กระบวนการเปลี่ยนแปลงภายในโลกทำให้เกิดอะไรได้บ้าง

ในหินหลอมละลายปกติมีอยู่ 3 สถานะ ส่วนใหญ่เป็นของเหลว คือเนื้อหินหลอมละลาย กับมีของแข็งเป็นผลึกแร่อุณหภูมิสูงกว่าลอยแขวนอยู่ และก๊าซ

การเกิดหินแปร

ก๊าซและของเหลวที่ออกมาจากมวลหินหลอมละลายก็อาจทำปฏิกิริยากับเนื้อหินที่อยู่รอบด้าน หินดานจึงแสดงการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพ เรียกว่าการแปรด้วยความร้อน หินดานจึงเปลี่ยนเป็นหินแปรชนิดแปรด้วยความร้อน การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นโดยที่ตลอดเวลาหินจะอยู่ในสถานะของแข็ง แตกต่างจากหินอัคนีที่เกิดจากมวลหินหลอมละลายแปรเปลี่ยนเป็นของแข็งด้วยการสูญเสียความร้อน ลักษณะสำคัญของหินแปรจำพวกนี้ คือมีแร่ใหม่เกิดขึ้นบ้าง หรือผลึกแร่ที่มีอยู่แล้วเติบโตผิดไปจากเดิมได้อีก

นอกจากการแปรด้วยความร้อนแล้ว บางครั้งยังมีแรงกดชนิดมีทิศทางเกิดขึ้นใต้ผิวโลกด้วย กระบวนการนี้มักเกิดพร้อมกับการเคลื่อนไหวของชั้นธรณีภาค แรงกดผสมกับความร้อนจะทำให้เกิดการแปรของหินแข็ง ทำให้เกิดเป็นหินแปรชนิดแปรด้วยแรงกดและความร้อน มักจะยังมีส่วนประกอบทางเคมีโดยรวมเหมือนหินดั้งเดิม ส่วนหินแปรชนิดสุดท้าย คือหินแปรที่มักเกิดร่วมกับบริเวณแนวเขตแรงเฉือน ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นแรงกดชนิดเฉือนเป็นหลัก กับอาจมีความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทานเข้ามาประกอบบ้าง หินแปรชนิดนี้เรียกว่าหินแปรจากแรงกด ลักษณะทางกายภาพจึงมักแสดงการเฉือนหรือบดขยี้กับมีการหลอมละลายแล้วเย็นตัวใหม่อย่างรวดเร็ว

ทฤษฎีทวีปเลื่อน (Continental Drift)

ได้มีผู้ตั้งข้อสงสัยเกี่ยวกับลักษณะของชายฝั่งทะเลที่น่าจะมีความสัมพันธ์กันอย่างใดอย่างหนึ่งไว้นานหลายร้อยปีแล้ว อาทิ Francis Bacon ได้ตั้งข้อสังเกตไว้ในปี ค.ศ. 1620 ถึงการที่สองฟากมหาสมุทรแอตแลนติกมีลักษณะสอดคล้องกันอย่างยิ่ง ต่อมาในปี 1668 P. Placet จึงพยายามอธิบายว่าสองฟาก มหาสมุทรแอตแลนติกน่าจะเชื่อมกันมาก่อน แต่ยังไม่มีผู้ใดมีหลักฐานข้อมูลใดสนับสนุนนอกจากอาศัยลักษณะคล้ายคลึงสอดคล้องกันของชายฝั่งมหาสมุทรเท่านั้น ในปี 1858 Antonio Snider ได้อาศัยข้อมูลชั้นหินยุคคาร์บอนิเฟอรัสในทวีปยุโรปและอเมริกาเหนือมาเทียบสัมพันธ์กันจึงต่อแผ่นดินเหล่านี้เข้าเป็นผืนเดียวกัน แล้วให้แผ่นดินค่อยแยกออกจากกันในภายหลัง

ในปี 1908 Frank B. Taylor ได้อธิบายปรากฏการณ์ของการที่มหาทวีป 2 แห่ง ซึ่งเคยวางตัวอยู่ใกล้ขั้วโลกเหนือและใต้แตกแยกออกเป็นทวีปขนาดเล็กกว่าและเคลื่อนที่มาทางเส้นศูนย์สูตร นั่นคือมหาทวีปลอเรเซีย (Laurasia) ซึ่งอยู่ทางเหนือและมหาทวีปกอนด์วานา (Gondwanaland) ซึ่งอยู่ทางใต้ โดยเป็นการเคลื่อนที่เฉพาะของเปลือกโลกไซอัล และผลักดันตะกอนทำให้เกิดแนวเทือกเขาทางด้านหน้าที่ทวีปเคลื่อนที่ไปประกอบกับร่องรอยการแตกแยกของทวีปทางด้านหลัง สำหรับแรงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของทวีปนั้นอธิบายว่ามาจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์ซึ่งเข้ามาอยู่ใกล้ชิดโลกมากในยุคครีเทเชียส

ต่อมาในปี 1910 Alfred Wegener ได้สร้างแผนที่มหาทวีปใหม่เพียงแห่งเดียว โดยอาศัยรูปร่างแผนที่ของ Snider และตั้งชื่อว่ามหาทวีปพันเจีย ล้อมรอบอยู่ด้วยมหาสมุทรพันธาลาสซา (Panthalassa) แล้วจึงแตกออกและเคลื่อนที่ไปอยู่ ณ ตำแหน่งที่เห็นอยู่ในปัจจุบัน ขณะเคลื่อนที่ก็เกิดเทือกเขาด้านหน้า การแตกแยกด้านหลังเหมือนคำอธิบายของ Taylor นอกจากนี้ยังอธิบายว่ารอยชิ้นทวีปที่ขาดหล่นปรากฏเป็นเกาะแก่ง หรือรอยฉีกที่พบเป็นร่องลึกยังปรากฏอยู่บนพื้นมหาสมุทร เป็นต้น ขณะเดียวกับที่มีการแทรกดันขึ้นมาของเปลือกโลกไซมา ที่มีมวลตั้งต้นมาจากชั้นเนื้อโลก สำหรับแรงกระทำ กำหนดให้มาจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ รวมกับแรงดึงดูดเนื่องจากแรงโน้มถ่วงภายในโลกประกอบกัน

ทฤษฎีแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ (Plate Tectonics)

การศึกษาสภาพธรณีวิทยาของพื้นผิวโลกทำให้ยืนยันได้ว่าผิวโลกต่อเนื่องลงไปถึงด้านล่าง ได้เกิดมีการเคลื่อนที่จริงๆ การเคลื่อนที่มีทั้งไปทางด้านข้างและขึ้นลงตามแนวดิ่ง แต่การแปรเปลี่ยนของผิวโลกตามทฤษฎีการแยกตัวของทวีปก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่มากโดยมีทั้งผู้ที่เห็นด้วยและผู้ที่คัดค้าน ขณะเดียวกันก็มีการศึกษาหาความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างของโลกมากขึ้นอีก จุดหักเหของทฤษฎีเกี่ยวกับธรณีแปรสัณฐานเกิดขึ้นในช่วงประมาณ ค.ศ. 1960 เมื่อมีผู้นำเสนอทฤษฎีเกี่ยวกับการแยกตัวของพื้นมหาสมุทร (Seafloor spreading) เช่น B.C. Heezen, H.H. Hess และ R.S. Dietz เป็นต้น โดยทฤษฎีนี้มีใจความสำคัญมาจากการแยกตัวที่พื้นมหาสมุทรออกจากกันเป็นแนวยาวโดยมีวัสดุจากใต้ชั้นเปลือกโลกแทรกขึ้นมา เย็นตัวแข็งเกิดเป็นพื้นมหาสมุทรใหม่แล้วก็แยกจากกันออกไปอีกเรื่อย ๆ ในทิศทางตั้งฉากกับรอยแยกนี้ วัสดุที่แทรกขึ้นมานี้ทำให้เกิดเป็นโครงสร้างเทือกเขากลางสมุทร (Mid-Oceanic Ridge) การเคลื่อนที่ออกจากกันของพื้นมหาสมุทรถูกนำไปสัมพันธ์กับลักษณะของเปลือกโลกบริเวณร่องลึกที่พื้นมหาสมุทร (Trench) แนวภูเขาไฟรูปโค้ง (Volcanic arcs) และเทือกเขาสูงใกล้ขอบทวีปแล้วจึงทำให้เกิดเป็นแนวคิดต่อเนื่องว่าชั้นส่วนบนของโลกน่าจะมีลักษณะเป็นแผ่นประสานกัน แผ่นนี้มีทั้งส่วนที่เป็นทวีปและพื้นมหาสมุทร มีการเกิดขึ้นในบางส่วนของแผ่น มีการเคลื่อนที่และถูกทำลายไปในอีกส่วนหนึ่ง แผ่นเปลือกโลก (Plate) นี้ประกอบด้วยชั้นธรณีภาค (Lithophere) วางตัวอยู่บนชั้นฐานธรณีภาค (Asthenophere) ซึ่งภายในมีการเคลื่อนที่ของมวลเป็นกระแสหมุนวน (Convection current) ขึ้นลง กระแสนี้ช่วยพัดพาแผ่นเปลือกโลกให้เคลื่อนที่ไปขนานกับผิวโลก สำหรับขอบของแผ่นเปลือกโลกมักจะแสดงด้วยแนวโครงสร้างสำคัญคือเทือกเขากลางสมุทร ร่องลึกพื้นสมุทร และรอยเลื่อนเฉือนขนาดใหญ่ (Transform faults) และมีปรากฏการณ์ประกอบคือแนวของกลุ่มแผ่นดินไหวยุคปัจจุบันรวมกับปรากฏการณ์อื่น ได้แก่แนวเกาะภูเขาไฟหรือบริเวณแนวที่มีค่าความเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามความลึกของโลกสูงมาก จากแนวกำหนดนี้จึงทำให้ X. LePichon ระบุในปี 1968 ว่าแผ่นเปลือกโลกมีอยู่ 6 แผ่นใหญ่ แต่ในยุคต่อ ๆ มาได้มีความพยายามกำหนดแผ่นเปลือกโลกเพิ่มขึ้นอีกโดยอาศัยจุดกำเนิดแผ่นดินไหวที่สามารถกำหนดเป็นแนวได้ รวมทั้งการเทียบเคียงลักษณะทางธรณีวิทยาโครงสร้างต่างๆ ดังที่กล่าวถึงแล้ว

มหาทวีปในกระบวนการธรณีแปรสัณฐาน

แม้แนวคิดตามทฤษฎีเพลทเทคโทนิกส์จะเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางตลอดระยะเวลาที่ผ่านมา แต่ยังพบว่าทฤษฎีนี้มีจุดจำกัดอยู่มากมายโดยเฉพาะการไม่สามารถอธิบายถึงปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงของโลกจากแผ่นเปลือกโลกที่กำลังเกิดขึ้นและทำลายไปเมื่ออายุตามธรณีวิทยาประวัติเก่ากว่า 200 ล้านปีมาแล้ว โดยเฉพาะยังไม่มีการยืนยันการพบเห็นแผ่นเปลือกโลกส่วนที่เป็นพื้นมหาสมุทรอายุเก่าแก่ ขณะที่มีเพียงข้อมูลของเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีปซี่งมีอายุย้อนหลังไปได้ถึงหลายพันล้านปี เมื่อพิจารณาดูข้อมูลเหล่านี้ก็สามารถระบุได้ถึงการเคยอยู่ร่วมกันแล้วแยกออกจากกันของส่วนต่างๆที่เป็นทวีป รวมทั้งลักษณะของการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนเหล่านี้ที่มีทั้งเป็นแนวตรง แนวโค้ง ตลอดจนการหมุนวน ดังนั้นจึงทำให้ทฤษฎีของการแยกตัวของทวีปยังไม่สูญหายหรือเสื่อมความนิยมไปอย่างสิ้นเชิง ตรงกันข้ามกลับมีความพยายามคิดถึงการมีอยู่ของมหาทวีป การแตกตัว การเคลื่อนที่และการเข้าชนกันหรือรวมกันโดยอาศัยปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงตามกระบวนการในแนวคิดของทฤษฎีเพลทเทคโทนิกส์ ตลอดเวลายังมีการค้นหาข้อมูลทางธรณีวิทยาเพิ่มเติมว่าแผ่นดินใดเคยเกาะติดอยู่กับแผ่นดินใดในช่วงเวลาใด แยกออกจากกันเมื่อใด เคลื่อนที่ไปในทิศทางใด จึงมาเป็นแผ่นดินที่ปรากฏอยู่ในปัจจุบันนี้ การศึกษาดังกล่าวจึงทำให้สร้างสมมติฐานเป็นปรากฏการณ์ธรณีวิทยาประวัติ กล่าวคือการมีอยู่ของมหาทวีปโรดิเนีย (Rodinia) ซึ่งเป็นเพียงมหาทวีปโบราณแห่งเดียวในยุคก่อนแคมเบรียนคือเมื่อประมาณ 1.6 พันล้านปีมาแล้ว มหาทวีปนี้แตกตัวออกก่อนยุคแคมเบรียนเล็กน้อย เป็นชิ้นทวีปเล็กๆ หลายชิ้นเคลื่อนที่ไปชนและประกอบกันเข้าเป็นมหาทวีปกอนด์วานาแลนด์และลอเรเซีย(หรือแพงเกีย) เมื่อประมาณ 500 ล้านปีมาแล้ว จากนั้นก็แตกตัวออกอีกเมื่อต้นยุคจูแรสซิก (ประมาณ 200 ล้านปีมาแล้ว)ก่อนเคลื่อนที่เข้าชนประกอบกันอีกในยุคเทอร์เชียรี(ประมาณ 70 ล้านปีมาแล้ว) เรื่อยมาจนกระทั่งเกิดเป็นรูปร่างของแผ่นดินในปัจจุบัน

อย่างไรก็ตามแม้แนวคิดของการแตกตัวของทวีปผสมกับทฤษฎีเพลทเทคโทนิกส์จะมีผู้ยอมรับมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ยังมีความไม่สมบูรณ์ในคำอธิบายเช่นกัน