ศิลาวิทยาหินอัคนี การศึกษาหินที่เกิดจากแมกมา

ศิลาวิทยาหินอัคนี คือการศึกษาเกี่ยวกับหินอัคนี ซึ่งเป็นหินที่ก่อตัวขึ้นจากแมกมา (Magma) โดยเป็นสาขาหนึ่งของธรณีวิทยาที่มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับภูเขาไฟวิทยา (Volcanology), เทคโทโนฟิสิกส์ (Tectonophysics) และศิลาวิทยาในภาพรวม การศึกษาสมัยใหม่ใช้เทคนิคต่างๆ ที่พัฒนามาจากสาขาเคมี ฟิสิกส์ และวิทยาศาสตร์โลกอื่นๆ โดยมีวิธีการหลักๆ เช่น การบรรยายลักษณะทางศิลา (Petrography), การศึกษาผลึก (Crystallography) และการศึกษาไอโซโทป (Isotopic studies)

วิธีการศึกษา

การกำหนดองค์ประกอบทางเคมี

การวิเคราะห์องค์ประกอบของหินอัคนีและแร่ธาตุสามารถทำได้หลายวิธี โดยมีความยากง่ายและค่าใช้จ่ายที่แตกต่างกัน ดังนี้:

• การสังเกตด้วยตาเปล่าหรือแว่นขยาย: เป็นวิธีที่ง่ายที่สุด เพื่อประเมินองค์ประกอบทางแร่ธาตุในเบื้องต้น
• กล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์ (Petrographic Microscope): ให้ความแม่นยำมากขึ้น โดยใช้แผ่นโพลาไรซ์ ฟิลเตอร์ และเลนส์ conoscopic เพื่อวัดคุณสมบัติทางผลึก
• การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (X-ray Diffraction): ใช้การยิงรังสีเอกซ์ลงบนตัวอย่างหินแบบผง เพื่อเปรียบเทียบสเปกตรัมของทิศทางการเรียงตัวของผลึกกับมาตรฐาน
• ไมโครโพรบอิเล็กตรอน (Electron Microprobe): เป็นหนึ่งในวิธีที่แม่นยำที่สุด โดยการสุ่มตรวจจุดเล็กๆ เพื่อตรวจหาทั้งองค์ประกอบหลักและธาตุร่องรอย (Trace elements)

วิธีการหาอายุของหิน

การหาอายุของหินอัคนีช่วยให้ทราบว่าแมกมาแข็งตัวเป็นหินเมื่อใด โดยมักใช้ไอโซโทปรังสี (Radiogenic isotopes) ในการคำนวณ:

โพแทสเซียม-อาร์กอน (Potassium–argon dating)

วิธีนี้จะเปรียบเทียบปริมาณของ ⁴⁰Ar ที่ถูกกักเก็บไว้ในหินกับปริมาณของ ⁴⁰K ในหิน เพื่อคำนวณระยะเวลาที่ ⁴⁰K สลายตัวเป็น ⁴⁰Ar ภายในหินที่แข็งตัวแล้ว

รูบิเดียม-สตรอนเทียม (Rubidium–strontium dating)

วิธีนี้อาศัยการสลายตัวตามธรรมชาติของ ⁸⁷Rb เป็น ⁸⁷Sr และพฤติกรรมที่แตกต่างกันของธาตุทั้งสองในระหว่างการตกผลึกแบบแยกส่วน (Fractional crystallization) ของแมกมา โดย ⁸⁷Sr เริ่มต้นอาจประเมินได้จากการทราบปริมาณ ⁸⁷Rb และ ⁸⁷Sr ของหินอัคนีสองก้อนที่เกิดจากแมกมาชุดเดียวกันแต่คนละเวลา

วิธีอื่นๆ

หลักการทางชั้นหิน (Stratigraphic principles) อาจมีประโยชน์ในการหาอายุสัมพัทธ์ของหินภูเขาไฟ โดยวิธีที่นิยมที่สุดคือ เทฟโรโครโนโลจี (Tephrochronology)

วิธีการทางเทอร์โมบารอมิเตอร์ (Thermobarometry methods)

ในทางศิลาวิทยา แร่คลินโนไพโรซีน (Clinopyroxene) ถูกนำมาใช้ในการคำนวณอุณหภูมิและความดันของแมกมาที่สร้างหินอัคนีนั้นๆ เนื่องจากคลินโนไพโรซีนเป็นผลึกที่พบได้บ่อยและระบุตัวตนได้ง่าย อีกทั้งการตกผลึกของส่วนประกอบเจไดต์ (Jadeite component) เป็นตัวบ่งชี้ความดันที่ดีเนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรโมลาร์

สิ่งพิมพ์และผลงานทางวิชาการ

งานวิจัยที่ก้าวหน้าที่สุดในปัจจุบันมักถูกตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ระดับโลก เช่น Science และ Nature สำหรับเนื้อหาเชิงทบทวนหรือผลงานในอดีตมักอยู่ในรูปแบบหนังสือ อย่างไรก็ตาม ผลงานก่อนช่วงการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์เรื่องแผ่นเปลือกโลก (Plate tectonics) ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 มักมีข้อมูลที่ไม่ถูกต้องเกี่ยวกับต้นกำเนิดของแมกมา

นักศิลาวิทยาหินอัคนีที่สำคัญ

• Norman L. Bowen
• Nicolas Desmarest
• Louis Cordier
• Harry von Eckermann
• Antoine Lacroix
• Akiho Miyashiro
• Paul Niggli
• Hans Ramberg
• Jakob Sederholm
• Albert Streckeisen
• Marjorie Wilson
• Peter John Wyllie
• Lawrence Wager