โครงงานวิทยาศาสตร์

 

 

 

โครงงานวิทยาศาตร์ ประเภทสิ่งประดิษฐ์

Greenhouse vegetables in the future”

โดย

                                        เด็กหญิงณัฏฐธิดา     แก้วบุญทัน  เลขที่   18

                                        เด็กหญิงแพรพิไล      ทัศศิริ         เลขที่     25

                                        เด็กหญิงสิรินุช           เนียมดวง    เลขที่   30

ชั้นมัทยมศึกษาปีที่ 2/13

ครูที่ปรึกษา

นายสราวุธ   สุธีรวงศ์

นายสามารถ  จิตจรัส

โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี อำเภอโพธาราม จังหวัดราชบุรี

สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมการศึกษาเขต 8

รายงานฉบับนี้เป็นส่วนประกอบของโครงงานวิทยาศาสตร์ประเภทสิ่งประดิษฐ์

 

 

 

 

 

Greenhouse vegetables in the future”

 

 

 

โดย

เด็กหญิงณัฏฐธิดา    แก้วบุญทัน เลขที่ 18

เด็กหญิงแพรพิไล      ทัศศิริ         เลขที่ 25

เด็กหญิงสิรินุช         เนียมดวง    เลขที่ 30

ชั้นมัทยมศึกษาปีที่ 2/13

 

ครูที่ปรึกษา

นายสราวุธ   สุธีรวงศ์

นายสามารถ  จิตจรัส

 

 

 

 

 

บทคัดย่อ

ชื่อโครงงาน       :  Greenhouse vegetables in the future

ชื่อผู้ทำโครงงาน  :   เด็กหญิงณัฏฐธิดา   แก้วบุญทัน

                             :    เด็กหญิงแพรพิไล    ทัศศิริ

                             :    เด็กหญิงสิรินุช    เนียมดวง

อาจาร์ยที่ปรึกษา   :   นายสราวุธ   สุธีรวงค์

                                   นายสามารถ  จิตจรัส

โรงเรียน               :    โพธาวัฒนาเสนี อำเภอโพธาราม จังหวัดราชบุรี

สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาเขต 8

                     จากผลการดำเนินงานโครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์โรงเรือนในอนาคต Greenhouse vegetables in the future สิ่งประดิษฐ์ชิ้นนี้เป็นสิ่งประดิษฐ์ในรูปแบบโมเดล  สามารถเป็นโรงเรือนในอนาคตได้ และ โครงงานนี้ในอนาคตสามารถต่อยอดในรูปแบบที่เป็นจริงได้ เมื่อถึงอนาคตนั้นจะมีเทคโนโลยีที่เพิ่มความสะดวกสบายในอาชีพได้อีก

 

 

 

 

 

 

กิตติกรรมประกาศ

การจัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์ประเภทสิ่งประดิษฐ์ เรื่อง Greenhouse vegetables in the future

นี้สามารถสำเร็จลุล่วงได้ด้วยดี โดยคำแนะนำ ชี้แนะจากอาจารย์ สราวุธ สุธีรวงศ์  อาจารย์ที่ให้คำปรึกษาของ

โครงงานเกี่ยวกับสิ่งประดิษฐ์ในอนาคต และ อาจารย์สามารถ จิตจรัส ผู้ที่ที่ให้คำปรึกษาโครงงาน รวมถึงคำ

ชี้แนะจากคุณครูหลายท่านที่สละเวลาช่วยให้คำปรึกษา

คณะผู้จัดทำ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

สารบัญ

บทที่                                                                                                                                                                               หน้า

    บทคัดย่อ………………………………………………………………………………………………………………………        ก

กิตติกรรมประกาศ…………………………………………………………………………………………………………         ข

สารบัญ……………………………………………………………………………………………………………………….           ค

สารบัญตาราง…………………………………………………………………………………………………..        ง

สารบัญภาพ…………………………………………………………………………………………………….          จ

1 บทนำ………………………………………………………………………………………………………….             1

     ที่มาของโครงงาน…………………………………………………………………………………………             1

     จุดมุ่งหมายของโครงงาน………………………………………………………………………………..            1

ขอบเขตการศึกษาค้นคว้า………………………………………………………………………………….            2

ประโยชน์และคุณค่าของโครงงาน……………………………………………………………………             2

ระยะเวลาการดำเนินงาน……………………………………………………………………………………………….           2

2 เอกสารที่เกี่ยวข้อง……………………………………………………………………………………………………………        3

ความหมายของการบำบัดน้ำเสีย………………………………………………………………..          3

ประวัติต้นกก……………………………………………………………………………………         9

3 อุปกรณ์และวิธีการดำเนินงาน……………………………………………………………………        12

   ตารางอุปกรณ์…………………………………………………………………………………….              12

   วิธีการดำเนินงาน…………………………………………………………………………………        12

ภาพวิธีการดำเนินงาน……………………………………………………………………………..        13

4 ผลการดำเนินงาน…………………………………………………            14

5 สรุป  และอภิปรายผลการดำเนินงาน …………………………….             15

     บรรณานุกรม……………………………………………………            16

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

สารบัญตาราง

ตารางที่                                                                                         หน้า

1  ตารางระบบบำบัดน้ำธรรมชาติ                                     4

2   ตารางอุปกรณ์                                                                         12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

สารบัญภาพ

ภาพที่                                                                                                     หน้าที่

1  ภาพโครงการวิจัยแหลมผักเบี้ย                                                          3

2  ภาพที่ใช้หญ้าต้นกกเป็นการบำบัดน้ำเสีย                                          4

3  ภาพระบบการบำบัดน้ำสี่บ่อ                                                              5

4  ภาพการบำบัดน้ำโดยอาศัยป่าชายเลน                                                 6

5  ภาพรูปต้นกก                                                                                      10

6   ภาพวิธีการดำเนินงาน                                                                        13

 

 

 

 

 

 

 

บทที่ 1

บทนำ

ที่มาและความสำคัญของโครงงาน

ในปัจจุบันเทคโนโลยีต่างเข้ามามีบทบาทในการประกอบอาชีพทางด้าน การเกษตร  การเกษตรที่ทำเกี่ยวการสร้างสถานที่เพาะปลูกพืชผลทางการเกษตรจึงรับเทคโนโลยีใหม่ๆในการทำโรงเรือนในรูปแบบต่างๆซึ่งเราจะนำมาเชื่อมโยงกับโครงงานการพัฒนาในชื่อของโครงงาน Greenhouse vegetables in the future ซึ่งมีฐานข้อมูลมาการคิดค้นประดิษฐ์โรงเรือนในอนาคตในรูปแบบที่เกิดจากการสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆเพื่อเป็นตัวอย่างให้กับผู้ที่สนใจในด้านการคิดค้น

จากเหตุผลดังกล่าวเราจึงคิดค้นรูปแบบโรงเรือนปลูกผักในอนาคตแบบที่เป็นโมเดลแบบจำลองของโรงเรือนที่ได้คิดค้นขึ้นมีลักษณะโดยหลังคาเป็นแบบกักเก็บความร้อนและความชื้นในรูปแบบของอุณหภูมิห้องและมีวงจรการหมุนเวียนบำบัดน้ำแบบการพึ่งธรรมชาติโดยการบำบัดเราโดยรับแนวคิดจาก

โครงการในพระราชดำริแหลมผักเบี้ยของ”พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่ ๙”ที่มีระบบบำบัดน้ำมาจากธรรมชาติโดยใช้ระบบพืชและหญ้ากรองน้ำเสีย หรือ Plant and Grass Filtration ซึ่งคำว่า plant และ grass แปลว่าพืชและหญ้า การบัดบัดน้ำเสียแบบนี้ใช้พืชและหญ้าเป็นตัวกรองน้ำเสีย คำว่า filtrate แปลว่ากรอง ดังนั้น คำว่า filtration จึงแปลว่าการกรอง ซึ่งแปลงหรือบ่อจะเก็บกักน้ำเสีย และปลูกธูปฤาษี กกกลม และหญ้าแฝกอินโดนีเซีย หรือปลูกหญ้าอาหารสัตว์ พืชเหล่านี้มีคุณสมบัติกรองและดูดซับของเสียที่อยู่ในน้ำที่สะอาดแล้วเข้าสู่บ่อกักเก็บน้ำของโรงเรือนและนำมาใช้และหลังจากการใช้ต้นกกเราสามนำต้นกกมาทำการจักรสานและสามารถทำให้เกิดมูลค่าทางการค้าอีกด้วย

จุดมุ่งหมายของโครงงาน

1.เพื่อประดิษฐ์  โรงเรือนในอนาคต และมีหลังคาที่เปิด-ปิดได้

2.เพื่อที่จะได้เห็นคุณค่าของการบำบัดน้ำแบบธรรมชาติ

3.เป็นแนวทางการศึกษาและนำไปพัฒนาในดียิ่งขึ้นไป

ขอบเขตการศึกษาค้นคว้า

ประดิษฐ์โรงเรือนในอนาคต และ ระบบบำบัดน้ำธรรมชาติ

ประโยชน์และคุณค่าของโครงงาน

     1.เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่คิดค้นในอนาคต

2.เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สามารถนำธรรมชาติมาเกี่ยวข้อง

3.เป็นนาวทางความคิดให้กลับผู้อื่นต่อไปได้

ระยะเวลาการในการดำเนินงาน

      ระหว่างวันที่ 16 มกราคม – 16 กุมภาพันธ์ 2560

 

 

 

 

 

 

 

 

 

บทที่ 2

เอกสารที่เกี่ยวข้อง

        ความหมายของการบำบัดน้ำเสีย

การบำบัดน้ำเสีย  หมายถึง  การกำจัดหรือทำลายสิ่งปนเปื้อนในน้ำเสียให้หมดไป หรือเหลือน้อยที่สุดให้ได้มาตรฐานที่กำหนดและไม่ทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม น้ำเสียจากแหล่งต่างกันจะมีคุณสมบัติ
ไม่เหมือนกันดังนั้นกระบวนการบำบัดน้ำจึงมีหลายวิธี

โครงงานวิจัยของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่๙

 

 

 

 

 

 

ตารางที่ 1

ระบบการบำบัดน้ำเสียชุมชน ได้แบ่งเทคโนโลยีการบำบัดออกเป็น 4 ระบบ ดังนี้

 

1 ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย (Lagoon Treatment)

 

3 ระบบพื้นที่ชุ่มน้ำเทียม (Constructed Wetland)

 

2 ระบบพืชและหญ้ากรองน้ำเสีย (Plant and Grass Filtration)

 

4 ระบบแปลงพืชป่าชายเลน (Mangrove Forest Filtration)

 

  1. ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย (Lagoon Treatment)

เป็นระบบที่อาศัยการกักพักน้ำเสียไว้ในระยะเวลาที่เหมาะสมกับปริมาณความสกปรกของน้ำ การเติมออกซิเจนด้วยกระบวนการสังเคราะห์แสงของแพลงก์ตอน และสาหร่าย อาศัยแรงลมช่วยในการพลิกน้ำเติมอากาศ การย่อยสลายสารอินทรีย์ด้วยจุลินทรีย์ และระยะเวลากักพักน้ำจะช่วยฆ่าเชื้อโรค ระบบบ่อบำบัดน้ำเสียของโครงการฯ ประกอบด้วย ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย 3 ประเภท จำนวน 5 บ่อ ในการออกแบบโดยการสร้างบ่อดิน 3 ประเภท ความลาดชัน 1:1000 ต่อต้นแบบอนุกรม ให้น้ำเสียเติมเต็มทุกวันแล้วปล่อยน้ำดีไหลผ่านข้ามสู่บ่อถัดไป

ประเภทที่ 2 บ่อผึ่ง มีจำนวน 3 บ่อหรือตามความจำเป็นของขนาดพื้นที่ บ่อนี้จะสาหร่ายจะเจริญเติบโตและสังเคราะห์แสงให้ออกซิเจนเพิ่มพลังแก่จุลินทรีย์กัดกินอาหารของเสียที่อยู่ในน้ำ บ่อนี้น้ำเสียจะถูกบำบัด 85 – 90 % จึงต้องหาทางให้อากาศถ่ายเทได้ดีในบ่อนี้

ประเภทที่ 3 บ่อปรับสภาพ 1 บ่อ เป็นบ่อบำบัดแบบใช้อากาศ ความลึก 1.7 เมตร ทำหน้าที่ปรับแต่งปรับสภาพ เพื่อกำจัดสาหร่าย น้ำที่พ้นบ่อนี้ปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้ปลอดภัย  บ่อบำบัดน้ำเสียนี้  ยังทดลองเลี้ยงปลาได้ พบว่าปลาเจริญเติบโตได้ดีและบริโภคปลอดภัย เช่น ปลานิล ปลา

การก่อสร้างบ่อบำบัดน้ำเสียแต่ละประเภทแต่ละบ่อ จะต้องเชื่อมต่ออย่างเป็นอนุกรม สามารถรองรับปริมาณน้ำเสียสูงสุดได้ 10,000ลูกบาศก์เมตร/วัน  โดยน้ำเสียจะถูกลำเลียงจากเทศบาลเมืองเพชรบุรีเข้าสู่บ่อตกตะกอน แล้วผ่านไปยังบ่อผึ่ง 1 2 และ 3 ตามลำดับ จากนั้นเข้าสู่บ่อปรับสภาพคุณภาพน้ำเป็นขั้นสุดท้าย ทั้งนี้น้ำเสียแต่ละบ่อ จะไหลล้นผ่านอาคารระบายน้ำด้านบนและเชื่อมต่อกันทางตอนล่างของบ่อถัดไปเป็นลำดับ สำหรับระบบนี้มีประสิทธิภาพการบำบัดเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสีย

หลักการ : โดยใช้บ่อดิน  3 -5 บ่อ เป็นบ่อบำบัดน้ำเสีย โดยการเปิดน้ำเสียเข้าพักไว้ในเวลาที่เหมาะสมตามค่าความสกปรกของน้ำเสีย  แล้วปล่อยให้ระบบทำลายความสกปรกด้วยจุลินทรีย์ตามธรรมชาติ ทำงานกำจัดความสกปรก  โดยอาศัยกลไกให้สาหร่ายสังเคราะห์แสงเพิ่มออกซิเจน ( O?)  ในน้ำให้จุลินทรีย์เติมพลังเพื่อกัดกินอินทรีย์สารในความสกปรก และสายลมพัดช่วยเติมอากาศออกซิเจน ( O?) ในน้ำช่วยลดอุณหภูมิของน้ำ  น้ำระเหยไปกับสายลมช่วยให้น้ำเย็นลง

ระบบนี้ใช้หลักการบำบัดน้ำเสียโดยอาศัยกลไกให้สาหร่ายสังเคราะห์แสงเพื่อให้ออกซิเจนแก่จุลินทรีย์สำหรับการหายใจและย่อยสลายกัดกินของเสีย โดยมีลมพัดช่วยเติมอากาศลดอุณหภูมิและแสงแดดเป็นตัวช่วยฆ่าเชื้อโรคอีกทางหนึ่ง ระบบนี้เหมาะสำหรับเมืองในเขตร้อน เช่น ประเทศไทยลดความสกปรกในรูปของบีโอดีได้ถึงร้อยละ 85-90

ข้อแนะนำ ประโยชน์จากตะกอนยังสามารถนำไปปลูกพืชกินใบได้ กินผล และกินหัวได้ ยกเว้นแต่บ่อที่ 1  ตะกอนหนักสามารถนำไปใช้ปลูกไม้ดอกไม้ประดับได้เท่านั้น  และควรตากบ่อระยะ 2 – 3 ปี และปาดขี้ตะกอนเลนหน้าบ่อออกด้วย

ข้อจำกัดของระบบนี้ ใช้พื้นที่มาก ระยะเวลาบำบัดตากผึ่งมีระยะเวลา และอาจให้งบประมาณมากในการพักบำรุงบ่อทั้งหมด

2 ระบบพืชและหญ้ากรองน้ำเสีย (Plant and Grass Filtration)

เป็นระบบที่ให้พืชช่วยดูดซับธาตุอาหารจากการย่อยสลายสารอินทรีย์เป็นสารอนินทรีย์ที่พืชต้องการของจุลินทรีย์ในดิน การปลดปล่อยออกซิเจนจากกระบวนการสังเคราะห์แสงจากระบบราก สาหร่าย และแพลงค์ตอน โดยการปล่อยให้น้ำเสียไหลผ่านแปลงพืชหรือหญ้า โดยน้ำเสียจะไหลผ่านผิวดินและต้นพืชหรือหญ้าเป็นระยะทางอย่างน้อย 50 เมตร ระดับความสูงของน้ำเสียที่กักขังบริเวณท้ายแปลงเท่ากับ30 เซนติเมตร สำหรับระยะเวลาเก็บกักที่เหมาะสม คือ ขังน้ำเสียไว้ 5 วัน แล้วปล่อยให้แห้ง 2วัน เพื่อให้จุลินทรีย์ได้พักตัว สำหรับพืชและหญ้าที่ใช้ในการบำบัดแบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ หญ้าอาหารสัตว์ ได้แก่ หญ้าคาล์ลา หญ้าโคสครอส และหญ้าสตาร์ พืชทั่วไป ได้แก่ ธูปฤาษี กกกลม(กกจันทบูร) และหญ้าแฝกพันธุ์อินโดนีเซีย เมื่อครบระยะเวลา 45 วัน (ยกเว้นธูปฤาษี 90 วัน) จะตัดพืชและหญ้าเหล่านั้นออก เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ซึ่งหญ้าเหล่านี้นำไปใช้ในการเลี้ยงสัตว์ได้ เนื่องจากการปนเปื้อนของมลสารไม่เกินมาตรฐานสำหรับสัตว์ ส่วนพืชทั่วไปนำไปใช้ในการจักสานได้เป็นอย่างดี

สำหรับแปลงบำบัดที่แหลมผักเบี้ย มีความยาวประมาณ 100 เมตร ในการปล่อยน้ำเสียไหลผ่าน ค่อยข้างเป็นแปลงที่ยาว ใช้พื้นที่มาก น้ำจะไหลได้ต้องเป็นทางลาด จากการสอบถามน้ำจะดีขึ้นในระยะ 60 เมตร ก็สามารถปล่อยสู่ลำรางสาธารณะได้

หลักการ : ระบบนี้ให้พืชกึ่งบกกึ่งน้ำ คือ รากอยู่ในน้ำลำต้นอยู่บนบก  เช่น  ธูปฤษี  กกกลม เป็นต้น  รวมถึงพืชหญ้าต่างๆที่เป็นอาหารสัตว์และหญ้าทั่วไป ด้วยการดึงออกซิเจน (O?)  ผ่านใบพืชสู่ลำต้นและดินรากเพื่อเพิ่มออกซิเจน( O?) ให้กับจุลินทรีย์บริเวณรอบๆรากพืชโดยให้ดินเป็นตัวกรองของเสีย และจุลินทรีย์ในดินทำหน้าที่ย่อยของเสีย  ของเสียที่ย่อยแล้วพืชจะดูดเอาไปเป็นอาหารเจริญเติบโตต่อไป ทำให้ของเสียเปลี่ยนเป็นมวลชีวภาพ น้ำจะมีคุณภาพดีและสามารถระบายสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้การบำบัดน้ำเสียด้วย

ระบบนี้อาศัยหลักการใช้ดินเป็นตัวกรองของเสียและจุลินทรีย์ ในดินทำหน้าที่เป็นตัวย่อยของเสีย ของเสียที่ย่อยแล้วพืชจะเป็นตัวดูดเอาไปใช้ในการเติบโต ทำให้ของเสียเปลี่ยนเป็นมวลชีวภาพ น้ำเสียที่ผ่านระบบจะมีคุณภาพดีและสามารถระบายสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้

ข้อจำกัดในระบบนี้ ต้องมีบุคลากรค่อยดูแลสม่ำเสมอ โดยเฉพาะการตัดเกี่ยวหญ้า และใช้พื้นที่มาก และมีระยะทางในการไหลไปจนน้ำเสียเป็นน้ำดีปล่อยสู่ธรรมชาติได้ ต้องคอยปรับแต่งความลาดเทให้ได้ขนาด 1: 1,000 ในกำหนดเวลา และพักบ่ออีกเป็นระยะหนึ่ง

3 ระบบพื้นที่ชุ่มน้ำเทียม (Constructed Wetland)

เป็นระบบที่ใช้หลักการและกลไกในการบำบัดน้ำเสียเช่นเดียวกับระบบพืชและหญ้ากรอง จะแตกต่างกันที่วิธีการ กล่าวคือ การปล่อยให้น้ำเสียขังในแปลงพืชน้ำ ที่ระดับความสูง 30 เซนติเมตรจากพื้นแปลง โดยให้น้ำเสียมีระยะเวลากักพักอย่างน้อย 1 วัน ใช้การเติมน้ำเสียใหม่ลงสู่ระบบให้ได้ระดับ 30 เซนติเมตร ซึ่งเท่ากับปริมาณน้ำเสียที่สูญหายไปโดยกระบวนการระเหยในแต่ละวัน

อีกวิธีการหนึ่งคือ การเติมน้ำเสียใหม่ลงสู่ระบบอย่างต่อเนื่องตลอดวัน โดยที่อัตราความเร็วของน้ำเสียเท่ากับปริมาณน้ำเสียใหม่ที่สามารถผลักดันไล่น้ำเสียเก่าออกจากระบบหมดในเวลา 1 วัน สำหรับพืชที่ใช้ในการบำบัดคือ ธูปฤาษี และกกกลม (กกจันทบูร) เมื่อครบระยะเวลาจะตัดพืชเหล่านั้นออก เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ระยะเวลาที่เหมาะสม คือ ต้องตัดใน 90 วันสำหรับธูปฤาษี และ ตัดใน 45 วันสำหรับกกกลม (กกจันทบูร) พืชเหล่านี้นำไปใช้ในการจักสาน เยื่อกระดาษ และเชื้อเพลิงเขียวได้

หลักการ : ระบบนี้คล้ายกับระบบที่ 2 คือใช้พืชหรือหญ้ากรองน้ำเสีย เป็นระบบเติมออกซิเจน (O?) ในดินจากใบสู่รากเช่นเดียวกับระบบที่ 2)  แต่ต่างที่การกักน้ำเสียให้ขังอยู่ที่แปลงพืชให้น้ำเสียเกิดการระเหยและปล่อยน้ำเสียใหม่ให้ผลักดันน้ำเสียเก่าออกไปจากระบบ พืชน้ำโดยทั่วไปมีความสามารถในการปรับตัวอยู่ในสภาพน้ำขังได้โดยการดึงเอาออกซิเจนจากอากาศ ส่งผ่านระบบเนื้อเยื่อในส่วนลำต้นลงสู่ระบบลำต้นใต้ดินและราก ซึ่งอากาศในส่วนนี้จะปลดปล่อยออกไปสู่บริเวณรอบรากพืชทำให้จุลินทรีย์ในดินสามารถย่อยของเสียที่ถูกดินกรองได้แล้วเปลี่ยนไปเป็นสารที่พืชรวมถึงสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

ข้อจำกัดของระบบนี้ ต้องใช้บุคลากรในการดูแลจำนวนมาก และต้องดูแลตัดแต่งพืชที่ใช้ในการบำบัดตามระยะเวลา ที่กำหนด และใช้พื้นที่ค่อยข้างมาก เพื่อให้พอกับปริมาณน้ำเสีย

 

4 ระบบแปลงพืชป่าชายเลน (Mangrove Forest Filtration)

เป็นระบบเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียตามแนวพระราชดำรินั้น พระองค์ทรงต้องการให้เป็นเทคโนโลยีที่ง่าย สะดวกและเป็นวิธีการที่อาศัยธรรมชาติให้ช่วยเหลือธรรมชาติด้วยกันเอง โดยอาศัยการเจือจางน้ำเสียด้วยน้ำทะเล การผสมน้ำเร่งการตกตะกอน การกักน้ำเสียที่ผสมกับน้ำทะเล ระบบรากของพืชป่าชายเลนช่วยในการเติมออกซิเจนให้กับน้ำเสีย กรองหรือฟอกน้ำให้สะอาดขึ้น

นอกจากนี้พืชป่าชายเลนจะดูดซับอาหารและสิ่งปนเปื้อนที่มีอยู่ในน้ำเสีย ทั้งยังช่วยการทำงานของจุลินทรีย์ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ อันเป็นการใช้ประโยชน์จากพืชป่าชายเลนอีกทางหนึ่ง นอกเหนือจากการเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยที่หลบภัย แหล่งอาหาร แหล่งอนุบาลตัวอ่อนของสัตว์น้ำ เป็นการลดค่าใช้จ่าย ในการดำเนินงานบำบัดน้ำเสียที่ไม่ต้องลงทุนสูงเหมือนที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน เทคโนโลยีตามแนวพระราชดำริด้วยการบำบัดน้ำเสียด้วยระบบแปลงพืชป่าชายเลน เป็นอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่อาศัยหลักการ ที่ให้ธรรมชาติช่วยเหลือธรรมชาติ ด้วยการเก็บกักน้ำเสียในแปลงป่าชายเลน และการเจือจางด้วยน้ำทะเลในระยะเวลาที่น้ำทะเลขึ้น อาศัยการปลดปล่อยออกซิเจนของพืชที่ได้จากการสังเคราะห์แสง กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ของจุลินทรีย์ในดิน การดูดซึมสารอาหารของพืชเพื่อใช้ในการเจริญเติบโต และการกรองสิ่งปนเปื้อนของพืชป่าชายเลนและดินร่วมกัน  สำหรับสัดส่วนในการผสมระหว่างน้ำเสียและน้ำทะเลจะมีสัดส่วนมากน้อยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับค่าเฉลี่ยความสกปรกของน้ำเสียในรูปบีโอดี ที่ตรวจวัดได้

รูปแบบเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียด้วยระบบแปลงพืชป่าชายเลน ที่โครงการศึกษาวิจัยและพัฒนาขึ้น ยึดหลักการตามแนวพระราชดำริ โดยการทำแปลงเพื่อกักเก็บน้ำทะเลและน้ำเสียที่รวบรวมได้จากชุมชน และปลูกป่าชายเลนด้วยพันธุ์ไม้ 2 ชนิด คือ ต้นโกงกาง และต้นแสม ช่วยในการบำบัดน้ำเสีย อาศัยการเจือจางระหว่างน้ำทะเลกับน้ำเสีย การเร่งตกตะกอนของสารอินทรีย์ในน้ำเสีย ระยะเวลาการกักพักของน้ำ ระบบรากของพืชป่าชายเลนช่วยการปลดปล่อยก๊าซออกซิเจนให้กับน้ำเสีย และช่วยในการย่อยสลายสารอินทรีย์ โดยจุลินทรีย์ในดิน เพื่อให้การบำบัดน้ำเสียมีประสิทธิภาพมากขึ้น สำหรับเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นจะมีการกักน้ำทะเลที่เข้าสู่แปลงในช่วงเวลาที่น้ำขึ้นสูงสุดในรอบวัน (การขึ้นลง ปกติของน้ำทะเลจะมีการขึ้นลงวันละ 2 ครั้ง) ทำการเก็บกักและเพื่อหาสัดส่วน ปริมาณการให้น้ำเสียในการบำบัด เมื่อเติมน้ำเสียตามสัดส่วนแล้วปล่อยให้น้ำผสมมีการกักพักไว้ระยะเวลาหนึ่ง (ตั้งแต่ช่วงเวลาที่น้ำขึ้นครั้งแรก จนกระทั่งถึงเวลาน้ำลงครั้งที่สองในรอบวัน) จึงระบายน้ำฝนที่ผ่านการผสม (น้ำที่ผ่านการบำบัด) ออกสู่แหล่งน้ำธรรมชาติต่อไป

หลักการ : ระบบนี้อาศัยตามแบบธรรมชาติตามการขึ้นลงของน้ำทะเลในแต่ละวัน  โดยการกักน้ำเสียกับน้ำทะเลเข้าด้วยกันในระยะเวลาหนึ่ง  หรือให้มีการตกตะกอนของน้ำเสีย  ใช้หลักการเจือจางระหว่างน้ำเสียกับน้ำทะเล โดยใช้พันธุ์ไม้โกงกางใบใหญ่และแสม  ซึ่งเป็นพืชป่าชายเลนที่มีคุณสมบัติคล้ายพืชน้ำ  สามารถดำรงชีพอยู่ในสภาวะน้ำท่วมขังได้

โดยมีรากปรับตัวตามสภาพน้ำและดิน ในการทำงานของระบบธรรมชาตินี้  เกิดจากการส่งผ่านออกซิเจนจากการสังเคราะห์แสงของใบ ส่งต่อโดยระบบรากพืชให้กับจุลินทรีย์ในดิน เพื่อย่อยสลายสารอินทรีย์และสาหร่ายในน้ำ รวมทั้งการกรองน้ำเสียของดิน การเจือจางของน้ำระหว่างน้ำเสียกับน้ำทะเลในช่วงเวลาน้ำขึ้นน้ำลง

หลังจากการบำบัดน้ำเสียและปล่อยน้ำดีลงสู่ทะเลทำให้ป่าชายเลนถูกปลูกขึ้น ทำให้แผ่นดินงอกโดยน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะมีอินทรียวัตถุ  ธาตุอาหาร  แพรงตอน  จึงเหมาะสมที่สิ่งมีชีวิตนำไปใช้ประโยชน์  ช่วยให้สภาพแวดล้อมและระบบนิเวศน์ชายฝั่งดีขึ้น  สัตว์ทะเลมาวางไข่มากขึ้น  ทำให้พื้นที่กลายเป็นแหล่งทำมาหากิน  สร้างอาชีพสร้างรายได้กับชาวบ้านเพิ่มมากขึ้น  นำความอุดมสมบูรณ์ความหลากหลายทางชีวภาพกลับคืนสู่ธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม

 

 

 

 

ประวัติต้นธูปฤๅษี

ธูปฤๅษี ชื่อวิทยาศาสตร์: Typha angustifolia หรือกกช้าง ชื่ออื่นๆ คือ กกธูป หญ้าสลาบหลวง เฟื้อ ปรือ เป็นพืชใบเลี้ยงเดี่ยวที่เป็นไม้ล้มลุกชนิดหนึ่ง อายุหลายปี มีถิ่นกำเนิดในทวีปยุโรปและอเมริกา

  ลักษณะทางพฤกษศาสตร์

ธูปฤๅษีเป็นไม้ล้มลุกอายุหลายปี ตั้งตรง สูง 1.5-3 เมตรเหง้ากลม แทงหน่อขึ้นเป็นระยะสั้นๆ ใบเดี่ยวเรียงสลับระนาบเดียว ใบเป็นรูปแถบแบน กว้าง 1-2 เซนติเมตร ยาว 2 เมตร ใบแตกสลับกันเป็นสองแถวด้านข้าง มีกาบใบ แผ่นใบด้านบนโค้งเล็กน้อย ส่วนด้านล่างแบน ช่อดอกเป็นสีน้ำตาล ช่อดอกรูปทรงกระบอก แยกเพศบนก้านเดียวกัน ก้านช่อดอกกลม แข็ง ช่วงดอกเพศผู้อยู่ที่ปลายช่อ ยาว 8-40 เซนติเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 เซนติเมตร มีใบประดับ 1-3 ใบ แต่จะหลุดร่วงไป ช่วงดอกเพศเมียอยู่ด้านล่าง ยาว 5-30 เซนติเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 เซนติเมตร มักแยกออกจากส่วนดอกเพศผู้ด้วยส่วนก้านช่อดอกที่เป็นหมันที่ยาว 2.5-7 เซนติเมตร ดอกมีขนาดเล็ก ไม่มีกลีบดอกและกลีบเลี้ยง เกสรเพศผู้ส่วนมากมี 3 อัน มีขนล้อมรอบ ก้านเกสรเพศผู้สั้น อับเรณูยาว 1.5-2 มิลลิเมตร ดอกเพศเมียมีใบประดับย่อยรูปเส้นด้าย รังไข่รูปกระสวย ก้านรังไข่เรียว ยาวประมาณ 5 มิลลิเมตร มีขนยาวสีขาว ก้านเกสรเพศเมียยาว 1-1.5 มิลลิเมตร มีขนแต่สั้นกว่าบนก้านรังไข่ ยอดเกสรรูปใบหอก ผลมีขนาดเล็ก รูปรี เส้นผ่าศูนย์กลาง 2.5-3 เซนติเมตร ช่อดอกแบบช่อเชิงลด ดอกมีจำนวนมาก ติดกันแน่น สีน้ำตาล ลักษณะคล้ายธูปดอกใหญ่ ก้านช่อดอกกลม แข็ง ดอกแยกเพศ แบ่งเป็นตอนเห็นได้ชัด กลุ่มดอกเพศผู้อยู่ปลายก้าน รูปทรงกระบอก กลุ่มดอกเพศเมียรูปทรงกระบอกเช่นกันแต่ใหญ่กว่ากลุ่มดอกเพศผู้ ดอกแก่จะแตกเห็นเป็นขนขาวฟู ผลเล็กมาก เมื่อแก่แตกตามยาว

  การขยายพันธุ์

โดยการที่เมล็ดปลิวไปตามลม เมล็ดมีขนอ่อนนุ่ม มีเขตการกระจายพันธุ์อยู่ทั่วโลกในเขตร้อนและเขตอบอุ่น สำหรับประเทศไทยพบในทุกภูมิภาค ขึ้นตามพื้นที่ชุ่มน้ำ พบได้ทั่วไป สามารถควบคุมการขยายพันธุ์ได้โดยวิธีเขตกรรม (cultural control) การไถพรวน เตรียมดิน เตรียมพื้นที่ปลูกพืชในขณะเดียวกันก็เป็นการกำจัดวัชพืชไปพร้อม ๆ กัน การไถพรวนควรกระทำสองครั้ง ครั้งแรกเมื่อไถพรวนแล้ว ตากแดดทิ้งไว้ให้เศษของธูปฤาษีแห้งตาย แต่เมล็ดจะสามารถงอกขึ้นมาอีกครั้งหนึ่งได้ จึงทำให้ทำการพรวนดินอีกครั้งหนึ่ง เพื่อกำจัดเมล็ดวัชพืชที่งอกขึ้นมาในภายหลัง หรือโดยการออกกฎหมายควบคุมวัชพืช (legislative control) โดยการห้ามนำเข้าธูปฤาษี หรือสิ่งของต่าง ๆ ซึ่งอาจจะมีเมล็ดธูปฤาษีปะปนมา

ชนิดพันธุ์ต่างถิ่น

ธูปฤๅษีจัดเป็นชนิดพันธุ์ต่างถิ่นที่เข้ามาแพร่ระบาดรุกรานจนก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบนิเวศในประเทศไทย มีเขตการกระจายพันธุ์ในประเทศไทยทั่วทุกภาค พบในที่ลุ่มทั้งน้ำจืดและน้ำเค็ม ผลเสียที่เกิดจากธูปฤาษีต่อสภาพแวดล้อม ทำให้เกิดน้ำเสียในแหล่งน้ำต่าง ๆ ส่งเกินเหม็นไปรอบ ๆ สร้างความรำคาญแก่ผู้สัญจร และผู้อยู่อาศัยบริเวณนั้น ขึ้นอย่างหนาแน่นปกคลุมเนื้อที่ได้มาก ทำให้มีลักษณะเป็นที่รก และสกปรกทำให้สัตว์มีพิษเข้าไปอาศัยอยู่ได้ เป็นแหล่งหลบซ่อนอาศัยของโรค แมลง และศัตรูพืช แย่งน้ำและอาหารจากพืชปลูก ทำให้ผลผลิตและคุณภาพผลผลิตลดลง นอกจากนี้ ยังทำให้แหล่งน้ำตื้นเขิน รากและซากธูปฤาษีทับถมกันแน่น สัตว์น้ำไม่สามารถอาศัยอยู่ได้ และเมื่อทับถมไปนาน ๆ จะทำให้เกิดน้ำเสีย น้ำเน่า ขาดออกซิเจน สัตว์น้ำก็จะตาย และเนื่องจากธูปฤๅษีขึ้นปกคลุมอยู่อย่างแน่นทึบ ทำให้พรรณพืชดั้งเดิม เช่น กกและหญ้าหลายชนิด ไม้ล้มลุก รวมทั้งไม้พุ่มที่ขึ้นตามริมน้ำหรือที่ชื้นแฉะขาดแสงไม่สามารถแข่งขันได้และค่อย ๆ สูญหายไปจากพื้นที่

 

โครงงานวิจัยที่เกี่ยวข้อกับการบำบัดน้ำเสียของต้นธูปฤๅษี

โครงการวิจัย “การบำบัดน้ำเสียจากโรงงานฟอกย้อมด้วยต้นธูปฤาษี” โดย น.ส.สุมล นิลรัตน์นิศากร มหาวิทยาลัยพระจอมเกล้าธนบุรีนักศึกษาปริญญาเอกจากบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE)และโครงการปริญญาเอกกาญจนาภิเษก (คปก.) เป็นการวิจัยเพื่อคัดเลือกหาพืชที่มีศักยภาพและประสิทธิภาพใช้ในการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางชีวภาพ และจากการสังเกตแหล่งน้ำธรรมชาติหลายแห่ง ทำให้พบว่า ต้นธูปฤาษีเป็นพืชที่สามารถเจริญเติบโตได้ดี แม้อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำเสียตามชุมชน หรือตามบริเวณแหล่งน้ำหน้าโรงงาน เช่น โรงงานฟอกย้อม จึงได้ทดลองคัดเลือกนำต้นธูปฤาษีมาทดสอบบำบัดน้ำเสียจากโรงงานฟอกย้อม ที่มีปัญหาเรื่องค่าความเป็นด่างสูง และมีลักษณะสีที่ไม่พึงประสงค์ของน้ำเสีย
น.ส.สุมล กล่าวถึงขั้นตอนการฟอกย้อมผ้าในโรงงานว่า โดยปกติจะมีการลงแป้ง การเติมสารเคมีพวกเกลือโซเดียมซัลเฟต และโซเดียมคาร์บอร์เนตลงไป เพื่อปรับสภาพผ้าให้มีการย้อมสีที่ติดทนนาน ทำให้น้ำเสียมีสภาวะความเป็นพิษสูง โดยคุณภาพน้ำที่ถูกปล่อยออกมาจากโรงงานฟอกย้อมจะมีลักษณะความเป็นด่าง และความเค็มสูง และเป็นน้ำเสียที่มีลักษณะสีที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งสีเหล่านี้จะมีความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำ ไม่ว่าจะเป็นพืชและสัตว์ ทั้งนี้ จากการทดลองปลูกพืชหลายชนิดในน้ำเสียจากโรงงานฟอกย้อม พบว่า ต้นธูปฤาษีมีความสามารถที่จะเจริญเติบโตและยังทำให้น้ำเสียในบริเวณนั้นมีคุณภาพดีขึ้นได้
“โดยทั่วไปน้ำเสียที่ปล่อยจากโรงงานฟอกย้อมจะมีความเป็นด่างสูงประมาณ 10-11 เมื่อมีการทดสอบการบำบัดน้ำเสียโดยต้นธูปฤาษี พบว่ามีความสามารถในการลดค่าพีเอชให้ลดลงเหลือเพียง 7-8 ซึ่งเป็นสภาพที่ใกล้ความเป็นกลางมาก นอกจากนี้ ลักษณะสีที่ไม่พึงประสงค์ที่ถูกปล่อยออกจากโรงงานหลังจากผ่านการบำบัดแล้ว จะเห็นว่า น้ำที่เคยมีสีแดงหรือสีน้ำตาลแดงจะมีลักษณะจางลง จึงสรุปได้ว่า ต้นธูปฤาษีมีศักยภาพในการลดค่าความเป็นกรดด่างของน้ำ และสามารถปรับเปลี่ยนสีน้ำจากสีไม่พึงประสงค์ให้จางลง และลดความเป็นพิษในน้ำได้ นอกจากนี้ ยังพบว่าธูปฤาษีมีความสามารถในการเจริญเติบโตในน้ำที่มีความเป็นเกลือสูงอีกด้วย”น.ส.สุมล กล่าว
ทั้งนี้ จากการศึกษาโครงสร้างภายในของต้นธูปฤาษี ซึ่งมีคุณสมบัติในการดูดน้ำและธาตุอาหารดีเปรียบดังเซลล์ฟองน้ำ (Spongy Cell) เมื่อทำการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ SEM-EDX และXRD พบว่าภายในมีองค์ประกอบของหมู่ซิลิกอน และหมู่แคลเซียมปะปนอยู่ ซึ่งอาจเป็นองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องในกลไกการดูดซับสี และจากการวิเคราะห์องค์ประกอบของสีจากน้ำที่ผ่านการบำบัด สามารถอธิบายได้ว่า ต้นธูปฤาษีจะเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลของสีที่มีขนาดใหญ่ให้เล็กลง และคาดว่าจุลินทรีย์ตามธรรมชาติ ภายในดินจะสามารถย่อยสลายโมเลกุลของสีให้หมดได้ต่อไป

 

 

 

 

 

 

 

 

บทที่ 3

อุปกรณ์ และ วิธีการดำเนินงาน

1.อุปกรณ์

ตารางที่ 2 อุปกรณ์ที่ใช้การดำเนินงาน

ลำดับที่ รายการ จำนวน

1

ไม้อัดF4

1 อัน

2

ขดลวด

1 ขด

3

ไม้บรรทัด

1 อัน

4

ดินสอ

1 แท่ง

5

ปากกาเคมี

1 ด้าม

6

ดินเหนียว

1 ถุง

7

กระดาษร้อยปอน

1 แผ่น

8

กระดาษสา

2 แผ่น

9

กระดาษลัง

1 แผ่น

10

กาวแท่ง

1 ชุด

11

ไม้ไอศกรีม

2 แพ็ค

12

กรรไกร

1 อัน

13

ปืนยิงกาว

1 อัน

14

หญ้าจริง

8 ต้น

 

2 วิธีการดำเนินงาน

  • ประชุมวางแผนการดำเนินงาน
  • ออกแบบโมเดล
  • โครงสร้างโมเดลทั้งหมด

 

 

 

 

ขั้นตอนการทำโมเดล

 

 

 

 

 

 

 

 

บทที่ 4

ผลการดำเนินงาน

 

     ในรูปแบบโครงสร้าง ประกอบไปด้วยดังนี้

         โครงสร้างภายนอกโรงเรือนประกอบไปด้วย 

1)  บ่อน้ำใช้

2)  บ่อพักน้ำ

3)  แหล่งบำบัดน้ำธรรมชาติที่ประกอบไปด้วยต้นกก

โครงสร้างภายในโรงเรือน ประกอบไปด้วย

โครงสร้างภายในเป็นอาคาร 2 ชั้น

  • ชั้นบนเป็นโครงสร้างครึ่งหนึ่งของหกเหลี่ยม ประกอบกับการเปิดปิดหลังคาชั้นบนเพื่อที่จะให้แสงรอดผ่านเมื่อแสงรอดผ่านจะมีแผ่นกระดาษสาสีดำใช้แทนกระจกดำกรองแสงที่รับมาแต่อุณหภูมิผ่านและมีกระใสที่ใช้กระดาษสาสีขาวแทนกระจกใสทำหน้าที่ให้แสงรอดผ่านเพื่อที่จะให้พืชผักสามารถสังเคราะห์แสงได้
  • ชั้นล่างเป็นโครงสร้างครึ่งหนึ่งของหกเหลี่ยม ประกอบไปด้วยภายในมีที่เพาะปลูก และมี่ท่อส่งน้ำและท่อนำใช้มีไฟปรับอุณหภูมิในตอนกลางคืน

 

หมายเหตุ :โครงสร้างนี้หลังคาเปิดยังไม่คงที่จึงทำให้ไม่สามรถเปิดปิดได้แต่ทำได้เพียงเปิดหนังคาไว้ให้ดู         ดังภาพแสดงหลังคา

 

 

 

 

บทที่ 5

สรุป อภิปรายผลการดำเนินงาน

สรุปผลการดำเนินงาน

       จากการดำเนินการงานในโครงงานสิ่งประดิษฐ์ เรื่องโรงเรือนการเพาะปลูกในอนาคตGreenhouse vegetables in the future” สรุปผลตามจุดมุ่งหมายของโครงงานดังนี้

1.เพื่อประดิษฐ์  โรงเรือนในอนาคต และ สามารถเปิด-ปิดได้

2.เพื่อที่จะได้เห็นคุณค่าของการบำบัดน้ำแบบธรรมชาติ

3.เป็นแนวทางการศึกษาและนำไปพัฒนาในดียิ่งขึ้นไป

      อภิปรายผลการดำเนินงาน

      จากผลการประดิษฐ์โรงเรือนการเพาะปลูกในอนาคตGreenhouse vegetables in the future”เราสามารถออกแบบสร้างโรงเรือนการเพาะปลูกในอนาคตดั่งรูปแบบโมเดล และ ต้องขออภัยในการประสบปัญหา คือ หลังคาไม่สามารถเปิด-ปิดได้  เราต้องขออภัย

    ประโยชน์และคุณค่าของโครงงาน

1.เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่คิดค้นในอนาคต

2.เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สามารถนำธรรมชาติมาเกี่ยวข้อง

3.เป็นนาวทางความคิดให้กลับผู้อื่นต่อไปได้

   ข้อเสนอแนะ

     1.ในอนาคตถ้าหากเราได้ทำโครงงานนี้อีกเราจะประดิษฐ์โมเดลในโครงสร้างที่สมบรูณ์แบบมากกว่านี้

นอกจากนี้จะเพิ่มความหลากหลายของเทคโนโลยียิ่งขึ้นไปอีก

 

บรรณานุกรม

 

http://naiyana16.blogspot.com/2008/01/oxidation-pond-sedimental-pond-and.html

http://km.rdpb.go.th/Knowledge/View/76

 

http://www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9490000088288

กระบวนการการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาบนเปลือกโลก

81__10022007104329

 การเปลี่ยนแปลงทางธรณี

ธรณีภาค

ธรณีภาค (lithosphere) คือชั้นเนื้อโลกส่วนบนกับชั้นเปลือกโลกรวมกันชั้นธรณีภาคมีความหนาประมาณ 100 กิโลเมตรนับจากผิวโลกลงไปเปลือกโลกมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาการศึกษาการเปลี่ยนแปลง ของเปลือกโลกทั้งส่วนที่เป็นพื้นดิน พื้นน้ำและส่วนที่เป็นบรรยากาศจัดเป็นวิธีการหนึ่งที่จะช่วยป้องกันผลกระทบที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา ได้แก่แผ่นดินไหวและภูเขาไฟระเบิด ซึ่งเป็นพิบัติภัยที่มีผลกระทบต่อชีวิตและทรัพย์สินของมนุษย์การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกทำให้เกิดทฤษฎีหลากหลายแต่ทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับกันในปัจจุบันและอธิบายถึงกำเนิดของแผ่นดินมหาสมุทร และสิ่งมีชีวิตที่ตายทับถมอยู่ในหินบนเปลือกโลก คือทฤษฎีการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค (plate tectonic)

แผ่นธรณีภาคและการเคลื่อนที่

รูปแสดงขั้นตอนการเลื่อนของแผ่นธรณีภาคจากอดีตถึงปัจจุบัน

ในปี พ.ศ. 2458 นักอุตุนิยมวิทยาชาวเยอรมันชื่อ ดร.อัลเฟรดเวเกเนอร์ (Dr. Alfred Wegener) ตั้งสมมุติฐานเกี่ยวกับการเลื่อนของแผ่นธรณีภาคจากอดีตถึงปัจจุบันโดยกำหนดว่า เมื่อประมาณ3002200 ล้านปีมาแล้วผืนแผ่นดินทั้งหมดบนโลกเป็นแผ่นดินผืนเดียวกันเรียกว่า พันเจีย (pangaea) ซึ่งเป็นภาษากรีก แปลว่าแผ่นดินทั้งหมด (all land) ต่อมาเกิดการเลื่อนตัวของแผ่นธรณีภาคเป็นขั้นตอน ดังนี้
1. เมื่อ 2002135 ล้านปี พันเจียเริ่มแยกออกเป็นทวีปใหญ่ 2 ทวีปคือ ลอเรเซียทางตอนเหนือและกอนด์วานาทางตอนใต้โดยกอนด์วานาจะแตกและเคลื่อนแยกจากกันเป็นอินเดีย อเมริกาใต้ และแอฟริกาในขณะที่ออสเตรเลียยังคงเป็นส่วนหนึ่งของกอนด์วานา
2. เมื่อ 135265 ล้านปี มหาสมุทรแอตแลนติกแยกตัวกว้างขึ้นทำให้แอฟริกาเคลื่อนที่ห่างออกไปจากอเมริกาใต้แต่ออสเตรเลียยังคงเชื่อมอยู่กับแอนตาร์กติกาและอเมริกาเหนือกับยุโรปยังคงต่อเนื่องกัน
3. เมื่อ 65 ล้านปี2ปัจจุบัน มหาสมุทรแอตแลนติกขยายกว้างขึ้นอีกอเมริกาเหนือและยุโรปแยกจากกันอเมริกาเหนือโค้งเว้าเข้าเชื่อมกับอเมริกาใต้ ออสเตรเลียแยกจากแอนตาร์กติกาและอินเดียเคลื่อนไปชนกับเอเชียจนเกิดเป็นภูเขาหิมาลัยกลายเป็นแผ่นดินและผืนมหาสมุทรดังปัจจุบัน

หลักฐานและข้อมูลทางธรณีวิทยา

หลักฐานและข้อมูลต่างๆ ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อในทฤษฎีการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค ได้แก่
1. รอยต่อของแผ่นธรณีภาค
2. รอยแยกของแผ่นธรณีภาค และอายุของหินบนเทือกเขากลางมหาสมุทร
3. การค้นพบซากดึกดำบรรพ์
4. การเปลี่ยนแปลงของอากาศ
5. สนามแม่เหล็กโลกโบราณ

รอยต่อของแผ่นธรณีภาค

นักธรณีวิทยาแบ่งแผ่นธรณีภาคของโลกออกเป็น 2 ประเภท คือแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป และแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร รวมทั้งหมด 12 แผ่นได้แก่
1. แผ่นยูเรเชีย
2. แผ่นอเมริกาเหนือ
3. แผ่นอเมริกาใต้
4. แผ่นอินเดีย (แผ่นออสเตรเลีย2อินเดีย)
5. แผ่นแปซิฟิก
6. แผ่นนาสกา
7. แผ่นแอฟริกา
8. แผ่นอาระเบีย
9. แผ่นฟิลิปปินส์
10. แผ่นแอนตาร์กติกา
11. แผ่นคาริบเบีย
12. แผ่นคอคอส
แต่ละแผ่นธรณีภาคจะมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาบางแผ่นเคลื่อนที่เข้าหากัน บางแผ่นเคลื่อนที่แยกออกจากกันบางแผ่นเคลื่อนที่ผ่านกันนอกจากนั้นยังมีรอยเลื่อนปรากฏบนแผ่นธรณีภาคบางแผ่น เช่นรอยเลื่อนซานแอนเดรียสบนแผ่นอเมริกาเหนือรอยเลื่อนแอนาโทเลียบนแผ่นยูเรเชีย เป็นต้น

รูปแสดงแผ่นธรณีภาคบริเวณต่างๆ ของโลก

เมื่อพิจารณาแผนที่โลกปัจจุบันพบว่าทวีปแต่ละทวีปมีรูปร่างต่างกัน แต่เมื่อนำแผ่นภาพของแต่ละทวีปมาต่อกันจะเห็นว่ามีส่วนที่สามารถต่อกันได้พอดี เช่นขอบตะวันออกของทวีปอเมริกาใต้สามารถต่อกับขอบตะวันตกของทวีปแอฟริกาใต้ได้อย่างพอดีเสมือนหนึ่งว่าทวีปทั้งสองน่าจะเป็นแผ่นดินเดียวกันมาก่อนต่อมามีการเคลื่อนที่แยกออกจากกัน ส่วนหนึ่งเคลื่อนไปทางตะวันออกอีกส่วนหนึ่งเคลื่อนไปทางตะวันตก และมีมหาสมุทรแอตแลนติกเข้ามาแทนที่ตรงรอยแยกแผ่นทวีปทั้งสองมีการเคลื่อนแยกจากกันเรื่อยๆจนมีตำแหน่งและรูปร่างดังปัจจุบัน

รูปแสดงแนวขอบของทวีปต่างๆ ในปัจจุบันที่คิดว่าเคยต่อเชื่อมเป็นผืนเดียวกัน
กระบวนการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกเป็นผลทำให้แผ่นธรณีภาคเกิดการเคลื่อนที่แยกออกจากกันจนทำให้มีลักษณะดังปัจจุบันรอยแยกของแผ่นธรณีภาคและอายุหินบนเทือกเขากลางมหาสมุทร
จากรูปแสดงเทือกเขากลางมหาสมุทรพบว่า ลักษณะเด่นของพื้นที่มหาสมุทรแอตแลนติก คือ

1. เทือกเขากลางมหาสมุทรซึ่งมีลักษณะเป็นเทือกเขายาวที่โค้งอ้อมไปตามรูปร่าง ของขอบทวีป ด้านหนึ่งเกือบขนานกับชายฝั่งของประเทศสหรัฐอเมริกาส่วนอีกด้านหนึ่งขนานกับชายฝั่งของทวีปยุโรปและทวีปแอฟริกา

รูปแสดงเทือกเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก

2. เทือกเขากลางมหาสมุทรมีรอยแยกตัวออกเป็นร่องลึกไปตลอดความยาวของเทือกเขา
3. มีรอยแตกตัดขวางบนสันเขากลางมหาสมุทรมากมาย รอยแตกเหล่านี้เป็นศูนย์กลางของการเกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟระเบิด
4. มีเทือกเขาเล็กๆกระจัดกระจายอยู่ทั้งทางตะวันออกและตะวันตกของพื้นมหาสมุทรบริเวณที่เป็นประเทศอังกฤษในปัจจุบันเป็นเกาะที่อยู่บนไหล่ทวีปที่มีส่วนของแผ่นดินใต้พื้นน้ำต่อเนื่องกับทวีป ยุโรป
ในปี พ.ศ. 2503 มีการสำรวจใต้ทะเลและมหาสมุทรใหญ่ทั้ง 3 แห่งด้วยเครื่องมือที่ทันสมัย ทำให้พบหินบะซอลต์ที่บริเวณร่องลึก หรือรอยแยกบริเวณเทือกเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติกและพบว่าหินบะซอลต์ที่อยู่ไกลจากรอยแยกจะมีอายุมากกว่าหินบะซอลต์ที่อยู่ ใกล้รอยแยกหรือในรอยแยกจากหลักฐานดังกล่าวสามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงได้ดังนี้เมื่อเกิดรอยแยกแผ่นดินจะเกิดการเคลื่อนตัวออกจากกันอย่างช้าๆ ตลอดเวลาขณะเดียวกันเนื้อของหินบะซอลต์จากส่วนล่างจะถูกดันแทรกเสริมขึ้นมาตรงรอยแยก เป็นเปลือกโลกใหม่ ทำให้ตรงกลางรอยแยกเกิดหินบะซอลต์ใหม่เรื่อยๆโครงสร้างและอายุหินรองรับแผ่นธรณีภาคจึงมีอายุอ่อนสุดบริเวณเทือกเขากลางมหาสมุทร และอายุมากขึ้นเมื่อเข้าใกล้ขอบทวีป ดังรูป

รูปแสดงอายุของหินบะซอลต์บริเวณรอยแยกกลางมหาสมุทรแอตแลนติก

นักธรณีวิทยาได้ศึกษารอยต่อของแผ่นธรณีภาคพบว่า แผ่นธรณีภาคมีการเคลื่อนที่มีลักษณะต่างๆ ดังนี้

1. ขอบแผ่นธรณีภาคแยกออกจากกันขอบแผ่นธรณีภาคที่แยกจากกันนี้เนื่องจากการดันตัวของแมกมาในชั้นธรณีภาค ทำให้เกิดรอยแตกในชั้นหินแข็งแมกมาสามารถถ่ายโอนความร้อนสู่ชั้นเปลือกโลกอุณหภูมิและความดันของแมกมาลดลงเป็นผลให้เปลือกโลกตอนบนทรุดตัวกลายเป็นหุบ เขาทรุด (rift valley)

รูปแสดงการแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป

ต่อมาน้ำทะเลไหลมาสะสมกลายเป็นทะเล และเกิดรอยแตกจนเป็นร่องลึกเมื่อแมกมาเคลื่อนตัวแทรกขึ้นมาตามรอยแตกเป็นผลให้แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรเคลื่อนตัวแยกออกไปทั้งสองข้างทำให้พื้นทะเลขยายกว้างออกไปทั้งสองด้านเรียกว่ากระบวนการขยายตัวของพื้นทะเล (sea floor spreading) และปรากฏเป็นเทือกเขากลางมหาสมุทร เช่น บริเวณกลางมหาสมุทรแอตแลนติกบริเวณทะเลแดง รอยแยกแอฟริกาตะวันออก อ่าวแคลิฟอร์เนียมีลักษณะเป็นหุบเขาทรุด มีร่องรอยการแยก เกิดแผ่นดินไหวตื้นๆมีภูเขาไฟและลาวาไหลอยู่ใต้มหาสมุทร

รูปแสดงการแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร

ในขณะที่แผ่นธรณีภาคเกิดรอยแตกและเลื่อนตัวจะมีผลทำให้เกิดคลื่นไหวสะเทือนไปยังบริเวณต่างๆใกล้เคียงกับจุดที่เกิดรอยแตกรอยเลื่อนในชั้นธรณีภาคเกิดเป็นปรากฏการณ์แผ่นดินไหว

2. ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่เข้าหากันแบ่งเป็น 3 ลักษณะ คือ
2.1 แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรแผ่นธรณีภาคแผ่นหนึ่งจะมุดลงใต้อีกแผ่นหนึ่งปลายของแผ่นที่มุดลงจะหลอมตัวกลายเป็นแมกมาและปะทุขึ้นมาบนแผ่นธรณีภาคใต้ มหาสมุทร เกิดเป็นแนวภูเขาไฟกลางมหาสมุทร เช่น ที่หมู่เกาะมาริอานาส์อาลูเทียน ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์หมู่เกาะฮาวายจะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึกมีแนวการเกิดแผ่นดินไหวตามแนวของแผ่นธรณีภาคลึกลงไปถึงชั้นเนื้อโลกรวมทั้งมีภูเขาไฟที่ยังมีพลัง

                       รูปแสดงการชนกันระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร

2.2 แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกับแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีปแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร ที่หนักกว่าจะมุดลงใต้แผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีปทำให้เกิดรอยคดโค้งเป็นเทือกเขาบนแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีปเช่นที่อเมริกาใต้แถบตะวันตก แนวชายฝั่งโอเรกอนจะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึกตามแนวขอบทวีปมีภูเขาไฟปะทุในส่วนที่เป็นแผ่นดิน เกิดเป็นแนวภูเขาไฟชายฝั่งและเกิดแผ่นดินไหวรุนแรง ส่วนแนวขอบด้านตะวันออก-เฉียงเหนือของแผ่นธรณีภาคอาระเบียที่เคลื่อนที่เข้าหาและมุดกันกับแนวขอบ ด้านใต้ของแผ่นธรณีภาคยูเรเชียจะเกิดเป็นร่องลึกก้นมหาสมุทรและเกิดเป็นเทือกเขาคดโค้งอยู่บนแผ่นธรณีภาคในบริเวณประเทศตะวันออกกลางปัจจุบันบริเวณนี้กลายเป็นแหล่งสะสมน้ำมันดิบแหล่งใหญ่ของโลก

        รูปแสดงการชนกันระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรกับแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป

2.3 แผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีปชนกับแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีปเนื่องจากแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีปทั้ง 2 แผ่นมีความหนามากเมื่อชนกันจะทำให้ส่วนหนึ่งมุดลง อีกส่วนหนึ่งเกยกันอยู่เกิดเป็นเทือกเขาสูงแนวยาวอยู่ในแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป เช่นเทือกเขาแอลป์ในทวีปยุโรป เทือกเขาหิมาลัยในทวีปเอเชีย เป็นต้นแนวขอบด้านทิศเหนือของแผ่นธรณีภาคอินเดียเคลื่อนที่ชนและมุดกับแผ่นธรณีภาค ยูเรเชียทางตอนใต้ ทำให้เกิดเทือกเขาหิมาลัยบริเวณดังกล่าวจะเป็นรอยย่นคดโค้งเป็นเขตที่ราบสูงเสมือนเป็นหลังคาของโลก

รูปแสดงการเคลื่อนที่ชนกันระหว่างแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีปและแผ่นธรณีภาคภาคพื้นทวีป

3. ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ผ่านกันเนื่องจากอัตราการเคลื่อนตัวของแมกมาในชั้นเนื้อโลกไม่เท่ากันทำให้แผ่นธรณีภาคในแต่ละส่วนมีอัตราการเคลื่อนที่ไม่เท่ากันด้วยทำให้เปลือกโลกใต้มหาสมุทรและบางส่วนของเทือกเขาใต้มหาสมุทรไถลเลื่อนผ่านและเฉือนกันเกิดเป็นรอยเลื่อนเฉือนระนาบด้านข้างขนาดใหญ่ขึ้นสันเขากลางมหาสมุทรถูกรอยเลื่อนขึ้นตัดเฉือนเป็นแนวเหลื่อมกันอยู่มีลักษณะเป็นแนวรอยแตกแคบยาวมีทิศทางตั้งฉากกับเทือกเขากลางมหาสมุทรและร่องใต้ทะเลลึกมักจะเกิดแผ่นดินไหวรุนแรงในระดับตื้น ๆระหว่างขอบของแผ่นธรณีภาคที่ซ้อนเกยกันในบริเวณภาคพื้นทวีปหรือมหาสมุทร

ที่มา https://sites.google.com/site/lamaiyodpho/bth-thi3-lok-laea-kar-peliynpaelng/4-kar-peliynpaelng-thang-thrni

โครงสร้างโลก

7010

ที่มา http://www.lesa.biz/

การแบ่งโครงสร้างโลกตามองค์ประกอบเคมี

นักธรณีวิทยาแบ่งโครงสร้างภายในของโลก โดยพิจารณาจากองค์ประกอบทางเคมี ออกเป็น 3 ส่วน ดังภาพที่ 1

 

ภาพที่ 1  โครงสร้างโลกแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี

 

        เปลือกโลก (Crust)  เป็นผิวโลกชั้นนอก มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นซิลิกาไดออกไซด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ ประกอบด้วยเปลือกโลกทวีปและเปลือกโลกมหาสมุทร

  • เปลือกโลกทวีป (Continental crust)  ส่วนใหญ่เป็นหินแกรนิต มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น ซิลิกอน อะลูมิเนียม และออกซิเจน มีความหนาเฉลี่ย 35 กิโลเมตร  ความหนาแน่น 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร

  • เปลือกโลกมหาสมุทร (Oceanic crust)  ส่วนใหญ่เป็นหินบะซอลต์ มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น มีเหล็ก แมกนีเซียม ซิลิกอน และออกซิเจน ความหนาเฉลี่ย 5 กิโลเมตร   ความหนาแน่น 3  กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร มากกว่าเปลือกทวีป  ดังนั้นเมื่อเปลือกโลกทั้งสองชนกัน เปลือกโลกทวีปจะถูกยกตัวขึ้น ส่วนเปลือกโลกมหาสมุทรจะจมลง และหลอมละลายเป็นแมกมาอีกครั้ง

        เนื้อโลก (Mantle)  คือส่วนซึ่งอยู่อยู่ใต้เปลือกโลกลงไปจนถึงระดับความลึก 2,900 กิโลเมตร   มีองค์ประกอบหลักเป็นซิลิคอนออกไซด์ แมกนีเซียมออกไซด์ และเหล็กออกไซด์ แบ่งออกป็น 3 ชั้น ได้แก่

  • เนื้อโลกตอนบนสุด (Uppermost sphere)  มีสถานะเป็นของแข็ง เป็นฐานรองรับเปลือกโลกทวีป และเปลือกโลกมหาสมุทร อยู่ใต้แนวแบ่งเขตโมโฮโรวิชิก เรียกโดยรวมว่า ธรณีภาค (Lithosphere) มีความหนาโดยรวมประมาณ 30 – 100 กิโลเมตร

  • เนื้อโลกตอนบน (Upper mantle) หรือบางครั้งเรียกว่า ฐานธรณีภาค (Asthenosphere) อยู่ที่ระดับลึก 100 – 700 กิโลเมตร มีึลักษณะเป็นของแข็งเนื้ออ่อน  อุณหภูมิที่สูงมากทำให้แร่บางส่วนหลอมละลายเป็นหินหนืด (Magma) เคลื่อนที่หมุนวนด้วยการพาความร้อน (Convection)

  • เนื่อโลกตอนล่าง (Lower mantle) มีสถานะเป็นของแข็งที่ระดับลึก 700 – 2,900 กิโลเมตร มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นเหล็ก แมกนีเซียม และซิลิเกท 
 

        แก่นโลก (Core)  คือส่วนที่อยู่ใจกลางของโลก มีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก แบ่งออกเป็น 2 ชั้น 

  • แก่นโลกชั้นนอก (Outer core) เป็นเหล็กในสถานะของเหลว เคลื่อนที่หมุนวนด้วยการพาความร้อน (Convection) ที่ระดับลึก 2,900 – 5150 กิโลเมตร เหล็กร้อนเบื้องล่างบริเวณที่ติดกับแก่นโลกชั้นในลอยตัวสูงขึ้น เมื่อปะทะกับแมนเทิลตอนล่างที่อุณหภูมิต่ำกว่าจึงจมตัวลง การเเคลื่อนที่หมุนวนเช่นนี้เหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก

  • แก่นโลกชั้นใน (Inner core) ที่ระดับลึก 5,150 กิโลเมตร จนถึงใจกลางโลกที่ระดับลึก  6,370 กิโลเมตร ความดันมหาศาลกดทับทำให้เหล็กมีสถานะเป็นของแข็ง
 
 
ภาพที่ 2 องค์ประกอบทางเคมีของโครงสร้างภายในของโลก

        เมื่อพิจารณาองค์ประกอบทางเคมีในแต่ละชั้นภายในของโลก ดังภาพที่ 2 แล้วจะพบว่า ธาตุที่หมายเลขอะตอมมาก หรือมีความถ่วงจำเพาะสูง เช่น เหล็ก (atomic no: 26) จมลงสู่แก่นกลางของโลก  ธาตุที่มีหมายเลขอะตอมน้อย หรือมีความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า เช่น ออกซิิเจน อะลูมิเนียม และซิลิกอน (atomic no: 8, 13, 14) ลอยตัวขึ้นเป็นองค์ประกอบหลักของเปลือกโลก 

 

แหล่งน้ำ

ทรัพยากรน้ำ

ที่มา http://www.lesa.biz/

แหล่งน้ำ

ภาพที่ 1 โลก ดาวเคราะห์สีน้ำเงิน
  แม้ว่าพื้นผิว 2 ใน 3 ส่วนของโลกปกคลุมไปด้วยน้ำ  แต่น้ำจืดที่สามารถนำมาใช้ในการดำรงชีวิตของมนุษย์กลับมีไม่ถึง 1%  ถ้าหากสมมติว่าน้ำในโลกทั้งหมดเท่ากับ 100 ลิตร จะมีน้ำทะเล 97 ลิตร  น้ำแข็งเกือบ 3 ลิตร  ส่วนน้ำจืดที่เราสามารถใช้บริโภคอุปโภคได้มีเพียง 3 มิลลิลิตร ดังภาพที่ 2  ด้วยเหตุนี้น้ำจึงเป็นทรัพยากรที่ล้ำค่า และขาดแคลนง่าย 

ภาพที่ 2 เปรียบเทียบแหล่งน้ำบนโลก

        แม้ว่าปริมาณน้ำส่วนใหญ่จะอยู่ในทะเลและมหาสมุทร แต่น้ำก็มีอยู่ในทุกหนแห่งของโลก ไม่ว่าจะเป็นแม่น้ำ ลำคลอง น้ำใต้ดิน น้ำในบรรยากาศ รวมทั้งเมฆหมอกและหยาดน้ำฟ้า ดังข้อมูลในตารางที่ 1  นอกจากนั้นร่างกายมนุษย์มีองค์ประกอบเป็นน้ำร้อยละ 65  ร่างกายของสัตว์น้ำบางชนิด เช่น แมงกะพรุน มีองค์ประกอบเป็นน้ำร้อยละ 98  ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่า น้ำคือปัจจัยที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิต 

น้ำผิวดิน 

         แหล่งน้ำที่เรารู้จักและใช้ประโยชน์กันมากที่สุดคือ “น้ำผิวดิน” (Surface water)  น้ำผิวดินมีทั้งน้ำเค็มและน้ำจืด  แหล่งน้ำผิวดินที่เป็นน้ำจืดได้แก่ ทะเลสาบน้ำจืด แม่น้ำ ลำธาร ห้วย หนอง คลอง บึง  เนื่องจากภูมิประเทศของพื้นผิวโลกไม่ราบเรียบเสมอกัน พื้นผิวของโลกแต่ละแห่งมีความแข็งแรงทนทานไม่เหมือนกัน  แรงโน้มถ่วงทำให้น้ำ ไหลจากที่สูงลงที่ต่ำ น้ำมีสมบัติเป็นตัวทำละลายที่ดีจึงสามารถกัดเซาะพื้นผิวโลกให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภูมิประเทศ 

การกัดเซาะของน้ำอย่างต่อเนื่อง ทำให้ร่องน้ำเปลี่ยนแปลงขนาด รูปร่าง และทิศทางการไหล เมื่อฝนตก หยดน้ำจะรวมตัวกันแล้วไหลทำให้เกิดร่องน้ำ ร่องน้ำเล็กๆ ไหลมารวมกันเป็น “ธารน้ำ” (Stream)  เมื่อกระแสน้ำในธารน้ำไหลอย่างต่อเนื่องก็จะกัดเซาะพื้นผิวและพัดพาตะกอนขนาดต่างๆ ไปกับกระแสน้ำ ธารน้ำจึงมีขนาดใหญ่และยาวขึ้นจนกลายเป็น แม่น้ำ (River) ความเร็วของกระแสน้ำขึ้นอยู่กับความลาดชันของพื้นที่ ถ้าพื้นที่มีความลาดชันมากกระแสน้ำจะเคลื่อนที่เร็ว แต่ถ้าหากพื้นที่มีความลาดชันน้อยกระแสน้ำก็จะเคลื่อนที่ช้า  นอกจากนั้นความเร็วของกระแสน้ำยังขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัด เข่น เมื่อกระแสน้ำไหลผ่านช่องเขาแคบๆ ก็จะเคลื่อนที่เร็ว  เมื่อกระแสน้ำพบความที่ราบกว้างใหญ่ เช่น บึง หรือทะเลสาบ กระแสน้ำจะหยุดนิ่งทำให้ตะกอนที่น้ำพัดพามาก็จะตกทับถมใต้ท้องน้ำ ดังเราจะพบว่า อ่างเก็บน้ำเหนือเขื่อนที่มีอายุมากมักมีความตื้นเขินและเก็บกักน้ำได้น้อยลง  อย่างไรก็ตามปริมาณของน้ำผิวดินขึ้นอยู่กับลักษณะภูมิอากาศ ภูมิประเทศ ปริมาณน้ำฝน เนื้อดิน การใช้ประโยชน์ที่ดินและทรัพยากรน้ำ

ภาพที่ 3 ภาคตัดขวางของแม่น้ำ

น้ำใต้ดิน 

        หากไม่นับธารน้ำแข็งขั้วโลกแล้ว “น้ำบาดาล” (Ground water) เป็นแหล่งน้ำจืดที่มีปริมาณมากที่สุดบนโลกของเรา  น้ำบาดาลเกิดขึ้นจากการไหลซึมของน้ำผิวดิน  ในเนื้อดินมีรูพรุน (Pore) สำหรับอากาศและน้ำ เช่น ดินเหนียวมีรูพรุนขนาดเล็ก น้ำไหลผ่านได้ยาก  ดินทรายมีรูพรุนขนาดใหญ่ น้ำไหลผ่านได้ง่าย  เมื่อพื้นผิวดินเกิดความชื้นหรือมีฝนตก เม็ดดินจะเก็บน้ำไว้ในรูพรุนไว้จนกระทั่งดินอิ่มตัวด้วยน้ำ ไม่สามารถเก็บน้ำได้มากกว่านี้แล้ว น้ำส่วนหนึ่งจะไหลบ่าไปตามพื้นผิว (Run off) น้ำอีกส่วนหนึ่งจะไหลซึมลงสู่ชั้นดินเบื้องล่าง (Infiltration)  ใต้ชั้นดินลึกลงไปจะเป็นชั้นหินตะกอนเนื้อหยาบที่สามารถเก็บกักน้ำบาดาลไว้ได้เรียกว่า “ชั้นหินอุ้มน้ำ” (Aquifer)  ซึ่งเป็นหินทราย กรวด ตะกอนทราย จึงมีสมบัติยอมให้น้ำซึมผ่านโดยง่าย เนื่องจากช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างอนุภาคตะกอน จึงเก็บกักน้ำได้เป็นปริมาณมากจนกลายเป็นแหล่งน้ำบาดาล  ใต้ชั้นหินอุ้มน้ำลงไปเป็นชั้นหินตะกอนเนื้อละเอียด เช่น หินดินดานหรือทรายแป้งซึ่งไม่ยอมให้น้ำซึมผ่านได้  ในบางแห่งที่ชั้นหินอุ้มน้ำถูกขนาบด้วยชั้นหินเนื้อละเอียดก็จะเกิดแรงดันน้ำ ถ้าเราเจาะบ่อบาดาลลงไปตรงบริเวณดังกล่าง แรงดันภายในจะดันน้ำให้มีระดับสูงขึ้น หรือไหลล้นปากบ่อออกมา  และเนื่องจากชั้นหินมีความลาดเอียง น้ำในดินจึงไหลจากที่สูงไปสู่ที่ต่ำ แรงดันของน้ำใต้ดินจึงมักทำให้เกิด “น้ำพุ” (Spring) ในบริเวณที่ราบต่ำ ดังภาพที่ 4  

ภาพที่ 4 ภาคตัดขวางของแหล่งน้ำใต้ดิน 

            อย่างไรก็ตามน้ำบาดาลทำให้เกิดแรงดันภายใต้พื้นผิว ซึ่งช่วยรับน้ำหนักที่กดทับจากด้านบน แต่ถ้าหากเราสูบน้ำบาดาลขึ้นมาใช้เป็นปริมาณมาก เกินกว่าที่น้ำจากธรรมชาติจะไหลมาแทนที่ช่องว่างระหว่างอนุภาคตะกอนของชั้นหินอุ้มน้ำได้ทัน ก็จะส่งผลให้ระดับน้ำใต้ดินลดลงอย่างรวดเร็ว โพรงที่ว่างที่เกิดขึ้นจะทำให้แผ่นดินที่อยู่ด้านบนทรุดตัวลงมากลายเป็น หลุมยุบ (Sinkhole) ซึ่งถ้าเกิดขึ้นในเขตชุมชน ก็จะสร้างความเสียหายแก่สิ่งปลูกสร้าง และเกิดอันตรายต่อชีวิต 

แร่

แร่1

ที่มา http://www.lesa.biz/

แร่

           แร่ เป็นสารอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ประกอบด้วยอะตอมของธาตุ 1 ชนิด หรือตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป เรียงประกอบกันเป็นรูปผลึก (ดังนั้นแร่จึงมีสถานะเป็นของแข็งเท่านั้น) ตัวอย่างเช่น เพชร เป็นแร่ซึ่งประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอน  แร่ควอตซ์ประกอบด้วยอะตอมของธาตุซิลิกอนและธาตุออกซิเจน  เนื่องจากแร่จึงมีองค์ประกอบทางเคมีคงที่ จึงมีคุณสมบัติทางฟิสิกส์เฉพาะตัว เช่น มีลักษณ รูปร่าง สี ความวาว ความแข็ง รอยแยก และผิวแตก เป็นต้น  มนุษย์จึงนำแร่มาใช้ประโยชน์ต่างๆ กัน

ธาตุ

องค์ประกอบของธาตุ
อะตอม (Atom) เป็นโครงสร้างที่เล็กที่สุดของสสาร ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็ก 3 ชนิด ได้แก่
  • โปรตอน (Proton) มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นประจุบวก 
  • อิเล็กตรอน (Electron) มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นประจุลบ 
  • นิวตรอน (Neutron) ไม่มีคุณสมบัติเป็นประจุ 

โปรตอนและนิวตอนอยู่ตรงนิวเคลียส โดยมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบนอก เมื่ออะตอมแผ่พลังงานออกภายนอกก็จะลดวงโคจรสู่ระดับต่ำ  เมื่ออะตอมได้รับพลังงานจากภายนอก อิเล็กตรอนจะกระโดดขึ้นสู่วงโคจรชั้นบนหรือหลุดออกไปเลย เราเรียกอะตอมที่มีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนไม่เท่ากันว่า “ประจุ” (Ion)

ธาตุ (Element) คือ โครงสร้างพื้นฐานของสสารที่ไม่สามารถแยกย่อยได้อีกด้วยกระบวนการทางเคมี ซึ่งเราอาจจะกล่าวอีกอย่างว่า ธาตุ คือ เซ็ตโครงสร้างของอะตอม  ธาตุแต่ละชนิดประกอบขึ้นด้วยอนุภาคจำนวนไม่เท่ากันโดยที่จำนวนของโปรตอนเป็นตัวระบุลำดับของธาตุ (Atomic number)  ยกตัวอย่างเช่น

  • ธาตุลำดับที่ 1 คือ ไฮโดรเจน อะตอมของธาตุไฮโดรเจน ประกอบด้วย โปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว และไม่มีนิวตรอน  
  • ธาตุลำดับที่ 2 คือ ฮีเลียม อะตอมของธาตุฮีเลียม ประกอบด้วย โปรตอน 2 ตัว นิวตรอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว   
  • ธาตุลำดับที่ 8 คือ ออกซิเจน อะตอมของธาตุออกซิเจน ประกอบด้วย โปรตอน 8 ตัว  นิวตรอน 8 ตัว และอิเล็กตรอน 8 ตัว ดังภาพที่ 1  

ภาพที่ 1 อะตอมของออกซิเจน

        ธาตุแต่ละชนิดมีโครงสร้างอะตอมไม่เหมือนกัน จึงมีคุณสมบัติแตกต่างกัน  เช่น ธาตุไฮโดรเจนมีน้ำหนักเบา สูญเสียอีเล็กตรอนได้ง่ายเมื่อได้ดูดกลืนรังสีคลื่นสั้นจากดวงอาทิตย์   ธาตุออกซิเจนมีความว่องไวในการทำ ปฏิกิริยากับธาตุอื่น จึงทำให้ เกิดสารประกอบจำนวนมากบนเปลือกโลก  ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ค้นพบธาตุทั้งหมดในจักรวาลจำนวน 112 ธาตุ  เป็นธาตุที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติ 88 ธาตุ ส่วนที่เหลือเป็นธาตุที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นในห้องปฏิบัติการ

กำเนิดธาตุ

เมื่อจักรวาลกำเนิดขึ้น พลังงานจำนวนมากได้อัดตัวเป็นสสาร ตามทฤษฎีสัมพันธภาพของไอสไตน์              E = mc 2(พลังงาน = มวลสาร * ความเร็วแสงยกกำลังสอง)  ธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาลคือ ธาตุไฮโดรเจน  เนื่องจากเป็นธาตุที่มีโครงสร้างอะตอมที่เรียบง่ายที่สุด คือ มีเพียงโปรตอนและอีเล็กตอนอย่างละหนึ่งตัว  เมื่อไฮโดรเจนจำนวนมากรวมตัวกันจะกำเนิดเป็นดาวฤกษ์ แรงโน้มถ่วงทำให้เกิดแรงกดดันที่ใจกลางของดาวฤกษ์จนมีอุณหภูมิสูง 10ล้านเคลวิน  เกิดปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชัน หลอมอะตอมของไฮโดรเจนซึ่งเป็นธาตุลำดับที่ 1 ให้กลายเป็นฮีเลียมซึ่งเป็นธาตุลำดับที่ 2  เมื่อไฮโดรเจนบนดาวเปลี่ยนเป็นฮีเลียมจนหมด  ดาวฤกษ์มวลมากสามารถฟิวชันฮีเลียมให้เป็นคาร์บอน ออกซิเจน นีออน ซิลิกอน ตามลำดับ จนในที่สุดกระบวนการฟิวชันจะหยุดลงที่ธาตุเหล็ก  และเมื่อดาวฤกษ์มวลมากสิ้นอายุขัย จะระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา ปลดปล่อยพลังงานมหาศาลซึ่งมีความร้อนสูงมากทำให้เกิดธาตุที่หนักกว่าเหล็ก ได้แก่ อิริเดียม เงิน ทองคำ ยูเรเนียม เป็นต้น  อย่างไรก็ตามแม้ว่าในธรรมชาติจะมี 88 ธาตุ แต่มีเพียง 8 ธาตุเท่านั้นที่เป็นองค์ประกอบหลักของเปลือกโลก ได้แก่ ออกซิเจน ซิลิกอน อะลูมิเนียม เหล็ก แคลเซียม โซเดียม โปแตสเซียม และแมกนีเซียม

โมเลกุล (Molecule) คือเซ็ตการจับกลุ่มของอะตอม   เมื่ออะตอมของธาตุออกซิเจนจับคู่กัน เราเรียกว่า ออกซิเจน (O2) มีคุณสมบัติเป็นแก๊สที่ช่วยให้ไฟติด  แต่เมื่ออะตอมของธาตุออกซิเจนจับกลุ่มสามอะตอม เราเรียกว่า โอโซน (O3) มีคุณสมบัติเป็นแก๊สเรือนกระจก  โมเลกุลอาจจะเป็นการจับคู่ของอะตอมต่างชนิดก็ได้  เช่น โมเลกุลของน้ำ (H2O) ประกอบด้วย อะตอมของไฮโดรเจน 1 ตัว และอะตอมของออกซิเจน 1 ตัว  ทั้งนี้อะตอมของธาตุทั้งหลายสามารถเชื่อมต่อกันด้วยพันธะ 4 ชนิด ดังนี้

พันธะไอออน (Ion bond) เกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่มีประจุบวกจับคู่กับอะตอมที่มีปะจุลบ เช่น เกลือโซเดียมคลอไลน์ (NaCl) ประกอบด้วย โซเดียมประจุบวก และคลอรีนประจุลบ ดังภาพที่ 2

 

ภาพที่ 2 โมเลกุลของโซเดียมคลอไรด์

  • พันธะโควาเลนต์ (Covalent bond) เกิดขึ้นเมื่ออะตอมเชื่อมต่อโดยการใช้อิเล็คตรอนร่วมกัน เช่น เพชร มีโครงสร้างที่เป็นอะตอมของธาตุคาร์บอนที่เชื่อมต่อกันเป็นรูปผลึกโดยใช้อิเล็กตรอนชั้นนอกร่วมกัน จึงมีความแข็งแรงมาก
  • พันธะโลหะ (Metallic bond) เกิดขึ้นกับอะตอมที่มีอิเล็กตรอนอยู่หลวมๆ นิวเคลียสของแต่ละอะตอมจะอยู่ชิดติดกัน แต่อิเล็กตรอนจะลื่นไหลส่งผ่านกันโดยอิสระ โลหะจึงมีความเหนียวและเหนี่ยวนำไฟฟ้าได้ดี
  • พันธะแวนเดอวาลส์ (Van der Waal’s bond) เป็นพันธะที่ยึดแต่ละโมเลกุลไว้ด้วยกัน โดยมีจุดต่อเชื่อมที่อะตอมเพียงบางตัวซี่งยึดเหนี่ยวกันด้วยประจุต่างขั้ว พันธะแบบนี้จึงมีความแข็งแรงน้อย ยกตัวอย่างเช่น กราไฟต์ หรือไมกา ซึ่งสามารถดึงให้หลุดเป็นแผ่นได้โดยง่าย  พันธะไฮโดรเจน เป็นรูปแบบหนึ่งของพันธะแวนเดอวาลส์ ซึ่งทำให้เกิดผลึกของน้ำแข็ง

สมบัติของแร่

            แร่ (Mineral) หมายถึง ธาตุหรือสารประกอบอนินทรีย์ (ไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต) ที่มีสถานะเป็นของแข็ง เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และมีโครงสร้างเป็นผลึก มีองค์ประกอบทางเคมีที่ชัดเจน ตัวอย่างเช่น แร่เฮไลต์ (เกลือ) หรือโซเดียมคลอไรด์  (NaCl) เป็นสารประกอบซึ่งประกอบด้วยอะตอมของโซเดียมประจุบวก (Na+) และคลอรีนประจุลบ (Cl) จำนวนเท่ากันเกาะตัวกันด้วยพ้นธะไอออน ทำให้เกิดผลึกลูกบาศก์ ซึ่งอะตอมของโซเดียม 1 ตัว ถูกห้อมล้อมด้วยอะตอมของคลอรีน 6 ตัว ในขณะที่อะตอมของคลอรีน 1 ตัว ถูกห้อมล้อมด้วยอะตอมของโซเดียมจำนวน 6 ตัว (ดังภาพที่ 1) ทั้งนี้ผลึกเกลือขนาดเท่าหัวเข็มหมุดประกอบด้วยโซเดียมคลอไรด์หลายล้านโมเลกุล

ภาพที่ 1 โครงสร้างผลึกของโซเดียมคลอไรด์

 

แร่มีอยู่มากมายหลายชนิด ในการจำแนกแร่โดยพิจารณาองค์ประกอบทางเคมีไม่ใช่เรื่องง่าย ยกตัวอย่าง แร่เฮไลต์ (NaCl) ประกอบด้วยการจับคู่หนึ่งต่อหนึ่งของอะตอมโซเดียมและอะตอมคลอรีน โดยมีโครงสร้างผลึกทรงลูกบาศก์ การที่จะทราบเช่นนี้เราจะต้องเก็บตัวอย่างแร่ไปทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ ซึ่งต้องใช้เวลาและค่าใช้จ่ายจำนวนมาก  ในทางปฏิบัตินักธรณีวิทยาจึงมีวิธีพิจารณาสมบัติแร่ทางกายภาพ ดังนี้

  • ผลึก (Crystal) หมายถึง ของแข็งที่มีเนื้อเดียวกัน มีรูปทรงสามมิติ ผิวหน้าแต่ด้านเป็นระนาบ ซึ่งเป็นผลมาจากการจัดตัวของอะตอมหรือโมเลกุลของธาตุที่ประกอบอยู่ในของแข็งนั้นอย่างมีแบบแผน ผลึกชุดหนึ่งจะประกอบด้วยระนาบผลึกซึ่งมีสมมาตรแบบเดียวกัน ซึ่งอาจประกอบด้วยรูปผลึก (Crystal shape) เพียงรูปแบบเดียว หรือหลายรูปผลึกติดกันก็ได้แต่ต้องสมมาตรกัน แร่บางชนิดมีองค์ประกอบจากธาตุเดียวกัน แต่มีรูปผลึกต่างกัน ก็มีคุณสมบัติต่างกัน เช่น เพชร และกราไฟต์ ประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอน ซึ่งมีโครงสร้างผลึกต่างกัน เพชรมีผลึกรูปปิระมิดประกบจึงมีความแข็งแรงมาก ส่วนกราฟไฟต์มีผลึกเป็นแผ่นบางจึงอ่อนและแตกหักได้ง่าย

ภาพที่ 2 ตัวอย่างรูปผลึกแบบต่างๆ

  • แนวแตกเรียบ (Clevage) หมายถึง รอยที่แตกเป็นระนาบเรียบตามโครงสร้างอะตอมในผลึกแร่ โดยทั่วไปรอยแตกนี้จะขนานไปกับหน้าผลึกแร่ แนวแตกนี้อาจเป็นระนาบเดียวหรือหลายระนาบก็ได้ ตัวอย่างในภาพที่ 3 แสดงให้เห็นว่า (ก) แร่ไมกา มีรอยแตกเรียบระนาบเดียว (ข) แร่เฟลด์สปาร์มีรอยแตกเรียบ 2ระนาบตั้งฉากกัน (ค) แร่เฮไลต์มีรอยแตกเรียบ 3 ระนาบตั้งฉากกัน (ง) แร่แคลไซต์มีรอยแตกเรียบ 3ระนาบเฉียงกัน

ภาพที่ 3 ตัวอย่างรอยแตกเรียบชนิดต่างๆ

  • แนวแตกประชิด (Fracture) หมายถึง แนวแตกบางๆ ซึ่งปรากฏเป็นแนวขนานบางๆ หลายแนวบนเนื้อแร่และมิได้อยู่ในระนาบเดียวกับแนวแตกเรียบ
  • ความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) เป็นอัตราส่วนระหว่างน้ำหนักของสสารต่อน้ำหนักของน้ำ ณอุณหภูมิหนึ่งๆ (โดยปกติเป็นอุณหภูมิ 20 C) ถ้าหากแร่ชนิดหนึ่งมีน้ำหนัก 2.5 เท่า ของน้ำที่มีปริมาตรเท่ากัน แสดงว่า แร่ชนิดนั้นมีความถ่วงจำเพาะ 2.5 ความถ่วงจำเพาะมักเรียกโดยย่อว่า “ถ.พ.”   แร่ทั่วไปมีถ.พ.ประมาณ 2.7 ส่วนแร่โลหะจะมี ถ.พ.มากกว่่า เช่น แร่ทองมี ถ.พ. 19, แร่เงินมี ถ.พ. 10.5, แร่ทองแดงมี ถ.พ. 8.9 เป็นต้น
  • ความแข็ง (Hardness) มาตราความแข็งของแร่ตามระบบสเกลของโมล (Mol’s scale) ประกอบด้วยแร่มาตรฐาน 10 ชนิด เรียงลำดับตั้งแต่แร่ที่ทนทานต่อการขูดขีดน้อยที่สุดไปถึงมากที่สุด

 

  • สี (Color) เป็นคุณสมบัติที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดแต่เชื่อถือไม่ได้ แร่บางชนิดเช่น แร่ควอตซ์ (SiO2) ปกติใสไม่มีสี แต่ที่พบเห็นส่วนมากจะมีสีขาว เหลือง ชมพู หรือดำ เนื่องมีสารอื่นเจือปนทำให้ไม่บริสุทธิ์ แร่คอรันดัม (Al2O3) โดยปกติมีสีขาวอมน้ำตาลขุ่น แต่เมื่อมีธาตุโครเมียมจำนวนเล็กน้อยเจือปน ก็จะมีสีแดงเรียกว่า “ทับทิม” (Ruby) หรือถ้ามีธาตุเหล็กเจือปน ก็จะมีสีน้ำเงินเรียกว่า “ไพลิน” (Sapphire)
  • สีผงละเอียด (Streak) เป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของแร่แต่ละชนิด เมื่อนำแร่มาขีดบนแผ่นกระเบื้อง (ที่ไม่เคลือบ) จะเห็นสีของรอยขีดติดอยู่แผ่นกระเบื้อง ซึ่งอาจมีสีไม่เหมือนกับชิ้นแร่ก็ได้ เช่น ฮีมาไทต์และแมกเนไทต์ เป็นสินแร่เหล็กเหมือนกัน แต่ฮีมาไทต์ให้ผงสีแดง ส่วนแมกเนไทต์ให้ผงสีดำ การทดสอบด้วยสีผงละเอียดมีความน่าเชื่อถือกว่าการดูสีของตัวแร่เอง
  • ความวาว (Luster) หมายถึง คุณสมบัติในการสะท้อนแสงของผิวแร่ ความวาวมีหลายแบบ เช่น วาวแบบโลหะ แบบมุก แบบเพชร แบบน้ำมัน แบบแก้ว เป็นต้น ตัวอย่างเช่น แร่ควอรตซ์มีความวาวแบบแก้ว แร่แบไรต์มีความวาวแบบมุก

แร่ประกอบหิน

 หิน คือมวลของแข็งที่ประกอบไปด้วยแร่ชนิดเดียวกัน หรือหลายชนิดรวมตัวกันอยู่ตามธรรมชาติเนื่องจากองค์ประกอบของเปลือกโลกส่วนใหญ่เป็นสารประกอบซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) ดังนั้นหินส่วนใหญ่มักประกอบด้วยแร่ตระกูลซิลิเกต นอกจากนั้นยังมีแร่ตระกูลคาร์บอเนต เนื่องจากบรรยากาศโลกในอดีตส่วนใหญ่เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำฝนละลายแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์บนบรรยากาศลงมาสะสมบนพื้นดินและมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตอาศัยคาร์บอนสร้างธาตุอาหารและร่างกาย แพลงตอนบางชนิดอาศัยซิลิกาสร้างเปลือก เมื่อตายลงทับถมกันเป็นหินตะกอน  หินส่วนใหญ่บนเปลือกโลกจึงประกอบด้วยแร่ต่างๆ ดังตารางด้านล่าง

ตารางที่ 1 หมู่แร่ซิลิเกต

 

 

เฟลด์สปาร์ (Feldspar) เป็นกลุ่มแร่ที่มีมากกว่าร้อยละ 50 ของเปลือกโลก  เป็นแร่ที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก และเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของหินหลายชนิด เฟลด์สปาร์มีองค์ประกอบหลักเป็นอะลูมิเนียมซิลิเกต รูปผลึกหลายชนิด เมื่อเฟลด์สปาร์ผุพังจะกลายเป็นอนุภาคดินเหนียว (Clay minerals)
 

ควอตซ์ (SiO2)  เป็นซิลิกอนไดออกไซต์บริสุทธิ์มีรูปผลึกทรงหกเหลี่ยมยอดแหลม (ชาวบ้านเรียกว่า หินเขี้ยวหนุมาณ) มีมากเป็นลำดับที่สองรองจากเฟลด์สปาร์ พบได้ทั่วไปในเแผ่นธรณีทวีป  แต่หาได้ยากในแผ่นทวีปมหาสมุทรและแมนเทิล  เมื่อควอตซ์ผุพังจะกลายเป็นอนุภาคทราย (Sand) ควอตซ์มีความแข็งแรงมาก สามารถขูดแก้วเป็นรอย
 

ไมกา (Mica) เป็นกลุ่มแร่ซึ่งมีรูปผลึกเป็นแผ่นบาง มีองค์ประกอบเป็นอะลูมิเนียมซิลิเกตไฮดรอกไซด์ มีอยู่ทั่วไปในเปลือกทวีป ไมกามีโครงสร้างเดียวกับแร่ดินเหนียว (Clay mineral) ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของดิน
 

แอมฟิโบล (Amphibole group) มีลักษณะคล้ายเฟลด์สปาร์ แต่มีสีเข้ม มีองค์ประกอบเป็นอะลูมิเนียมซิลิเกตไฮดรอกไซด์ที่มีแมกนีเซียม เหล็ก หรือแคลเซียมเจือปนอยู่ มีอยู่แต่ในเปลือกทวีป  ตัวอย่างของกลุ่มแอมฟิโบลที่พบเห็นทั่วไปคือ แร่ฮอร์นแบลนด์ ซึ่งอยู่ในแกรนิต

ไพรอกซีน (Pyroxene group) มีสีเข้ม มีองค์ประกอบที่เป็นแมกนีเซียมและเหล็กซิลิเกตอยู่มาก มีลักษณะคล้ายแอมฟิโบล มีอยู่แต่ในเปลือกโลกมหาสมุทร
 

โอลิวิน (Olivine) มีองค์ประกอบหลักเป็นแมกนีเซียมและเหล็กซิลิเกต มีอยู่น้อยมากบนเปลือกโลก กำเนิดจากแมนเทิลใต้เปลือกโลก

ตารางที่ 2  หมู่แร่คาร์บอเนต

 

แคลไซต์ (Calcite) เป็นแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) เป็นองค์ประกอบหลักของหินปูนและหินอ่อน  โดโลไมต์ (Dolomite) ซึ่งเป็นแร่คาร์บอเนตอีกประเภทหนึ่งที่มีแมงกานีสผสมอยู่ CaMg (CO3) 2  หมู่แร่คาร์บอเนตทำปฎิกิริยากับกรดเป็นฟองฟู่ให้แก๊สคาร์บอนไดออกไซต์ออกมา

เชื้อเพลิงธรรมชาติ

Image

ที่มา http://www.lesa.biz/

เชื้อเพลิงธรรมชาติ

ถ่านหิน

          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 ๆ 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

                ปิโตรเลียม คือ สารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เป็นของผสมของโฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ ที่ยุ่งยากและซับซ้อน ทั้งที่อยู่ในสภาพของแข็ง ของเหลว และแก๊ส หรือทั้งสามสภาพปะปนกัน แต่เมื่อต้องการจะแยกประเภทออกเป็นปิโตรเลียมชนิดต่างๆ จะใช้คำว่า น้ำมันดิบ (Crude oil) แก๊สธรรมชาติ (Natural gas) และแก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) โดยปกติน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติมักจะเกิดร่วมกันในแหล่งปิโตรเลียม แต่บางแหล่งอาจมี เฉพาะน้ำมันดิบ 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)

การใช้ประโยชน์จากเชื่้อเพลิงธรรมชาติ

การใช้ประโยชน์เชื้อธรรมชาติที่สำคัญ ได้แก่ ใช้ในการคมนาคมขนส่ง การอุตสากรรม และการผลิตไฟฟ้า ประเทศไทยใช้แก๊สธรรมชาติในการผลิตไฟฟ้ามากกว่าพลังงานชนิดอื่น ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่กำลังจะหมดไป จึงต้องหาเชื้อเพลิงชนิดอื่นมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าแทน เช่น ถ่านหินและนิวเคลียร์ เป็นต้น

การใช้ประโยชน์จากแก๊สธรรมชาติ

ภาพที่ 1 การใช้ประโยชน์จากแก๊สธรรมชาติ

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

 

หิน

rocs

ที่มา http://kanchanapisek.or.th

หิน (rock)

หมายถึง มวลสารที่เป็นของแข็ง ซึ่งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เป็นได้ทั้งอนินทรียวัตถุ และอินทรียวัตถุ อันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเปลือกโลก คำนิยามนี้ รวมตั้งแต่ส่วนที่อ่อนยุ่ย เช่น ดินตะกอนและโคลน ไปจนถึงหินซึ่งแข็งจริงๆ แต่ส่วนใหญ่นิยมใช้จำกัดเฉพาะส่วนที่เป็นของแข็ง ของเปลือกโลกเท่านั้น ตามที่ได้กล่าวแล้วว่าหินประกอบด้วยแร่ แต่หินบางชนิดก็อาจประกอบด้วย อินทรียวัตถุเป็นส่วนใหญ่ โดยมีปริมาณแร่ประกอบอยู่ไม่มากนัก เช่น ถ่านหิน

หินแบ่งตามลักษณะการเกิดเป็น ๓ ประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ หินอัคนี หินตะกอน และหินแปร หินทั้ง ๓ ชนิดนี้ อาจเปลี่ยนแปลง จากหินชนิดหนึ่งไปเป็นหินอีกชนิดหนึ่งได้ ซึ่งเราเรียกว่า “วัฏจักรหิน” (rock cycle)

ก. หินอัคนี

คือ หินที่ได้จากการเย็นตัวลงของหินหนืด ซึ่งมีกำเนิดอยู่ใต้เปลือกโลก การเย็นตัวของหินหนืดเป็นผลมาจากการที่หินหนืดหาช่องทางดันตัวเองขึ้นมาตามแนวอ่อนตัว หรือแนวแตกของเปลือกโลก ซึ่งการเย็นตัวของหินหนืดอาจเกิดขึ้นก่อนที่หินหนืดจะแทรก ดันมาถึงผิวโลก หรืออาจขึ้นมาแข็งตัวที่ผิวโลกก็ได้ เราเรียกหินหนืดที่ถูกขับดันออกมาสู่ผิวโลกว่า หินละลาย หรือหินลาวา (lava) โดยอาจปะทุขึ้นมาตามปล่อง จนเกิดเป็นภูเขาไฟขึ้น

ชนิดของหินอัคนี

หินอัคนีแบ่งออกเป็น ๒ ประเภท คือ

ประเภทที่ ๑ มาจากการที่หินหนืดเย็นตัว ตกผลึกและแข็งตัวเป็นหินแข็งอยู่ ณ ระดับหนึ่งใต้ผิวโลก เรียกว่า หินอัคนีบาดาล (plutonic rock) หรือหินอัคนีแทรกซอน (intrusive rock)

ประเภทที่ ๒ ได้จากการเย็นตัว ตกผลึกและแข็งตัวของหินหนืดหรือหินละลายบนผิวโลก เรียกว่า หินภูเขาไฟ (volcanic rock) หรือหินอัคนีพุ (extrusive rock)

การที่หินหนืดมีอัตราการเย็นตัวเร็วส่งผลให้หินอัคนีมีเนื้อหินไม่เหมือนกัน หินหนืดพวกที่ดันตัวขึ้นมาแข็งตัวที่ผิวโลกย่อมมีอัตราการเย็นตัวที่รวดเร็ว จึงทำให้หินหนืดมีผลึกแร่เกิดขึ้นมาก แต่เป็นผลึกเล็ก ผิดกับหินอัคนี ซึ่งแข็งตัวภายในเปลือกโลก มักมีผลึกเกิดขึ้นน้อย แต่ผลึกมีขนาดใหญ่ อาจกล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่า อัตราการเย็นตัวของหิน ทำให้ได้เนื้อหิน (texture) ที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งหมายถึง ขนาดและรูปร่างของผลึกแร่ ตลอดจน ความสัมพันธ์ระหว่างผลึกด้วยกันเองในหินอัคนีนั้น หินอัคนีประเภทหินอัคนีบาดาล จึงประกอบด้วย เนื้อหินที่มีผลึกแร่ที่มีขนาดใหญ่ มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า หรือจากแว่นขยายได้ ส่วนหินภูเขาไฟ มีเนื้อหินประกอบด้วยผลึกแร่เล็กๆ ที่อาจมองเห็นได้ไม่ชัด ถึงแม้จะใช้แว่นขยายช่วยก็ตาม เนื่องจากมีการเย็นตัวอย่างรวดเร็วมาก เช่น หินละลายที่ไหลลงทะเลเกิดการแข็งตัวอย่างฉับพลัน จึงทำให้เนื้อหินเป็นแก้ว ไม่ใช่ผลึก

การจำแนกชนิดหินอัคนี

ในการพัฒนาของหินหนืดไปเป็นหินอัคนีชนิดต่างๆ เป็นผลมาจากการตกผลึกแยกส่วน ตามลำดับก่อนหลัง ทำให้เราแบ่งหินอัคนีออกได้ ๓ ชนิด ดังนี้

๑. หินสีจาง (felsic rock)
๒. หินสีปานกลาง (intermediate rock)
๓. หินสีเข้ม (mafic rock)

ทั้งหินอัคนีบาดาลและหินภูเขาไฟต่างก็จัดแบ่งออกได้เป็น ๓ ชนิดเช่นกัน โดยใช้องค์ประกอบทางแร่ ที่แตกต่างกัน ชื่อของหินอัคนีในแต่ละชนิดปรากฏในตาราง

โดยความเป็นจริงแล้ว การตกผลึกของแร่ ณ ช่วงอุณหภูมิหนึ่งนั้น มักคาบเกี่ยวกัน หรืออาจใกล้เคียงกัน ดังนั้น จึงเป็นการยากที่จะบ่งบอกให้ชัดเจนว่า หินอัคนีแต่ละชนิดนั้น ประกอบด้วยแร่ใดบ้างอย่างตายตัว ตัวอย่างเช่น แร่ฮอร์นเบลนด์ (hornblende) สามารถเกิดได้ในหินอัคนีสีปานกลางเป็นส่วนใหญ่ แต่ก็อาจเกิดในหินสีจางหรือหินสีเข้มได้บ้าง ในบางกรณีหินอาจประกอบด้วยแร่สีคล้ำๆ ซึ่งหินอัคนีชนิดนี้เราเรียกว่า หินสีเข้มจัด (ultramafic rocks) เช่น หินเพอริโดไทต์ ประกอบด้วยแร่โอลิวีน และแร่ไพรอกซีน หินดูไนต์ประกอบด้วย แร่โอลิวีนเป็นส่วนใหญ่ หินไพรอกซีไนต์ (pyroxenite) ประกอบด้วยแร่ไพรอกซีนเป็นส่วนใหญ่ หินสีเข้มจัดนี้มักพบเฉพาะในหินอัคนีบาดาลเท่านั้น

ตัวอย่างหินอัคนี

๑. หินอัคนีบาดาล

หินอัคนีบาดาล หมายถึง หินอัคนีเนื้อหยาบที่เกิดจากการเย็นตัว ตกผลึก และแข็งตัวอย่างช้าๆ จากหินหนืด ณ ระดับหนึ่งใต้ผิวโลก (โดยทั่วไปลึกมากกว่า ๒ กิโลเมตร) ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่

หินแกรนิต (granite) เป็นหินอัคนีบาดาลสีขาวเทา โดยมากมีจุดประสีดำๆ ประกอบด้วย แร่ควอตซ์สีขาวใส แร่เฟลด์สปาร์สีขาวขุ่น และแร่ไบโอไทต์สีคล้ำ เป็นส่วนใหญ่ หินแกรนิตเป็นหินสำคัญบนเปลือกโลกส่วนทวีป ในประเทศไทย มักพบตามแนวทิวเขาขนาดใหญ่ ของประเทศ อาทิ ทิวเขาตะนาวศรี และทิวเขาภูเก็ตทางภาคตะวันตกและภาคใต้ (จังหวัดพังงา ระนอง และภูเก็ต) ทิวเขาถนนธงชัย และทิวเขาผีปันน้ำ ทางภาคเหนือ (จังหวัดเชียงใหม่ และลำปาง)

หินไดโอไรต์ (diorite) เป็นหินอัคนีบาดาลสีคล้ำเข้ม เนื่องจากมีปริมาณของแร่ควอตซ์ลดลงมาก ส่วนปริมาณของแร่เฟลด์สปาร์และแร่สีคล้ำๆ เช่น ไบโอไทต์ ฮอร์นเบลนด์ กลับเพิ่มมากขึ้น จึงเห็นเป็นสีขาวประดำเป็นส่วนใหญ่ ในประเทศไทยพบไม่มากนัก ส่วนใหญ่พบในบริเวณเดียวกับหินแกรนิต เช่น ที่จังหวัดเลย แพร่ น่าน เชียงราย อุตรดิตถ์ เพชรบูรณ์

หินแกบโบร (gabbro) เป็นหินอัคนีบาดาลสีเขียวเข้มถึงดำ ประกอบด้วย แร่ไพรอกซีน และแร่เฟลด์สปาร์ชนิดแพลจิโอ-เคลสเป็นส่วนใหญ่ แต่อาจมีแร่โอลิวีนอยู่บ้าง พบไม่มากนักบนเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีป แต่พบมากในส่วนล่างของเปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทร ในประเทศไทยพบน้อยมาก เป็นแนวทิวเขาเตี้ยๆ ในจังหวัดเลย แพร่ น่าน อุตรดิตถ์ ปราจีนบุรี สระแก้ว ศรีสะเกษ ปัตตานี ยะลา

๒. หินภูเขาไฟ

หินภูเขาไฟ หมายถึง หินอัคนีเนื้อละเอียด หรือละเอียดมากคล้ายแก้ว จนมองด้วยตาเปล่าไม่เห็นผลึก เกิดจากการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วของหินละลายที่ไหลขึ้นมาสู่ผิวโลก ที่สำคัญได้แก่

หินไรโอไลต์ (rhyolite) เป็นหินภูเขาไฟที่มีสีขาวเทา เนื้อละเอียด และมีส่วนประกอบทางแร่ คล้ายกับหินแกรนิต มักประกอบด้วยผลึกดอก (phenocryst) ซึ่งกระจัดกระจายอยู่ในเนื้อหิน ซึ่งมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าอย่างชัดเจน ผลึกดอกส่วนใหญ่ได้แก่ แร่ควอตซ์ และแร่ไบโอไทต์ หินไรโอไลต์มักเกิดเป็นภูเขาหรือเนินกลมๆ บางที่ก็เรียงรายเป็นทิวเขา ในประเทศไทย พบอยู่ไม่มากนัก เช่น ที่จังหวัดสระบุรี ลพบุรี แพร่ เลย

หินแอนดีไซต์ (andesite) เป็นหินภูเขาไฟที่มีสีเขียวหรือเขียวเทา เนื้อละเอียด และมีส่วนประกอบทางแร่คล้ายหินไดโอไรต์ ผลึกดอกมักเป็นแร่เฟลด์สปาร์ แร่ไพรอกซีน และแร่แอมฟิโบล มักเกิดเป็นแนวทิวเขายาวเช่นกัน เช่น ที่จังหวัดลำปาง เพชรบูรณ์ แพร่ สระบุรี

หินบะซอลต์ (basalt) เป็นหินภูเขาไฟสีเข้มถึงดำ เนื้อละเอียด และมีส่วนประกอบทางแร่ คล้ายหินแกบโบร ผลึกดอกมักเป็นแร่โอลิวีนหรือไพรอกซีน เนื้อหินมักมีรูพรุน ในประเทศไทย พบมากที่จังหวัดศรีสะเกษ ลำปาง กาญจนบุรี และจันทบุรี บางแห่งเป็นต้นกำเนิดของพลอย

ข. หินตะกอน

หินตะกอน หมายถึง หินที่เกิดจากการสะสมตัวของตะกอนที่ถูกนำพามาด้วยตัวการต่างๆ เช่น น้ำ ลม จนในที่สุดเกิดการแข็งตัว หินตะกอนมีอยู่เป็นปริมาณร้อยละ ๕ ของเปลือกโลก แต่แผ่ปกคลุมผิวโลกมากที่สุด คิดเป็นความหนาประมาณ ๑๐ กิโลเมตร โดยเฉลี่ย ดังนั้น หินตะกอนจึงมีสภาพเป็นส่วนที่ปกคลุมอยู่บนผิวโลกในลักษณะชั้นบางๆ เท่านั้น หินตะกอนที่มีอยู่มาก ได้แก่ หินปูน หินทราย และหินดินดาน

กำเนิดของหินตะกอน

โดยทั่วไปหินตะกอนได้มาจากหินชนิดใดก็ได้ที่มีอยู่ดั้งเดิม ซึ่งผ่านกระบวนการเปลี่ยนแปลง โดยตัวการทั้งทางกายภาพ และทางเคมีบนผิวโลกในสภาวะปกติ หรืออาจมาจากการสะสมตัว ของอินทรียวัตถุที่สลายตัวแล้ว ดังนั้น หินตะกอน จึงเป็นผลมาจากกระบวนการธรณีวิทยาพื้นผิว ที่ทำให้หินบนผิวโลกเกิดการผุพังทางกายภาพ (physical weathering) และแตกหลุดออกมา ในรูปเศษหิน หรือเศษแร่ ซึ่งต่อมาก็อาจเกิดการกร่อน (erosion) และการนำพา (transportation) ให้เคลื่อนที่จากตำแหน่งเดิมโดยตัวการต่างๆ เช่น ลม น้ำ ธารน้ำแข็ง หรืออาจเกิดจากกระบวนการผุพังทางเคมี (chemical weathering) ซึ่งทำให้หินเดิมถูกละลาย และชะล้างออกไปในรูปของสารละลาย และถูกนำพาไปตามสายน้ำ ซึ่งไหลลงสู่ทะเลในที่สุด ดังนั้นจะเห็นได้ว่า กระบวนการที่มีความสำคัญต่อการเกิดหินตะกอนก็คือ กระบวนการธรณีวิทยาพื้นผิว ซึ่งแบ่งได้เป็น ๔ กระบวนการย่อย คือ

กระบวนการที่ ๑ กระบวนการผุพัง (weathering) กระบวนการนี้ทำให้หินดั้งเดิมที่มีอยู่แล้ว ไม่ว่าจะเป็นหินอัคนี หินตะกอน หรือหินแปร เกิดการเปลี่ยนแปลงทั้งทางกายภาพ เช่น การทำปฏิกิริยา และทางเคมี เช่น การละลาย หรือสลายตัวโดยมีความชื้นและอุณหภูมิเป็นตัวการ ทำให้ได้อนุภาคในรูปสารละลาย หรือเนื้อหินมีการเกาะตัวกันน้อยลง

กระบวนการที่ ๒ กระบวนการกร่อน และการนำพา กระบวนการนี้ เป็นการกัดเซาะหิน ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งให้ลดระดับต่ำลง เรียกว่า การกร่อน (erosion) รวมทั้ง มีการนำพาอนุภาค หรือตะกอน (sediment) ที่ได้จากการกร่อนและการผุพังออกจากตำแหน่งเดิม ที่เรียกการนำพา (transportation) ตัวการในการกร่อนและการนำพาที่สำคัญคือ น้ำ ลม และธารน้ำแข็ง รวมทั้ง แรงโน้มถ่วงของโลกและสิ่งมีชีวิตต่างๆ ด้วย

กระบวนการที่ ๓ กระบวนการสะสมตัว กระบวนการนี้เป็นกระบวนการในขั้นสุดท้าย กล่าวคือ มวลอนุภาคทั้งที่เป็นของแข็ง และสารละลาย ที่ถูกนำพามาจะสะสมรวมตัว หรือตกตะกอนทับถมกันเรื่อยๆ สภาพที่เหมาะสมต่อการตกตะกอนสะสมตัว มักเป็นบริเวณที่ตัวการนั้น นำพาต่อไปไม่ได้อีกแล้ว ซึ่งโดยมากเป็นที่ต่ำ เช่น บริเวณปากแม่น้ำ หรือเป็นบริเวณที่เหมาะต่อการตกตะกอนหรือตกผลึกของสารละลาย เช่น เป็นบริเวณที่มีการระเหยของน้ำมากๆ หรือการระบายน้ำไม่ดี ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายสูง ในที่สุดก็จะเกิดการตกตะกอน กลายเป็นของแข็งได้

กระบวนการที่ ๔ กระบวนการอัดเกาะแน่น หรือการก่อตัวใหม่ (diagenesis) กระบวนการนี้นับได้ว่า เป็นกระบวนการที่ยุ่งยากสลับซับซ้อนมากที่สุด ก่อนที่ตะกอนจะกลายสภาพเป็นหินตะกอน หลังจากที่เกิดการตกตะกอนแล้ว และเกาะกันจนกลายเป็นหินแข็ง ที่เรียกว่า หินตะกอน กระบวนการอัดเกาะแน่น หรือการก่อตัวใหม่นี้ แบ่งได้เป็น ๓ รูปแบบ คือ

๑. กระบวนการทางกายภาพ ได้แก่ การอัดตัว (compaction) อันเนื่องมาจากน้ำหนักของตะกอนจำนวนมากๆ กดอัดทับถมกันเรื่อยๆ และการทำให้แห้ง (desiccation) โดยทำให้น้ำถูกขับออกมาจากช่องว่างระหว่างอนุภาคตะกอน เมื่อมีการทับถมมากขึ้น และนานขึ้น

๒. กระบวนการทางเคมีกายภาพ เป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพตะกอน เพื่อให้ตะกอนจับเกาะกันได้ดีขึ้น อันเป็นผลจากปฏิกิริยาเคมีกายภาพ เช่น การละลายเม็ดตะกอน (grain solution) การกร่อนสลายตัว (corrosion) การเกิดผลึกใหม่ (recrystallization) การประสาน (cementation)

๓. กระบวนการทางเคมีชีวภาพ เป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพตะกอน เพื่อให้ตะกอนจับเกาะกันได้ดีขึ้น อันเป็นผลจากปฏิกิริยาเคมีชีวภาพ เช่น การงอกพอกพูนของอนุภาค (particle accretion) การเจาะขุด (borings) ของสัตว์หรือพืช การสลายตัว (decomposition)

หินตะกอนเหล่านี้เกิดอยู่ในที่ลึก เช่น ในท้องทะเลลึกเมื่อหลายล้านปีมาแล้ว แต่ที่โผล่ให้เราเห็นในปัจจุบันนี้ได้ เป็นเพราะเปลือกโลกมีการปรับระดับผิวแผ่นดิน (gradation) อยู่เสมอ ทำให้บางส่วนของเปลือกโลกเกิดการจมตัว (subsidence) บางส่วนก็ยกตัวขึ้น (uplift) หรือคดโค้ง (folding) จนได้ เนื่องจากการผุพัง กร่อน นำพา และสะสมตัว และเป็นวัฏจักรที่ไม่จบสิ้น ตราบเท่าที่ยังคงมีน้ำ และบรรยากาศห่อหุ้มโลกอยู่ และมีดวงอาทิตย์ส่องแสงให้พลังความร้อน

การจำแนกชนิดของหินตะกอน

การจำแนกชนิดของหินตะกอนอาศัยหลักเกณฑ์ที่คล้ายคลึงกับการจำแนกหินอัคนี คือ ใช้ลักษณะเนื้อหินและส่วนประกอบทางแร่เป็นหลักในการจำแนก เราอาจแบ่งหินตะกอนออกได้เป็น ๓ ชนิดใหญ่ๆ คือ

๑. หินตะกอนเศษหิน (clastic sedimentary rock) เป็นหินตะกอนที่ประกอบด้วย เศษหินที่แตกหัก และถูกนำพามาจากที่อื่น เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า หินตะกอนเนื้อประสม เช่น หินทราย หินดินดาน หินกรวด

๒. หินตะกอนเคมี (chemical sedimentary rock) เป็นหินตะกอนที่เกิดจากการตกผลึกจากสารละลายทางเคมี ณ อุณหภูมิ และความดันต่ำ เช่น หินปูน เกลือหิน

๓. หินตะกอนชีวภาพ (biological sedimentary rock) เป็นหินตะกอนที่เกิดจากการสะสมสารอินทรียวัตถุเป็นส่วนใหญ่ เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า หินตะกอนอินทรีย์ (organic sedimentary rock) เช่น ถ่านหิน หินน้ำมัน

ตัวอย่างหินตะกอน

หินตะกอนเศษหิน หรือหินตะกอนเนื้อประสม ได้แก่

หินดินดาน (shale) เป็นหินตะกอนเนื้อละเอียด ประกอบด้วยอนุภาคตะกอนขนาดเล็กกว่า ๑๒๕๖ มิลลิเมตร มักแสดงลักษณะเป็นชั้นๆ ขนานกัน ประกอบด้วย แร่ควอตซ์หรือแร่เขี้ยวหนุมาน แร่ไมกาหรือแร่กลีบหิน และแร่ดิน เป็นส่วนใหญ่ ขนาดตะกอนเล็กเกินกว่าที่จะมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ ในประเทศไทยพบอยู่ทั่วไป เช่น ที่จังหวัดชลบุรี กาญจนบุรี นครศรีธรรมราช ยะลา และโดยเฉพาะส่วนใหญ่ของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ

หินทราย (sandstone) เป็นหินตะกอนที่ประกอบด้วยเศษหินหรือเม็ดตะกอนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ ๑๑๖ – ๒ มิลลิเมตร คือ ขนาดเท่าเม็ดทราย เม็ดทรายเหล่านี้ มักมีลักษณะกลม ซึ่งแสดงถึงการกร่อน และการนำพามาไกล แร่เขี้ยวหนุมานเป็นแร่ที่พบบ่อยในหินชนิดนี้ ในประเทศไทยพบอยู่ทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จังหวัดชลบุรี กาญจนบุรี นครศรีธรรมราช ยะลา และส่วนใหญ่ของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เช่น ที่จังหวัดนครราชสีมา ชัยภูมิ นครพนม สกลนคร

หินกรวดมน (conglomerate) เป็นหินตะกอนเนื้อหยาบที่ประกอบด้วยเม็ดตะกอน เศษหินหรือเศษกรวดลักษณะมนถึงเกือบมน มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า ๒ มิลลิเมตร (คือ ใหญ่เท่าเม็ดกรวด) ที่ยึดเกาะกันแน่นอยู่ภายใน เม็ดตะกอนเหล่านี้ มักมีลักษณะกลมมน และมีความคงทนสูง ประกอบด้วยแร่เขี้ยวหนุมาน และหินควอร์ตไซต์เป็นส่วนใหญ่ แต่อาจประกอบด้วยหินปูนและหินแกรนิตด้วยก็ได้ ในประเทศไทยพบไม่มากนัก เช่น ที่จังหวัดกาญจนบุรี ระยอง ลพบุรี

หินตะกอนเคมี   ได้แก่

หินปูน (limestone) เป็นหินตะกอนเคมีที่ประกอบด้วยผลึกแร่แคลไซต์เป็นส่วนใหญ่ บางครั้ง อาจมีซากดึกดำบรรพ์ปะปนอยู่ด้วย โดยมากแสดงลักษณะภูมิประเทศเป็นยอดเขาสูง มีผนังชัน และมียอดแหลมๆ มากมายหลายยอดซ้อนกัน เนื่องจากได้รับอิทธิพลการกัดเซาะ และการละลายโดยน้ำ ในประเทศไทยพบมากที่จังหวัดสระบุรี กาญจนบุรี ประจวบคีรีขันธ์ พังงา และชุมพร

เกลือหิน (rock salt) เป็นหินตะกอนเคมีที่ประกอบด้วยผลึกแร่เฮไลต์ (halite) โดยปกติมักมีเนื้อเนียน มีสีขาวใส หรือไม่มีสี แต่อาจมีสีต่างๆ ได้ เช่น สีส้ม เหลือง แดง เนื่องจากมีมลทินของสารจำพวกเหล็กปนอยู่ ในประเทศไทยพบในจังหวัดต่างๆ ของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เช่น จังหวัดชัยภูมิ นครราชสีมา ขอนแก่น

หินตะกอนชีวภาพ ได้แก่

ถ่านหิน (coal) เป็นหินตะกอนอินทรีย์ สีดำ มันวาว ทึบแสง และไม่เป็นรูปผลึก ส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ของต้นไม้ที่อัดกันแน่น จนกลายสภาพเป็นหินแข็ง ที่พบในประเทศไทยส่วนมากเป็นถ่านหินขั้นต่ำเรียกว่า ลิกไนต์ (lignite) เช่น ที่จังหวัดลำปาง กระบี่ แพร่ สงขลา เลย

ค. หินแปร

หินแปร หมายถึง หินที่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ และ/หรือ ทางเคมี อันเกิดจากอุณหภูมิ ความดัน และสภาวะแวดล้อมทางเคมี ในบริเวณที่ลึกเกินกว่ากระบวนการพื้นผิวกระทำไปถึง และเกิดขึ้น โดยไม่มีการหลอมละลาย

กำเนิดของหินแปร

การดันตัวของหินอัคนีเข้ามาในหินข้างเคียงเป็นสาเหตุอย่างหนึ่งของการเกิดเป็นหินแปร เรียกกระบวนการทำให้เกิดหินแปรชนิดนี้ว่า การแปรสภาพแบบสัมผัส (contact metamorphism) ซึ่งทั้งความร้อน และส่วนประกอบของหินหนืด ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแร่ขึ้นในหินข้างเคียงที่อยู่ ณ ที่นั้น (in situ) ได้ กระบวนการแปรสภาพหินแบบสัมผัสนี้ มักเกิดขึ้นมากในบริเวณส่วนที่ติดกับ หรืออยู่ใกล้กับตัวหินหนืดมากที่สุด และเกิดขึ้นน้อยลงเรื่อยๆ เมื่อหินอยู่ห่างจากขอบหินอัคนีออกไป กระบวนการแปรสภาพ

หินแบบนี้มีด้วยกัน ๒ แบบ คือ

การตกผลึกใหม่ (recrystallization) เป็นกระบวนการ ซึ่งแร่ในหินเดิม เปลี่ยนแปลงเป็นผลึกใหม่ เช่น หินปูนชนิดเนื้อเนียน ผลึกเล็กมากเกิดการตกผลึกใหม่ จนผลึกแร่แคลไซต์ที่สานเกี่ยวกันนั้น เห็นชัดใหญ่ขึ้นจนกลายเป็นหินอ่อน (marble)

การรวมตัวใหม่ทางเคมี (chemical recombination) เป็นกระบวนการที่สารใหม่จากหินหนืดเข้าไปรวมตัวกับแร่เดิมในหินข้างเคียง ทำให้เกิดเป็นแร่ใหม่ขึ้น ในกรณีเช่นนี้ สารใหม่ซึ่งอาจเป็นสารจำพวกโลหะจากหินหนืด เข้าทำปฏิกิริยากับหินข้างเคียง หรือเข้าแทรกที่สารในหินข้างเคียง ทำให้เกิดเป็นแร่ ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจได้ เช่น แร่เหล็ก แร่ฟลูออไรต์ แร่ทองแดง

ในช่วงกาลเวลาทางธรณีวิทยาอันยาวนานนั้น บางครั้งพบว่า ชั้นตะกอนหนาๆ ของเปลือกโลกอาจเกิดการเปลี่ยนลักษณะ (deformation) ทำให้เกิดการคดโค้ง (folding) ไปได้ และมักเกิดในบริเวณที่กว้างใหญ่ หรือตามแนวยาวๆ โดยเฉพาะในบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกมีการมุดตัวหรือชนกัน ชั้นตะกอน และส่วนของหินบนทวีปจึงถูกดันตัวขึ้นจนเกิดเป็นภูเขา เนื่องจาก สภาพการเปลี่ยนแปลงของชั้นหินตะกอนเหล่านี้ เกิดในบริเวณที่กว้างขวางใหญ่มาก เราจึงเรียกสภาพการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดหินแปรในลักษณะเช่นนี้ว่า การแปรสภาพบริเวณไพศาล (regional metamorphism) ซึ่งมวลหินในระดับที่ลึกมาก เช่น ประมาณ ๕ – ๑๐ กิโลเมตร อาจได้รับแรงกดดันอย่างมากมาย จนทำให้เปลี่ยนสภาพจากหินแข็งมากเป็นยืดหยุ่นได้ดี ผลที่เกิดขึ้นก็คือ จะทำให้เนื้อหิน แสดงลักษณะการจัดตัวของแร่ (โดยเฉพาะแร่แผ่น) เสียใหม่ โดยวางตัวไปในแนวหนึ่งแนวใด ในบางครั้งอาจมีการตกผลึกใหม่ หรือการเปลี่ยนแปลงตัวแร่ก็ได้

กระบวนการแปรสภาพทั้ง ๒ แบบดังกล่าวข้างต้นนี้ ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบต่างๆ ของหินเดิม หินบางแห่งอาจแปรเปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อย ถ้าอยู่ห่างจากหินอัคนีไปไกลๆ หรืออยู่ในบริเวณขอบนอกของการเปลี่ยนลักษณะ (deformation) หรือบริเวณที่คดโค้งโก่งงอ แต่ในบางกรณีหินอาจเกิดการแปรสภาพอย่างมาก จนทำให้แร่ และเนื้อหิน เกิดการเปลี่ยนแปลงจนจำสภาพเดิมไม่ได้ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนคือ การเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงมาก ที่เปลี่ยนหินดินดานหรือหินทรายบางชนิดไปเป็นหินแกรนิต ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่า การเกิดหินแกรนิต (granitization)

การจำแนกชนิดของหินแปร

หินแปรอาจแบ่งออกอย่างกว้างๆ เป็น ๒ ชนิด ตามลักษณะของเนื้อหิน คือ หินแปรมีริ้วขนาน และหินแปรไร้ริ้วขนาน

ตัวอย่างหินแปร

๑. หินแปรมีริ้วขนาน (foliated metamorphic rock)

เป็นหินแปรที่แสดงลักษณะการเรียงตัวของแร่ไปในแนวหนึ่งแนวใดโดยเฉพาะ และมองเห็นได้ชัดเจน ตัวอย่างที่สำคัญได้แก่

หินไนส์ (gneiss) เป็นหินแปรริ้วขนานผลึกใหญ่ ที่เนื้อหินมีการแทรกสลับกัน ระหว่างแถบสีขาว และสีดำ แถบสีขาวประกอบด้วยแร่เขี้ยวหนุมานและแร่ฟันม้าเป็นส่วนใหญ่ ส่วนแถบสีดำประกอบด้วย แร่ไบโอไทต์ หรือฮอร์นเบลนด์ ในประเทศไทยพบมากที่จังหวัดตาก เชียงใหม่ อุทัยธานี กาญจนบุรี และประจวบคีรีขันธ์

หินชีสต์ (schist) เป็นหินแปรริ้วขนาน เนื้อค่อนข้างหยาบ ที่แสดงลักษณะการเรียงตัวของแร่อย่างชัดเจน โดยเฉพาะแร่แผ่น เช่น แร่ไบโอไทต์ (ดำ) แร่มัสโคไวต์ (ขาว) แร่คลอไรต์ (เขียว) ในประเทศไทย พบมากที่จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ กาญจนบุรี อุทัยธานี ตาก และเชียงใหม่ หากเป็นหินมันวาวอย่างเดียว และไม่เห็นแร่ชัดเจน เรียกว่า หินฟิลไลต์ (phyllite)

หินชนวน หรือหินกาบ (slate) เป็นหินแปรริ้วขนานเนื้อละเอียดที่แตกเป็นแผ่นๆ หน้าเรียบตามระนาบการเรียงตัวของแร่แผ่น ในประเทศไทยพบมากที่จังหวัดนครราชสีมา กาญจนบุรี ชลบุรี ระยอง และนราธิวาส

๒. หินแปรไร้ริ้วขนาน (nonfoliated metamorphic rock)

เป็นหินแปรที่ไม่แสดงลักษณะการเรียงตัวของแร่ไปในแนวหนึ่งแนวใด ส่วนใหญ่ประกอบด้วย ผลึกแร่ที่ตกผลึกใหม่ เกาะสานยึดเกี่ยวกัน ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่

หินอ่อน (marble) เป็นหินแปรไร้ริ้วขนานที่ประกอบด้วยผลึกแร่แคลไซต์เป็นส่วนใหญ่ มีสีขาว หรือสีขาวเทา แปรสภาพมาจากหินปูน ในประเทศไทยพบมากที่จังหวัดสระบุรี นครราชสีมา กาญจนบุรี ประจวบคีรีขันธ์ และยะลา

หินควอร์ตไซต์ (quartzite) เป็นหินแปรไร้ริ้วขนานที่ประกอบด้วย ผลึกแร่เขี้ยวหนุมานเป็นส่วนใหญ่ มีหลายสี ตั้งแต่สีเหลือง สีส้ม สีเทา สีเขียวเทา จนถึงสีขาว แปรสภาพมาจากหินทราย ในประเทศไทยพบหินชนิดนี้มาก ที่จังหวัดตาก สุพรรณบุรี อุทัยธานี กาญจนบุรี และราชบุรี

หินฮอร์นเฟลส์ (hornfels) เป็นหินแปรไร้ริ้วขนานที่แปรสภาพมาจากหินชนิดใดก็ได้ ที่มีเนื้อละเอียด เช่น หินดินดาน หรือหินโคลน ที่สัมผัสอยู่กับหินอัคนีบาดาล ในประเทศไทย พบหินชนิดนี้มากตามทิวเขาที่มีหินแกรนิต เช่น ที่จังหวัดตาก ลพบุรี เลย ประจวบคีรีขันธ์ ภูเก็ต และพังงา

ทรัพยากรดิน

soil

ที่มา  http://portal.edu.chula.ac.th/

ดิน (Soil)

            ดิน (Soil)  คือ วัตถุธรรมชาติที่ปกคลุมผิวโลกอยู่บางๆ เกิดขึ้นจากผลของการแปรสภาพหรือผุพังของหินและแร่ และอินทรียวัตถุผสมคลุกเคล้ากัน โดยมีส่วนประกอบดังนี้

            อนินทรียวัตถุ (Mineral matter) ได้แก่ส่วนของแร่ต่างๆ ภายในหินซึ่งผุพังสึกกร่อนเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย โดยทางเคมี ฟิสิกส์ และชีวเคมี

             อินทรียวัตถุ (Organic matter) ได้แก่ส่วนที่เกิดจากการเน่าเปื่อยผุพังหรือสลายตัวของซากพืชซากสัตว์ที่ทับถมกัน มีอยู่ประมาณ

             น้ำ ในสารละลายซึ่งพบอยู่ในช่องระหว่างเม็ดดิน (Aggregate) หรืออนุภาคดิน (Particle)

อากาศ อยู่ในที่ว่างระหว่างเม็ดดินหรืออนุภาคดิน ก๊าซส่วนใหญ่ที่พบทั่วไปในดิน ได้แก่ ไนโตรเจน ออกซิเจน และคาร์บอนไดออกไซด์
ปริมาตรของแต่ละส่วนประกอบของดินที่เหมาะสมแก่การเพาะปลูก โดยทั่วไปจะมีแร่ 45% อินทรียวัตถุ 5% น้ำ 25% และอากาศ 25% ดังภาพที่ 1


ภาพที่ 1 องค์ประกอบของดิน

กำเนิดดิน
ดินประกอบขึ้นจากหินที่ผุพัง จึงมีองค์ประกอบเป็นแร่ดินเหนียว (Clay mineral) ซึ่งพัฒนามาจากแร่ประกอบหินบนเปลือกโลก ได้แก่ เฟลด์สปาร์ ควอรตซ์ ไมก้า เป็นต้น ตารางที่ 1 แสดงให้เห็นถึงการผุพังของแร่แต่ละชนิด ซึ่งทำให้เกิดแร่ดินเหนียวและประจุต่างๆ ซึ่งอยู่ในรูปของสารละลาย

ตารางที่ 1 การผุพังของแร่

แร่
CO2 และ H2O
ผลิตผลหลัก
ผลิตผลรอง
เฟลด์สปาร์
—>
แร่ดินเหนียว
+
ทราย, ประจุ (โซเดียม แคลเซียม โปแตสเซียม)
ควอรตซ์
—>
ทราย
ไมก้า
—>
แร่ดินเหนียว
+
ทราย, เหล็กออกไซด์, ประจุ (โซเดียม แคลเซียม โปแตสเซียม แมกนีเซียม)
แคลไซต์
—>
->
ประจุ (แคลเซียม ไบคาร์บอเนต)


          ในภาพที่ 2 แสดงให้เห็นถึงการผุพังของแร่เฟลด์สปาร์ซึ่งเป็นส่วนประกอบของหินต้นกำเนิดดิน (Parent rock) เมื่อฝนตกลงมา น้ำฝนจะละลายคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ทำให้มีสภาพเป็นกรดอ่อนๆ (กรดคาร์บอนิก) น้ำฝนบนพื้นผิวซึมลงสู่เบื้องล่างและทำปฏิกิริยากับแร่เฟลด์สปาร์ที่อยู่ในหิน ทำให้เกิดการผุพังทางเคมี (Chemical weathering) แตกสลายเป็นเม็ดทราย (ซิลิกา), แร่ดินเหนียว (Clay mineral), ประจุโซเดียม แคลเซียม และโปแตสเซียม ในรูปของสารละลาย ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่สำคัญสำหรับพืชต่อไป


ภาพที่ 2 การผุพังของเฟลด์สปาร์

          ดิน เป็นตะกอนวัสดุบนเปลือกโลก ที่มีพัฒนาการที่เกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อมอันได้แก่ บรรยากาศ น้ำ และสิ่งมีชีวิต เราจะเรียกตะกอนวัสดุเหล่านี้ว่า“ดิน” ก็ต่อเมื่อมีส่วนประกอบของสิ่งมีชีวิต เช่น ซากพืช ซากสัตว์ เข้ามาเกี่ยวข้อง หากเป็นแต่เพียงตะกอนวัสดุที่ไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตก็จะเรียกว่า “เรโกลิธ” (Regolith) เช่น ผงตะกอนบนดวงจันทร์ ซึ่งเกิดจากการพุ่งชนของอุกกกาบาต แม้ว่าเราจะเห็นว่ามีดินอยู่โดยทั่วไป ทว่าความจริงดินมีอยู่น้อยมากเมื่อเทียบสัดส่วนปริมาณกับหินที่อยู่บนเปลือกโลก แต่กระนั้นดินก็มีความสำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิตบนพื้นโลก ดินตรึงธาตุไนโตรเจนและคาร์บอนจากบรรยากาศมาสร้างธาตุอาหารที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิต ในเวลาเดียวกันสิ่งมีชีวิตเองก็ทำให้หินผุพังกลายเป็นดิน จะเห็นได้ว่า ดิน สิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม มีอิทธิพลซึ่งกันและกันเป็นอย่างมาก ดังที่แสดงในภาพที่ 3


ภาพที่ 3 ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อดิน

          ดินมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา คุณสมบัติบางประการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เช่น อุณหภูมิ และปริมาณน้ำ (ทุกนาที) ในขณะที่คุณสมบัติบางประการเปลี่ยนแปลงช้ามาก เช่น ชนิดของแร่ (อาจต้องใช้เวลาเป็นร้อยหรือพันปี) คุณสมบัติของดินจะเป็นอย่างไรนั้น ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักสำคัญ 5 ประการ ดังนี้
1. วัตถุต้นกำเนิดดิน ดินจะเป็นอย่างไรขึ้นกับวัตถุต้นกำเนิดดิน ได้แก่ หินพื้น (Parent rock) อินทรียวัตถุ ผิวดินดั้งเดิม หรือชั้นหินตะกอนที่เกิดจากการพัดพาของน้ำ ลม ธารน้ำแข็ง ภูเขาไฟ หรือวัตถุที่เคลี่อนที่ลงมาจากพื้นที่ลาดชัน
2. สภาพภูมิอากาศ ความร้อน ฝน น้ำแข็ง หิมะ ลม แสงแดด และแรงกระทบจากสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ซึ่งทำให้วัตถุต้นกำเนิดผุพัง แตกหัก และมีผลต่อกระบวนการเกิดดินว่า จะเกิดเร็วหรือช้า
3. สิ่งมีชีวิต พืชและสัตว์ทั้งหมดที่อาศัยอยู่ในดินหรือบนดิน (รวมถึงจุลินทรีย์ และมนุษย์) ปริมาณน้ำและธาตุอาหารที่พืชต้องการมีผลต่อการเกิดดิน สัตว์ที่อาศัยอยู่ในดินจะช่วยย่อยสลายของเสียและช่วยเคลื่อนย้ายวัตถุต่างๆ ไปตามหน้าตัดดิน ซากพืชและสัตว์ที่ตายแล้วจะกลายเป็นอินทรียวัตถุ ซึ่งทำให้ดินสมบูรณ์ขึ้น การใช้ที่ดินของมนุษย์ก็มีผลต่อการสร้างดินด้วยเช่นกัน
 4. ภูมิประเทศ สภาพภูมิอากาศจะมีผลต่อดินอย่างไรนั้น ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดินตามลักษณะภูมิประเทศเช่น ดินที่เชิงเขาจะมีความชื้นมากกว่าดินในบริเวณพื้นที่ลาด และพื้นที่ที่ได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงจะทำให้ดินแห้งเร็วขึ้น
 5. เวลา ปัจจัยข้างต้นทั้งหมดเกี่ยวข้องกับเวลา เนื่องจากเมื่อเวลาผ่านไปการพัฒนาของชั้นดินจะเพิ่มขึ้น

ตาราง 2 สมบัติของดินที่เปลี่ยนไปตามเวลา

คาบเวลา นาที ชั่วโมง วัน
คาบเวลา เดือน ปี
คาบเวลา ร้อยปี พันปี หมื่นปี
 อุณหภูมิ  ปฏิกิริยาของดิน  ชนิดของหินแร่
 ปริมาณความชื้น  สีของดิน  การกระจายของขนาดอนุภาคดิน
 ช่องว่างของในดิน  โครงสร้างของดิน  การสร้างชั้นดิน
 ปริมาณอินทรียวัตถุในดิน
 ความอุดมสมบูรณ์ของดิน
 จุลินทรีย์ดิน
 ความหนาแน่น

หน้าตัดดิน
ปัจจัยต่างๆ ของการกำเนิดดิน ทำให้ได้ดินที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างมาก ดินในภูมิประเทศหนึ่งๆ จะมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง เราเรียกภาคตัดตามแนวดิ่งของชั้นดินเรียกว่า “หน้าตัดดิน” (Soil Horizon) หน้าตัดดินบอกถึงลักษณะทางธรณีวิทยา และประวัติภูมิอากาศของภูมิประเทศที่เกิดขึ้นมาก่อนหน้านี้นับพันปี รวมถึงว่ามนุษย์ใช้ดินอย่างไร อะไรเป็นสาเหตุให้ดินนั้นมีสมบัติเช่นในปัจจุบัน ตลอดจนแนวทางที่ดีที่สุดในการใช้ดิน


ภาพที่ 4 ชั้นดิน

          หน้าตัดดินประกอบด้วยดินที่ทับถมกันเป็นชั้นๆ เรียกว่า “ชั้นดิน” (Soil horizon) ชั้นดินบางชั้นอาจจะบางเพียง 2-3 มิลลิเมตร หรือหนากว่า 1 เมตร ก็ได้ เราสามารถจำแนกชั้นดินแต่ละชั้นจากสี และโครงสร้างของอนุภาคดินที่แตกต่างกัน นอกจากนั้นยังสามารถใช้คุณสมบัติอื่นๆ ที่แตกต่างกันระหว่างดินชั้นบนและดินชั้นล่างได้อีกด้วย ดินบางชั้นเกิดจากการพังทลายและถูกชะล้างโดยกระแสน้ำ ดินบางชั้นเกิดจากตะกอนทับถมกันนานหลายพันปี นักปฐพีวิทยากำหนดชื่อของชั้นดินโดยใช้ลักษณะทางกายภาพ ดังนี้

 ชั้นโอ (O Horizon) เป็นดินชั้นบนสุดมักมีสีคล้ำเนื่องจากประกอบด้วยอินทรียวัตถุ (Organic) หรือ ฮิวมัส ซึ่งเป็นซากพืชซากสัตว์ ซึ่งทำให้เกิดความเป็นกรด ดินชั้นโอส่วนใหญ่จะพบในพื้นที่ป่า ส่วนในพื้นที่การเกษตรจะไม่มีชั้นโอในหน้าตัดดิน เนื่องจากถูกไถพรวนไปหมด
ชั้นเอ (A Horizon) เป็นดินชั้นบน (Top soil) เป็นส่วนที่มีน้ำซึมผ่าน ดินชั้นเอส่วนใหญ่ประกอบด้วยหินแร่และอินทรียวัตถุที่ย่อยสลายสมบูรณ์แล้วอยู่ด้วย ทำให้ดินมีสีเข้ม ในพื้นที่เกษตรกรรมดินชั้นเอจะถูกไถพรวน เมื่อมีการย่อยสลายของรากพืชและมีการสะสมอินทรียวัตถุ โดยปกติโครงสร้างของดินจะเป็นแบบก้อนกลม แต่ถ้าดินมีการอัดตัวกันแน่น โครงสร้างของดินในชั้นเอจะเป็นแบบแผ่น
ชั้นบี (B Horizon) เป็นชั้นดินล่าง (subsoil) เนื้อดินและโครงสร้างเป็นแบบก้อนเหลี่ยม หรือแท่งผลึก เกิดจากการชะล้างแร่ธาตุต่างๆ ของสารละลายต่างๆ เคลื่อนตัวผ่านชั้นเอ ลงมามาสะสมในชั้นบี ในเขตภูมิอากาศชื้น ดินในชั้นบีส่วนใหญ่จะมีสีน้ำตาลปนแดง เนื่องจากการสะสมตัวของเหล็กออกไซด์
ชั้นซี (C Horizon) เกิดจากการผุพังของหินกำเนิดดิน (Parent rock) ไม่มีการตกตะกอนของวัสดุดินจากการชะล้าง และไม่มีการสะสมของอินทรียวัตถุ
ชั้นอาร์ (R Horizon) เป็นชั้นของวัตถุต้นกำเนิดดิน หรือ หินพื้น (Bedrock)

เนื้อดิน (Soil Texture)
เนื้อดิน หมายถึง องค์ประกอบเชิงกายภาพของดิน เราจะสังเกตได้ว่า ดินในแต่ละสถานที่มีลักษณะแตกต่างกัน เนื่องจากดินประกอบขึ้นจากของอนุภาคตะกอนหลาย ๆ ขนาด อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดคืออนุภาคทราย (Sand) อนุภาคขนาดรองลงมาคือ อนุภาคทรายแป้ง (Silt) และอนุภาคที่มีขนาดเล็กที่สุดคือ อนุภาคดินเหนียว (Clay) ดังภาพที่ 5


ภาพที่ 5 อนุภาคของดิน

          ดินมีหลายชนิด เช่น ดินทราย ดินร่วน ดินเหนียว ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคของตะกอนที่ผสมกันเป็นดิน อาทิเช่น ดินทรายมีเนื้อหยาบ เนื่องจากประกอบด้วยอนุภาคขนาดใหญ่เช่นเม็ดทรายซึ่งมีขนาดใหญ่ จึงมีช่องว่างให้น้ำซึมผ่านอย่างรวดเร็ว ดินเหนียวมีเนื้อละเอียดมาก เนื่องจากประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กมาก จึงไม่มีน้ำช่องว่างให้น้ำซึมผ่าน ส่วนดินร่วนมีส่วนผสมเป็นอนุภาคขนาดปานกลางเช่น ทรายแป้ง เป็นส่วนใหญ่ จึงมีความเหมาะสมในการปลูกพืชส่วนใหญ่ เนื่องจากน้ำซึมผ่านได้ไม่รวดเร็วจนเกินไป สามารถเก็บกับความชื้นได้ดี

นักปฐพีวิทยาแบ่งดินออกเป็น 12 ชนิด โดยการศึกษาสัดส่วนการกระจายอนุภาคของดินตามรูปที่ 6 เช่น
ดินทรายร่วนประกอบด้วยอนุภาคทราย 80%, อนุภาคทรายแป้ง 10%, อนุภาคดินเหนียว 10%
ดินร่วนประกอบด้วยอนุภาคทราย 40%, อนุภาคทรายแป้ง 40%, อนุภาคดินเหนียว 20%
ดินเหนียวประกอบด้วยอนุภาคทราย 20%, อนุภาคทรายแป้ง 20%, อนุภาคดินเหนียว 60%
การจำแนกดินช่วยให้เราเข้าใจถึงคุณสมบัติของดินประเภทต่างๆ ได้แก่ ความสามารถในการกักเก็บน้ำ และการถ่ายเทพลังงานความร้อน ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในทางเกษตรกรรม และวิศวกรรม เป็นต้น


ภาพที่ 6 สัดส่วนการกระจายตัวของอนุภาคดิน

โครงสร้างดิน (Soil Structure)
โครงสร้างดิน หมายถึง รูปแบบของการยึดและการเรียงตัวของอนุภาคเดี่ยวของดินเป็นเม็ดดินในหน้าตัดดิน เม็ดดินแต่ละชนิดมีความแตกต่างกันทั้งด้านขนาดและรูปร่าง ซึ่งแบ่งออกเป็น 7 ชนิดคือ
แบบก้อนกลม (Granular ) มีรูปร่างคล้ายทรงกลม เม็ดดินมีขนาดเล็กประมาณ 1 – 10 มิลลิเมตร มักพบในดินชั้น A มีรากพืชปนอยู่มาก เนื้อดินมีความพรุนมาก จึงระบายน้ำและอากาศได้ดี
แบบก้อนเหลี่ยม (Blocky) มีรูปร่างคล้ายกล่อง เม็ดดินมีขนาดประมาณ 1-5 เซนติเมตร มักพบในดินชั้น B มีการกระจายของรากพืชปานกลาง น้ำและอากาศซึมผ่านได้
แบบแผ่น (Platy) ก้อนดินแบนวางตัวในแนวราบ และซ้อนเหลื่อมกันเป็นชั้น ขัดขวากรากพืช น้ำและอากาศซึมผ่านได้ยาก มักเป็นดินชั้น A ที่ถูกบีบอัดจากการบดไถของเครื่องจักรกลการเกษตร
แบบแท่งหัวเหลี่ยม (Prismatic) ก้อนดินแต่ละก้อนมีผิวหน้าแบบและเรียบ เกาะตัวกันเป็นแท่งหัวเหลี่ยมคล้ายปริซึม ก้อนดินมีลักษณะยาวในแนวดิ่ง ส่วนบนของปลายแท่งมักมีรูปร่างแบน เม็ดดินมีขนาด 1 – 10 เซนติเมตร มักพบในดินชั้น B น้ำและอากาศซึมได้ปานกลาง
แบบแท่งหัวมน (Columnar) มีการจับตัวคล้ายคลึงกับแบบแท่งหัวเหลี่ยม แต่ส่วนบนของปลายแท่งมีลักษณะกลมมน ปกคลุมด้วยเกลือ เม็ดดินมีขนาด 1 – 10 เซนติเมตร มักพบในดินชั้น B และเกิดในเขตแห้งแล้ง น้ำและอากาศซึมผ่านได้น้อย และมีการสะสมของโซเดียมสูง
แบบก้อนทึบ (Massive) เป็นดินเนื้อละเอียดยึดตัวติดกันเป็นก้อนใหญ่ ขนาดประมาณ 30 เซนติเมตร ดินไม่แตกตัวเป็นเม็ด จึงทำให้น้ำและอากาศซึมผ่านได้ยาก
แบบอนุภาคเดี่ยว (Single Grained) ไม่มีการยึดตัวติดกันเป็นก้อน มักพบในดินทราย ซึ่งน้ำและอากาศซึมผ่านได้ดี


แบบก้อนกลม

แบบก้อนเหลี่ยม

แบบแผ่น

แบบแท่งหัวเหลี่ยม

แบบแท่งหัวมน

แบบก้อนทึบ

แบบอนุภาคเดี่ยว

ภาพที่ 7 โครงสร้างดินแบบต่างๆ


ธาตุกัมมันตรังสี

7208977_1

ที่มา https://kruannchemistry.wordpress.com

ธาตุกัมมันตรังสี (radioactive element)

คือธาตุพลังงานสูงกลุ่มหนึ่งที่สามารถแผ่รังสี แล้วกลายเป็นอะตอมของธาตุใหม่ได้ มีประวัติการค้นพบดังนี้

  1. รังสีเอ็กซ์ ถูกค้นพบโดย Conrad Röntgen อย่างบังเอิญเมื่อปี ค.ศ. 1895
  2. ยูเรเนียม ค้นพบโดย Becquerel เมื่อปี ค.ศ. 1896 โดยเมื่อเก็บยูเรเนียมไว้กับฟิล์มถ่ายรูป ในที่มิดชิด ฟิล์มจะมีลักษณะ เหมือนถูกแสง จึงสรุปได้ว่าน่าจะมีการแผ่รังสีออกมาจากธาตุยูเรเนียม เขาจึงตั้งชื่อว่า Becquerel Radiation
  3. พอโลเนียม ถูกค้นพบและตั้งชื่อโดย มารี กูรี ตามชื่อบ้านเกิด (โปแลนด์) เมื่อปี ค.ศ. 1898 หลังจากการสกัดเอายูเรเนียมออกจาก Pitchblende หมดแล้ว แต่ยังมีการแผ่รังสีอยู่ สรุปได้ว่ามีธาตุอื่นที่แผ่รังสีได้อีกแฝงอยู่ใน Pitchblende นอกจากนี้ กูรียังได้ตั้งชื่อเรียกธาตุที่แผ่รังสีได้ว่า ธาตุกัมมันตรังสี และเรียกรังสีนี้ว่า กัมมันตภาพรังสี
  4. เรเดียม ถูกตั้งชื่อไว้เมื่อปี ค.ศ. 1898 หลังจากสกัดเอาพอโลเนียมออกจากพิตช์เบลนด์หมดแล้ว พบว่ายังคงมีการแผ่รังสี จึงสรุปว่ามีธาตุอื่นที่แผ่รังสีได้อีกใน Pitchblende ในที่สุดกูรีก็สามารถสกัดเรเดียมออกมาได้จริง ๆ จำนวน 0.1 กรัม ในปี ค.ศ. 1902ส่วนรังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุนั้น แบ่งเป็น 3 ชนิดคือ

    1. รังสีแอลฟา (สัญลักษณ์: α) คุณสมบัติ เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม (4 2He) มี p+ และ n อย่างละ 2 อนุภาค ประจุ +2 เลขมวล 4 อำนาจทะลุทะลวงต่ำ เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้วลบ
    2. รังสีบีตา  (สัญลักษณ์: β) คุณสมบัติ เหมือน e- อำนาจทะลุทะลวงสูงกว่า α 100 เท่า ความเร็วใกล้เสียง เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้วบวก
    3. รังสีแกมมา (สัญลักษณ์: γ) คุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ที่มีความยาวคลื่นสั้นมากไม่มีประจุและไม่มีมวล อำนาจทะลุทะลวงสูงมาก ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า เกิดจากการที่ธาตุแผ่รังสีแอลฟาและแกมมาแล้วยังไม่เสถียร มีพลังงานสูง จึงแผ่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อลดระดับพลังงาน  จะเห็นได้ว่า การแผ่รังสีจะทำให้เกิดธาตุใหม่ได้  หรืออาจเป็นธาตุเดิมแต่จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจไม่เท่ากับธาตุเดิมและธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ  มีระยะเวลาในการสลายตัวแตกต่างกันและแผ่รังสีได้แตกต่างกันเรียกว่า ครึ่งชีวิตของธาตุ  ครึ่งชีวิตของธาตุ (Half life)   เรารู้แล้วว่ารังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีเกิดจากนิวเคลียสในอะตอมของธาตุซึ่งไม่เสถียร  จึงต้องมีการสลายตัวและแผ่รังสีออกมา  เพื่อเปลี่ยนไปเป็นอะตอมที่มีเสถียรภาพมากขึ้น  เมื่อธาตุกัมมันตรังสีแผ่รังสีออกมาแล้วจะเกิดการสลายตัวลดปริมาณลงไปด้วย  โดยนักวิทยาศาสตร์เรียกระยะเวลาที่ธาตุกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมว่า  ครึ่งชีวิต (Half life)  ตัวอย่างเช่น  ธาตุซัลเฟอร์ -35  มีครึ่งชีวิต 87 วัน  ในการสลายตัวเหลือ 4 กรัม  และใช้เวลาอีก 87 วัน  ในการสลายตัวจนเหลือ 2 กรัม  เป็นต้น

      การเกิดปฏิกิริยาของธาตุกัมมันตรังสี                                                                                             การเกิดปฏิกิริยาของธาตุกัมมันตรังสี เรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งมี 2 ประเภท คือ                           1. ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction) คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้น เนื่องจากการยิงอนุภาคนิวตรอนเข้าไปยังนิวเคลียสของธาตุหนัก แล้วทำให้นิวเคลียร์แตกออกเป็นนิวเคลียร์ที่เล็กลงสองส่วนกับให้อนุภาคนิวตรอน 2-3 อนุภาค และคายพลังงานมหาศาลออกมา ถ้าไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้อาจเกิดการระเบิดอย่างรุนแรงที่เรียกว่า ลูกระเบิดปรมาณู (Atomic bomb) เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ให้เกิดรุนแรงนักวิทยาศาสตร์จึงได้สร้างเตาปฏิกรณ์ปรมาณูเพื่อใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

      2. ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fusion reaction) คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่นิวเคลียสของธาตุเบาหลอมรวมกันเข้าเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า และมีการคายความร้อนออกมาจำนวนมหาศาลและมากกว่าปฏิกิริยาฟิชชันเสียอีก ปฏิกิริยาฟิวชันที่รู้จักกันดี คือ ปฏิกิริยาระเบิดไฮโดรเจน (Hydrogen bomb) ดังภาพ

       

      ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี                                                                                                            ความสามารถในการปลดปล่อยพลังงาน  และรังสีที่มีพลังงานและมีอำนาจทะลุทะลวงของธาตุกัมมันตรังสีได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ในด้านต่าง ๆ มากมายทั้งในด้านการแพทย์  การเกษตร  อุตสาหกรรม  รวมจนถึงด้านธรณีวิทยาการหาอายุของวัตถุต่าง ๆ โดยธาตุกัมมันตรังสีที่มีการใช้ประโยชน์กันอย่างกว้างขวาง  ได้แก่

      1  ยูเรเนียม-235 (U-235)  ใช้สำหรับเป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์  ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องบินและยานอวกาศ  และใช้ในการผลิตรังสีเอ็กซ์ (X-ray)  ซึ่งมีพลังงานสูง

      2  โคบอลต์-60 (Co-60)  เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่สามารถแผ่กัมมันตรังสีชนิดแกมมาซึ่งมีผลในการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ได้  จึงมีการนำมาใช้ในการยับยั้งการเจริญเติบโตเชื้อจุลินทรีย์ในอาหาร  ผักและผลไม้  และนำมาใช้ในการรักษาโรคมะเร็ง

      3  คาร์บอน-14 (C-14)  เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่สามารถพบได้ในวัตถุต่าง ๆ เกือบทุกชนิดบนโลก  จึงสามารถนำระยะเวลาครึ่งชีวิตของธาตุนี้มาใช้ในการคำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ  อายุของหินและเปลือกโลกและอายุของซากฟอสซิลต่าง ๆ ได้  (C-14  มีครึ่งชีวิตประมาณ 5,730 ปี

      4  ฟอสฟอรัส-32 (P-32)  เป็นสารประกอบกัมมันตรังสีที่สามารถละลายน้ำได้  มีระยะเวลาครึ่งชีวิตประมาณ 14.3 วัน  ทางการแพทย์นำมาใช้ในการรักษาโรคมะเร็งของเม็ดโลหิตขาว (ลิวคีเมีย)  โดยให้รับประทานหรือฉีดเข้าในกระแสโลหิต  นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการตรวจหาเซลล์มะเร็ง  และตรวจหาปริมาณโลหิตของผู้ที่จะเข้ารับการผ่าตัด

      อันตรายจากธาตุกัมมันตรังสี                                                                                                          อันตรายจากธาตุกัมมันตรังสีเกิดขึ้นได้  เนื่องจากหากร่างกายของสิ่งมีชีวิตได้รับกัมมันตรังสีในปริมาณที่มากเกินไปจะทำให้โมเลกุลของน้ำ  สารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ต่าง ๆ ในร่างกายเสียสมดุล  ทำให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์ในร่างกาย  ซึ่งจะทำให้สิ่งมีชีวิตเกิดความเจ็บป่วย  หรือหากได้รับในปริมาณมากก็อาจทำให้เสียชีวิตได้  ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้องกับรังสีจึงจะต้องมีอุปกรณ์ที่ช่วยป้องกันอันตรายจากรังสี  และมีการกำหนดระยะเวลาในการทำงานเพื่อไม่ให้สัมผัสกับรังสีเป็นเวลานานเกินไป