หินตะกอน (Sedimetary Rock)

หินตะกอน (Sedimentary Rock) เกิดจากอะไร

หินตะกอนเป็นหินประเภทหนึ่งที่เกิดจากการสะสมหรือการสะสมของแร่หรืออนุภาคอินทรีย์ที่พื้นผิวโลก แล้วเกิดการประสาน (cementation) กัน การตกตะกอนเป็นชื่อเรียกรวมๆ ของกระบวนการที่ทำให้อนุภาคเหล่านี้อยู่รวมกันในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งเป็นระยะเวลายาวนาน อนุภาคที่ก่อตัวเป็นหินตะกอนเรียกว่า ตะกอน (sediment) อาจประกอบด้วยเศษทางธรณีวิทยา (แร่ธาตุ) หรือเศษซากทางชีวภาพ (สารอินทรีย์)

อ่านเรื่องวัฎจักรหิน (Rock Cycle) และประเภทของหิน

เศษซากทางธรณีวิทยา (geological detritus) เกิดจากการผุกร่อน และการกัดเซาะของหินที่มีอยู่เดิม หรือจากการแข็งตัวของก้อนลาวาหลอมเหลวที่ปะทุจากภูเขาไฟเศษซากทางธรณีวิทยาถูกพัดพาไปยังสถานที่สะสมโดยน้ำ ลม น้ำแข็งหรือการเคลื่อนที่ของมวลซึ่ง เรียกรวมๆ ว่า ตัวแทนของการเกลี่ยผิวดิน (agents of denudation)

เศษซากทางชีวภาพ (biological detritus) เกิดจากร่างกายและส่วนต่าง ๆ (ส่วนใหญ่เป็นเปลือกหอย) ของสิ่งมีชีวิตในน้ำที่ตายแล้ว หรืออุจจาระของพวกมัน แขวนลอยอยู่ในน้ำและค่อยๆ กองกันที่ก้นแหล่งน้ำ การตกตะกอนอาจเกิดขึ้นจากแร่ธาตุที่ละลายในน้ำเกิดการตกตะกอนลงมาด้วย

การจำแนกประเภท หินตะกอน (Sedimentary Rock) ตามจำแนกหินตะกอนตามลักษณะการเกิด

หินตะกอนสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่กลุ่ม ตามกระบวนการที่มีผลกับการก่อตัว

หินตะกอนอนุภาค (Clastic rocks)

หินตะกอนอนุภาคประกอบด้วยเศษหิน (clast) ที่ประสานเข้าด้วยกันเศษหิน (clast) มักเป็นเศษของควอตซ์ เฟลด์สปาร์ แร่ธาตุจากดินเหนียว (clay minerals) หรือไมกา โดยที่การตกตะกอนอาจมีแร่ชนิดใดก็ได้ และหินตะกอนอาจจะประกอบด้วยแร่ธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดก็เป็นได้

หินตะกอนอนุภาคแบ่งตามขนาดอนุภาคเด่น นักธรณีวิทยาส่วนใหญ่ใช้มาตราส่วน Udden-Wentworth ขนาดอนุภาค และแบ่งตะกอนที่ยังไม่รวมตัวออกเป็นสามส่วน:
กรวด (gravel) (เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า 2 มม.)
ทราย (sand) (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.0625 ถึง 2 มม.)
โคลน (mud) (เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 0.0625 มม.)

โคลนยังสามารถแบ่งออกเป็น
ทรายแป้ง (silt) (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.0625 ถึง 0.004 มม.)
ดินเหนียว (clay) (เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 0.004 มม.)

การจำแนกประเภทของหินตะกอนอนุภาคจะสอดคล้องกับรูปแบบนี้
หินกรวดมน (conglomerate) และ หินกรวดเหลี่ยม (breccias) ส่วนใหญ่เป็นกรวด
หินทราย (sandstone) ส่วนใหญ่เป็นทราย และหินโคลน (mudstone) ส่วนใหญ่เป็นโคลน

หินตะกอนอินทรีย์ (Organic sedimentary rocks)

หินตะกอนอินทรีย์เกิดจาก สิ่งมีชีวิตใช้สารในอากาศ หรือน้ำสร้างเนื้อเยื่อ แล้วสิ่งมีชีวิตตายลงทับถม ตัวอย่างเช่น

• หินปูน (limestone)ส่วนใหญ่เกิดจากโครงร่างแข็งของสิ่งมีชีวิตที่เป็นปูน เช่น ปะการัง หอย และ ฟอรามินิเฟอร์รา (foraminifera)
• ถ่านหิน (coal) เกิดขึ้นจากพืชที่กักเก็บคาร์บอนจากบรรยากาศและรวมเข้ากับองค์ประกอบอื่นๆ เพื่อสร้างเนื้อเยื่อของพืช
• หินเชิร์ต (chert) เกิดจากการสะสมของโครงร่างแข็งที่เป็นสารกลุ่มซิลิกาของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก เช่น เรดิโอลาเรีย (radiolaria) และไดอะตอม (diatom)

หินตะกอนเคมี (Chemical sedimentary rocks)

หินตะกอนเคมีก่อตัวขึ้นเมื่อแร่ธาตุในสารละลายมีความอิ่มตัวยิ่งยวดและตกตะกอนโดยไม่มีกระบวนการของสิ่งมีชีวิตมาเกี่ยวข้อง
หินตะกอนเคมีทั่วไป ได้แก่ หินปูน และหินที่ประกอบด้วยแร่ธาตุระเหย เช่น เฮไลต์ (halite) (เกลือสินเธาว์) ซิลไวต์(sylvite) แบไรท์ (baryte) และยิปซั่ม (gypsum)

หินตะกอน “อื่นๆ” ที่เกิดจากผลกระทบ ภูเขาไฟ และอื่นๆ กระบวนการย่อย

หมวดหมู่เบ็ดเตล็ดที่สี่นี้รวมถึง ทัฟฟ์ภูเขาไฟและเบร็กเซียภูเขาไฟ (volcanic breccias) ที่เกิดขึ้นจากการทับถมของเศษลาวาที่ปะทุจากภูเขาไฟ และเบร็กเซียที่เกิดจากอุกกาบาตตก

การจำแนกประเภท หินตะกอน (Sedimentary Rock) ตามองค์ประกอบ

หินตะกอนสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มสารประกอบตามแร่วิทยา :

• หินตะกอนซิลิซิคลาสติก (siliciclastic sedimentary rock) ประกอบด้วยแร่ธาตุซิลิเกตเป็นหลัก แบ่งออกเป็น หินกรวดมน และเบรเซียส หินทราย และหินโคลน
• หินตะกอนคาร์บอเนต (carbonate sedimentary rock) ประกอบด้วยแคลไซต์ (calcite) (rhombohedral CaCO3), อาราโกไนท์ (aragonite) (orthorhombic CaCO3), โดโลไมต์ (dolomite) (CaMg(CO3)2) และแร่ธาตุคาร์บอเนตอื่น ๆ ที่มีไอออน CO2−3 ตัวได้แก่ หินปูนและหินโดโลไมต์
• หินตะกอนระเหย (evaporite sedimentary rock) ประกอบด้วยแร่ธาตุที่ตกผลึกจากการระเหยของน้ำ แร่ธาตุระเหยที่พบบ่อยที่สุดคือคาร์บอเนต (แคลไซต์และอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับ CO2−3), คลอไรด์ (เฮไลต์และอื่น ๆ ที่สร้างจาก Cl−) และซัลเฟต (ยิปซั่มและอื่น ๆ ที่ประกอบด้วย SO2-4) หินตะกอนระเหยที่พบได้ทั่วไป คือ เฮไลต์ (เกลือสินเธาว์) ยิปซั่ม และแอนไฮไดรต์ (anhydrite)
• หินตะกอนอุดมสารอินทรีย์ (organic-rich sedimentary rock) ประกอบด้วยสารอินทรีย์จำนวนมาก โดยทั่วไปมักมีคาร์บอนอินทรีย์รวมเกินกว่า 3% ได้แก่ ถ่านหิน หินน้ำมัน ตลอดจนแหล่งหินน้ำมัน (oil shale) และก๊าซธรรมชาติ
• หินตะกอนทราย (siliceous sedimentary rocks) ประกอบด้วยซิลิกา(SiO2) เกือบทั้งหมด โดยทั่วไปแล้วจะเป็นเชิร์ต (chert) โอปอล (opal) โมรา (chalcedony) หรือผลึกขนาดเล็กอื่นๆ
• หินตะกอนอุดมธาตุเหล็ก (iron-rich sedimentary rock) ประกอบด้วยเหล็กมากกว่า 15% รูปแบบที่พบมากที่สุดคือการก่อตัวของเหล็กแถบ (banded iron)และหินเหล็ก (ironstones)
• หินตะกอนฟอสเฟต (phosphatic sedimentary rock) ประกอบด้วยแร่ธาตุฟอสเฟตและมีฟอสฟอรัสมากกว่า 6.5% ได้แก่ การสะสมของก้อนฟอสเฟต และหินโคลนฟอสฟาติก (phosphatic mudrocks)

การพัดพา การสะสมตัวตะกอน และการแปรสภาพเป็นหินตะกอน

การพัดพา และการสะสมตัวของตะกอน

หินตะกอนก่อตัวขึ้นเมื่อตะกอนตกตะกอนจากอากาศ น้ำแข็ง ลม แรงโน้มถ่วง หรือกระแสน้ำที่พัดพาอนุภาคแขวนลอย ตะกอนมักจะเกิดขึ้นจากหินเดิมผุพัง และการเกิดการกัดเซาะทำให้หินแตกออกเป็นชิ้นเล็กลง แล้วจากนั้นวัสดุจะถูกพัดพา เคลื่อนย้ายจากพื้นที่ต้นทางไปยังแหล่งสะสมตัว ประเภทของตะกอนที่ถูกพัดพาไปจะขึ้นกับลักษณะทางธรณีวิทยาในบริเวณนั้น ธรรมชาติของหินตะกอนจึงไม่เพียงขึ้นอยู่กับปริมาณตะกอนเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการสะสมของตะกอนที่มันก่อตัวขึ้นด้วย

การแปรสภาพเป็นหินตะกอน – ไดอาเจเนซิส (diagenesis)

ในขณะที่ตะกอนสะสมตัวในสิ่งแวดล้อม ตะกอนที่มีอายุมากกว่าจะถูกฝังอยู่ข้างใต้ตะกอนที่อายุน้อยกว่า และพวกมันก็ผ่านกระบวนการไดอะเจเนซิส ไดอะเจเนซิส (diagenesis) คือ กระบวนการเปลี่ยนแปลงหลังการทับถมของตะกอนจนกระทั่งกลายเป็นหิน ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนแปลงทางเคมี กายภาพ ชีวภาพทั้งหมด การบดอัดและการกลายเป็นหินของตะกอน แต่ไม่รวมการผุกร่อนของพื้นผิวที่ตกตะกอนหลังจากการเริ่มสะสมตัว

ในช่วงระยะเริ่มต้นของไดอาเจเนซิส เรียกว่า อีโอเจเนซิส (eogenesis) เกิดขึ้นที่ระดับตื้น เพียง 20-30 เมตร และมีลักษณะเฉพาะคือ การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ และแร่วิทยาในตะกอน โดยมีการบดอัดเพียงเล็กน้อย เหล็กออกไซด์สีแดงที่ทำให้เกิดชั้นหินทรายสีแดงมักเกิดสีขึ้นในกระบวนการอีโอเจเนซิส (eogenesis) กระบวนการทางชีวเคมีบางอย่าง เช่น กิจกรรมของแบคทีเรีย สามารถส่งผลกระทบต่อแร่ธาตุในหิน และดังนั้นจึงถูกมองว่าเป็นส่วนหนึ่งของ ไดอะเจเนซิส (diagenesis) ด้วย

เทโลเจเนซิส (telogenesis) เป็นขั้นตอนที่สามและขั้นสุดท้ายของไดอาเจเนซิส คือ การยกตัวขึ้นสู่พื้นผิวจากสาเหตุบางอย่าง เช่น การกัดเซาะผิวหน้า หรือการยกตัวขึ้นของชั้นหินทำให้หินตะกอนมีความลึกน้อยลง หรือโผล่มาบนผิวดินอีกครั้ง ก็อาจจะเกิดกระบวนการต่อไปอีก เช่น การสัมผัสกับน้ำอีกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมในหินตะกอน การชะล้างซีเมนต์บางส่วนออกทำให้เกิดรูพรุนอีกครั้ง

อีกส่วนหนึ่งที่อยู่ด้านล่าง เมื่อหินตะกอนมีอุณหภูมิและความดันสูงเพียงพอ ก็อาจเป็นกระบวนการที่ก่อตัวเป็นหินแปรได้อีกด้วย