บทที่2 เรื่องปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี และสมการเคมี

ข้อมูลเบื้องต้น

ปฏิกิริยาเคมี คือ กระบวนการเปลี่ยนของสารตั้งต้นไปเป็นสารใหม่ โดยปริมาณสารตั้งต้นจะลดลง และปริมาณสารใหม่จะเกิดขึ้น และเพิ่มปริมาณขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป  โดยสามารถเขียนให้เข้าใจง่ายด้วยสมการเคมี

ปฏิกิริยาเคมีจำแนกเป็น 2 ประเภท คือ
1. ปฏิกิริยาเคมีสมบูรณ์ คือ การเกิดสารใหม่ขณะที่สารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งหมดไปหรือหมดทุกตัว
2. ปฏิกิริยาเคมีไม่สมบูรณ์ คือ การเกิดสารใหม่ขณะที่สารตั้งต้นยังเหลือทุกตัว ไม่มีตัวใดตัวหนึ่งหมดไป

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี
1. ทฤษฎีการชนโมเลกุล (Collision Theory) กล่าวถึง โมเลกุลของสารต้องมีการชนซึ่งกันและกัน ซึ่งการชนกันแต่ละครั้งไม่จำเป็นต้องเกิดปฏิกิริยา
2. ทฤษฎีจลน์ของโมเลกุล (Kinetic Theory) กล่าวถึง โมเลกุลต้องมีการเคลื่อนที่ช้าลง ซึ่งก่อให้เกิดพลังงานจลน์ โดยโมเลกุลต้องมีพลังงานสูงพอจึงจะเกิดปฏิกิริยาได้

ปฏิกิริยาเคมี

สถานะการเกิดปฏิกิริยาเคมี
1. ต้องมีจำนวนโมเลกุลมากพอ
2. ต้องมีการชนกันระหว่างโมเลกุล
3. ต้องมีพลังงานสูงพอ โดยอย่างน้อยต้องเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์
4. ต้องมีทิศทางที่เหมาะสม

ศาสตร์ทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกว่า จลนศาสตร์เคมี (chemical kinetics) โดยคำว่า จลนศาสตร์ มีความหมายเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสาร ซึ่งเกี่ยวข้องกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of chemical reaction) โดยการเกิดปฏิกิริยาหนึ่งๆที่อยู่ในสภาวะเดียวกันจะมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉพาะค่า โดยขึ้นอยู่กับสภาวะธรรมชาติของสารนั้นๆ เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาของก๊าซไฮโดรเจนกับก๊าซฟลูออรีน และก๊าซไนโตรเจน

H2 (g) + F2 (g) = 2HF อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็ว
3H2 (g) + N2 (g) = 2NH3 อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้า

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of chemical reaction) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงปริมาณสารในหนึ่งหน่วยเวลาของการเกิดปฏิกิริยาของสารนั้น

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณสารตั้งต้นที่ลดลง
**********************************เวลา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณสารที่เปลี่ยนไป
*********************************เวลา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณสารที่เพิ่มขึ้น
********************************เวลา

ชนิดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี แบ่งเป็น 2 ชนิด
1. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย หมายถึง อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่คำนวณจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณสารทั้งหมดในหนึ่งหน่วยเวลา
2. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ขณะใดขณะหนึ่ง หมายถึง อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่คำนวณจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณสารในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง

สรุปประเด็นที่เกี่ยวข้อง
1. ปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ จะมีขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาหลายขั้นตอน ทั้งขั้นที่เกิดเร็ว และขั้นที่เกิดช้า โดยมีขั้นสำหรับควบคุมปฏิกิริยาหรือขั้นกำหนดอัตรา (Rate determing step) คือ ขั้นที่ดำเนินไปที่ช้าที่สุด
2. ขณะที่การเกิดปฏิกิริยาเคมีดำเนินไป ปฏิกิริยาเคมีในขั้นเริ่มต้นจะมีอัตราการเกิดที่รวดเร็ว เนื่องจากปริมาณสารตั้งต้นมีมาก และเมื่อปฏิกิริยาผ่านไประยะหนึ่ง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะช้าลงเมื่อเทียบกับในช่วงเริ่มต้น เนื่องจากปริมาณสารตั้งต้นมีปริมาณลดลง
3. สารเคมีแต่ละชนิดในปฏิกิริยาเคมีจะมีอัตราเร็วไม่เท่ากัน
4. การคำนวณหาอัตราการเกิดปฏิกิริยา สามารถหาได้จากสารใดก็ได้ ด้วยวิธี คือ
– หากเป็นของแข็ง สามารถหาได้โดยการชั่งน้ำหนัก
– หากเป็นของเหลว สามารถหาได้โดยการชั่งน้ำหนักหรือการวัดปริมาณ
– หากเป็นสารละลาย สามารถหาได้จากความเข้มข้น
– หากเป็นก๊าซ สามารถหาได้โดยการวัดปริมาตรหรือวัดความดัน

5. การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถหาได้จากสารตัวใดตัวหนึ่งก็ได้ ซึ่งจะให้ค่าที่เท่ากัน ตามสูตรด้านล่าง

อัตราการเปลี่ยนแปลงของสาร =   ΔA***** ↔*****ΔB***** ↔*****ΔC***** ↔*****ΔD
********************************–Δt*************–Δt*************+Δt************+Δt

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี =   ΔA***** ↔*****ΔB***** ↔*****ΔC***** ↔*****ΔD
***************************-Δt************-3Δt************+2Δt***********+4Δt

หมายเหตุ: Δ = ผลต่าง, t = เวลา, + = การเพิ่มขึ้น, – = การลดลง

6. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของโมลสารหารด้วยหารด้วยสัมประสิทธิ์จำนวนโมลของสารนั้นที่ได้จากการดุลสมการแล้ว

กฏอัตรา

กฏอัตรา คือ สมการที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือสารที่เข้าทำปฏิกิริยา เช่น

2A + 3B + C = 2D

อัตรา (Rate) = -1  d(A) = -1  d(B) = –d(C) = -1  d(D)
**************   2    dt        3    dt         dt         2    dt

อัตราการเกิดปฏกิริยาเคมี (rate) = k(A)x (B)y (C)z

หมายเหตุ:
k = ค่าคงที่ของปฏิกิริยา (specific rate constant) และค่า k จะเปลี่ยนเมื่อ t เปลี่ยน โดยค่า k มีค่ามากแสดงถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ดี
x,y,z = ลำดับการเกิดปฏิกิริยาเมื่อเทียบกับความเข้มข้นของสาร A, B และC
(A) (B) (C) = ความเข้มข้นของสาร A, B และC หน่วย โมล/ลิตร
x + y + z = ลำดับรวมของปฏิกิริยา (order of reaction)

ทั้งนี้ ลำดับปฏิกิริยาจะหาได้จากการทดลองเท่านั้น โดยไม่มีความสัมพันธ์กับตัวเลขด้านหน้าของสารของสสมการเคมีที่ดุลแล้ว

ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี

1. ธรรมชาติของสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์
ความเร็วหรือช้าของการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะขึ้นอยู่กับสภาพธรรมชาติของสารเหล่านั้น เช่น สารประเภทไอออนิกที่เข้าทำปฏิกิริยากันจะเกิดความเร็วของปฏิกิริยาได้ดีกว่าสารที่เป็นโควาเลนท์ หรือสารทำปฏิกิริยาที่เป็นก๊าซจะทำปฏิกิริยาได้เร็วกว่าสารที่มีสถานะอื่น
2. ความเข้มข้นสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์
ความเร็วของปฏิกิริยาจะแปรผันตามความเข้มข้นของสารตั้งต้น และจะแปรผกผันกับความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ กล่าวคือ เมื่อปริมาณสารตั้งต้นมีมากอัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะเร็ว และเมื่อเวลาผ่านไปปริมาณสารตั้งต้นลดลง ปฏิกิริยาก็จะค่อยๆลดลงตามปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มขึ้น
3. พื้นที่ผิว
พื้นที่ผิวของสารจะเป็นจุดของการเกิดปฏิกิริยา หากสารมีพื้นที่ผิวมากก็จะทำให้เกิดปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น เช่น การทำปฏิกิริยาของหินปูนกับกรดไฮโดรคลอริกจะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หากหินปูนมีความละเอียดเป็นผงขนาดเล็ก มีพื้นที่ผิวมากก็ย่อมทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกได้อย่างรวดเร็ว
4. อุณหภูมิ
อุณหภูมิถือเป็นปัจจัยหนึ่งที่ช่วยกระตุ้นความเร็วของการเกิดปฏิกิริยา เช่น การอุ่นน้ำมันด้วยความร้อนเพียงน้อยนิดจะทำให้น้ำมันอุ่นเท่านั้น แต่หากเพิ่มความร้อนจนทำให้น้ำมันกลายเป็นไอก็สามารถลุกติดไฟได้ง่าย
5. ความดัน
ความดันที่เกี่ยวข้องกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีมักพบมากในสารที่เป็นก๊าซ เพราะการเพิ่มความดันให้ก๊าซจะทำให้โมเลกุลของก๊าซเกิดการชนกันมากขึ้น

สมการเคมี

สมการเคมี (chemical equation) คือ สัญลักษณ์ที่เขียนขึ้นแทนปฏิกิริยาเคมีของการทำปฏิกิริยาเคมีของสารตั้งต้น ทำให้เกิดสารผลิตภัณฑ์ใหม่เมื่อเวลาผ่านไป

หลักการดุลสมการเคมี
1. เขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้นไว้ด้านซ้ายมือ
2. เขียนสูตรเคมีของสารผลิตภัณฑ์ไว้ด้านขวามือ โดยใช้สัญลักษณ์ → คั่นกลาง
3. ระบุสถานะของสารตั้งต้น และสารผลิตภัณฑ์ในวงเล็บด้านหลังของสารนั้นๆ ได้แก่ (s) = ของแข็ง, (l) = ของเหลว, (g) = ก๊าซ และ (aq) = สารละลาย
4. ทำการดุลสมการเคมี โดยทำให้ตัวเลขอะตอมของทุกธาตุในด้านซ้ายมือ และด้านขวามือเท่ากันด้วยการเติมตัวเลขใดใส่ด้านหน้าของสารเหล่านั้นที่ เมื่อคูณกับจำนวนเลขอะตอมของแต่ละธาตุแล้วสามารถทำให้เลขอะตอมของธาตุด้าน ซ้ายมือ และขวามือเท่ากัน เช่น

2KMnO4 (s) + 16HCl (aq)       →       2KCl (aq) + 2MnCl (aq) + 8H2O (l) + 5Cl2 (g)

การทดสอบว่าการดุลสมการถูกต้องหรือไม่ เพื่อให้ทราบผลที่แน่ชัด และถูกต้องนั้น สามารถทดสอบด้วยวิธีการทดลองทางเคมี ที่เรียกว่า การไทเตรต (titration) เช่น การทำปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส ณ จุดที่ทำปฏิกิริยากันพอดีจะอยู่ที่จุดอุณหภูมิสูงสุด การทำปฏิกิริยาระหว่างหว่างออกซิเจน (O2) กับแมกนีเซียมซัลเฟต (MnSO4) และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (2KOH) ในการฟิกออกซิเจนจนเกิดตะกอนน้ำตาลแดงของ 2MnO(OH)2

สมการเคมีที่สมดุลแล้วจะสามารถแสดงความสัมพันธ์ของปริมาณ สารในสมการ ได้แก่ จำนวนโมล จำนวนมวลสาร จำนวนโมเลกุล และจำนวนปริมาตร ตัวอย่างเช่น

ตัวอย่างที่ 1

****************2KMnO4 (s) + 16HCl (aq)       →       2KCl (aq) + 2MnCl (aq) + 8H2O (l) + 5Cl2 (g)

จำนนวนโมล:       2 โมล          16 โมล                          2โมล            2 โมล         8 โมล         5 โมล
จำนวนมวลสาร:   2×158 g   16×36.5 g                  2×74.5 g      2×126 g    8×18 g       5×71 g
จำนวนโมเลกุล:   2×6.02×1023 16×6.02×1023 2×6.02×1023 2×6.02×1023 8×6.02×1023 5×6.02×1023
ปริมาตรที่ STP: 2×22.4xdm3 16×22.4xdm3 2×22.4xdm3 2×22.4xdm3 8×22.4xdm3 5×22.4xdm3

ตัวอย่างที่ 2

************    ****Al (s)       +        6HCl (aq)       →        2AlCl (aq)      +       3H2 (g)

จำนนวนโมล:             1 โมล                   6 โมล                          2โมล                         3 โมล
จำนวนมวลสาร:      1×27 g               16×36.5 g                 2×62.5 g                   3×2 g
จำนวนโมเลกุล:     1×6.02×1023     6×6.02×1023        2×6.02×1023           3×6.02×1023
ปริมาตรที่ STP:     1×22.4xdm3     6×22.4xdm3          2×22.4xdm3            3×22.4xdm3

กฏทรงมวล

สิ่งแวดล้อม หมายถึง ส่วนที่อยู่ภายนอกขอบเขตการศึกษา เช่น ภาชนะ อุปกรณ์ เตรื่องมืดวัด อากาศโดยรอบ เป็นต้น
ระบบ หมายถึง ส่วนที่อยู่ภายในขอบเขตการศึกษาที่ประกอบด้วยก่อนการเปลี่ยนแปลง และหลังการเปลี่ยนแปลง ประกอบด้วย 2 ระบบ คือ
1. ระบบปิด คือ ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทหรือแลกเปลี่ยนมวลสารกับสิ่งแวดล้อมทำให้มีปริมาณมวลสารในระบบเท่าเดิม
2. ระบบเปิด คือ ระบบที่มีการถ่ายเทหรือแลกเปลี่ยนมวลสารกับสิ่งแวดล้อมทำให้มีปริมาณมวลสารในระบบลดลงหรือเพิ่มขึ้น

หากมวลสารทำปฏิกิริยาในระบบปิดจะทำให้ปริมาณสารก่อนทำปฏิกิริยา และหลังทำปฏิกิรยามีปริมาณเท่ากัน สมมติฐานนี้ถูกอธิบายด้วยกฏของอองตวน-โลรอง ในปี พ.ศ. 2317 ที่ได้ทำการทดลองเผาสารในหลอดที่ปิดสนิท ซึ่งพบว่า มวลรวมของสารก่อนการเกิดปฏิกิริยา และหลังการเกิดปฏิกิริยามีปริมาณเท่ากัน จึงตั้งกฏนี้ว่า “กฏทรงมวล

ปริมาตรก๊าซในปฏิกิริยาเคมี

ก๊าซ มีสมบัติในการฟุ้งกระจาย และมีมวลน้อย ดังนั้น การวัดมวลสารโดยตรงจึงทำได้ยาก ปัจจุบันจึงนิยมวัดในหน่วยปริมาตรแทน โดยใช้กฎต่อไปในการอธิบาย

1. กฎของเกย์ลุสแซก
กฎ นี้เกิดขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2351 เมื่อ โซเซฟ ลุย เก ลุสแซก ได้ทำการวัดปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยากันพอดี ณ อุณหภูมิ และความดันเดียวกัน แล้วสรุปเป็นกฎการรวมปริมาตรของก๊าซว่า “ในปฏิกิริยาเคมีที่เป็นก๊าซ อัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยากันพอดี และปริมาตรของก๊าซที่เกิดปฏิกิริยา ณ อุณหภูมิ และความดันเดียวกันจะเป็นเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อยๆ”

2. กฎอาโวกาโดร
ปี พ.ศ. 2354 อาเมเดโอ อาโวกาโดร ได้ศึกษากฎของเกย์ลุสแซก ได้อธิบายถึงอัตราส่วนโดยปริมาตรของก๊าซที่เข้าทำปฏิกิริยา และที่ได้จากปฏิกิริยาเป็นเลขจำนวนเต็มจำนวนน้อย อาจเนื่องจากปริมาตรของก๊าซมีความสัมพันธ์กับจำนวนอนุภาคที่รวมตัวกันเป็น สารประกอบอาโวกาโดร พร้อมเสนอสมมติฐานขึ้นว่า “ณ อุณหภูมิ และความดันเดียวกันก๊าซทุกชนิดที่มีปริมาตรเท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน” เช่น

ปฏิกิริยาของก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจนเกิดเป็นน้ำ

******H2    +    O2      =      H2O
**    2 cm3   +  1 cm3          2 cm3
**2n โมเลกุล     n โมเลกุล        2n โมเลกุล
**2 อะตอม       1 อะตอม         2 อะตอม

ที่มา http://www.siamchemi.com/%E0%B8%9B%E0%B8%8F%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%B4%E0%B8%A3%E0%B8%B4%E0%B8%A2%E0%B8%B2%E0%B9%80%E0%B8%84%E0%B8%A1%E0%B8%B5/

ผลที่เกิดขึ้นกับวัตถุเมื่อแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับศูนย์

ความเร่งและผลของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

เซอร์ไอแซก นิวตัน (Sir Issac Newton) นักฟิสิกส์ ชาวอังกฤษ ได้สรุปเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้งที่อยู่ในสภาพอยู่นิ่งและในสภาพเคลื่อนที่เป็นกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ซึ่งสามารถทำให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ต่างๆ ได้ทั้งหมด กฎของนิวตันมี 3 ข้อ ได้แก่
       1. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเฉื่อย (inertia law) กล่าวว่า “วัตถุจะคงสภาพอยู่นิ่ง หรือสภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวในแนวตรง นอกจากจะมีแรงลัพธ์ซึ่งมีค่าไม่เป็นศูนย์มากระทำ” หรือสรุปเป็นสมการ ดังนี้

จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตันอธิบายได้ว่า ถ้ามีวัตถุวางนิ่งอยู่บนพื้นราบแล้วไม่มีแรงใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็ยังคงอยู่นิ่งเช่นเดิมต่อไป หรือถ้ามีแรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุโดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกันจะพบว่า วัตถุยังคงหยุดนิ่งเช่นเดิม จึงสรุปได้ว่า “วัตถุที่อยู่นิ่งถ้าไม่มีแรงภายนอก อื่นใดมากระทำต่อวัตถุหรือมีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุ แต่แรงลัพธ์เหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ววัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพนิ่งไว้อย่างเดิม” ดังรูป

หรือถ้าพิจารณาวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่บนพื้นระดับราบลื่นซึ่งไม่มีแรงภายนอกใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็จะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวค่าหนึ่ง หรือถ้าให้แรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่ โดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงข้ามกัน จะพบว่า วัตถุยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นต่อไป จึงสรุปได้ว่า ” วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ หรือถ้ามีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุแต่แรงลัพธ์ของแรงเหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ว วัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป” ดังรูป

จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้นสามารถสรุปได้ว่า “ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่กล่าวคือ ถ้าเดิมวัตถุอยู่นิ่งก็จะอยู่นิ่งตลอดไปแต่ถ้าเดิมวัตถุกำลังเคลื่อนที่อยู่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งวัตถุนั้นก็จะยังคงเคลื่อนที่ต่อไปในแนวตรงตามทิศทางเดิมด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป”
      2. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเร่ง ถ้ามวลของวัตถุคงตัวแต่เปลี่ยนขนาดของแรง (F) ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะมากขึ้นด้วยจึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ เมื่อมวลคงตัวเขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

และถ้าแรงลัพธ์ (F) ที่กระทำต่อวัตถุคงตัว แต่ถ้าเปลี่ยนมวล (m)ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะลดลง จึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผกผันกับมวลของวัตถุ เขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

จากข้างต้นสรุปได้ว่า ความเร่ง (a) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรง (F) ดังนั้นอัตราส่วนของแรงกับความเร่งจะเป็นค่าคงที่ซึ่งตรงกับมวล (m) ของวัตถุ เขียนเป็นความสัมพันธ์จะได้

ดังนั้น จึงสรุปเป็นกฎข้อที่สองของนิวตัน ได้ว่า “เมื่อมีแรงลัพธ์ซึ่งมีขนาดไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุเกิดความเร่งในทิศเดียวกับแรงลัพธ์ที่มากระทำ และขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์และจะแปรผกผันกับมวลของวัตถุ”
ตัวอย่างที่ 1 ถ้าออกแรง 8 นิวตัน กระทำกับวัตถุมวล 32 กิโลกรัม วัตถุจะมีความเร่งเท่าใด

ตัวอย่างที่ 2 มวล 10 กิโลกรัม ต้องการให้เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 6 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง จะต้องออกแรงกระทำเท่าใด

           3. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งและสองของนิวตันจะอธิบายสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุเมื่อมีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ ซึ่งจากการศึกษาในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุ วัตถุจะออกแรงโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำนั้นด้วย เช่น เมื่อเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริง เราจะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงก็ดึงมือเราด้วยและยิ่งเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริงด้วยแรงมากขึ้นเท่าใดเราก็จะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงยิ่งดึงมือเราไปมากขึ้นเท่านั้น ดังรูป

จากตัวอย่างจะพบว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นก็จะออกแรงโต้ตอบในทิศทางตรงข้ามกับแรงที่มากระทำ ซึ่งแรงทั้งสองแรงนี้จะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เราเรียกแรงที่มากระทำต่อวัตถุว่า “แรงกิริยา” (action force) และเรียกแรงที่วัตถุโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำว่า “แรงปฏิกิริยา” (reaction force) แรงทั้งสองนี้จึงเรียกรวมกันว่า “แรงกิริยา-แรงปฏิกิริยา” (action-reaction) จึงสรุปความสัมพันธ์ระหว่างแรงกิริยากับแรงปฏิกิริยาได้เป็นกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน ได้ว่า “แรงกิริยาทุกแรงต้องมีแรงปฏิกิริยาซึ่งมีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงข้ามกันเสมอ”หรือ action = reaction หมายความว่า เมื่อมีแรงกิริยากระทำต่อวัตถุใดก็จะมีแรงปฏิกิริยาจากวัตถุนั้นโดยมีขนาดแรงเท่ากันแต่กระทำกับวัตถุคนละก้อนเสมอ จึงนำแรงกิริยามาหักล้างกับแรงปฏิกิริยาไม่ได้ เช่น กรณีรถชนสุนัข แรงกิริยา คือ แรงที่รถชนสุนัข จึงทำให้สุนัขกระเด็นไป ในขณะเดียวกันจะมีแรงปฏิกิริยา ซึ่งเป็นแรงที่สุนัขชนรถ จึงทำให้รถบุบ จะเห็นว่าเสียหายทั้ง 2 ฝ่าย แสดงว่าแรงไม่หักล้างกัน ดังรูป

    ข้อควรจำ    ลักษณะสำคัญของแรงกิริยาแรงปฏิกิริยา
1. จะเกิดขึ้นพร้อมๆกันเสมอ
2. มีขนาดเท่ากัน
3. มีทิศทางตรงข้ามกัน
4. กระทำต่อวัตถุคนละก้อน
     1. จะเกิดขึ้นพร้อมๆกันเสมอ
     2. มีขนาดเท่ากัน
     3. มีทิศทางตรงข้ามกัน
     4. กระทำต่อวัตถุคนละก้อน

ความเร่ง

วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เปลี่ยนแปลงเป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เมื่อแรงลัพธ์มีค่าไม่เท่ากับศูนย์กระทำต่อวัตถุ วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งมีทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์

    ความเร่ง คือ ความเร็วที่เปลี่ยนไปในหนึ่งหน่วยเวลา หรืออัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วต่อหนึ่งหน่วยเวลาแทนด้วย a มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทีกำลังสองหรือ m/s2
    ความเร่งเป็นปริมาณเวกเตอร์จึงมีทั้งขนาดและทิศทาง  วัตถุต่าง ๆ จะตกสู่พื้นโลกด้วยความเร่ง 9.8 m/s2 หรือประมาณ 10 m/s2 ในทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก
    กรณีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ที่มีความเร่ง จะไม่มีความเร่งหรือความเร่งเป็น 0 

ที่มา https://sites.google.com/site/sciroom23101/iunite1/page1

สารประกอบและธาตุ

ธาตุและสารประกอบ

การแบ่งสารตามองค์ประกอบทางเคมี แบ่งได้ดังนี้

 1. ธาตุ (Element)  หมายถึง  สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบอย่างเดียว  ธาตุไม่สามารถจะนำมาแยกสลายให้กลายเป็นสารอื่นโดยวิธีการทางเคมี  ธาตุมีทั้งสถานะที่เป็นของแข็ง  เช่น  ธาตุสังกะสี(Zn)   ตะกั่ว(Pb)  เงิน (Ag) และดีบุก (Sn) ,   เป็นของเหลว เช่น ปรอท (Hg)    เป็นก๊าซ   เช่น  ไนโตรเจน (N2)   ฮีเลียม (He)  ออกซิเจน (O2)    ไฮโดรเจน (H2)  เป็นต้น ธาตุยังแบ่งออกเป็น โลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ ตามสมบัติที่แตกต่างกันออกไป

» Read more

บทที่1 การจำแนกสาร เรื่องการแยกสารผสม

สาร และ สมบัติของสาร

 สสาร ( Matter ) หมายถึงสิ่งที่มีมวล ต้องการที่อยู่ และ สามารถสัมผัสได้โดยประสาทสัมผัสทั้ง 5 เช่น ดิน น้ำ อากาศ ฯลฯ ภายใน สสารเป็นเนื้อของสสาร เรียกว่า สาร ( Substance )

   สาร ( Substance ) คือ สสารที่ทราบสมบัติ หรือ สสารที่จะศึกษา ดังนั้นจึงเป็นสสารที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งจะมีสมบัติของสาร
2 ประเภท คือ
– สมบัติกายภาพ ( Physical Property ) หมายถึง สมบัติที่สังเกตได้จากลักษณะภายนอก และ เกี่ยวกับวิธีการทางฟิสิกส์ เช่น ความหนาแน่น , จุดเดือด , จุดหลอมเหลว
 
– สมบัติทางเคมี ( Chemistry Property ) หมายถึง สมบัติที่เกิดขึ้นจากการทำปฏิกิริยาเคมี เช่น การติดไฟ , การเป็นสนิม , ความเป็น กรด – เบส ของสาร

  » Read more

ขนาดและทิศทางของแรง

ความหมายของขนาดและทิศทางของแรง

แรงและชนิดของแรง


ความหมายของแรง

แรง หมายถึง อำนาจภายนอกที่สามารถทำให้วัตถุเปลี่ยนสถานะได้ เช่นทำให้วัตถุที่อยู่นิ่งเคลื่อนที่ไป ทำให้วัตถุที่เคลื่อนที่อยู่แล้วเคลื่อนที่เร็วหรือช้าลง ทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนทิศตลอดจนทำให้วัตถุมีการเปลี่ยนขนาดหรือรูปทรงไปจากเดิมได้แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ที่มีทั้งขนาดและทิศทางการรวมหรือหักล้างกันของแรงจึงต้องเป็นไปตามแบบเวกเตอร์

เวกเตอร์ของแรง

ปริมาณบางปริมาณที่ใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวันบอกเฉพาะขนาดเพียงอย่างเดียวก็ได้ความหมายสมบูรณ์แล้ว แต่บางปริมาณจะต้องบอกทั้งขนาดและทิศทางจึงจะได้ความหมายที่สมบูรณ์ ปริมาณในทางฟิสิกส์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1. ปริมาณสเกลาร์ (scalar quantity) คือ ปริมาณที่บอกแต่ขนาดอย่างเดียวก็ได้ความหมายที่สมบูรณ์ โดยไม่ต้องบอกทิศทาง เช่น เวลา ระยะทาง มวล พลังงาน งาน ปริมาตร ฯลฯ ในการหาผลลัพธ์ของปริมาณสเกลาร์ทำได้โดยอาศัยหลักทางพีชคณิต คือ ใช้วิธีการบวก ลบ คูณ หาร

2. ปริมาณเวกเตอร์ (vector quantity) คือ ปริมาณที่ต้องการบอกทั้งขนาดและทิศทางจึงจะได้ความหมายที่สมบูรณ์ เช่น ความเร็ว ความเร่ง การกระจัด โมเมนตัม แรง ฯลฯ

ลักษณะที่สำคัญของปริมาณเวกเตอร์

1. สัญลักษณ์ของปริมาณเวกเตอร์ การแสดงขนาดและทิศทางของปริมาณเวกเตอร์จะใช้ลูกศรแทน โดยขนาดของปริมาณเวกเตอร์แทนด้วยความยาวของลูกศรและทิศทางของปริมาณเวกเตอร์แทนด้วยทิศทางของหัวลูกศร สัญลักษณ์ของปริมาณเวกเตอร์ ใช้ตัวอักษรมีลูกศรครึ่งบนชี้จากซ้ายไปขวาแสดงปริมาณเวกเตอร์ ดังรูป

จากรูป เวกเตอร์ A มีขนาด 4 หน่วย ไปทางทิศตะวันออก

เวกเตอร์ B มีขนาด 3 หน่วย ไปทางทิศใต้

2. เวกเตอร์ที่เท่ากัน เวกเตอร์ 2 เวกเตอร์จะเท่ากันก็ต่อเมื่อมีขนาดเท่ากันและทิศทางไปทางเดียวกัน ดังรูป


จากรูป เวกเตอร์ A เท่ากับ เวกเตอร์ B เขียนเป็นสัญลักษณ์

เวกเตอร์ C เท่ากับ เวกเตอร์ D เขียนเป็นสัญลักษณ์

3. เวกเตอร์ตรงข้ามกัน เวกเตอร์ 2 เวกเตอร์จะตรงข้ามกันก็ต่อเมื่อ เวกเตอร์ทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงข้ามกัน ดังรูป

จากรูป เวกเตอร์ A ตรงข้ามกับเวกเตอร์ B เขียนเป็นสัญลักษณ์ ได้ว่า

เวกเตอร์ C ตรงข้ามกับเวกเตอร์ D เขียนเป็นสัญลักษณ์ ได้ว่า

ข้อควรทราบ ในการหาผลลัพธ์ของปริมาณเวกเตอร์ ทำได้โดยอาศัยวิธีการทางเวกเตอร์ ซึ่งต้องหาผลลัพธ์ทั้งขนาดและทิศทาง การหาผลลัพธ์ของแรงหลายแรง การรวมแรงซึ่งมีหลายแรงเพื่อจะหาแรงลัพธ์เพียงแรงเดียว นิยมใช้สัญลักษณ์ เรียกว่า

แทน เพื่อรวมผลบวกที่มีแรงหลายๆ ค่า เช่น

กระทำพร้อม ๆ กันที่จุดเดียว ดังนี้

การรวมแรง คือ การหาค่าแรงลัพธ์ () ของแรงย่อยทั้งหมด มีวิธีการหาเหมือนกันกับเวกเตอร์ลัพธ์ เพราะแรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งอาจสรุปวิธีการหาแรงลัพธ์ได้ดังนี้

1. โดยวิธีการวาดรูปแบบหางต่อหัว การหาแรงลัพธ์ด้วยวิธีการนี้ทำได้โดยนำหางของแรงที่สองไปต่อกับหัวลูกศรของแรงแรกและนำหางของแรงที่สามไปต่อกับหัวของแรงที่สอง ทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ จนครบทุกแรง แรงลัพธ์ที่ได้ คือ แรงที่ลากจากหางของแรงแรกไปยังหัวของแรงสุดท้าย ดังรูป
2. โดยวิธีการคำนวณ ใช้หาแรงลัพธ์ของแรงย่อยที่มี 2 แรง

1) แรงสองแรงไปในทางเดียวกัน แรงลัพธ์มีขนาดเท่ากับผลบวกของแรงทั้งสอง ส่วนทิศทางของแรงลัพธ์ไปทิศทางเดียวกับแรงทั้งสอง ดังรูป

ผลของแรงลัพธ์ต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ

วัตถุต่างๆ เมื่อมีแรงมากระทำ วัตถุจะมีการเปลี่ยนแปลงสภาพเดิมใน 3 ลักษณะ คือ

1. มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง

2. มีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว

3. มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาด

เมื่อแรงที่กระทบต่อวัตถุแตกต่างกัน ย่อมทำให้ผลของการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันไปด้วย ถ้าแรงที่กระทำมีค่ามาก การเปลี่ยนแปลงซึ่งเป็นผลของแรงนั้นย่อมมีการเปลี่ยนแปลงมากด้วย

ในชีวิตประจำวัน การที่วัตถุมีการเปลี่ยนแปลงต่างๆ จะเกิดจากอิทธิพลของแรง แรงที่พบตามธรรมชาติมีอยู่มากมายหลายชนิด ซึ่งก็มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของวัตถุได้แตกต่างกัน

ข้อควรทราบ

– แรงที่กระทำไปในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ จะทำให้วัตถุมีความเร็วเพิ่มขึ้น

– แรงที่กระทำไปในทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ จะทำให้วัตถุมีความเร็วลดลง

การเคลื่อนที่

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

เซอร์ไอแซก นิวตัน (Sir Issac Newton) นักฟิสิกส์ ชาวอังกฤษ ได้สรุปเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้งที่อยู่ในสภาพอยู่นิ่งและในสภาพเคลื่อนที่เป็นกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ซึ่งสามารถทำให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ต่างๆ ได้ทั้งหมด กฎของนิวตันมี 3 ข้อ ได้แก่

1. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเฉื่อย (inertia law) กล่าวว่า “วัตถุจะคงสภาพอยู่นิ่ง หรือสภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวในแนวตรง นอกจากจะมีแรงลัพธ์ซึ่งมีค่าไม่เป็นศูนย์มากระทำ” หรือสรุปเป็นสมการ ดังนี้


จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1 ของนิวตันอธิบายได้ว่า ถ้ามีวัตถุวางนิ่งอยู่บนพื้นราบแล้วไม่มีแรงใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็ยังคงอยู่นิ่งเช่นเดิมต่อไป หรือถ้ามีแรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุโดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกันจะพบว่า วัตถุยังคงหยุดนิ่งเช่นเดิม จึงสรุปได้ว่า “วัตถุที่อยู่นิ่งถ้าไม่มีแรงภายนอก อื่นใดมากระทำต่อวัตถุหรือมีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุ แต่แรงลัพธ์เหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ววัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพนิ่งไว้อย่างเดิม” ดังรูป

หรือถ้าพิจารณาวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่บนพื้นระดับราบลื่นซึ่งไม่มีแรงภายนอกใดมากระทำต่อวัตถุ วัตถุก็จะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวค่าหนึ่ง หรือถ้าให้แรงสองแรงมากระทำต่อวัตถุขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่ โดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงข้ามกัน จะพบว่า วัตถุยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นต่อไป จึงสรุปได้ว่า ” วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ หรือถ้ามีแรงภายนอกหลายแรงมากระทำต่อวัตถุแต่แรงลัพธ์ของแรงเหล่านั้นเป็นศูนย์แล้ว วัตถุนั้นยังคงรักษาสภาพการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป” ดังรูป

จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้นสามารถสรุปได้ว่า “ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่กล่าวคือ ถ้าเดิมวัตถุอยู่นิ่งก็จะอยู่นิ่งตลอดไปแต่ถ้าเดิมวัตถุกำลังเคลื่อนที่อยู่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งวัตถุนั้นก็จะยังคงเคลื่อนที่ต่อไปในแนวตรงตามทิศทางเดิมด้วยความเร็วคงตัวนั้นตลอดไป”

2. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน หรืออาจเรียกว่า กฎแห่งความเร่ง ถ้ามวลของวัตถุคงตัวแต่เปลี่ยนขนาดของแรง (F) ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะมากขึ้นด้วยจึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ เมื่อมวลคงตัวเขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

และถ้าแรงลัพธ์ (F) ที่กระทำต่อวัตถุคงตัว แต่ถ้าเปลี่ยนมวล (m)ให้มากขึ้น ความเร่ง (a) ของวัตถุก็จะลดลง จึงสรุปได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผกผันกับมวลของวัตถุ เขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า

จากข้างต้นสรุปได้ว่า ความเร่ง (a) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรง (F) ดังนั้นอัตราส่วนของแรงกับความเร่งจะเป็นค่าคงที่ซึ่งตรงกับมวล (m) ของวัตถุ เขียนเป็นความสัมพันธ์จะได้

ดังนั้น จึงสรุปเป็นกฎข้อที่สองของนิวตัน ได้ว่า “เมื่อมีแรงลัพธ์ซึ่งมีขนาดไม่เป็นศูนย์มากระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุเกิดความเร่งในทิศเดียวกับแรงลัพธ์ที่มากระทำ และขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์และจะแปรผกผันกับมวลของวัตถุ”

ตัวอย่างที่ 1 ถ้าออกแรง 8 นิวตัน กระทำกับวัตถุมวล 32 กิโลกรัม วัตถุจะมีความเร่งเท่าใด

ตัวอย่างที่ 2 มวล 10 กิโลกรัม ต้องการให้เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 6 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง จะต้องออกแรงกระทำเท่าใด

3. กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่หนึ่งและสองของนิวตันจะอธิบายสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุเมื่อมีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ ซึ่งจากการศึกษาในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุ วัตถุจะออกแรงโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำนั้นด้วย เช่น เมื่อเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริง เราจะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงก็ดึงมือเราด้วยและยิ่งเราออกแรงดึงเครื่องชั่งสปริงด้วยแรงมากขึ้นเท่าใดเราก็จะรู้สึกว่าเครื่องชั่งสปริงยิ่งดึงมือเราไปมากขึ้นเท่านั้น ดังรูป

จากตัวอย่างจะพบว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุหนึ่ง วัตถุนั้นก็จะออกแรงโต้ตอบในทิศทางตรงข้ามกับแรงที่มากระทำ ซึ่งแรงทั้งสองแรงนี้จะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เราเรียกแรงที่มากระทำต่อวัตถุว่า “แรงกิริยา” (action force) และเรียกแรงที่วัตถุโต้ตอบต่อแรงที่มากระทำว่า “แรงปฏิกิริยา” (reaction force) แรงทั้งสองนี้จึงเรียกรวมกันว่า “แรงกิริยา-แรงปฏิกิริยา” (action-reaction) จึงสรุปความสัมพันธ์ระหว่างแรงกิริยากับแรงปฏิกิริยาได้เป็นกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน ได้ว่า “แรงกิริยาทุกแรงต้องมีแรงปฏิกิริยาซึ่งมีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงข้ามกันเสมอ”หรือ action = reaction หมายความว่า เมื่อมีแรงกิริยากระทำต่อวัตถุใดก็จะมีแรงปฏิกิริยาจากวัตถุนั้นโดยมีขนาดแรงเท่ากันแต่กระทำกับวัตถุคนละก้อนเสมอ จึงนำแรงกิริยามาหักล้างกับแรงปฏิกิริยาไม่ได้ เช่น กรณีรถชนสุนัข แรงกิริยา คือ แรงที่รถชนสุนัข จึงทำให้สุนัขกระเด็นไป ในขณะเดียวกันจะมีแรงปฏิกิริยา ซึ่งเป็นแรงที่สุนัขชนรถ จึงทำให้รถบุบ จะเห็นว่าเสียหายทั้ง 2 ฝ่าย แสดงว่าแรงไม่หักล้างกัน ดังรูป

ข้อควรจำ ลักษณะสำคัญของแรงกิริยาแรงปฏิกิริยา

1. จะเกิดขึ้นพร้อมๆกันเสมอ

2. มีขนาดเท่ากัน

3. มีทิศทางตรงข้ามกัน

4. กระทำต่อวัตถุคนละก้อน

ที่มา อ้างอิง

https://sites.google.com/site/krumonieweewan/…/2-chnid-khxng-raeng-1

www.kmitl.ac.th/~ktbencha/project44/CAI/force/…/means.htm

บทที่5แรงในชีวิตประจำวัน เรื่องแรงที่กระทำต่อวัตถุ

แรง (Force)

แรง (forceใช้สัญลักษณ์ f) เป็นปริมาณทางฟิสิกส์  หมายถึงสิ่งความที่สามารถทำให้วัตถุหยุดเคลื่อนที่ได(ต้องออกแรงมากพอที่จะเอาชนะความฝืดหรือแรงเสียดทานที่ทำให้วัตถุอยู่นิ่ง)หรือทำให้วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่มีความเร็วเพิ่มขึ้นหรือช้าลง แรงอาจเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุได้ แรงเป็นปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง แรงจึงจัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้นการรวมแรงจึงรามแบบเวกเตอร์ หน่วยของแรงในระบบเอสไอ คือนิวตัน (N)

  

ตัวอย่าง ความหมายของแรงชนิดต่างๆ

แรงย่อย คือ แรงที่มากระทำร่วมกันที่จุดใดจุดหนึ่งในเวลาเดียวกัน

แรงรวม หรือแรงลัพธ์ หมายถึง แรงเดียวที่สามารถแทนแรงย่อยหลายๆ แรงได้ทั้งขนาดและิทิศทางในเวลาเดียวกัน ในการรวมแรงหากได้ผลรวมของแรงเป็นศูนย์แสดงว่าวัตถุอยู่ในสภาพสมดุล

ขนาดและทิศทางของแรง

การวัดขนาดของแรงที่กระทำต่อวัตถุ ทำได้โดยใช้เครื่องชั่งสปริงวัดแรงดึง และใช้ตาชั่งธรรมดาวัดแรงกด หน่วยที่ใช้วัดแรงคือ นิวตัน(newton ใช้ตัวย่อ N) เพื่อเป็นเกียรติแก่ เซอร์ไอแซค นิวตัน(Sir Isaac Newton) ที่ศึกษาเรื่องแรง

เพิ่มเติมเพื่อความเข้าใจ

การเขียนแรง จะต้องมี

1. ขนาด ทิศทาง และจุดที่แรงกระทำ
2. ทิศทางของแรง นน้ำหนัก จะต้องอยู่ในแนวดิ่ง และเคลื่อนที่เข้าสู่ศูนย์กลางโลกเสมอ เพราะมีแรงโน้มถ่วง
3. ทิศทางของแรงอื่นๆ เขียนไปตามทิศทางของแรงนั้นๆ กระทำอยู่โดยให้ลูกศรหรือมุมเป็นตัวกำหนดทิศทางของแรง
ตัวอย่างเช่น มีแรง 3 นิวตัน และ 4 นิวตัว กระทำต่อกัน เช่นดึงห่วงเหล็กในแนวตั้งฉากกัน ดังรูป

การหาแรงลัพธ์ (R)
เนื่องจากแรงเป็นปริมาณเวคเตอร์ดังนั้นการหาแรงลัพธ์คิดเหมือนกับการหาเวคเตอร์ลัพธ์ โดยแทนแรงด้วยลูกศร ความยาวของลูกศรจะแทนขนาดของแรง และทิศของลูกศรจะแทนทิศทางของแรงที่กระทำ และวัตถุจะเคลื่อนที่ไปตามทิศของแรงลัพธ์
วิธีการหาแรงลัพธ์ มี 2 วิธี
1. การเขียนรูป (โดยแทนแรงด้วยลูกศร )
ใช้หางต่อหัว คือเอาหางของลูกศรที่แทนแรงที่ 2 มาต่อหัวลูกศรที่แทนแรงที่ 1แล้วเอาหางลูกศรที่แทนแรงที่ 3 มาต่อหัวลูกศรที่แทนแรงที่ 2 …..ต่อกันไปจนหมด โดยทิศของลูกศรที่แทนแรงเดิมไม่เปลี่ยนแปลง ขนาดของแรงลัพธ์คือ ความยาวลูกศรที่ลากจากจุดเริ่มต้น ไปยังจุดสุดท้าย มีทิศจากจุดเริ่มต้นไปจุดสุดท้าย

ตัวอย่าง เมื่อมีแรง A B และ C มากระทำต่อวัตถุ ดังรูป

จงหาเวกเตอร์ลัพธ์หาแรงลัพธ์โดยการเขียนรูปได้ดังนี้

หาแรงลัพธ์

ขนาดของแรงลัพธ์ = D
2. โดยการคำนวณ

2.1. เมื่อแรงทำมุม 0 องศา (แรงไปทางเดียวกัน)

เมื่อแรงทำมุม 0 องศา (แรงไปทางเดียวกัน)แรงลัพธ์ = ขนาดแรง ทั้งสองบวกกัน และทิศของแรงลัพธ์ มีทิศเดิม
2.2. เมื่อแรงทำมุมกัน 180 องศา (ทิศทางตรงข้าม)
แรงลัพธ์ = แรงมากลบด้วยแรงน้อย ทิศของแรงลัพธ์มีทิศเดียวกับแรงมาก

2.3. เมื่อแรงทำมุมกัน 90 องศา หาแรงลัพธ์โดยใช้ทฤษฎีบทของพีธากอรัส

สูตรหาแรงลัพธ์ รูปสี่เหลี่ยมจัตรัส

หาขนาดของแรงลัพธ์โดยใช้สี่เหลี่ยมด้านขนานให้แรงทั้งสองเป็นด้านประกอบ
ของสี่เหลี่ยมด้านขนาน เส้นทะแยงมุมคือแรงลัพธ์


หาทิศแรงลัพธ์ ( มุมที่แรงลัพธ์ทำกับสิ่งอ้างอิง )

หาทิศแรงลัพธ์

แต่ถ้าแรง P และ Q ทำมุมดังรูป ( P และ Q สลับกับรูปเดิม)


ที่มา:
http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/10/Force/Force/Force1.htm
http://www.bbc.co.uk/schools/scienceclips
http://www.bbc.co.uk/schools/ks2bitesize/science
http://www.sciencekids.co.nz/gamesactivities/friction.html
http://216.101.114.100/UCCP/APPhysicsCI/course%20files/multimedia/

กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาบนเปลือกโลก

การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก

ธรรมชาติทำให้เปลือกโลกเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร 

เมื่อประมาณ พ.ศ. 2163 อัลเฟรด เวเจเนอร์ ได้สันนิษฐานว่า ถ้าย้อนอดีตไปอีกประมาณ 50 ล้านปี ผิวโลกส่วนที่เป็นแผ่นดินซึ่งโผล่ขึ้นมาจากผิวน้ำนั้นมีเพียงส่วนเดียวเป็นทวีปใหม่ทวีปเดียวเท่านั้น

จากข้อมูลในปัจจุบันจะเห็นว่า ทวีปต่างๆอยู่กระจายไปตามส่วนต่างๆของโลก โดยมีมหาสมุทรและทะเลคั่น อยู่ระหว่างทวีปเหล่านั้น

นอกจากนี้ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาค้นคว้าในระยะต่อๆมา พบว่าทวีปทั้งหลายที่มนุษย์อาศัยอยู่นี้มิได้นิ่งอยู่กับที่ แต่สามารถเคลื่อนที่ได้

นักธรณีวิทยาได้ศึกษาและพบว่าสิ่งต่างๆที่ประกอบกันเป็นเปลือกโลกนั้นมิได้อยู่รวมติดกันเป็นแผ่นเดียวกันโดยตลอดแต่มีรอยแยกอยู่ทั่วไป รอยแยกเหล่านี้ส่วนใหญ่จะอยู่ลึกลงไปจากผิวโลก จึงทำให้สามารถแบ่งเปลือกโลกออกเป็นแผ่นๆเรียกแต่ละแผ่นว่าแผ่นเปลือกโลก ซึ่งแผ่นเปลือกโลกจะประกอบด้วยแผ่นเปลือกโลกขนาดใหญ่ 6 แผ่นด้วยกันคือ

1.แผ่นยูเรเซีย เป็นแผ่นเปลือกโลกที่รองรับทวีปเอเชียและทวีปยุโรป และพื้นน้ำบริเวณใกล้เคียง

2.แผ่นอเมริกา เป็นแผ่นเปลือกโลกที่รองรับทวีปอเมริกาเหนือ ทวีปอเมริกาใต้ และพื้นน้ำครึ่งซีกตะวันตกของมหาสมุทรแอตแลนติก

3.แผ่นแปซิฟิก เป็นแผ่นเปลือกโลกที่รองรับมหาสมุทรแปซิฟิก

4.แผ่นออสเตรเลีย เป็นแผ่นเปลือกโลกที่รองรับทวีปออสเตรเลีย ประเทศอินเดีย และพื้นน้ำระหว่างประเทศออสเตรเลียกับประเทศอินเดีย

5.แผ่นแอนตาร์กติก เป็นแผ่นเปลือกโลกที่รองรับทวีปแอนตาร์กติก และพื้นน้ำโดยรอบ

6.แผ่นแอฟริกา เป็นแผ่นเปลือกโลกที่รองรับทวีปแอฟริกา และพื้นน้ำรอบๆทวีปนี้

นอกจากนี้ยังมีแผ่นเปลือกโลกขนาดเล็กอีกด้วย เช่น แผ่นฟิลิปปินส์ เป็นต้น

การเปลี่ยนแปลง(แปรรูป)ของเปลือกโลก Diformation

แบ่งเป็น 2 แบบ ได้แก่

1.การเปลี่ยนแปลงเคลื่อนที่แบบรวดเร็วฉับพลัน (abrupt movements)

มักเกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นอย่างรุนแรง จนทำให้เปลือกโลกจมตัวลงเป็นบริเวณกว้าง หรือเอียงไปข้างใดข้างหนึ่งหรือเคลือนที่ออกจากกันในแนวราบทำให้เกิดลุ่มน้ำขัง (swamps) หรือทะเลสาป เช่น ที่ราบลุ่มในภาคเหนือของประเทศไทย หรือที่ราบลุ่มตอนกลางที่เรียกว่าที่ราบลุ่มเจ้าพระยาของไทย

2. การเปลี่ยนแปลงหรือเคลื่อนที่อย่างช้าๆ (slow movemants)

แผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่อย่างช้า ๆ เช่น แผ่นเปลือกโลกแปซิฟิคเคลื่อนที่ไปทางทิศเหนือ 5 เซนติเมตร/ปี เฉลี่ยทั้งโลก 5 – 8 เซนติเมตร/ปี

การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก

หินหนืดที่อยู่ในชั้นแมนเทิลได้รับความร้อนจากแก่นโลก หินหนืดจึงไหลสวนในลักษณะคล้ายกับการเคลื่อนที่ของสีผสมอาหารที่สังเกตได้จากกิจกรรม การเคลื่อนที่ ของหินหนืดเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ได้ ประกอบกับแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้มหาสมุทรมีความหนาน้อยกว่าแผ่นเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีป หินหนืดในชั้นแมนเทิล จึงสามารถแทรกตัวขึ้นมาตามรอยแยกระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้มหาสมุทรได้ง่ายกว่า หินหนืดในชั้นแมนเทิลจึงทำหน้าที่เป็นตัวดันและพยุงให้แผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทรเคลื่อนที่และขยายตัวแยกออกจากกัน ดังเช่นนักธรณี วิทยาพบว่าที่บริเวณรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้มหาสมุทรแอตแลนติกนั้นมีแนวหินเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา แนวหินใหม่ที่เกิดขึ้นจากหินหนืดที่อยู่ใต้เปลือกโลกดันขึ้นมาที่บริเวณรอยต่อนี้ แนวหินใหม่เหล่านี้พบว่ามีอายุน้อยกว่าหินปูนที่อยู่บนทวีปที่อยู่รอบมหาสมุทรแอตแลนติกมาก นอกจากนี้ยังพบอีกว่า การที่หินหนืดดันขึ้นมาตามรอยต่อนี้เองทำให้แผ่นดินของทวีปอเมริกากับทวีปยุโรป และทวีปแอฟริกาห่างมากขึ้นตลอดเวลา เมื่อแผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทรเคลื่อนที่ออกไปมากยิ่งขึ้น ขอบอีกด้านหนึ่ง จะเข้าไปชนและมุดตัวเข้าไปสู่ใต้แผ่นเปลือกโลก และมีแรงดันมหาศาลเกิดขึ้นตามบริเวณที่จรดกันนี้

นักธรณีวิทยาศึกษาพบว่า แผ่นเปลือกโลกทั้งปวงเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาด้วยอัตราเร็วที่ต่ำมาก บางแผ่นเคลื่อนที่เข้าชนอีกแผ่นหนึ่ง เช่น แผ่นออสเตรเลียเคลื่อนที่เข้าชนแผ่นยูเรเซีย เกิดการเปลี่ยนแปลงคือแผ่นออสเตรเลียมุดตัวเข้าสู่แผ่นยูเรเซียและมุดหายไปในส่วนแมนเทิลของโลกที่มีความร้อนสูง จึงทำให้เกิดมีการหลอมตัวของหินเปลือกโลก นอกจากการชนกันของทั้งสองแผ่น นี้ยังผลให้เปลือกโลกบางส่วนถูกดันให้โค้งตัวขึ้นกลายเป็นภูเขาสูง เช่น บริเวณเทือกเขาหิมาลัย ซึ่งอยู่ทางตอนเหนือของประเทศอินเดีย

จากความรู้ที่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามศึกษาค้นคว้าทำให้เราทราบว่าแผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา และถ้านักเรียนตัดภาพทวีปต่างๆแล้วนำมาต่อกันก็จะเห็นว่าบางส่วนอาจปะติดปะต่อกันเข้าเกือบสนิท เช่น ชายฝั่งตะวันออกของทวีปอเมริกาใต้กับชายฝั่งตะวันตกของทวีปแอฟริกา บางส่วนอาจต่อกันไม่สนิทนัก เช่น บริเวณชายฝั่งทวีปเอเซียตอนล่างกับส่วนบนของชายฝั่งทวีปออสเตรเลียและทวีปแอนตาร์กติก อย่างไรก็ตาม อาจถือได้ว่าภาพที่เกิดจากการนำทวีปต่างๆมาปะติดปะต่อกันนี้ให้แนวคิดที่สำคัญที่ทำให้เราได้ทราบว่า แผ่นเปลือกโลกทั้งหลายมีการเคลื่อนที่

2.4 ลักษณะการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณี

ลักษณะการเคลื่อนของแผ่นธรณี

นักธรณีวิทยาได้ศึกษารอยต่อของแผ่นธรณีภาคพบว่า แผ่นธรณีภาคมีการเคลื่อนที่มีลักษณะต่างๆ ดังนี้

1. ขอบแผ่นธรณีภาคแยกออกจากกัน ขอบแผ่นธรณีภาคที่แยกจากกันนี้ เนื่องจากการดันตัวของแมกมาในชั้นธรณีภาค ทำให้เกิดรอยแตกในชั้นหินแข็ง แมกมาสามารถถ่ายโอนความร้อนสู่ชั้นเปลือกโลก อุณหภูมิและความดันของแมกมาลดลงเป็นผลให้เปลือกโลกตอนบนทรุดตัวกลายเป็นหุบเขาทรุด (rift valley)


รูปแสดงการแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป

ต่อมาน้ำทะเลไหลมาสะสมกลายเป็นทะเล และเกิดรอยแตกจนเป็นร่องลึก เมื่อแมกมาเคลื่อนตัวแทรกขึ้นมาตามรอยแตก เป็นผลให้แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรเคลื่อนตัวแยกออกไปทั้งสองข้าง ทำให้พื้นทะเลขยายกว้างออกไปทั้งสองด้านเรียกว่า กระบวนการขยายตัวของพื้นทะเล (sea floor spreading) และปรากฏเป็นเทือกเขากลางมหาสมุทร เช่น บริเวณกลางมหาสมุทรแอตแลนติก บริเวณทะเลแดง รอยแยก แอฟริกาตะวันออก อ่าวแคลิฟอร์เนีย มีลักษณะเป็นหุบเขาทรุด มีร่องรอยการแยก เกิดแผ่นดินไหวตื้นๆ มีภูเขาไฟและลาวาไหลอยู่ใต้มหาสมุทร


รูปแสดงการแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร

ในขณะที่แผ่นธรณีภาคเกิดรอยแตกและเลื่อนตัว จะมีผลทำให้เกิดคลื่นไหวสะเทือนไปยังบริเวณต่างๆ ใกล้เคียงกับจุดที่เกิดรอยแตก รอยเลื่อนในชั้นธรณีภาคเกิดเป็นปรากฏการณ์แผ่นดินไหว

2. ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่เข้าหากัน แบ่งเป็น 3 ลักษณะ คือ

  1. แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร แผ่นธรณีภาคแผ่นหนึ่งจะมุดลงใต้อีกแผ่นหนึ่ง ปลายของแผ่นที่มุดลงจะหลอมตัวกลายเป็นแมกมาและปะทุขึ้นมาบนแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร เกิดเป็นแนวภูเขาไฟกลางมหาสมุทร เช่น ที่หมู่เกาะมาริอานาส์ อาลูเทียน ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์ หมู่เกาะฮาวาย จะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึก มีแนวการเกิดแผ่นดินไหวตามแนวของแผ่นธรณีภาคลึกลงไปถึงชั้นเนื้อโลก รวมทั้งมีภูเขาไฟที่ยังมีพลัง

    รูปแสดงการชนกันระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร
  2. แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกับแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร ที่หนักกว่าจะมุดลงใต้แผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป ทำให้เกิดรอยคดโค้งเป็นเทือกเขาบนแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป เช่น ที่อเมริกาใต้แถบตะวันตก แนวชายฝั่งโอเรกอนจะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึก ตามแนวขอบทวีปมีภูเขาไฟปะทุในส่วนที่เป็นแผ่นดิน เกิดเป็นแนวภูเขาไฟชายฝั่ง และเกิดแผ่นดินไหวรุนแรง ส่วนแนวขอบด้านตะวันออก- เฉียงเหนือของแผ่นธรณีภาคอาระเบียที่เคลื่อนที่เข้าหาและมุดกันกับแนวขอบด้านใต้ของแผ่นธรณีภาคยูเรเชีย จะเกิดเป็นร่องลึกก้นมหาสมุทร และเกิดเป็นเทือกเขาคดโค้งอยู่บนแผ่นธรณีภาคในบริเวณประเทศตะวันออกกลาง ปัจจุบันบริเวณนี้กลายเป็นแหล่งสะสมน้ำมันดิบแหล่งใหญ่ของโลก

 

2.3 กระบวนการที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณี

เปลือกโลกมิได้เป็นแผ่นเดียวต่อเนื่องติดกันดังเช่นเปลือกไข่ หากแต่เหมือนเปลือกไข่แตกร้าว มีแผ่นหลายแผ่นเรียงชิดติดกันเรียกว่า “เพลต” (Plate) ซึ่งมีอยู่ประมาณ 20 เพลต เพลตที่มีขนาดใหญ่ ได้แก่ เพลตแปซิฟิก เพลตอเมริกาเหนือ เพลตอเมริกาใต้ เพลตยูเรเซีย เพลตแอฟริกา เพลตอินโด-ออสเตรเลีย และเพลตแอนตาร์กติก เป็นต้น เพลตแปซิฟิกเป็นเพลตที่ใหญ่ที่สุดและไม่มีเปลือกทวีป กินอาณาเขตหนึ่งในสามของพื้นผิวโลก เพลตทุกเพลตเคลื่อนตัวเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างอยู่ตลอดเวลา (ดูภาพที่ 1)

การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกแบ่งได้ดังนี้

 

ทฤษฎีวงจรการพาความร้อน 
(Convection current theory)

          กล่าวไว้ว่าการหมุนเวียนของกระแสความร้อนภายในโลก มีลักษณะเช่นเดียวกับการเดือดของน้ำในแก้ว กล่าวคือโลกส่งผ่านความร้อนจากแก่นโลกขึ้นมาสู่ชั้นแมนเทิล ซึ่งมีลักษณะเป็นของไหลที่มีสถานะกึ่งแข็งกึ่งเหลว และผลักดันให้สารในชั้นนี้หมุนเวียนจากส่วนล่างขึ้นไปสู่ส่วนบนส่งผลให้เปลือกโลกซึ่งเป็นของแข็งปิดทับอยู่บนสุดเกิดการแตกเป็นแผ่น (Plate) และเคลื่อนที่ในลักษณะเข้าหากัน แยกออกจากกัน และไถลตัวขนานออกจากกัน

 

ทฤษฎีทวีปเลื่อน (Continental Drift Theory) 
ในปี ค.ศ.1915 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Alfred Wagenerได้เสนอสมมติฐานทวีปเลื่อนขึ้น และได้รับการยอมรับในปี ค.ศ.1940 สมมติฐานกล่าวไว้ว่า เมื่อราว 250 ล้านปีก่อน ทวีปต่าง ๆ เคยติดกันเป็นทวีปขนาดใหญ่เรียกว่า พันเจีย (Pangaea) ต่อมามีการเคลื่อนตัวแยกออกจากกัน จนมาอยู่ในตำแหน่งปัจจุบัน หลักฐานที่เชื่อว่าแผ่นทวีปเคลื่อนที่นี้คือ ในปัจจุบันได้พบชนิดหิน ที่เกิดในสภาวะแวดล้อมเดียวกันแต่อยู่คนละทวีปซึ่งห่างไกลกันมากหินอายุเดียวกัน ที่อยู่ต่างทวีปกันมีรูปแบบสนามแม่เหล็กโลกโบราณคล้ายคลึงกัน และขอบของทวีปสามารถเชื่อมตัวประสานแนบสนิทเข้าด้วยกันได้

 

ทฤษฎีเปลือกโลกใต้มหาสมุทรแยกตัว (Sea Floor Spreading Theory) 
           
จากปรากฏการณ์การแตกตัวและแยกออกจากกันของแผ่นเปลือกโลกภาคพื้นทวีปและใต้มหาสมุทรสัมพันธ์กับการเคลื่อนไหว การเกิดหมู่เกาะภูเขาไฟ การเกิดแนวเทือกเขากลางมหาสมุทร การขยายตัว และการเกิดใหม่ของมหาสมุทร ทำให้เกิดสมมติฐานและกลายเป็นทฤษฎีนี้ขึ้นเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เหล่านั้นและการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกต่างๆ

 

 

ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (plate Tectonic Theory) 
เกิดจากการนำทฤษฎีทวีปเลื่อนและทวีปแยกมารวมกันตั้งเป็นทฤษฎีใหม่ขึ้นมาโดยกล่าวไว้ว่า เปลือกโลกทั้งหมดแบ่งออกเป็น แผ่นที่สำคัญ จำนวน 13 แผ่น โดยแต่ละแผ่นจะมีขอบเขตเฉพาะได้แก่ แผ่นอเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ ยูเรเซีย แอฟริกา อินเดีย แปซิฟิก แอนตาร์กติก ฟิลิปปินส์ อาหรับ สกอเทีย โกโก้ แคริเบียน และนาซก้าแผ่นเปลือกโลกทั้งหมดไม่หยุดนิ่งอยู่กับที่จะมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาใน 3 แบบ ได้แก่การเคลื่อนที่เข้าหากัน แยกออกจากกัน และไถลตัวขนานออกจากกันซึ่งผลของการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกทำให้เกิดปรากฎการณ์ต่าง ๆ ขึ้น เช่น แผ่นดินไหว เทือกเขา ภูเขาไฟ และกระบวนการเกิดแร่และหิน

 

ลักษณะการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก

1) รอยต่อที่แผ่นเปลือกโลกจะแยกจากกัน (Divergent Boundary) เมื่อแมกม่าในชั้นแอสทีโนสเฟียร์ดันตัวขึ้น ทำให้เพลตจะขยายตัวออกจากกัน เกิดขึ้นตรงรอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลก 2 แผ่น ที่อยู่ใต้มหาสมุทรมากกว่าบนทวีป แนวเพลตแยกจากกันส่วนมากเกิดขึ้นในบริเวณสันกลางมหาสมุทร เช่น รอยต่อของแผ่นอเมริกากับแผ่นยูเรเซียน ที่เทือกเขาที่มีการแยกตัว (Spreading Ridge) หรือรอยต่อที่แยกออกจากกัน จะเกิดแผ่นดินไหวที่ระดับตื้นตามแนวแกนการแยกตัวเท่านั้น และเกิดกลไกการแยกตัวขึ้น แผ่นดินไหวที่เกิดจากลักษณะการแยกตัวมักจะมีขนาดต่ำกว่า 8 ริกเตอร์

 

2) รอยต่อที่แผ่นเปลือกโลกจะเคลื่อนที่ชนกันและเกยกัน (Convergent Boundary) มี 3 แบบ คือ

2.1) แผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทร 2 แผ่นมาชนกัน (Collision) โดยขอบแผ่นเปลือกโลกในแต่ละแนวที่มีความหนาแน่นสูงกว่าจะสอดมุดตัว (Subduction Zones) ลงไปใต้อีกแผ่นเปลือกโลกอีกแผ่นหนึ่งจนถึงชั้นแมนเทิล มีการเลื่อน ขบ กดและดัน ซึ่งกันและกัน ยังผลให้มีการปรับตัวตลอดเวลา จากนั้นจะหลอมละลายกลายเป็นหินหลอมละลายที่มีการสะสมพลังงานแรงดันมหาศาลภายในดันตัวควบคู่กันไปขึ้นมาตามชั้นหินของเปลือกโลก หากพลังงานนั้นสูงมากจนถึงระตับก็จะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปการเกิดแผ่นดินไหว ซึ่งในส่วนที่ไม่แข็งแรงที่อยู่ด้านบนเกิดเป็นปล่องภูเขาไฟ และแนวตามขอบแผ่นเปลือกโลกเป็นร่องลึกทางยาวที่เรียกว่า Trench

 

2.2) แผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทรชนกับแผ่นทวีป แผ่นมหาสมุทรที่หนักกว่าจะมุดลงใต้แผ่นทวีปและหลอมละลายกลายเป็นหินหลอมละลายและถูกดันออกมาตามรอยแยกในชั้นหินของแผ่นทวีป เกิดเป็นแนวภูเขาไฟ

 

2.3) แผ่นทวีปชนกับแผ่นทวีป ทำให้เพลตที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าเกิดการโก่งตัวเกยสูงขึ้นกลายเป็นเทือกเขา เช่นเทือกเขาหิมาลัย เกิดจากการชนกันของเพลตอินเดียและเพลตเอเชีย เทือกเขาแอลป์ (Alps) ในทวีปยุโรป เทือกเขาร็อกกี้ (Rocky) และเทือกเขาแอปปาเลเชียน (Appalachian) ในทวีปอเมริกาเหนือ เกิดจากการชนกันของเพลตอเมริกาเหนือกับเพลตแอฟริกา และเทือกเขาภูพานในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของไทย

 

แผ่นดินไหวจะเกิดขึ้นได้หลายตำแหน่งตั้งแต่ใกล้ผิวโลกไปจนถึงความลึกหลายร้อยกิโลเมตร เนื่องจากแผ่นเปลือกโลกที่มุดตัวลงไปมีความเย็นจนทำให้เกิดการเปราะแตกออกได้ที่ความลึกถึง 700 กิโลเมตร รอยต่อระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนที่เข้าหากันเป็นตำแหน่งที่เกิดแผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดในโลก เหตุการณ์บางครั้งที่เกิดขึ้นที่บริเวณแผ่นเปลือกโลกมุดตัวที่ อลาสกาและชิลีทำให้แผ่นดินไหวมีขนาดมากกว่า 9 ริกเตอร์

 

3) รอยต่อที่แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่สวนกัน (Transform Boundary) เมื่อแผ่นเปลือกโลก 2 แผ่นเคลื่อนที่สวนกัน ทำให้เกิดเป็นรอยเลื่อนขนาดใหญ่ขึ้น มักเกิดขึ้นในบริเวณเทือกเขากลางมหาสมุทร แต่บางครั้งก็เกิดขึ้นบริเวณชายฝั่ง หากเปลือกโลกเคลื่อนที่กระทบกันอย่างรุนแรงจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือน และเกิดแผ่นดินไหวได้ เช่น

 

                รอยเลื่อน San Andrea’s ที่ทำให้เกิดแผ่นดินไหวในรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา คือ ตัวอย่างของการเคลื่อนที่ผ่านกัน แยกแผ่นเปลือกโลก Pacific ออกจากแผ่นเปลือกโลก North America ในขณะที่เคลื่อนผ่านกัน แผ่นเปลือกโลกส่วนใหญ่จะเลื่อนผ่านกันทางด้านข้าง ทำให้เกิดการทรุดตัวและยกตัวของพื้นดินน้อยกว่าการเคลื่อนที่ออกจากกันหรือเข้าหากัน จุดสีเหลืองข้างล่างแสดงตำแหน่งที่เกิดแผ่นดินไหวตามขอบของระบบรอยเลื่อนนี้ที่บริเวณอ่าวซานฟรานซีสโก
15440 71 16 6

 

2.2 หลักฐานและ้ข้อมูลทางธรณีวิทยี่สนับสนุนการเคลื่อนที่ของทวีป

2.2 หลักฐานและข้อมูลทางธรณีภาค
จากข้อมูลทางธรณีวิทยาในด้านต่างๆ จากหลักฐานการเปลี่ยนแปลงทางธรณีภาค   และการค้นพบซากดึกดำบรรพ์ของพืชและสัตว์ชนิดเดียวกันและอายุเดียวกันในทวีปต่างๆ  ที่อยู่ห่างไกลกัน   ทำให้เชื่อว่าทวีปต่างๆ   ในปัจจุบันแต่เดิมเป็นแผ่นดินผืนเดียวกันแล้วค่อยๆ แยกออกจากกัน   นักเรียนจะได้ศึกษาแนวความคิดของนักธรณีวิทยาเกี่ยวกับหลักฐานต่างๆ ดังกล่าวนี้ต่อไป

2.2.1 รอยต่อของแผ่นธรณีภาค
เมื่อพิจารณาแผ่นที่โลกปัจจุบัน   จะพบว่าทวีปแต่ละทวีปมีรูปร่างต่างกัน   ในอดีตทวีปต่างๆ เหล่านี้มีรุปร่างอย่างไร   นักเรียนจะสังเกตรูปร่างของทวีปต่างๆ ในอดีตได้จากกิจกรรมต่อไปนี้

ภาพ 2.2   แผนที่แผ่นธรณีภาค   แสดงแนวการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคและลักษณะรอยต่อ
ระหว่างแผ่นธรณีภาคที่ปรากฏอยู่บนโลก

กิจกรรม 2.1 แผ่นทวีปของโลก
1.    สังเกตรูปร่างของทวีปต่างๆ ในโลกจากแผนที่แผ่นธรณีภาคดังภาพ 2.2
2.    ตัดภาพแผนที่ตามแนวของทวีป
3.    นำภาพที่เป็นส่วนของทวีปมาต่อกัน   สังเกตรอยต่อของทวีปต่างๆ เป็นอย่างไรเปรียบเทียบกับตำแห่งของทวีปนั้นกับตำแหน่งปัจจุบัน
4.    วิเคราะห์และตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับแผ่นทวีปบนโลกตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน
5.    ร่วมกันอภิปราย   พร้อมทั้งเสนอเหตุผลที่สนับสนุน   หรือโต้งแย้งความคิดแล้วเสนอผลการศึกษา

แนวขอบของทวีปต่างๆ ในปัจจุบัน ที่คิดว่าเคยเชื่อมต่อเป็นผืนเดียวกัน
เมื่อนักเรียนนำแผนภาพแต่ละทวีปมาต่อกันจะเห็นว่ามีส่วนที่สามารถต่อกันได้พอดี   เช่นขอบตะวันออกของอเมริกาใต้สามารถต่อกับขอบตกวันตกของทวีปแอฟริกาใต้ได้พอดี   ซึ่งเป็นเหตุผลที่สามารถตั้งสมมติฐานได้ว่าทวีปทั้งสองอาจเป็นแผ่นดินผืนเดียวกันมาก่อน   แล้วต่อมาก็แยกออกกันเคลื่อนไปทางทิศตะวันออกส่วนหนึ่งและทิศตะวันตกอีกส่วนหนึ่ง   จนกลายเป้นมหาสมุทรแอตแลนติกเข้ามาแทนที่ตรงรอยแยก   และแผ่นทวีปที่มีการเคลื่อนที่ตัวออกไปเรื่อยๆ จนปรากฏเป็นตำแหน่งและรูปร่างของทวีปทั้งสองดังปัจจุบัน
จากหลักฐานและแนวคิดดังกล่าว   ได้มีการศึกษาใต้บริเวณหมาสมุทรแอตแลนติกต่อไป  เพื่อหาข้อมูลอื่นๆ ที่สามารถใช้เป็นหลักฐานสนับสนุนความคิดดังกล่าว

2.2.2 รอยต่อของแผ่นธรณีภาค   และอายุหินบนเทือกเขากลางมหาสมุทร

จากภาพ 2.3 จะเห็นว่าลักษณะที่โดดเด่นของแผ่นมหาสมุทรแอตแลนติก ได้แก่ เทือกเขากลางมหาสมุทรซึ่งเป็นเหมือนเทือกเขายาวที่โค้งอ้อมไปต่างรูปร่างของขอบทวีป   ด้านหนึ่งเกือบขนานกับชายฝั่งสหรัฐอเมริกา   และอีกด้านหนึ่งขนานกับชายฝั่งของทวีปยุโรปและแอฟริกา   นอกจากนั้นเทือกเขากลางมหาสมุทร   ยังมีรอยแตกตัวเป็นรอยลึกออกไปตลอดความยาวของเทือกเขาและมีรอยแตกตัดขว้างบนสันเขานี้มากมาย   รอยแตกเหล่านี้เป็นศูนย์กลางของการเกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟระเบิด   ส่วนเทือกเขาอื่นๆ เป็นเทือกเขาเล็กๆ ที่กระจัดกระจายอยู่ทั้งทางด้านตะวันตกและตะวันออกของพื้นมหาสมุทรและเมื่อนักเรียนมองขึ้นไปที่ประเทศอังกฤษจะเห็นว่า   ยังคงเป็นเกาะที่อยู่บนไหล่ทวีปที่มีส่วนของแผ่นดินใต้พื้นน้ำต่อเนื่องกับทวีปยุโรป


ภาพ 2.3   เทือกเขากลางมหาสมุทรภาพในกรอบเล็กแสดงลักษณะรอยลึกบนเทือกเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก
และลักษณะของรอยเลื่อนเฉือนระนาบด้านข้างที่ตัดขวางอยู่บนเทือกเขากลางมหาสมุทร

ต่อมาเครื่องมือการสำรวจใต้ทะเลและมหาสมุทรได้รับการพัฒนาอย่างมาก   ดังนั้นการสำรวจมหาสมุทรใหญ่ทั้ง 3 แห่ง   รวมทั้งทะเลใกล้เคียง   เมื่อปี พ.ศ. 2503 จึงได้ข้อมูลด้านธรณีสมุทรศาสตร์ใหม่ที่เป็นประโยชน์ เช่น การพบหินบะซอลต์ที่บริเวณร่องลึก   หรือรอยแยกบริเวณเทือกเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก และยังพบต่อไปอีกว่าหินบะซอลต์ที่อยู่ไกลจากรอยแยกมีอายุมากกว่าหินบะซอลต์ที่อยู่ใกล้รอยแตกหรือในรอยแยก
จากหลักฐานและข้อมูลดังกล่าวทำให้อธิบายได้ว่า เมื่อเกิดรอยแยก   แผ่นดินจะเกิดการเคลื่อนตัวออกจากกันอย่างช้าๆ ตลอกเวลา   ในขณะเดียวกันแมกมาใต้แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรจะถูกดันแทรกเสริมขึ้นมาตรงรอยแยกแข็งตัวเป็นหินบะซอลต์หรือเป็นเปลือกโลกใหม่   ทำให้ตรงกลางรอยแยกเกิดหินบะซอลต์ใหม่เรื่อยๆ ดังนั้นโครงสร้างและอายุหินรองรับแผ่นธรณีภาคจึงมีอายุอ่อนสุดบริเวณเทือกเขากลางมหาสมุทร   และอายุมากขึ้นเมื่อเข้าใกล้ขอบทวีปดังภาพ 2.4

ภาพ 2.4 อายุของหินบะซอล์บริเวณรอยแยกกลางมหาสมุทรแอตแลนติก
นอกจากรอยแยกของแผ่นธรณีภาคและอายุหินบนเทือกเขากลางมหาสมุทรแล้ว   ยังมีหลักฐานเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์และหลักฐานอื่นอีกที่ใช้ในการสนับสนุนสมมติฐานที่ว่า   ในอดีตแผ่นธรณีภาคต่างๆ เป็นผืนเดียวกัน

2.2.3   การค้นพบซากดึกดำบรรพ์
นักธรณีวิทยาเชื่อว่าซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ   ในแต่ละแผ่นธรณีภาคน่าจะเป็นหลักฐานอย่างหนึ่งที่ใช้ยืนยันเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงธรณีภาคของโลกได้   จึงสำรวจซากดึกดำบรรพ์ของพืชและสัตว์ในทวีปต่าง ๆ และนำมาเทียบเคียงดูว่าเป็นพืชหรือสัตว์ของซีกโลกเหนือหรือซีกโลกใต้   อยู่ในภูมิอากาศร้อนหรือเย็น   ตลอดจนความเหมือนกันของชั้นหินที่พบซากเหล่านั้น   เพราะถ้าเป็นหินที่เคยเกิดอยู่ในพื้นที่เดียวกันมาก่อน   เมื่อแผ่นธรณีภาคแยกออกจากันไปแล้ว   ลักษณะของซากดึกดำบรรพ์และหินก็ควรจะเหมือนกัน
จากการสำรวจ   พบซากดึกดำบรรพ์ของเฟินชนิดหนึ่งชื่อ กลอสซอพเทอริส (Glossopteris) ที่ทวีปอินเดีย อเมริกาใต้ แอฟริกา ออสเตรเลีย และที่ทวีปแอนตาร์กติกา   ถ้านักเรียนย้อนกับไปดูแผนที่โลกก็จะพบว่าแต่ละทวีปอยู่ไกลกันมากและมีลักษณะภูมิอากาศแตกต่างกัน   แต่ในอดีตยังมีพืชชนิดเดียวกัน   นอกจากยังพบซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์เลื่อยคลานชื่อ มีโซซอรัส (Mesosuarus) ซึ่งปกติจะดำรงชีวิตอยู่ตามกลุ่มน้ำจืด   แต่กลับมาพบอยู่ในส่วนล่างของทวีปแอฟริกาและอเมริกาใต้ซึ่งเป็นบริเวณที่อยู่ห่างไกลกัน   และอยู่ติดทะเล
จากหลักฐานการค้นพบพืช กลอสซอพเทอริส และสัตว์เลื้อยคลาน มีโซซอรัส กระจายไปอยู่ในทวีปต่างๆ ที่ห่างไกลกัน   ดังภาพ 2.5 นักเรียนคิดว่าปรากฏการณ์นี้อธิบายถึงเรื่องอะไร   มีความเกี่ยวข้องกับการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาคหรือไม่   อย่างไร


ภาพ 2.5 ซากดึกดำบรรพ์ที่พบในทวีปต่างๆ ในอดีตกาล
2.2.4   หลักฐานอื่นๆ
นอกจากหลักฐานต่างๆ   ที่กล่าวมาซึ่งใช้สนับสนุนเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาคแล้ว   ยังมีหลักฐานการเปลี่ยนแปลงของอากาศที่ทำให้เกิดการสะสมตัวของตะกอนในบริเวณต่างๆ ของโลก  เช่น หินที่เกิดจากตะกอนธารน้ำแข็ง   ซึ่งควรจะเกิดขึ้นบริเวณขั้วโลก   แต่ปัจจุบันพบหินลักษณะนี้ในบริเวณชายฝั่งทะเลทางตอนใต้ของแอฟริกาและอินเดียเป็นต้น   แสดงว่าแผ่นทวีปทีการเคลื่อนที่หลังจากที่มีการสะสมตะกอนจากธารน้ำแข็งแล้ว
สนามแม่เหล็กโลกโบราณ (pale magnetism) เป็นหลักฐานอีกอย่างหนึ่งที่ใช้พิสูจน์ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค   โดยใช้หลักฐานที่ว่าในอดีตเหล็กที่เกิดปนอยู่กับแร่อื่นๆ (ก่อนที่จะมีการแข็งตัวกลายเป็นหิน) จะมีการเรียงตัวในรูปแบบที่เกิดจากหารเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กโลกขณะนั้น   ต่อมาเมื่อเกิดจากแข็งตัวเป็นหิน   เหล็กนั้นจะมีสมบัติคล้ายเข็มทิศที่ถูกเก็บฝั่งอยู่ในเนื้อหนเป็นระยะเวลานาน   เมื่อนำตัวอย่างหินซึ่งทราบตำแหน่ง (พิกัด) ที่เก็บ มาวัดหาค่ามุมเอียงเทของชั้นหิน   วัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการ   รวมทั้งคำนวณหาค่าต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง จะได้ข้อมูลเบื้องต้นของภาวะแม่เหล็กในอดีตกาล   เช่น ทิศทาง ความเข้มของสนามแม่เหล็กในสมัยนั้น เป็นต้น   เมื่อนำข้อมูลที่ได้มาเขียนกราฟ   จะสามารถหาค่าภาวะแม่เหล็กโบราณได้ ค่าต่างๆ เหล่านี้ถูกนำมาแปลความหมาย   และคำนวณหาตำแหน่งดั้งเดิมของพื้นที่ในอดีตเพื่อยืนยันการเคลื่อนที่ของแผ่นทวีปต่างๆ ได้
จากหลักฐานต่างๆ ที่ได้จากการศึกษาค้นคว้าทำให้นักธรณีวิทยาได้แนวคิดเกี่ยวกับโลกว่า   จริงๆ แล้วโลกไม่เคยคงสภาพหยุดนิ่ง   มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน   ใช้เวลายาวนานกว่า 250 ล้านปี มีผลให้พื้นผิวโลกชั้นธรณีภาคแบ่งออกเป็นแผ่นธรณีภาคขนาดต่างๆ มากกว่า 10 แผ่น   ทุกแผ่นกำลังเคลื่อนที่
นักธรณีวิทยาแบ่งแผ่นธรณีภาคของโลกออกเป็น 2 ประเภท คือแผ่นทวีปและแผ่นมหาสมุทร   ซึ่งทั้ง 2 ประเภทรวมกันมีจำนวน 13 แผ่น   ดังภาพ 2.6 แผ่นธรณีภาคเหล่านี้มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา   นักเรียนศึกษาแผ่นธรณีภาคบริเวณต่างๆ ของโลกได้จากกิจกรรม 2.2

กิจกรรม 2.2 ลักษณะการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค
1. สังเกตแผ่นธรณีภาคบริเวณต่างๆ   จากภาพ 2.6
2. สังเกตลูกศรแสดงทิศทางการเคลื่อนที่   สัญลักษณ์ที่แสดงลักษณะการเคลื่อนที่บนขอบแผ่นธรณีภาค ชื่อ และจำนวนแผ่นธรณีภาค
3. ตัดรอยภาพตามรอยต่อแผ่นธรณีภาค
4. ทดลองเคลื่อนที่แผ่นธรณีภาคคู่ใดคู่หนึ่งตามแนวลูกศรโดยให้การเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคไปตามสัญลักษณ์ แล้วสังเกต บันทึก ลักษณะการเปลี่ยนแปลงในแนวของแผ่นธรณีภาค
5. สังเกตและศึกษาลักษณะภูมิประเทศจากแผนที่โลกเพื่อนำมาประกอบภาพตัดต่อ
6. สืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแผ่นธรณีภาคจากวีดิทัศน์   และเอกสารต่างๆ
7. รวบรวมข้อมูล   อภิปรายและสรุปความรู้เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคแล้วนำเสนอข้อมูลทั้งหมด


ภาพ 2.6 แผ่นธรณีภาคบริเวณต่างๆ ของโลก
นักวิทยาสาสตร์และนักธรณีวิทยาได้ศึกษารอยต่อของแผ่นธรณีภาคอย่างละเอียด   และสามารถสรุปลักษณะการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคได้ดังนี้
(1) ขอบแผ่นธรณีภาคแยกออกจากกัน
เป็นแนวขอบของแผ่นธรณีภาคที่แยกออกจากัน   อันเนื่องมาจากการดันตัวของแมกมาในชั้นธรณีภาค   ทำให้เกิดรอยแตกในชั้นหินแข็ง   จนแมกมาสามารถถ่ายโอนความร้อนสู่ชั้นเปลือกโลกได้อุณหภูมิและความดันของแมกมาจึงลดลงเป็นผลให้เปลือกโลกตอนบนทรุดตัวกลายเป็นหุบเขาทรุด ดังภาพ 2.7

ภาพ 2.7 การแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป
ในระยะเวลาต่อมาเมื่อน้ำไหลมาสะสมเกิดเป็นทะเล   และเกิดเป็นรอยแตกจนเป็นร่องลึก   เมื่อแมกมาเคลื่อนตัวแทรกขึ้นมาตามรอยแตก   จะทำให้แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรเคลื่อนตัวแยกออกไปทั้งองข้าง   พื้นทะเลจะขยายกว้างออกไปทั้งสองด้านเรียกกระบวนการนี้ว่า การขยายตัวของพื้นทะเล (sea floor spreading)    และปรากฏเป็นเทือกเขากลางมหาสมุทร   ดังภาพ 2.8 เช่น บริเวณทะเลแดง   รอยแยกแอฟริกาตะวันออก   อ่าวแคลิฟอร์เนีย   มีลักษณะเป็นหุบเขาทรุด   ทีร่องรอยการแยก   เกิดแผ่นดินไหวตื้นๆ มีภูเขาไฟและลาวาไหลอยู่ใต้มหาสมุทร

ภาพ 2.8 การแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร
(2) ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนเข้าหากัน
แนวที่แผ่นธรณีภาคชนหรือมุดซ้อนกันเป็นไปได้ 3 แบบ   คือ แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร  แผ่นธรณีภาคหนึ่งจะมุดลงใต้อีกแผ่นหนึ่ง   ปลายของแผ่นที่มุดลงจะหลอมตัวกลายเป้นแมกมาและปะทุขึ้นมาบดแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร   เกิดเป็นภูเขาไฟกลางมหาสมุทร เช่น ที่หมู่เกาะมาริอานาส์ อาลูเทียน ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์   จะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึก   มีแนวการเกิดแผ่นดินไหวตามขอบแผ่นธรณีภาคลึกลงไปถึงชั้นเนื้อโลก   รวมทั้งมีภูเขาไฟที่ยังมีพลัง ดังภาพ 2.9


ภาพ 2.9 การชนกัน ระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร
แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกันแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป    แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรซึ่งหนักกว่าจะมุดลงใต้แผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป   ทำให้เกิดรอยคดโค้งเป็นเทือกเขาบนแผ่นธรณีภาค   ภาคพื้นทวีป เช่น ที่อเมริกาใต้ แถบตะวันตก   แนวชายฝั่งโอเรกอน จะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึก   ตามแนวขอบทวีปมีภูเขาไฟปะทุในส่วนที่เป็นแผ่นดิน  เกิดเป็นแนวภูเขาไฟชยฝั่ง เกิดแผ่นดินไหวรุนแรง ดังภาพ 2.10


ภาพ 2.10 การเคลื่อนที่เข้าหากัน   ระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรกับแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป
แผ่นธรณีภาค   ภาคพื้นทวีปชนกับแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีปอีกแผ่นหนึ่ง   แผ่นธรณีภาคทั้งสองมีความหนามาก   เมื่อชนกันจึงทำให้ส่วนหนึ่งมุดลง   อีกส่วนหนึ่งเกยกันอยู่เกิดเป็นเทือกเขาสูงแนวยาวอยู่ในแผ่นธรณีภาค   ภาคพื้นทวีป เช่น เทือกเขาหิมาลัยในทวีปเอเชีย เทือกเขาแอลป์ ในทวีปยุโรป เป็นต้น ดังภาพ 2.11

ภาพ 2.11 การเคลื่อนที่เข้าหากัน ระหว่างแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีปกับแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป

 

(3) ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ผ่านกัน

เนื่องจากอัตราการเคลื่อนตัวของแมกมาในชั้นเนื้อโลกไม่เท่ากัน   ทำให้แผ่นธรณีภาคในแต่ละส่วนมีอัตราการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน   ทำให้เปลือกโลกใต้มหาสมุทรและบางส่วนของเทือกเขาใต้สมุทรไถลเลื่อนผ่านและเฉือนกัน   เกิดเป็นรอยเลื่อนเฉือนระนาบด้านข้างขนาดใหญ่ขึ้น   สันเขากลางมหาสมุทรถูกรอยเลื่อนขึ้นตัดเฉือนเป็นแนวเหลื่อมกันอยู่   มีลักษณะเป็นแนวรอยแตกแคบยาวมีทิศทางตั้งฉากกับเทือกเขากลางสมุทรและหรือร่องใต้ทะเลลึก   ระหว่างขอบของแผ่นธรณีภาคที่ซ้อนเกยกัน   ในบริเวณภาคพื้นทวีปหรือมหาสมุทร ดังภาพ 2.12 เช่นรอยเลื่อนซานแอนเดรียส ประเทศสหรัฐอเมริกา รอยเลื่อนอัลไพน์ ประเทศนิวซีแลนด์

ภาพ 2.12 การเคลื่อนที่ผ่านสวนกันของแผ่นธรณีภาค

2.1ทฤษฎีทวีปเลื่อนของเนเกเนอร์

การเลื่อนไหลของทวีปหรือทวีปเลื่อน

(อังกฤษ: Continental drift) เป็นแนวคิดซึ่งเสนอโดยนักอุตุนิยมวิทยาและนักธรณีฟิสิกส์ชาวเยอรมัน อัลเฟรด เวเกเนอร์ เมื่อ พ.ศ. 2455 (ค.ศ. 1912) ซึ่งกล่าวไว้ว่า ทวีปที่อยู่ทั้งสองฝั่งของมหาสมุทรแอตแลนติกน่าจะเคยเชื่อมต่อกันเป็นมหาทวีปมาก่อน ซึ่งเรียกว่า พันเจีย (Pangea) และล้อมรอบด้วยมหาสมุทรผืนเดียวกันเรียก พันทาลัสซา (Panthalassa) โดยอ้างหลักฐานจากข้อมูลสภาพภูมิศาสตร์บริเวณขอบทวีปต่าง ๆ ได้แก่ ทวีปแอฟริกา ทวีปอเมริกาเหนือและทวีปอเมริกาใต้ ที่สามารถต่อกันเป็นผืนเดียวกันได้อย่างเหมาะสม และข้อมูลการค้นพบซากดึกดำบรรพ์ที่เป็นสปีชีส์เดียวกันบนทวีปทั้งสองฝั่งมหาสมุทรแอตแลนติก

มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนก่อนเวเกเนอร์ที่สังเกตทวีปเลื่อนแล้ว เช่น ฟรานซิส เบคอนอันโตนิโอ สไนเดอร์ เพลลิกรินีและเบนจามิน แฟรงคลิน ตอนแรกแนวคิดนี้นักภูมิศาสตร์และนักธรณีวิทยาหลายคนมองว่าไร้เหตุผล เพราะแนวคิดนี้ไม่สามารถอธิบายได้ว่าเพราะเหตุใดจึงเกิดการเลื่อนไหลของทวีป และเกิดแรงมหาศาลที่ใช้ในการเลื่อนไหลได้อย่างไร แต่ขณะเดียวกันแนวคิดนี้ก็ได้รับการสนับสนุนโดยอเล็กซานเดอร์ ดูทอยท์ นักธรณีวิทยาชาวแอฟริกาใต้ รวมทั้งอาเธอร์ โฮล์มส

แม้ว่าแนวคิดการเลื่อนไหลของทวีปนั้น จะไม่เป็นที่ยอมรับกระทั่งคริสต์ทศวรรษ 1950 ในคริสต์ทศวรรษ 1960 มีผู้เสนอทฤษฎีสนับสนุนหลายทฤษฎี เช่น การขยายตัวของพื้นมหาสมุทร (sea-floor spreading) ซึ่งได้ตอบคำถามที่มีต่อแนวคิดการเลื่อนไหลของทวีป คือ สามารถอธิบายถึงสาเหตุและแรงที่ทำให้แผ่นทวีปมีการเลื่อนไหล จึงทำให้แนวคิดของเวเกเนอร์เริ่มได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายมากขึ้น ซึ่งต่อมาแนวคิดและทฤษฎีเหล่านี้กลายเป็นหนึ่งในทฤษฎีใหม่ที่สำคัญที่สุดทางธรณีวิทยา นั่นคือ ทฤษฎีเพลทเทคโทนิค (plate tectonic)

หลักฐานการเลื่อนไหลของทวีป

รูปแบบซากดึกดำบรรพ์ในทวีปต่าง ๆ (กอนด์วานาแลนด์)

โครงกระดูกเมโซซอรัส เมกเกรเกอร์ ค.ศ. 1908

หลักฐานการเลื่อนไหลของทวีปนั้นมีกว้างขวาง ซากพืชและสัตว์ดึกดำบรรพ์ถูกพบรอบชายฝั่งต่างทวีปกัน ซึ่งเป็นการอธิบายว่าครั้งหนึ่งทวีปทั้งสองเคยเชื่อมต่อกัน ซากดึกดำบรรพ์ของเมโซซอรัส สัตว์เลื้อยคลานน้ำจืดลักษณะคล้ายจระเข้ขนาดเล็กที่พบทั้งในบราซิลและแอฟริกาใต้ เป็นตัวอย่างหนึ่ง ส่วนอีกตัวอย่างหนึ่งนั้นคือ การค้นพบซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์เลื้อยคลานบก ไลโทรซอรัส จากหินอายุเดียวกันในทวีปอเมริกาใต้ ทวีปแอฟริกาและแอนตาร์กติกา[1] นอกจากนี้ยังมีหลักฐานมีชีวิตอยู่ คือ สัตว์ชนิดเดียวกันที่ถูกพบทั้งสอทวีป เช่น ไส้เดือนดินบางตระกูลพบทั้งในอเมริกาใต้และแอฟริกา

ตะกอนธารน้ำแข็งสมัยเพอร์โม-คาร์บอนิเฟอรัสที่กระจัดกระจายอย่างกว้างขวางในอเมริกาใต้ แอฟริกา มาดากัสการ์ อาราเบีย อินเดีย แอนตาร์กติกาและออสเตรเลียเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนหลักฐานสำคัญของทฤษฎีทวีปเลื่อน ความต่อเนื่องของธารนำแข็ง อนุมานจากริ้วลายขนานธารน้ำแข็งที่หันไปทางเดียวกันและหินทิลไลต์ เสนอการมีอยู่ของมหาทวีปกอนด์วานา ซึ่งกลายมาเป็นองค์ประกอบกลางของมโนทัศน์ทวีปเลื่อน ริ้วลายขนานบ่งชี้ว่าธารน้ำแข็งไหลออกจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้ว ในพิกัดสมัยใหม่ และสนับสนุนแนวคิดว่า ทวีปทางใต้เคยอยู่ในสถานที่แตกต่างกันมาก เช่นเดียวกับต่อเนื่องกันมาก่อน[2]

โครงสร้างโลก

โครงสร้างโลก

1.1 การศึกษาโครงสร้างโลก

1.2 การแบ่งโครงสร้างโลก
1.1การศึกษาโครงสร้างโลก
 การศึกษาโครงสร้างภายในของโลก โดยศึกษาการเดินทางของ “คลื่นซิสมิค” (Seismic waves) ซึ่งมี 2 ลักษณะ คือ
   คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เป็นคลื่นตามยาวที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลาง โดยอนุภาคของตัวกลางนั้นเกิดการเคลื่อนไหวแบบอัดขยายในแนวเดียวกับที่คลื่นส่งผ่านไป คลื่นนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ เป็นคลื่นที่สถานีวัดแรงสั่นสะเทือนสามารถรับได้ก่อนชนิดอื่น โดยมีความเร็วประมาณ 6 – 8 กิโลเมตร/วินาที คลื่นปฐมภูมิทำให้เกิดการอัดหรือขยายตัวของชั้นหิน ดังภาพที่ 3
  คลื่นทุติยภูมิ (S wave) เป็นคลื่นตามขวางที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลว คลื่นทุติยภูมิมีความเร็วประมาณ 3 – 4 กิโลเมตร/วินาที คลื่นทุติยภูมิทำให้ชั้นหินเกิดการคดโค้ง
ขณะที่เกิดแผ่นดินไหว (Earthquake) จะเกิดแรงสั่นสะเทือนหรือคลื่นซิสมิคขยายแผ่จากศูนย์เกิดแผ่นดินไหวออกไปโดยรอบทุกทิศทุกทาง เนื่องจากวัสดุภายในของโลกมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน และมีสถานะต่างกัน คลื่นทั้งสองจึงมีความเร็วและทิศทางที่เปลี่ยนแปลงไปดังภาพที่ 4 คลื่นปฐมภูมิหรือ P wave สามารถเดินทางผ่านศูนย์กลางของโลกไปยังซีกโลกตรงข้ามโดยมีเขตอับ (Shadow zone) อยู่ระหว่างมุม 100 – 140 องศา แต่คลื่นทุติยภูมิ หรือ S wave ไม่สามารถเดินทางผ่านชั้นของเหลวได้ จึงปรากฏแต่บนซีกโลกเดียวกับจุดเกิดแผ่นดินไหว โดยมีเขตอับอยู่ที่มุม 120 องศาเป็นต้นไป

ภาพคลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลื่นทุติยภูมิ (S wave)

ภาพการเดินทางของ P wave

และ S wave ขณะเกิดแผ่นดินไหว

ทรัพยากรธรณี แหล่งน้ำ

ทรัพยากรน้ำ หมายถึง แหล่งต้นตอของน้ำที่เป็นประโยชน์หรือมีศักยภาพที่จะก่อให้เกิดประโยชน์แก่มนุษย์ ทรัพยากรน้ำมีความสำคัญเนื่องจากน้ำเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากแก่การดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ได้มีการนำน้ำมาใช้ในด้านเกษตรกรรม อุตสาหกรรม บ้านเรือน นันทนาการและกิจกรรมต่างๆ รวมทั้งด้านสิ่งแวดล้อม น้ำที่มนุษย์นำมาใช้ในกิจกรรมต่างๆ ดังกล่าวนั้นจะเป็นน้ำจืด แต่น้ำจืดในโลกเรามีเพียงร้อยละ 2.5 เท่านั้น และปริมาณ 2 ใน 3 ของน้ำจืดจำนวนนี้เป็นน้ำแข็งในรูปของธารน้ำแข็งและน้ำแข็งที่จับตัวกันอยู่ที่ขั้วโลกทั้งสองขั้ว ปัจจุบันความต้องการน้ำมีมากกว่าน้ำจืดที่มีอยู่ในหลายส่วนของโลก และในอีกหลายพื้นที่ในโลกกำลังจะประสบปัญหาความไม่สมดุลของอุปสงค์และอุปทานของน้ำในอนาคตอันไม่ไกลนัก กรอบปฏิบัติเพื่อการจัดสรรทรัพยากรน้ำให้แก่ผู้ใช้น้ำ (ในพื้นที่ที่มีกรอบปฏิบัติแล้ว) เรียกว่า “สิทธิการใช้น้ำ” (Water rights)

น้ำกับความขัดแย้ง

ตัวอย่างที่ชัดเจนเกี่ยวกับความขัดแย้งเกี่ยวกับการใช้น้ำระหว่างรัฐเกิดขึ้นระหว่าง 1950 – 1800 ปีก่อน พ.ศ. ระหว่างรัฐสุเมเรียแห่งลากาช และ รัฐอุมมา[1] แม้จะขาดหลักฐานว่าเป็นสงครามระหว่างรัฐที่เกิดจากการแย่งน้ำเพียงอย่างเดียวก็ตาม น้ำก็ได้เป็นต้นตอของความขัดแย้งระหว่างกันของมนุษยชาติมาตลอดเวลาแห่งประวัติศาสตร์ เมื่อน้ำขาดแคลนมากเมื่อใดก็จะเกิดความตึงเครียดทางการเมืองซึ่งมักเรียกกันว่า “ความตึงเครียดจากน้ำ” (Water stress) ความตึงเครียดจากน้ำนี้มักนำไปสู่ปัญหาความขัดแย้งในระดับท้องถิ่นและขยายไปถึงระดับภูมิภาค[2]

ความเครียดจากน้ำยังเป็นตัวเป็นตัวทำให้ความเครียดทางการเมืองที่ไม่เกี่ยวข้องกับน้ำมีความรุนแรงเพิ่มขึ้นด้วย คุณภาพและปริมาณของน้ำจืดที่ค่อยๆ ลดลงตามกาลเวลามีผลทำให้ความมั่นคงของภูมิภาคมีผลให้สุขภาพความเป็นอยู่ของประชาชนเลวลงเป็นตัวปิดกั้นการพัฒนาทางเศรษฐกิจซึ่งมีผลกระทบเวียนกลับทำให้สถานการณ์ความขัดแย้งเลวลงกว่าเดิม[3]

ความขัดแย้งและความตึงเครียดและความขัดแย้งเกี่ยวกับน้ำมักเกิดขึ้นภายในบริเวณชายแดนของประเทศ ภาคหรือจังหวัดและบริเวณตอนใต้ของลุ่มน้ำ เช่นบริเวณใต้ลุ่มน้ำแม่น้ำเหลืองของจีน ลุ่มเจ้าพระยาของประเทศไทยซึ่งประสบกับปัญหาความเครียดจากน้ำมาเป็นเวลาหลายปี นอกจากนี้ ประเทศแห้งแล้งบางประเทศซึ่งต้องพึ่งพาน้ำเพื่อการชลประทานเป็นอันมาก เช่นจีน อินเดีย อิหร่านและปากีสถานจึงมักเสี่ยงกับปัญหาความตึงเครียดที่มีชนวนมาจากน้ำ[3] ความตึงเครียดทางการเมือง เช่น การประท้วงและการก่อเหตุความวุ่นวายอาจขึ้นจากการประท้วงการแปรรูปจากองค์การรัฐเป็นเอกชนและการตั้งราคาน้ำบริโภคในประเทศโบลิเวียเมื่อ พ.ศ. 2543

แหล่งน้ำจืด

น้ำผิวดิน

ทะเลสาบชันการาในประเทศชิลีตอนเหนือ

น้ำผิวดินได้แก่น้ำในแม่น้ำลำคลอง ทะเลสาบและในพื้นที่ชุ่มน้ำที่เป็นน้ำจืด ปกติน้ำผิวดินจะได้รับการเติมจากฝนหรือหิมะ และจะหายไปตามธรรมชาติด้วยการะเหย การไหลออกสู่ทะเลและการซึมลงไปใต้ดิน

แม้ว่าการเติมน้ำจืดโดยธรรมชาติของระบบน้ำผิวดินจะได้จากการตกของฝนหรือหิมะลงเฉพาะบนบริเวณลุ่มน้ำนั้นๆ ณ เวลาหนึ่งก็ตาม แต่ปริมาณรวมของน้ำยังขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นอีกหลายปัจจัย ปัจจัยเหล่านี้รวมถึงปริมาณความจุของทะเลสาบ พื้นที่ชุ่มน้ำและอ่างเก็บน้ำที่มนุษย์สร้างขึ้น อัตราการซึมของดินในพื้นที่กักเก็บต่างๆ ดังกล่าว ลักษณะของการไหลตามผิวพื้นของลุ่มน้ำ ช่วงเวลาการตกของฝนหรือหิมะและอัตราการระเหยของพื้นที่นั้นๆ ปัจจัยเหล่านี้มีผลต่อสัดส่วนของน้ำที่ไหลออกสู่ทะเล ระเหยและซึมลงใต้ดิน

กิจกรรมของมนุษย์สามารถสร้างผลกระทบต่อปัจจัยต่างๆ ดังกล่าวได้มาก มนุษย์มักเพิ่มความจุน้ำเก็บกักด้วยการสร้างอ่างเก็บน้ำและลดความจุน้ำเก็บกักด้วยการระบายพื้นที่ชุ่มน้ำให้แห้ง มนุษย์เพิ่มปริมาณและความเร็วไหลตามผิวของน้ำด้วยการดาดผิวพื้นต่างๆ ให้แข็งรวมทั้งการทำทางให้น้ำไหลทิ้งไปรวดเร็วขึ้น

ปริมาณโดยรวมของน้ำที่มีให้ใช้ ณ เวลาหนึ่งนับเป็นข้อพิจารณาที่มีความสำคัญมาก การใช้น้ำบางประเภทของมนุษย์เป็นการใช้แบบหยุดๆ เดินๆ ตัวอย่างเช่น การทำเกษตรกรรมหลายแห่งต้องการน้ำเป็นปริมาณมากในช่วงฤดูเพาะปลูก และไม่ใช้น้ำอีกเลยหลังฤดูเก็บเกี่ยว การจ่ายน้ำให้พื้นที่เกษตรกรรมประเภทดังกล่าว ระบบน้ำผิวดินเพื่อการนี้อาจต้องมีขนาดการเก็บกักที่ใหญ่เพื่อให้สามารถเก็บกักน้ำฝนที่ตกลงมาทั้งปีไว้ สำหรับปล่อยมาใช้ภายเวลาที่สั้นเป็นต้น การใช้น้ำประเภทที่ค่อยๆ ใช้ในปริมาณครั้งละไม่มากแต่สม่ำเสมอทั้งปี เช่นน้ำสำหรับหล่อเย็นในโรงผลิตไฟฟ้า การจ่ายน้ำในกรณีนี้ ระบบน้ำผิวดินต้องการเพียงอ่างหรือแหล่งกักเก็บที่มีความจุให้พอสำหรับไว้ชดเชยน้ำในลำธารที่มีอัตราการไหลเข้าอ่างในฤดูแล้งต่ำกว่าอัตราการใช้น้ำในการหล่อเย็น่ทา้า่
น้ำผิวดินตามธรรมชาติสามารถเพิ่มพูนได้โดยการนำน้ำเข้ามาจากแหล่งในลุ่มน้ำอื่นด้วยการขุดคลองส่งน้ำหรือวางท่อส่งน้ำ หรืออาจทำด้วยวิธีอื่นๆ แต่ก็ได้ไม่มาก มนุษย์เรามีส่วนทำให้ระบบน้ำผิวดินไม่มั่นคงหรือ “หายไป” จากการสร้างมลพิษ

บราซิลเป็นประเทศที่ประมาณกันว่ามีแหล่งน้ำจืดมากที่สุดในโลกตามด้วยแคนาดาและรัสเซีย[4]

น้ำใต้ผิวดิน

อัตราความเร็วการไหลของน้ำใต้ดิน

น้ำใต้ผิวดินหรือน้ำใต้ดินหมายถึงน้ำจืดที่ขังอยู่ในช่องว่างของดินหรือหิน และยังหมายถึงน้ำที่ไหลอยู่ภายในชั้นหินอุ้มน้ำ หรือชั้นน้ำ (Aquifer) ซึ่งอยู่ตำกว่าระดับน้ำใต้ดิน (water table) ในบางครั้งก็มีประโยชน์ที่จะแยกให้เห็นถึงความแตกต่างระหว่าง น้ำใต้ผิวดินที่อยู่ใกล้และสัมพันธ์กับน้ำผิวดิน กับ น้ำผิวดินที่สัมพันธ์กับน้ำใต้ผิวดินที่อยู่ลึกมากในชั้นหินอุ้มน้ำ บางครั้งก็เรียกน้ำชนิดนี้ว่า “น้ำซากดึกดำบรรพ์” (Fossil water)

น้ำใต้ผิวดินอาจคิดเชิงคำศัพท์เห้หมือนน้ำผิวดินก็ได้ นั่นคือ การรับเข้า (inputs) การปล่อยออก (outputs) และการเก็บกัก (storage) นัยสำคัญของความแตกต่างก็คือ: ในแง่ของน้ำใต้ผิวดิน ที่เก็บกักมักมีขนาดใหญ่มากเมื่อเปรียบเทียบกับการรับเข้า ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำผิวดินที่มีขนาดเก็บกักเล็กแต่มีขนาดการรับเข้ามากกว่า ข้อแตกต่างนี้เองที่ทำให้มนุษย์สามารถใช้น้ำใต้ดินได้มากมาย (แบบไม่ยั่งยืน) ได้เป็นเวลานานโดยไม่รู้สึกถึงผลกระทบที่รุนแรง แต่ถึงกระนั้น ในระยะยาว ในที่สุดอัตราเฉลี่ยของการซึมซับของแหล่งน้ำผิวดินที่ไหลลงใต้ดิน ย่อมจะต้องช้ากว่าอัตราการสูบออกไปใช้โดยมนุษย์

การรับเข้าตามธรรมชาติของน้ำใต้ดินเกิดจากการไหลซึมลงชั้นใต้ดินของน้ำผิวดิน การปล่อยออกตามธรรมชาติของน้ำใต้ดินที่เกินขนาดที่เก็บกักคือน้ำพุธรรมชาติและการไหลซึมออกสู่ทะเล

ถ้าแหล่งน้ำผิวดินมีปัญหาด้านอัตราการระเหย แหล่งน้ำใต้ดินอาจกลายเป็นน้ำเค็มได้ สถานการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติจากการไหลลงแอ่งต่ำใต้ดินเองหรือเกิดจากฝีมือการชลประทานเพื่อการเกษตรกรรมของมนุษย์ ในพื้นที่แถบชายฝั่งทะเล การใช้แหล่งน้ำใต้ดินของมนุษย์เองอาจเป็นเหตุให้การไหลออกทะเลโดยธรรมชาติของน้ำใต้ดินที่เป็นน้ำจืดหยุดลงและเกิดการไหลย้อนของน้ำเค็มสวนเข้าตามทางน้ำจืดเดิมก่อให้เกิดน้ำใต้ดินที่มีความเค็มได้ มนุษย์สามารถทำให้น้ำใต้ดินให้ “หาย” ไปได้ (เช่น การขาดเสถียรภาพ) เนื่องจากมลพิษ ในขณะเดียวกัน มนุษย์ก็สามารถเพิ่มการรับเข้าของน้ำใต้ดินได้ด้วยการสร้างอ่างเก็บน้ำหรือแก้มลิง

น้ำในดินมีลักษณะเป็นส่วนๆ เรียกว่าชั้นหินอุ้มน้ำ หรือชั้นน้ำ น้ำฝนที่ตกลงมาจะถูกซึมซับและไหลมารวมกันที่นี่ ปกติองค์ประกอบของมันน้ำในชั้นหินอุ้มน้ำจะอยู่ในสภาวะที่เกือบเป็นการ “สมดุลอุทกสถิต” (Hydrostatic equilibrium) องค์ประกอบของน้ำในชั้นหินอุ้มน้ำดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับขนาดของช่องหรือรูพรุนของหิน ซึ่งหมายความว่าอัตราการดึงหรือสูบน้ำออกมาใช้จะถูกจำกัดด้วยอัตราการซึมผ่านที่เร็ว

การกำจัดความเค็ม

การกำจัดความเค็ม คือกระบวนการเทียมในการทำให้น้ำเค็ม (ส่วนใหญ่คือน้ำทะเล) เปลี่ยนเป็นน้ำจืด กระบวนการกำจัดความเค็มที่ใช้กันโดยทั่วไปได้แก่ วิธีการกลั่น (distillation) และ วิธีออสโมซิสผันกลับ (reverse osmosis) การกำจัดความเค็มสำหรับการสร้างแหล่งน้ำใช้ ในปัจจุบันยังมีค่าใช้จ่ายที่แพงมากเมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกอื่น การใช้น้ำด้วยวิธีกำจัดความเค็มของน้ำทะเลของมวลมนุษย์ในขณะนี้จึงมีสัดส่วนเศษส่วนเพียงน้อยนิดเมื่อเทียบกับแหล่งน้ำที่ใช้วิธีการอื่น ดังนั้น การทำแหล่งน้ำโดยวิธีกำจัดความเค็มจึงมีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจเฉพาะในพื้นที่แห้งแล้งและจำกัดการใช้เฉพาะการบริโภคในครัวเรือนและโรงงานอุตสาหกรรมเท่านั้น ปัจจุบัน การผลิตแหล่งน้ำโดยวิธีนี้มากที่สุดได้แก่ประเทศแถบอ่าวเปอร์เซีย

น้ำแข็ง

ภูเขาน้ำแข็งมองจากนิวฟาวด์แลนด์

มีวิธีการหลายแบบที่มีผู้คิดขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์จากภูเขาน้ำแข็งเพื่อนำน้ำมาทำเป็นแหล่งน้ำจืด แต่ถึงปัจจุบันความพยายามนี้ก้ยังคงอยู่ในสภาวะขั้นการคิดต้นเพื่อความแปลกใหม่

น้ำที่ละลายไหลจากภูเขาน้ำแข็งถือเป็นน้ำผิวดิน

ความเครียดน้ำ (Water stress)

แนวคิดของความเครียดน้ำค่อนข้างตรงไปตรงมา สมัชชาธุรกิจเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน (World Business Council for Sustainable Development) ให้ความหมายว่าเป็นสถานกาณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดการขาดแคลนน้ำสำหรับใช้ในกิจการต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเพื่อการเกษตร อุตสาหกรรมหรือภาคครัวเรือน การใช้เพื่อบ่งชี้ขีดเริ่มเครียดน้ำในแง่ของความเพียงพอของน้ำต่อหัวนับเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมากขึ้น อย่างไรก็ดี การใช้โดยทั่วไปหมายถึงการใช้น้ำและประสิทธิภาพของการใช้น้ำ ได้มีการเสนอว่าเมื่อใดที่น้ำจืดที่ใช้หมุนเวียนได้ที่ใช้ต่อคน/ปีลดต่ำลงกว่า 1,700 ลูกบาศก์เมตร ประเทศนั้นๆ จะพบกับปัญหาการเครียดน้ำ ต่ำกว่า 1,000 ลบม. ความขาดแคลนน้ำจะเริ่มมีผลกระทบต่อเศรษฐกิจของประเทศและเกิดปัญหาสุขภาพและความเป็นอยู่ของประชาชน

มีหลายสิ่งที่คุกคามต่อแหล่งน้ำจืดของโลก สิ่งคุกคามดังกล่าวได้แก่

การเพิ่มจำนวนประชากร

ในปี พ.ศ. 2543 ประชากรของโลกมีประมาณ 6,200 ล้านคน องค์การสหประชาชาติได้ประมาณว่าเมื่อถึง พ.ศ. 2590 ประชากรโลกจะเพิ่มอีกประมาณ 3,000 ล้านคน โดยการเพิ่มประชากรจะมากในประเทศกำลังพัฒนาเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งได้รับความยากลำบากจากความเครียดน้ำอยู่แล้ว[5] ดังนั้นอุปสงค์ของน้ำจะเพิ่มเว้นแต่จะมีน้ำเพิ่มจากการอนุรักษ์น้ำและการนำน้ำใช้แล้วมาบำบัดใช้ใหม่[6]

การเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศ

การเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศ จะมีผลกระทบที่รุนแรงมากต่อทรัพยากรน้ำทั่วโลก เนื่องความสัมพันธ์อย่างมากที่เป็นอยู่ระหว่างภูมิอากาศและวัฏจักรทางอุทกวิทยา การเพิ่อุณหภูมิของโลกจะเพิ่มอัตราการระเหยและนำไปสู่การเพิ่มปริมาณฝนและหิมะ หรือที่เรียกรวมว่า “หยาดน้ำฟ้า” แม้จะมีความผันแปรที่แตกต่างกันไปตามภูมิภาคก็ตาม แต่โดยรวมแล้วย่อมทำให้แหล่งน้ำจืดของโลกมีปริมาณเพิ่มขึ้น ทั้งความแห้งแล้งและน้ำท่วมอาจเกิดถี่ขึ้นและเกิดในต่างภูมิภาคและต่างเวลา จะมีการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างมากในการตกของหิมะและการละลายของหิมะในพื้นที่ที่เป็นภูเขาในเขตหนาว อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะมีผลกระทบต่อคุณภาพของน้ำในเชิงที่ยังอธิบายไม่ได้ ผลกระทบที่คาดว่าจะเกิดได้แก่ “สภาวะสารอาหารมากเกิน” (eutrophication) การเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศอาจมีผลทำให้เกิดการเพิ่มปริมาณน้ำเพื่อการชลประทานเพื่อการเกษตร การดน้ำในสวนด้วยหัวกระจายน้ำและแม้แต่สระว่ายน้ำ

การหมดของชั้นหินอุ้มน้ำ

สืบเนื่องจากการเพิ่มประชากรของโลกในอัตราที่มากเกินไป การแก่งแย่งน้ำจึงเกิดขึ้นในลักษณะที่ชั้นหินอุ้มน้ำหลักๆ ของโลกกำลังจะหมดลง ปรากฏการณ์นี้เกิดจากบริโภคโดยตรงของมนุษย์และจากการชลประทานในงานเกษตรกรรมที่นำน้ำใต้ดินมาใช้ ณ ขณะนี้ มีเครื่องสูบขนาดใหญ่น้อยนับล้านเครื่องที่กำลังสูบน้ำใต้ดินขึ้นมาอยู่ตลอดเวลา การชลประทานในพื้นที่แห้งแล้ง เช่นจีนตอนเหนือและอินเดียก็กำลังใช้น้ำจากแหล่งใต้ดินซึ่งสูบขึ้นมาในอัตราที่ไม่ยั่งยืน

มลพิษและการปกป้องน้ำ

น้ำที่เป็นมลพิษ

มลพิษทางน้ำ เป็นสิ่งที่ทั่วโลกกำลังมีความห่วงใยมากในปัจจุบัน รัฐบาลของประเทศต่างๆ ได้พยายามฟันฝ่าหาทางแก้ไขหรือลดปัญหานี้ลง มีตัวต้นเหตุที่ทำให้น้ำเสียอยู่หลายตัว แต่ตัวที่สร้างปัญหาได้กว้างขวางมากที่สุด โดยเฉพาะในประเทศด้อยพัฒนาได้แก่การปล่อยน้ำโสโครกที่ไม่ได้บำบัดลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ แต่อย่างไรก็ดี ประเทศกำลังพัฒนาเช่น จีน อินเดีย และอิหร่านก้ยังใช้วิธีนี้มากอยู่

การใช้น้ำ

การใช้น้ำจืดสามารถแบ่งออกได้เป็นประเภทที่เรียกว่า “บริโภคแล้วหมดไป” (consumptive) และ”บริโภคได้ต่อเนื่อง” (non-consumptive) ซึ่งบางครั้งเรียกว่า “ใช้ได้ต่อเนื่องได้ใหม่” การใช้น้ำที่นับเป็นประเภทบริโภคหมดไปได้แก่การใช้ที่เมื่อใช้แล้วไม่อาจนำกลับมาใช้อย่างอื่นได้อีกในทันที การสูญเสียจากการไหลซึมซับลงสู่ใต้ผิวดินและการระเหยก็นับเป็นประเภทบริโภคหมดไปเช่นกัน (แม้ไม่ได้ถูกบริโภคโดยมนุษย์) รวมทั้งน้ำที่ติดรวมไปกับผลิตภัณฑ์เกษตรหรรืออาหาร น้ำที่สามารถนำมาบำบัดแล้วปล่อยลงสู่แหล่งน้ำผิวดินใหม่ได้อีก เช่น น้ำโสโครกที่บำบัดแล้ว จะนับเป็นน้ำประเภทใช้ต่อเนื่องได้ใหม่ ถ้าถูกนำไปใช้ต่อเนื่อในกิจกรรมการใช้น้ำอย่างใดอย่างหนึ่ง

เกษตรกรรม

ฟาร์มแห่งหนึ่งในออนทาริโอ

มีการประมาณกันว่า ปริมาณน้ำจืดร้อยละ 70 ของโลกถูกใช้ไปเพื่อการชลประทาน ในบางส่วนของโลกอาจไม่จำเป็นต้องใช้ระบบชลประทานเลยก็ได้ แต่ในบางพื้นที่การชลประทานมีความจำเป็นมากในการเพิ่มผลผลิตการปลูกพืชชนิดที่จะได้ราคาดี วิธีการชลประทานแต่ละชนิดมีข้อดีข้อเสียที่จะต้องแลกกันระหว่างผลผลิตที่ได้กับปริมาณน้ำที่ใช้ รวมทั้งราคาค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์และโครงสร้าง วิธีการชลประทานแบบปกติบางแบบ เช่นแบบยกร่องและแบบหัวกระจายน้ำด้านบนจะถูกที่สุด แต่ก็มีประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากน้ำส่วนใหญ่จะไหลตามผิวและซึมลงไปในดิน หรือระเหยเสียปล่าไปมาก

วิธีการชลประทานที่มีประสิทธิภาพสูงกว่ารวมถึงการชลประทานแบบน้ำหยด แบบน้ำเอ่อเป็นระลอก (surge irrigation) และแบบหัวกระจายบางประเภทที่ใช้หัวจ่ายใกล้ระดับดิน ระบบเหล่านี้แม้จะแพงแต่ก็สามารถลดการไหลทิ้งตามผิวและการระเหยลงได้มาก ระบบชลประทานใดๆ ก็ตาม หากไม่จัดการให้ถูกต้อง ความสูญเปล่าก็ยังมีมากอยู่ดี สิ่งแลกเปลี่ยนกับการใช้ระบบชลประทานที่ยังไม่ได้รับการพิจารณาอย่างเพียงพอได้แก่การทำให้เกิดความเค็มของน้ำใต้ดิน

การเพาะเลี้ยงในน้ำคือเกษตรกรรมขนาดเล็กที่กำลังเติบโตในแง่ของการใช้น้ำ การประมงน้ำจืดเชิงพาณิชย์นับเป็นการใช้น้ำทางเกษตรกรรมด้วยเช่นกัน แต่ยังถือเป็นการใช้น้ำที่มีลำดับความสำคัญที่ต่ำกว่าการชลประทาน

ในขณะที่ประชากรของโลกเพิ่มขึ้น ความต้องการอาหารเพิ่มขึ้น แต่แหล่งน้ำกลับมีคงที่ ด้วยเหตุนี้จึงได้มีการคิดค้นวิธีเพิ่มผลผลิตอาหารโดยใช้น้ำน้อยลงซึ่งได้แก่: การปรับปรุงวิธีการและเทคโนโลยีด้านการชลประทาน การจัดการน้ำเพื่อการเกษตร การเลือกพันธุ์พืชและระบบการเฝ้าสังเกตและตรวจสอบการใช้น้ำ

อุตสาหกรรม

โรงไฟฟ้าแห่งหนึ่งในโปแลนด์

ประมาณว่า ร้อยละ 15 ของการใช้น้ำโดยรวมของโลกเป็นการใช้เพื่อการอุตสาหกรรม อุตสาหกรรมหลักๆ ที่ใช้น้ำมากได้แก่การผลิตไฟฟ้าที่ใช้น้ำในการหล่อเย็นและใช้ผลิตไฟฟ้า (เช่นโรงไฟฟ้าพลังน้ำ) อุตสาหกรรมเกี่ยวกับแร่และการถลุงแร่ การกลั่นน้ำมัน ซึ่งใช้น้ำในกระบวนการทางเคมี โรงงานผลิตสินค้าต่างๆ ที่ใช้น้ำเป็นตัวละลาย

สัดส่วนการใช้น้ำทางอุตสาหกรรมที่นับประเภทเป็น “การใช้หมดไป” นี้มีความผันแปรแตกต่างกันมากก็จริง แต่โดยรวมแล้วยังนับว่าน้อยกว่าการใช้น้ำทางเกษตรกรรมมาก

ครัวเรือน

น้ำดื่ม

ประมาณว่าภาคครัวเรือนทั้งโลกใช้น้ำเพื่อบริโภคและอุปโภคเฉลี่ยร้อยละ 15 ซึ่งรวมถึงน้ำดื่ม น้ำอาบ น้ำเพื่อการปรุงอาหาร เพื่อการสุขาภิบาล และเพื่อการรดน้ำต้นไม้และสวน

ความต้องการพื้นฐานของการใช้น้ำภาคครัวเรือนได้รับการประมาณไว้โดย “ปีเตอร์ กลีก” ว่าเท่ากับ 50 ลิตรต่อคน-ต่อวัน โดยไม่รวมน้ำที่ใช้รดน้ำต้นไม้[7]

น้ำใช้แล้วในภาคครัวเรือนจะถูกบำบัดแล้วปล่อยกลับคืนสู่แหล่งธรรมชาติ มีข้อยกเว้นอยู่บ้างที่มีการนำน้ำบำบัดแล้วไปใช้ในงานภูมิทัศน์ ดังนั้นที่น้ำใช้ในภาคครัวเรือนจึงมีสภาวะเป็นประเภทใช้แล้วหมดไปน้อยกว่าน้ำที่ใช้ทางด้านเกษตรกรรมและอุตสาหกรรม

นันทนาการ

ลำธารไวท์วอเตอร์

น้ำมีคุณค่าด้านนันทนาการค่อนข้างสูงมาก

ปริมาณน้ำที่ใช้ในด้านนันทนาการมีปริมาณน้อยมากแต่ก็กำลังเพิ่มปริมาณอย่างรวดเร็ว ส่วนใหญ่การใช้น้ำด้านนันทนาการมักเกี่ยวข้องสัมพันธ์กับอ่างเก็บน้ำ ถ้าอ่างเก็บน้ำถูกบรรจุน้ำเต็มมากกว่าปกติเพื่อนันทนาการ ในกรณีนี้ น้ำที่ถูกเก็บกักไว้อาจจัดอยู่ในประเภทการใช้เพื่อนันทนาการได้ การปล่อยน้ำจากอ่างเก็บน้ำต่างๆ เพื่อให้เล่นเรือในทางน้ำใต้อ่างได้ก็สามารถนับน้ำที่ปล่อยเพื่อการนี้เป็นน้ำเพื่อนันทนาการได้เช่นกัน ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่แหล่งน้ำเพื่อกักกันไว้เพื่อกีฬาตกปลา การเล่นสกีน้ำ การเที่ยวชมธรรมชาติและการว่ายน้ำในธรรมชาติ

การใช้น้ำเพื่อนันทนาการจัดอยู่ในประเภทบริโภคต่อเนื่องที่ไม่หมดไป (non-consumtive) แต่อย่างไรก็ดี มันอาจทำให้น้ำที่อาจนำไปใช้ในกิจกรรมอื่นลดลงในบางขณะและบางพื้นที่ ตัวอย่างเช่นการเก็บกักน้ำไว้ในอ่างเก็บในช่วงฤดูแล้งเพื่อใช้ในการเล่นเรืออาจทำให้ขาดน้ำเพื่อการเกษตรในต้นฤดูเพาะปลูกครั้งหน้า รวมทั้งน้ำที่ปล่อยจากอ่างเก็บน้ำเพื่อให้สามารถล่องแพหรือเรือยางเพื่อการท่องเที่ยวในฤดูแล้งได้ก็อาจทำให้ขาดน้ำเพื่อใช้ทำไฟฟ้าในช่วงการใช้ไฟฟ้าสูงสุดได้เช่นกันก็เป็นต้น

สิ่งแวดล้อม

พื้นที่ชุ่มน้ำธรรมชาติ

การใช้น้ำในด้านสิ่งแวดล้อมที่พอจะเห็นได้ชัดเจนจริงๆ มีน้อยมาก แต่โดยภาพรวมแล้วอาจนับได้ว่ากำลังเพิ่มปริมาณขึ้น การใช้น้ำด้านสิ่งแวดล้อมดังกล่าวได้แก่การนำมาใช้ในการทำพื้นที่ชุ่มน้ำเทียม ใช้ทำทะเลสาบเทียมเพื่อเพิ่มที่อยู่อาศัยหรือที่พักพิงของสัตว์ป่า ใช้ทำบันไดปลาโจนตามเขื่อนต่างๆ และใช้เป็นน้ำสำหรับปล่อยเป็นเวลาจากอ่างเก็บน้ำเพื่อช่วยการขยายพันธุ์ปลาและสัตว์น้ำในทางน้ำใต้อ่าง

เช่นเดียวกับการใช้ในด้านนันทนาการ การใช้น้ำในด้านสิ่งแวดล้อมจัดอยู่ในประเภทบริโภคได้ต่อเนื่อง แต่ก็อาจมีผลให้น้ำที่เก็บกักไว้เพื่อใช้สำหรับกิจกรรมชนิดอื่นลดลงในบางช่วงเวลาและเฉพาะบางพื้นที่ ตัวอย่างเช่น น้ำที่ปล่อยจากอ่างเก็บน้ำเพื่อช่วยการขยายพันธุ์ปลาอาจทำให้น้ำที่จะใช้เพื่อการเกษตรกรรมเหนือน้ำขาดแคลนหรือมีน้อยลงดังกล่าว

การประปาของโลกและการแจกจ่าย

ภาพฉายแสดงการแจกจ่ายน้ำในปี พ.ศ. 2593

อาหารและน้ำคือสิ่งจำเป็นพื้นฐานที่สำคัญยิ่งสำหรับมนุษย์ จากภาพแผนภูมิที่แสดงข้างต้น การขาดแคลนน้ำจะเกิดมากในประเทศยากจนที่มีแหล่งน้ำจำกัดแต่มีอัตราการเพิ่มประชากรสูงและรวดเร็ว เช่นประเทศแถบตะวันออกกลาง แอฟริกาและบางส่วนของเอเชีย เมื่อถึงปี พ.ศ. 2593 (ค.ศ. 2550) พื้นที่ชุมชนเมืองขนาดใหญ่และปริมณฑลโดยรอบจะต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานขึ้นใหม่ให้มากพอสำหรับการประปาเพื่อแจกจ่ายน้ำสะอาดและปลอดภัยแก่ประชากรและเพื่อใช้สำหรับการพัฒนาระบบสาธารณสุขที่เพียงพอ ภาพดังกล่าวชี้ให้เห็นว่า ความขัดแย้งระหว่างผู้ใช้เพื่อการเกษตรซึ่งเป็นผู้ใช้น้ำรายใหญ่ที่สุดในปัจจุบันกับการใช้น้ำสำหรับชุมชนเมืองย่อมมีความรุนแรงขึ้น

อาจกล่าวโดยทั่วไปได้ว่า เมื่อถึงปี พ.ศ. 2593 ประเทศพัฒนาแล้วในอเมริกาเหนือ ยุโรปและรัสเซียจะไม่ประสบกับปัญหาการขาดแคลนน้ำมากนัก ไม่ใช่เพียงเพราะประเทศเหล่านั้นร่ำรวยกว่าแต่เป็นเพราะประเทศเหล่านั้นมีจำนวนประชากรที่ไม่เพิ่มมาก จึงพอรับได้กับปริมาณแหล่งน้ำที่มีอยู่

ประเทศแถบแอฟริกาเหนือ ตะวันออกกลาง แอฟริกาใต้และตอนเหนือของประเทศจีนจะพบกับภาวะการขาดแหล่งน้ำอย่างรุนแรงเนื่องจากสภาพทางกายภาพทางภูมิศาสตร์ที่ขาดแหล่งน้ำอยู่แล้ว ผนวกกับการเพิ่มจำนวนประชากรที่เกินขีดความสามารถในการรองรับของแหล่งน้ำ ประทเศส่วนใหญ่ในแถบ อเมริกาใต้ แอฟริกาแถบซาฮะรา(sub-Saharan Africa) จีนตอนใต้ และอินเดียจะประสบกับปัญหาการขาดแคลนแหล่งน้ำในปี พ.ศ. 2568 (ค.ศ. 2025) ซึ่งประเทศในภูมิภาคดังกล่าวนี้ จะพบกับปัญหาการขาดแคลนน้ำที่สืบเนื่องมาจากขีดจำกัดทางเศรษฐกิจที่ทำให้ไม่สามารถพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานเพื่อแจกจ่ายน้ำประปาที่สะอาดและปลอดภัยได้เพียงพอ ปัญหาประชากรมากเกินไปในพื้นที่นั้นๆ และอัตราการเพิ่มจำนวนประชากรโดยรวมที่สูงมากก็เป็นต้นเหตุที่สำคัญอีกประการหนึ่งแห่งการขาดแคลนน้ำด้วยเช่นกัน

 

ทรัพยากรธรณี เชื้อเพลิง

เชื้อเพลิงธรรมชาติ

        เชื้อเพลิงธรรมชาติเป็นทรัพยากรพลังงานที่สำคัญในอุสาหกรรมการผลิตไฟฟ้า และการพัฒนาประเทศ เชื้อเพลิงธรรมชาติแต่ละชนิดกำเนิดและมีประโยชน์ที่แตกต่างกัน

 ถ่านหิน (coal) เป็นเชื้อเพลิงธรรมชาติ เกิดจากการสะสมตัวตามธรรมชาติของซากพืชในแอ่งตะกอนน้ำตื้น ถ่านหินเป็นหินตะกอนชนิดหนึ่งซึ่งสามารถติดไฟได้ มีส่วนประกอบที่สำคัญคือ สารประกอบของคาร์บอน ซึ่งจะมีอยู่ประมาณไม่น้อยกว่าร้อยละ 50 โดยปริมาณ ถ่านหินมีกำเนิดมาจากการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติของพืชพันธุ์ไม้ต่างๆ ที่สลายตัวและสะสมอยู่ในลุ่มน้ำหรือแอ่งน้ำต่างๆ นับเป็นเวลาหลายร้อยล้านปี เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลกเช่น เกิดแผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด หรือมีการทับถมของตะกอนมากขึ้น ทำให้แหล่งสะสมตัวนั้นได้รับความกดดันและความร้อนที่มีอยู่ภายในโลกเพิ่มขึ้น ซากพืชเหล่านั้นก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงกลายเป็นถ่านหินชนิดต่างๆ

ประเภทของถ่านหิน

1. พีต (Peat)  มีคาร์บอน 60% 

 
ภาพที่ 1 พีต

        เป็นถ่านหินในขั้นเริ่มต้นของกระบวนการเกิดถ่านหิน ซากพืชบางส่วนยังสลายตัวไม่หมด และมีลักษณะให้เห็นเป็นลำต้น กิ่งหรือใบ มีสีน้ำตาลจนถึงสีดำ มีความชื้นสูง  เมื่อนำพีตมาเป็นเชื้อเพลิงต้องผ่านกระบวนการไล่ความชื้นหรือทำให้แห้งก่อน ความร้อนที่ได้จากการเผาพีตสูงกว่าที่ได้จากไม้ ใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อให้ความร้อนในบ้านหรือผลิตไฟฟ้า ข้อดีของพีตคือมีร้อยละของกำมะถันต่ำกว่าน้ำมันและถ่านหินอื่น ๆ ส่วนมากจะพบในที่ราบน้ำท่วมถึง พีตที่เป็นชั้นหนามักจะพบในป่าพรุ 

2. ลิกไนต์ (Lignite) มีคาร์บอน 55 – 60 %

ภาพที่ 2 ลิกไนต์

        เป็นถ่านหินที่มีซากพืชสลายตัวหมด ไม่เห็นโครงสร้างของพืช ลักษณะเนื้อเหนียวและผิวด้าน มีสีเข้ม  มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำ มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าพีต เมื่อติดไฟมีควันและเถ้าถ่านมาก ลิกไนต์ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับให้ความร้อน ใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และใช้บ่มใบยา แหล่งลิกไนต์ที่สำคัญ คืออำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง

3. ซับบิทูมินัส (Sub–bituminous)

ภาพที่ 3 ซับบิทูมินัส

        เป็นถ่านหินที่เกิดนานกว่าลิกไนต์ มีสีน้ำตาลจนถึงดำ ลักษณะมีทั้งผิวด้านและผิวมัน มีทั้งเนื้ออ่อนร่วนและแข็ง มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำ แต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าลิกไนต์ ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าและอุตสาหกรรม

4. บิทูมินัส (bituminous)

ภาพที่ 4 บิทูมินัส

 

        เป็นถ่านหินที่เกิดนานกว่าซับบิทูมินัส มีเนื้อแน่นและแข็ง มีทั้งสีน้ำตาลจนถึงสีดำ มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำ แต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าซับบิทูมินัส เมื่อเผาไหม้แล้วจะให้ค่าความร้อนสูง ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงโลหะ และนำมาเป็นวัตถุดิบเพื่อเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงเคมีอื่น ได้

5. แอนทราไซต์ (Anthracite)

ภาพที่ 5 แอนทราไซต์ 

        เป็นถ่านหินที่มีการแปรสภาพสูงสุด เนื่องจากแรงกดดันและความร้อนใต้เปลือกโลกทำให้น้ำและสารระเหยต่างๆในพืชหมดไปเหลือแต่คาร์บอน มีอายุการเกิดนานที่สุด มีสีดำ ลักษณะเนื้อแน่น แข็ง และเป็นมัน มีปริมาณออกซิเจนและความชื้นต่ำ แต่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าถ่านหินชนิดอื่น จุดไฟติดยาก เมื่อติดไฟจะให้เปลวไฟสีน้ำเงินจาง มีควันน้อย ให้ความร้อนสูง และไม่มีสารอินทรีย์ระเหยออกมาจากการเผาไหม้

 

การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน

1. ถ่านหิน ถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานมากกว่า 3000 ปี ประเทศจีนเป็นประเทศแรก ที่นำถ่านหินมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงทองแดง ปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากถ่านหินส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้าการถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์ และอุตสาหกรรมที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำ การผลิตกระแสไฟฟ้าทั่วโลกใช้พลังงานจากถ่านหินประมาณร้อยละ 39

2. แหล่งถ่านหินในประเทศไทยมีมากที่เหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง คิดเป็น 97% ของปริมาณสำรองที่มีอยู่ในประเทศไทย รองลงมาคือเหมืองกระบี่ จังหวัดกระบี่ ส่วนใหญ่เป็นลิกไนต์และซับบิทูมินัส ซึ่งมีคุณภาพต่ำ ให้ปริมาณความร้อนไม่สูงมากนัก

3. ถ่านหินยังนำมาทำเป็น ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) เพื่อใช้เป็นสารดูดซับกลิ่นในเครื่องกรองน้ำ เครื่องกรองอากาศ หรือในเครื่องใช้ต่าง ทำคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่ง แต่นำหนักเบา สำหรับใช้ทำอุปกรณ์กีฬา เช่น ด้ามไม้กอล์ฟ ไม้แบดมินตัน ไม้เทนนิส

4. นักวิทยาศาสตร์พยายามเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นแก๊ส และแปรสภาพถ่านหินให้เป็นของเหลว เพื่อเพิ่มคุณค่าทางด้านพลังงานและความสะดวกในการขนส่งด้วยระบบท่อส่ง เชื้อเพลิงแก๊สหรือของเหลวนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์เคมีอื่น ๆ ที่มีประโยชน์ รวมทั้งเป็นการช่วยเสริมปริมาณความต้องการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติจากปิโตรเลียมด้วย

ปิโตรเลียม คือ สารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เป็นของผสมของโฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ ที่ยุ่งยากและซับซ้อน ทั้งที่อยู่ในสภาพของแข็ง ของเหลว และแก๊ส หรือทั้งสามสภาพปะปนกัน แต่เมื่อต้องการจะแยกประเภทออกเป็นปิโตรเลียมชนิดต่างๆ จะใช้คำว่า น้ำมันดิบ (Crude oil) แก๊สธรรมชาติ (Natural gas) และแก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) โดยปกติน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติมักจะเกิดร่วมกันในแหล่งปิโตรเลียม แต่บางแหล่งอาจมีเฉพาะน้ำมันดิบ บางแหล่งอาจมีเฉพาะแก๊สธรรมชาติก็ได้ ส่วนแก๊สธรรมชาติเหลวนั้นหมายถึง แก๊สธรรมชาติในแหล่งที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินภายใต้สภาพอุณหภูมิและความกดดันที่สูง เมื่อถูกนำขึ้นมาถึงระดับผิวดินในขั้นตอนของการผลิต อุณหภูมิและความกดดันจะลดลง ทำให้แก๊สธรรมชาติกลายสภาพไปเป็นของเหลว เรียกว่า แก๊สธรรมชาติเหลว

แหล่งกำเนิดปิโตรเลียม

        น้ำมันและแก๊สธรรมชาติมีสถานะเป็นของเหลว เบากว่าน้ำ น้ำมันผลิตได้จากบ่อน้ำมัน (oil pools) ซึ่งหมายถึงแหล่งสะสมน้ำมันและแก๊สธรรมชาติใต้ดินในแหล่งกักเก็บที่มีตัวปิดกั้นทางธรณีวิทยา หมายถึงส่วนของหินที่มีน้ำมันบรรจุอยู่เต็มช่องว่างในหินนั้น ดังนั้นบ่อน้ำมันหลายๆ บ่อที่มีลักษณะโครงสร้างของการกักเก็บคล้ายๆ กันหรือบ่อเดียวโดยแยกจากบ่ออื่นที่ไหลออกไปอาจเรียกรวมๆ กันว่า แหล่งน้ำมัน (oil field) แหล่งน้ำมันจึงอาจประกอบด้วยบ่อที่อยู่เรียงๆ กันไปอยู่ข้างๆ กันหรืออยู่บนล่างตามแนวดิ่งก็ได้

ปิโตรเลียม (Petroleum)

        ปิโตรเลียม มาจากคำในภาษาละติน 2 คำ คือ เพตรา แปลว่า หิน และ โอเลียม ซึ่งแปลว่า น้ำมัน รวมความแล้ว หมายถึง น้ำมันที่ได้จากหิน

        ตามนิยาม ปิโตรเลียม หมายถึง สารไฮโดรคาร์บอน (CH) ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลัก 2 ชนิด คือ คาร์บอน (C) และ ไฮโดรเจน (H) โดยอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่น เช่น กำมะถัน ออกซิเจนไนโตรเจน ฯลฯ ปนอยู่ด้วย ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง ของแข็ง ของเหลว หรือ แก๊ส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียมเองเป็นสำคัญ นอกจากนี้ความร้อน และความกดดันของสภาพแวดล้อมที่ปิโตรเลียมนั้นถูกกักเก็บ ก็มีส่วนในการกำหนดสถานะของปิโตรเลียม

         ปิโตรเลียม แบ่งตามสถานะที่สำคัญได้ 2 ชนิด คือ น้ำมันดิบ (Oil) และ แก๊สธรรมชาติ ( Natural Gases)สถานะตามธรรมชาติ น้ำมันดิบเป็น ของเหลว ประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนชนิดระเหยง่ายเป็นส่วนใหญ่ ที่เหลือเป็นสารกำมะถัน ไนโตรเจน และสารประกอบออกไซด์อื่น

        น้ำมันดิบแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามคุณสมบัติและชนิดของไฮโดรคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบ คือ น้ำมันดิบฐานพาราฟิน น้ำมันดิบฐานแอสฟัลท์ และ น้ำมันดิบฐานผสม น้ำมันดิบทั้ง 3 ประเภท เมื่อนำไปกลั่น จะให้ผลิตภัณฑ์น้ำมันในสัดส่วนที่แตกต่างกัน

        ส่วนแก๊สธรรมชาติเป็นปิโตรเลียมที่อยู่ในรูปของ แก๊ส  อุณหภูมิ และความกดดันที่ผิวโลก แก๊สธรรมชาติประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนเป็นหลัก อาจมีสัดส่วนสูงถึงร้อยละ 95 ส่วนที่เหลือ ได้แก่ ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ บางครั้งจะพบไฮโดรเจนซัลไฟด์ปะปนอยู่ด้วย

        

1. การเกิด

น้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ จะพบเกิดร่วมกับหินตะกอนที่เกิดในทะเลเสมอ ส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ มีซัลเฟอร์ไนโตรเจน และออกซิเจนเป็นส่วนน้อย ปัจจุบันนักธรณีวิทยามีความเชื่อว่า น้ำมันและแก๊สธรรมชาติมีต้นกำเนิดมาจากอินทรียวัตถุที่เป็นพืชและสัตว์

อย่างไรก็ตาม สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ จะแตกต่างไปจากที่เราพบในสิ่งที่มีชีวิตอยู่บ้าง ดังนั้น จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างที่เป็นซากของอินทรียวัตถุและผลที่ได้รับภายหลังขั้นตอนแรกก็คือ การสะสมตัวของตะกอนในทะเล ซึ่งมีซากพืชและสัตว์เป็นจำนวนมาก วิธีการดังกล่าว ต้องอาศัยสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม ทั้งนี้เพราะว่า โดยปกติแล้ว สภาวะแวดล้อมในทะเล มักประกอบด้วยออกซิเจนเป็นจำนวนมาก และเป็นการเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลงก่อนที่มันจะถูกทับถมโดยตะกอน ในกรณีดังกล่าว จำเป็นต้องอาศัยแอ่งของการตกตะกอนและการหมุนเวียนของกระแสน้ำต้องช้ามาก และเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุได้สะสมตัว อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจนเช่นนี้ อาจจะไม่เพียงพอและจะป้องกันไม่ให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลง ก่อนที่แบคทีเรียสามารถใช้ซัลเฟตจากน้ำทะเล เพื่อจะออกซิไดซ์อินทรียวัตถุ ดังนั้น สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเกิดน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ จะต้องประกอบด้วยแอ่งสะสมตะกอนที่เหมาะสม ที่สามารถสะสมพวกสารอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมาก และจะต้องเป็นสภาวะแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนและซัลเฟต

เมื่อซากอินทรียวัตถุพวกนี้ได้เกิดการสะสมตัวขึ้นแล้ว จะต้องถูกปิดทับโดยตะกอนอีกทอดหนึ่ง จากน้ำหนักของตะกอนที่ปิดทับอุณหภูมิและความดันจะเพิ่มขึ้น เมื่อความลึกถึงประมาณ 2.5 กิโลเมตร จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในส่วนของอินทรียวัตถุ โมเลกุลเดิมจะถูกทำลายลงและเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุลใหม่ ซึ่งให้ไฮโดรคาร์บอนในรูปของเหลวและแก๊สในช่องว่างของหิน ไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามช่องว่างและรอยแตกในหินข้างเคียง ส่วนการที่จะมารวมตัวเกิดเป็นแหล่งของน้ำมันและแก๊สธรรมชาติที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือไม่ ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ อีกหลายประการ ดังภาพที่ 1

 
ภาพที่ 1 การเกิดปิโตรเลียม

2. การสะสมตัว

        ตามที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น จะเห็นได้ว่าเราต้องการชุดของตะกอน ซึ่งมีอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมาก และถูกปิดสะสมตัวอยู่ที่ความลึกอย่างน้อยประมาณ 2.5 กิโลเมตร ก่อนที่จะเกิดน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ ชุดของหินตะกอนนี้เรียกว่า หินต้นกำเนิด (Source Rock) ของน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ น้ำมันและแก๊สธรรมชาตินี้ ปกติจะเกิดการเคลื่อนที่จากตำแหน่งที่มันเกิด ทั้งนี้ก็เนื่องจากน้ำหนักของหินที่ปิดทับอยู่จะเป็นตัวบีบอัดให้น้ำมันและแก๊สเคลื่อนตัวไปตามช่องว่าง และรอยแตกในหิน นอกจากนี้แล้ว เนื่องจากในหินต้นกำเนิดมักจะมีน้ำแทรกตัวอยู่ รวมทั้งหินที่อยู่ข้างเคียงด้วย และถ้าหากช่องว่างนั้นโตเพียงพอ น้ำมันและแก๊สก็มักจะเคลื่อนที่ขึ้นข้างบนไปสู่ชั้นหินที่อิ่มตัวด้วยน้ำ ในที่สุด น้ำมันและแก๊สธรรมชาติอาจจะเคลื่อนที่ขึ้นไปอยู่ที่ผิวดิน และสูญเสียไปหมด ถ้าหากว่าไม่มีสิ่งที่เหมาะสมที่จะมาให้มันสะสมตัวและกักเก็บไว้ใต้ผิวดิน ชั้นหินเนื้อแน่นซึ่งส่วนมากจะเป็นหินดินดาน จะเป็นตัวที่ช่วยปิดกั้นหรือเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนที่ของน้ำมันและแก๊สได้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของชั้นหินเนื้อแน่นนั้นว่า วางตัวอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมหรือไม่ ถ้าเหมาะสม ชั้นหินดังกล่าวอาจจะหยุดไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้ในระหว่างที่มันเคลื่อนตัวสู่ผิวดิน และกักเก็บมันไว้ใต้ผิวดินต่อไป ในลักษณะดังกล่าว จำเป็นที่จะต้องมีชั้นหินเนื้อพรุนวางตัวอยู่ข้างล่างชั้นหินเนื้อแน่น ทั้งนี้ เพื่อที่จะให้ไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้กักเก็บสะสมตัวอยู่ เราเรียกชั้นหินเนื้อพรุนนี้ว่า ชั้นหินกักเก็บ (Reservoir Rock) ทั้งนี้ เพราะจะเป็นชั้นหินที่คอยกักเก็บและสะสมพวกไฮโดรคาร์บอนไว้ ทั้งชั้นหินเนื้อแน่นและชั้นหินเนื้อพรุนที่จะประกอบกัน เรียกว่า แหล่งกักเก็บ (Trap) หรือ แหล่งปิโตรเลียมซึ่งอาจจะมีหลาย รูปแบบได้  เช่น โครงสร้างในลักษณะของประทุนคว่ำ (Antincline) หรือโครงสร้างรูปโดม

 
ภาพที่ 2 แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม 

 

        เมื่อส่วนของชั้นหินที่ปิดทับถูกเปิดออกโดยหลุมเจาะ น้ำมันแก๊สธรรมชาติจะเคลื่อนที่จากช่องว่างของชั้นหินกักเก็บเข้าไปยังหลุมเจาะ และสามารถนำน้ำมันขึ้นมาสู่ผิวดิน เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ต่อไป แหล่งกักเก็บนี้อาจจะถูกเปิดออกโดยกรรมวิธีทางธรรมชาติได้เช่นกัน เป็นต้นว่าการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกหลังจากการเกิดแหล่งกักเก็บแล้ว ทำให้เกิดรอยแตกขึ้น ซึ่งจะทำให้น้ำมันและแก๊สธรรมชาติเกิดการเคลื่อนที่ไปสู่แหล่งกักเก็บใหม่ หรือขึ้นมาสู่ผิวดินแล้วแต่กรณี กรรมวิธีของการกัดเซาะที่เกิดขึ้นบนเปลือกโลก อาจจะเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้แหล่งกักเก็บนั้นถูกทำลายลง ถ้าอัตราการกัดเซาะนั้นลึกลงไปถึงแหล่งกักเก็บ ดังนั้น โดยทั่วไปหินที่มีอายุอ่อน กล่าวคือ ประมาณ Cenozoic จะพบปิโตรเลียมมากที่สุด และตามด้วยหินที่มีอายุ Mesozoic และ Paleozoic ตามลำดับ ยังไม่เคยมีการค้นพบน้ำมันและแก๊สธรรมชาติในหินที่มีอายุ Precambrian เลย

3. การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม

        โดยทั่ว ไป การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม จะเป็นวิธีการทางอ้อม ทั้งนี้ เพราะว่าแหล่งกักเก็บน้ำมัน ซึ่งมีสิ่งบ่งชี้ให้เห็นบนผิวดินว่ามีน้ำมันกักเก็บอยู่ ปัจจุบันนี้มักจะถูกพัฒนานำขึ้นมาใช้เกือบทั้งนั้น ด้วยเหตุนี้ จำเป็นที่จะต้องอาศัยกรรมวิธีการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมอื่น ในบริเวณที่นอกเหนือไปจากบริเวณดังกล่าวข้างต้น และที่อาจจะเป็นแหล่งกักเก็บของปิโตรเลียมในบริเวณที่ถูกฝังลึกอยู่ในชั้นหินนับเป็นหลาย กิโลเมตร

ในการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมดังกล่าว นักธรณีวิทยาจะใช้วิธีการสำรวจอยู่หลาย วิธี ดังนี้

1. การขุดเจาะหลุมเพื่อเก็บตัวอย่างหิน (Core Drilling)

2. การสำรวจโดยคลื่นสั่นสะเทือน (Seismic Prospecting)

3. การสำรวจโดยความโน้มถ่วง (Gravity Prospecting)

        

ภาพที่ 3 แผนที่แสดงแหล่งปิโตรเลียมในประเทศไทย

ที่มา :กรมเชื้อเพลิงธรรมชาติ กระทรวงพลังงาน

 

    

 การใช้ประโยชน์เชื้อธรรมชาติที่สำคัญ ได้แก่ ใช้ในการคมนาคมขนส่ง การอุตสากรรม และการผลิตไฟฟ้า ประเทศไทยใช้แก๊สธรรมชาติในการผลิตไฟฟ้ามากกว่าพลังงานชนิดอื่น ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่กำลังจะหมดไป จึงต้องหาเชื้อเพลิงชนิดอื่นมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าแทน เช่น ถ่านหินและนิวเคลียร์ เป็นต้น

การใช้ประโยชน์จากแก๊สธรรมชาติ


ภาพที่ 1 การใช้ประโยชน์จากแก๊สธรรมชาติ

ประโยชน์ของแก๊สธรรมชาติ 

1. เป็นเช้ือเพลิงปิโตรเลียมที่นามาใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงมีการเผาไหม้สมบูรณ์ 

2. ลดการสร้างก๊าซเรือนกระจกซ่ึงเป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อน 

3. มีความปลอดภัยสูงในการใช้งาน เน่ืองจากเบากว่าอากาศ จึงลอยข้ึนเมื่อเกิดการรั่ว 

4. มีราคาถกูกว่าเช้ือเพลิงปิโตรเลียมอ่ืนๆ เช่น น้ำมัน น้ำมันเตาและก๊าซปิโตรเลียมเหลว 

5. สามารถสร้างมูลค่าเพิ่มช่วยขับเคลื่อนการเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจของประเทศ 

6. แก๊สธรรมชาติส่วนใหญ่ท่ีใชใ้ นประเทศไทยผลิตได้เองจากแหล่งในประเทศจึงช่วยลดการนำเข้าพลังงานเช้ือเพลิงอื่นๆ และประหยัดเงินตราต่างประเทศได้มาก

 

การใช้ประโยชน์จากน้ำมันดิบ


ภาพที่ 2 การใช้ประโยชน์จากน้ำมันดิบ
 
 พลังงานสิ้นเปลือง( nonrenewable energy)

        

        พลังงานสิ้นเปลือง  หมายถึง  พลังงานที่ได้จากทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้แล้วหมด  ไม่สามารถเกิดทดแทนได้แบ่งออกเป็นพลังงานสิ้นเปลืองที่เป็นฟอสซิล (Fossil) หรือซากพืชซากสัตว์  ที่ทับถมกันเป็นเวลานับล้าน ๆ ปี  ภายใต้เปลือกโลกที่มีความร้อนและความดันสูง  ได้แก่ ปิโตรเลียม (น้ำมันดิบ และแก๊สธรรมชาติ)  ถ่านหิน  และหินน้ำมัน  อีกอย่างหนึ่งคือพลังงานสิ้นเปลืองที่ไม่ใช่ฟอสซิล  ได้แก่  พลังงานนิวเคลียร์  ซึ่งเกิดจากทำลายนิวเคลียสของธาตุกัมมันตภาพรังสีที่หนักให้สลายตัวหรือแตกตัวจะปลดปล่อยพลังงานออกมาแล้วเรานำพลังงานที่ได้ออกมาในรูปของพลังงานความร้อนไปใช้ประโยชน์  เครื่องที่ผลิตพลังงานนิวเคลียร์ชนิดแตกตัวเรียกว่า  เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์  ส่วนใหญ่นำไปผลิตกระแสไฟฟ้า  ปฏิกิริยานิวเคลียร์อีกชนิดหนึ่ง ได้แก่ปฏิกิริยาหลอมรวมตัวของธาตุเบาเป็นธาตุหนัก  เช่น  ไฮโดรเจนหลอมรวมตัวเป็นฮีเลียม ซึ่งเกิดอยู่ทุกเวลาในดวงอาทิตย์  จะได้พลังงานมหาศาลเช่นกัน  และมากกว่าปฏิกิริยาแตกตัวถึง 4 เท่า 

 

พลังงานหมุนเวียน
 

        พลังงานหมุนเวียนเป็น พลังงานที่ได้มาจากกระแสพลังงานที่ต่อเนื่องและเกิดซ้ำ ในสิ่งแวดล้อม แหล่งของพลังงานหมุนเวียน คือ แหล่งพลังงานที่เกิดขึ้นอยู่ต่อเนื่องไม่หมดไป สามารถสร้างขึ้นเองได้ในธรรมชาติ เช่นพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานน้ำ  พลังงานชีวมวล พลังงานคลื่นในทะเล พลังงานความร้อนใต้พิภพ เป็นต้น ประโยชน์ที่ได้จากพลังงานหมุนเวียนมีหลาย ด้าน ทั้งการรักษาสิ่งแวดล้อมจากการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล พลังงานกลุ่มนี้ไม่ทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่่งแวดล้อม จึงเรียกว่า พลังงานสะอาด

 

1 2