ข้อใดเป็นหลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค

2 หลักฐานและข้อมูลทางธรณีวิทยาที่สนับสนุนการเคลื่อนที่ของทวีป

1 หลักฐานและข้อมูลทางธรณีภาค
จากข้อมูลทางธรณีวิทยาในด้านต่างๆ จากหลักฐานการเปลี่ยนแปลงทางธรณีภาค และการค้นพบซากดึกดำบรรพ์ของพืชและสัตว์ชนิดเดียวกันและอายุเดียวกันในทวีป ต่างๆ ที่อยู่ห่างไกลกัน ทำให้เชื่อว่าทวีปต่างๆ ในปัจจุบันแต่เดิมเป็นแผ่นดินผืนเดียวกันแล้วค่อยๆ แยกออกจากกัน นักเรียนจะได้ศึกษาแนวความคิดของนักธรณีวิทยาเกี่ยวกับหลักฐานต่างๆ ดังกล่าวนี้ต่อไป

1.1 รอยต่อของแผ่นธรณีภาค
เมื่อพิจารณาแผ่นที่โลกปัจจุบัน จะพบว่าทวีปแต่ละทวีปมีรูปร่างต่างกัน ในอดีตทวีปต่างๆ เหล่านี้มีรุปร่างอย่างไร นักเรียนจะสังเกตรูปร่างของทวีปต่างๆ ในอดีตได้จากกิจกรรมต่อไปนี้

ภาพ 1 แผนที่แผ่นธรณีภาค แสดงแนวการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคและลักษณะรอยต่อระหว่างแผ่นธรณีภาคที่ปรากฏอยู่บนโลก

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

แนวขอบของทวีปต่างๆ ในปัจจุบัน ที่คิดว่าเคยเชื่อมต่อเป็นผืนเดียวกัน

เมื่อนักเรียนนำแผนภาพแต่ละทวีปมาต่อกันจะเห็นว่ามีส่วนที่สามารถต่อกันได้ พอดี เช่นขอบตะวันออกของอเมริกาใต้สามารถต่อกับขอบตกวันตกของทวีปแอฟริกาใต้ได้พอ ดี ซึ่งเป็นเหตุผลที่สามารถตั้งสมมติฐานได้ว่าทวีปทั้งสองอาจเป็นแผ่นดินผืน เดียวกันมาก่อน แล้วต่อมาก็แยกออกกันเคลื่อนไปทางทิศตะวันออกส่วนหนึ่งและทิศตะวันตกอีกส่วน หนึ่ง จนกลายเป้นมหาสมุทรแอตแลนติกเข้ามาแทนที่ตรงรอยแยก และแผ่นทวีปที่มีการเคลื่อนที่ตัวออกไปเรื่อยๆ จนปรากฏเป็นตำแหน่งและรูปร่างของทวีปทั้งสองดังปัจจุบัน
จากหลักฐานและแนวคิดดังกล่าว ได้มีการศึกษาใต้บริเวณหมาสมุทรแอตแลนติกต่อไป เพื่อหาข้อมูลอื่นๆ ที่สามารถใช้เป็นหลักฐานสนับสนุนความคิดดังกล่าว

1.2 รอยต่อของแผ่นธรณีภาค และอายุหินบนเทือกเขากลางมหาสมุทร

จากภาพ 3 จะเห็นว่าลักษณะที่โดดเด่นของแผ่นมหาสมุทรแอตแลนติก ได้แก่ เทือกเขากลางมหาสมุทรซึ่งเป็นเหมือนเทือกเขายาวที่โค้งอ้อมไปต่างรูปร่างของ ขอบทวีป ด้านหนึ่งเกือบขนานกับชายฝั่งสหรัฐอเมริกา และอีกด้านหนึ่งขนานกับชายฝั่งของทวีปยุโรปและแอฟริกา นอกจากนั้นเทือกเขากลางมหาสมุทร ยังมีรอยแตกตัวเป็นรอยลึกออกไปตลอดความยาวของเทือกเขาและมีรอยแตกตัดขว้างบน สันเขานี้มากมาย รอยแตกเหล่านี้เป็นศูนย์กลางของการเกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟระเบิด ส่วนเทือกเขาอื่นๆ เป็นเทือกเขาเล็กๆ ที่กระจัดกระจายอยู่ทั้งทางด้านตะวันตกและตะวันออกของพื้นมหาสมุทรและเมื่อ นักเรียนมองขึ้นไปที่ประเทศอังกฤษจะเห็นว่า ยังคงเป็นเกาะที่อยู่บนไหล่ทวีปที่มีส่วนของแผ่นดินใต้พื้นน้ำต่อเนื่องกับ ทวีปยุโรป

ภาพ 3 เทือกเขากลางมหาสมุทรภาพในกรอบเล็กแสดงลักษณะรอยลึกบนเทือกเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติกและลักษณะของรอยเลื่อนเฉือนระนาบด้านข้างที่ตัดขวางอยู่บนเทือกเขากลางมหาสมุทร

ต่อมาเครื่องมือการสำรวจใต้ทะเลและมหาสมุทรได้รับการพัฒนาอย่างมาก ดังนั้นการสำรวจมหาสมุทรใหญ่ทั้ง 3 แห่ง รวมทั้งทะเลใกล้เคียง เมื่อปี พ.ศ. 2503 จึงได้ข้อมูลด้านธรณีสมุทรศาสตร์ใหม่ที่เป็นประโยชน์ เช่น การพบหินบะซอลต์ที่บริเวณร่องลึก หรือรอยแยกบริเวณเทือกเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก และยังพบต่อไปอีกว่าหินบะซอลต์ที่อยู่ไกลจากรอยแยกมีอายุมากกว่าหินบะซอลต์ ที่อยู่ใกล้รอยแตกหรือในรอยแยก
จากหลักฐานและข้อมูลดังกล่าวทำให้อธิบายได้ว่า เมื่อเกิดรอยแยก แผ่นดินจะเกิดการเคลื่อนตัวออกจากกันอย่างช้าๆ ตลอกเวลา ในขณะเดียวกันแมกมาใต้แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรจะถูกดันแทรกเสริมขึ้นมาตรงรอย แยกแข็งตัวเป็นหินบะซอลต์หรือเป็นเปลือกโลกใหม่ ทำให้ตรงกลางรอยแยกเกิดหินบะซอลต์ใหม่เรื่อยๆ ดังนั้นโครงสร้างและอายุหินรองรับแผ่นธรณีภาคจึงมีอายุอ่อนสุดบริเวณเทือก เขากลางมหาสมุทร และอายุมากขึ้นเมื่อเข้าใกล้ขอบทวีปดังภาพ 4

ภาพ 4 อายุของหินบะซอล์บริเวณรอยแยกกลางมหาสมุทรแอตแลนติก

นอกจากรอยแยกของแผ่นธรณีภาคและอายุหินบนเทือกเขากลางมหาสมุทรแล้ว ยังมีหลักฐานเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์และหลักฐานอื่นอีกที่ใช้ในการสนับสนุน สมมติฐานที่ว่า ในอดีตแผ่นธรณีภาคต่างๆ เป็นผืนเดียวกัน

1.3 การค้นพบซากดึกดำบรรพ์

นักธรณีวิทยาเชื่อว่าซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ   ในแต่ละแผ่นธรณีภาคน่าจะเป็นหลักฐานอย่างหนึ่งที่ใช้ยืนยันเกี่ยวกับการ เปลี่ยนแปลงธรณีภาคของโลกได้   จึงสำรวจซากดึกดำบรรพ์ของพืชและสัตว์ในทวีปต่าง ๆ และนำมาเทียบเคียงดูว่าเป็นพืชหรือสัตว์ของซีกโลกเหนือหรือซีกโลกใต้   อยู่ในภูมิอากาศร้อนหรือเย็น   ตลอดจนความเหมือนกันของชั้นหินที่พบซากเหล่านั้น   เพราะถ้าเป็นหินที่เคยเกิดอยู่ในพื้นที่เดียวกันมาก่อน   เมื่อแผ่นธรณีภาคแยกออกจากันไปแล้ว   ลักษณะของซากดึกดำบรรพ์และหินก็ควรจะเหมือนกัน
จากการสำรวจ   พบซากดึกดำบรรพ์ของเฟินชนิดหนึ่งชื่อ กลอสซอพเทอริส (Glossopteris) ที่ทวีปอินเดีย อเมริกาใต้ แอฟริกา ออสเตรเลีย และที่ทวีปแอนตาร์กติกา   ถ้านักเรียนย้อนกับไปดูแผนที่โลกก็จะพบว่าแต่ละทวีปอยู่ไกลกันมากและมี ลักษณะภูมิอากาศแตกต่างกัน   แต่ในอดีตยังมีพืชชนิดเดียวกัน   นอกจากยังพบซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์เลื่อยคลานชื่อ มีโซซอรัส (Mesosuarus) ซึ่งปกติจะดำรงชีวิตอยู่ตามกลุ่มน้ำจืด   แต่กลับมาพบอยู่ในส่วนล่างของทวีปแอฟริกาและอเมริกาใต้ซึ่งเป็นบริเวณที่ อยู่ห่างไกลกัน   และอยู่ติดทะเล
จากหลักฐานการค้นพบพืช กลอสซอพเทอริส และสัตว์เลื้อยคลาน มีโซซอรัส กระจายไปอยู่ในทวีปต่างๆ ที่ห่างไกลกัน   ดังภาพ 5 นักเรียนคิดว่าปรากฏการณ์นี้อธิบายถึงเรื่องอะไร   มีความเกี่ยวข้องกับการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาคหรือไม่   อย่างไร

ภาพ 5 ซากดึกดำบรรพ์ที่พบในทวีปต่างๆ ในอดีตกาล

1.4 หลักฐานอื่นๆ

นอกจากหลักฐานต่างๆ   ที่กล่าวมาซึ่งใช้สนับสนุนเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาคแล้ว   ยังมีหลักฐานการเปลี่ยนแปลงของอากาศที่ทำให้เกิดการสะสมตัวของตะกอนในบริเวณ ต่างๆ ของโลก เช่น หินที่เกิดจากตะกอนธารน้ำแข็ง   ซึ่งควรจะเกิดขึ้นบริเวณขั้วโลก   แต่ปัจจุบันพบหินลักษณะนี้ในบริเวณชายฝั่งทะเลทางตอนใต้ของแอฟริกาและ อินเดียเป็นต้น   แสดงว่าแผ่นทวีปทีการเคลื่อนที่หลังจากที่มีการสะสมตะกอนจากธารน้ำแข็งแล้ว
สนามแม่เหล็กโลกโบราณ (pale magnetism) เป็นหลักฐานอีกอย่างหนึ่งที่ใช้พิสูจน์ทฤษฎีการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค   โดยใช้หลักฐานที่ว่าในอดีตเหล็กที่เกิดปนอยู่กับแร่อื่นๆ (ก่อนที่จะมีการแข็งตัวกลายเป็นหิน) จะมีการเรียงตัวในรูปแบบที่เกิดจากหารเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กโลกขณะนั้น   ต่อมาเมื่อเกิดจากแข็งตัวเป็นหิน   เหล็กนั้นจะมีสมบัติคล้ายเข็มทิศที่ถูกเก็บฝั่งอยู่ในเนื้อหนเป็นระยะเวลา นาน   เมื่อนำตัวอย่างหินซึ่งทราบตำแหน่ง (พิกัด) ที่เก็บ มาวัดหาค่ามุมเอียงเทของชั้นหิน   วัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการ   รวมทั้งคำนวณหาค่าต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง จะได้ข้อมูลเบื้องต้นของภาวะแม่เหล็กในอดีตกาล   เช่น ทิศทาง ความเข้มของสนามแม่เหล็กในสมัยนั้น เป็นต้น   เมื่อนำข้อมูลที่ได้มาเขียนกราฟ   จะสามารถหาค่าภาวะแม่เหล็กโบราณได้ ค่าต่างๆ เหล่านี้ถูกนำมาแปลความหมาย   และคำนวณหาตำแหน่งดั้งเดิมของพื้นที่ในอดีตเพื่อยืนยันการเคลื่อนที่ของแผ่น ทวีปต่างๆ ได้
จากหลักฐานต่างๆ ที่ได้จากการศึกษาค้นคว้าทำให้นักธรณีวิทยาได้แนวคิดเกี่ยวกับโลกว่า   จริงๆ แล้วโลกไม่เคยคงสภาพหยุดนิ่ง   มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน   ใช้เวลายาวนานกว่า 250 ล้านปี มีผลให้พื้นผิวโลกชั้นธรณีภาคแบ่งออกเป็นแผ่นธรณีภาคขนาดต่างๆ มากกว่า 10 แผ่น   ทุกแผ่นกำลังเคลื่อนที่
นักธรณีวิทยาแบ่งแผ่นธรณีภาคของโลกออกเป็น 2 ประเภท คือแผ่นทวีปและแผ่นมหาสมุทร   ซึ่งทั้ง 2 ประเภทรวมกันมีจำนวน 13 แผ่น   ดังภาพ 6 แผ่นธรณีภาคเหล่านี้มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา   นักเรียนศึกษาแผ่นธรณีภาคบริเวณต่างๆ ของโลกได้จากกิจกรรม 2

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

ภาพ 6 แผ่นธรณีภาคบริเวณต่างๆ ของโลก

นักวิทยาสาสตร์และนักธรณีวิทยาได้ศึกษารอยต่อของแผ่นธรณีภาคอย่างละเอียด และสามารถสรุปลักษณะการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคได้ดังนี้

(1) ขอบแผ่นธรณีภาคแยกออกจากกัน
เป็นแนวขอบของแผ่นธรณีภาคที่แยกออกจากัน อันเนื่องมาจากการดันตัวของแมกมาในชั้นธรณีภาค ทำให้เกิดรอยแตกในชั้นหินแข็ง จนแมกมาสามารถถ่ายโอนความร้อนสู่ชั้นเปลือกโลกได้อุณหภูมิและความดันของแมก มาจึงลดลงเป็นผลให้เปลือกโลกตอนบนทรุดตัวกลายเป็นหุบเขาทรุด ดังภาพ 7

ภาพ 7 การแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป

ในระยะเวลาต่อมาเมื่อน้ำไหลมาสะสมเกิดเป็นทะเล และเกิดเป็นรอยแตกจนเป็นร่องลึก เมื่อแมกมาเคลื่อนตัวแทรกขึ้นมาตามรอยแตก จะทำให้แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรเคลื่อนตัวแยกออกไปทั้งองข้าง พื้นทะเลจะขยายกว้างออกไปทั้งสองด้านเรียกกระบวนการนี้ว่า การขยายตัวของพื้นทะเล (sea floor spreading) และปรากฏเป็นเทือกเขากลางมหาสมุทร ดังภาพ 8 เช่น บริเวณทะเลแดง รอยแยกแอฟริกาตะวันออก อ่าวแคลิฟอร์เนีย มีลักษณะเป็นหุบเขาทรุด ทีร่องรอยการแยก เกิดแผ่นดินไหวตื้นๆ มีภูเขาไฟและลาวาไหลอยู่ใต้มหาสมุทร

ภาพ 8 การแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร

(2) ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนเข้าหากัน
แนวที่แผ่นธรณีภาคชนหรือมุดซ้อนกันเป็นไปได้ 2 แบบ คือ แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร แผ่นธรณีภาคหนึ่งจะมุดลงใต้อีกแผ่นหนึ่ง ปลายของแผ่นที่มุดลงจะหลอมตัวกลายเป้นแมกมาและปะทุขึ้นมาบดแผ่นธรณีภาคใต้ มหาสมุทร เกิดเป็นภูเขาไฟกลางมหาสมุทร เช่น ที่หมู่เกาะมาริอานาส์ อาลูเทียน ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์ จะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึก มีแนวการเกิดแผ่นดินไหวตามขอบแผ่นธรณีภาคลึกลงไปถึงชั้นเนื้อโลก รวมทั้งมีภูเขาไฟที่ยังมีพลัง ดังภาพ 9

ภาพ 9 การชนกัน ระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรกับแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทร

แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรชนกันแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป แผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรซึ่งหนักกว่าจะมุดลงใต้แผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป ทำให้เกิดรอยคดโค้งเป็นเทือกเขาบนแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป เช่น ที่อเมริกาใต้ แถบตะวันตก แนวชายฝั่งโอเรกอน จะมีลักษณะเป็นร่องใต้ทะเลลึก ตามแนวขอบทวีปมีภูเขาไฟปะทุในส่วนที่เป็นแผ่นดิน เกิดเป็นแนวภูเขาไฟชยฝั่ง เกิดแผ่นดินไหวรุนแรง ดังภาพ 10

ภาพ 10 การเคลื่อนที่เข้าหากัน ระหว่างแผ่นธรณีภาคใต้มหาสมุทรกับแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป

แผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีปชนกับแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีปอีกแผ่นหนึ่ง แผ่นธรณีภาคทั้งสองมีความหนามาก เมื่อชนกันจึงทำให้ส่วนหนึ่งมุดลง อีกส่วนหนึ่งเกยกันอยู่เกิดเป็นเทือกเขาสูงแนวยาวอยู่ในแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป เช่น เทือกเขาหิมาลัยในทวีปเอเชีย เทือกเขาแอลป์ ในทวีปยุโรป เป็นต้น ดังภาพ 11

ภาพ 11 การเคลื่อนที่เข้าหากัน ระหว่างแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีปกับแผ่นธรณีภาค ภาคพื้นทวีป

(3) ขอบแผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ผ่านกัน
เนื่องจากอัตราการเคลื่อนตัวของแมกมาในชั้นเนื้อโลกไม่เท่ากัน ทำให้แผ่นธรณีภาคในแต่ละส่วนมีอัตราการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน ทำให้เปลือกโลกใต้มหาสมุทรและบางส่วนของเทือกเขาใต้สมุทรไถลเลื่อนผ่านและ เฉือนกัน เกิดเป็นรอยเลื่อนเฉือนระนาบด้านข้างขนาดใหญ่ขึ้น สันเขากลางมหาสมุทรถูกรอยเลื่อนขึ้นตัดเฉือนเป็นแนวเหลื่อมกันอยู่ มีลักษณะเป็นแนวรอยแตกแคบยาวมีทิศทางตั้งฉากกับเทือกเขากลางสมุทรและหรือ ร่องใต้ทะเลลึก ระหว่างขอบของแผ่นธรณีภาคที่ซ้อนเกยกัน ในบริเวณภาคพื้นทวีปหรือมหาสมุทร ดังภาพ 12 เช่นรอยเลื่อนซานแอนเดรียส ประเทศสหรัฐอเมริกา รอยเลื่อนอัลไพน์ ประเทศนิวซีแลนด์