

B. Hematitized fossil: ส่วนแข็งเดิมถูกแทนที่โดยแร่เหล็ก

C. Calcification: ส่วนแข็งเดิมถูกแทนที่โดยแร่แคลไซท์

D. Dolomitization: ส่วนแข็งเดิมถูกแทนที่โดยแร่โดโลไมท์

E. Silicification: ส่วนแข็งเดิมถูกแทนที่โดยแร่ซิลิกา

3. ร่องรอยของสัตว์ (traces of animals):

3.1 Mold: ส่วนที่แข็งถูกทับถมโดยตะกอน รอยพิมพ์ของส่วนแข็งที่ปรากฏในหินตะกอนเรียก mold ซึ่งแบ่งเป็น

3.1.1 External mold: คือรอยพิมพ์ด้านนอกของส่วนที่แข็ง
3.1.2 Internal mold: คือรอยพิมพ์ด้านในของส่วนที่แข็ง

3.2 Cast: เมื่อ mold ถูกชะล้างโดยสารละลายทำให้เกิดช่องว่าง ต่อมาช่องว่างนี้ถูกแทนที่โดยแร่หรือสารอื่น เรียกสิ่งที่เกิดนี้ว่า Cast

3.3 Tracks, Trails, Borings: พวก tracks, trails เป็นพวกร่องรอยของรอยเท้า รอยลาก และส่วนร่างกายของสัตว์ที่ถูกเก็บรักษาไว้ในหินตะกอน ส่วน Burrow or Tube เป็นร่องรอยของรูที่เกิดจากพวกตัวหนอนหรือสัตว์อื่นๆ

3.4 Coprolites: พวกซากดึกดำบรรพ์ที่เกิดจากสิ่งขับถ่ายของสัตว์เรียก coprolites

3.5 Impressions: พวกซากดึกดำบรรพ์ที่เป็นรอยกดของส่วนที่เป็นเนื้อของสัตว์

3.6 Gastrolites: เป็นพวกก้อนกรวดที่มันวาว เรียกว่า Gizzard stones