การแยกตัวของชั้นลิโทสเฟียร์ (Delamination)

ในทางจีโอไดนามิกส์ (Geodynamics) การแยกตัวของชั้นลิโทสเฟียร์ (Delamination) คือกระบวนการที่ส่วนล่างสุดของชั้นลิโทสเฟียร์ (Lithosphere) ซึ่งเป็นชั้นหินแข็งนอกสุดของโลก หลุดแยกออกจากแผ่นเปลือกโลกที่มันเคยยึดเกาะอยู่และจมตัวลงสู่ชั้นเนื้อโลก (Mantle) ด้านล่าง

กลไกการเกิดการแยกตัว

โครงสร้างภายนอกของโลกแบ่งออกเป็นชั้นลิโทสเฟียร์ (Lithosphere) ซึ่งอยู่ด้านบน และชั้นแอสเทโนสเฟียร์ (Asthenosphere) ซึ่งอยู่ด้านล่าง โดยชั้นลิโทสเฟียร์ประกอบด้วยสองส่วนหลัก คือ ส่วนเปลือกโลก (Crustal lithosphere) และส่วนเนื้อโลกชั้นบน (Mantle lithosphere)

สภาวะสมดุลทางกลของเปลือกโลกส่วนบนอาจไม่เสถียร เนื่องจากเนื้อโลกส่วนลิโทสเฟียร์มีความหนาแน่นมากกว่าชั้นแอสเทโนสเฟียร์ที่อยู่ใต้ลงไป ความแตกต่างของความหนาแน่นนี้เกิดจากปัจจัยด้านการขยายตัวหรือหดตัวทางความร้อน องค์ประกอบทางเคมี และการเปลี่ยนแปลงสถานะของแร่ ซึ่งแรงลอยตัวที่เป็นลบ (Negative buoyancy) ของเปลือกโลกส่วนล่างและเนื้อโลกส่วนลิโทสเฟียร์เป็นตัวขับเคลื่อนหลักที่ทำให้เกิดการแยกตัว

เงื่อนไขที่ทำให้เกิดการแยกตัว

การแยกตัวจะเกิดขึ้นเมื่อเปลือกโลกส่วนล่างและเนื้อโลกส่วนลิโทสเฟียร์หลุดออกจากเปลือกโลกส่วนบน โดยมีเงื่อนไขสำคัญสองประการ:

• ชั้นลิโทสเฟียร์ส่วนล่างต้องมีความหนาแน่นมากกว่าชั้นแอสเทโนสเฟียร์
• ต้องมีการแทรกตัวของชั้นแอสเทโนสเฟียร์ที่มีแรงลอยตัวสูงกว่า เข้ามาสัมผัสกับเปลือกโลกและแทนที่ชั้นลิโทสเฟียร์ส่วนล่างที่หนาแน่น

กลไกสำคัญที่สร้างแรงลอยตัวเป็นลบคือการเปลี่ยนสถานะทางแร่ (Metamorphic transition) จากกลุ่มหินแกรนูลไนต์ (Mafic granulite facies) ไปเป็นกลุ่มหินอีโคลไจต์ (Eclogite facies) ซึ่งมีความหนาแน่นสูงกว่าในส่วนล่างของเปลือกโลก ส่งผลให้เกิดการกลับด้านของความหนาแน่น (Density inversion) และทำให้ส่วนนี้หลุดแยกและจมลงสู่เนื้อโลก กระบวนการนี้มักเกิดขึ้นในบริเวณที่มีอุณหภูมิเนื้อโลกสูง เช่น บริเวณแนวโค้งเกาะภูเขาไฟ (Arc environments), ขอบทวีปที่เกิดการแยกตัว (Volcanic rifted margins) และพื้นที่ทวีปที่กำลังเกิดการยืดตัว (Continental extension)

ปัจจัยขับเคลื่อนและเสถียรภาพ

เมื่อชั้นแอสเทโนสเฟียร์ดันตัวขึ้นมาสัมผัสกับฐานของเปลือกโลกส่วนล่าง จะทำให้เปลือกโลกส่วนล่างและเนื้อโลกส่วนลิโทสเฟียร์เริ่มลอกตัวออก การทรุดตัว การแตกร้าว หรือการกัดเซาะจากพลูม (Plume erosion) จะช่วยให้แอสเทโนสเฟียร์แทรกตัวเข้ามาได้ง่ายขึ้น พลังงานศักย์จะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อแอสเทโนสเฟียร์ที่ร้อนและมีความหนาแน่นต่ำลอยตัวขึ้นแทนที่ลิโทสเฟียร์ที่เย็นและมีความหนาแน่นสูง

นอกจากนี้ ความไม่เสถียรของการพาความร้อน (Convective instabilities) เช่น ความไม่เสถียรแบบเรย์ลี-เทย์เลอร์ (Rayleigh–Taylor instability) อาจทำให้ฐานของลิโทสเฟียร์แตกออกเป็นก้อน (Blobs) และจมลง โดยมีแอสเทโนสเฟียร์ไหลขึ้นมาเติมเต็มช่องว่างที่เกิดขึ้น

ผลกระทบทางธรณีวิทยา

การแยกตัวของชั้นลิโทสเฟียร์ส่งผลกระทบหลักสองประการต่อพื้นผิวโลก:

1. การยกตัวอย่างรวดเร็ว: เนื่องจากการสูญเสียมวลสารที่มีความหนาแน่นสูงในส่วนล่าง ทำให้ส่วนที่เหลือของเปลือกโลกและลิโทสเฟียร์เกิดการยกตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งนำไปสู่การสร้างเทือกเขา
2. การเกิดภูเขาไฟ: การไหลของวัสดุร้อนจากเนื้อโลกที่เข้ามาสัมผัสกับฐานของลิโทสเฟียร์ที่บางลง มักทำให้เกิดการหลอมละลายและนำไปสู่การปะทุของภูเขาไฟระลอกใหม่ ซึ่งอาจอธิบายการเกิดภูเขาไฟในบางพื้นที่ที่เคยเชื่อว่าเกิดจากพลูมเนื้อโลก (Mantle plumes) เพียงอย่างเดียว

ความสัมพันธ์กับกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐาน

ปรากฏการณ์นี้พบได้บ่อยในเขตมุดตัว (Convergence zones) โดยเฉพาะบริเวณที่มีการชนกันของทวีป เช่น ที่ราบสูงทิเบต (Tibetan Plateau) ซึ่งเกิดจากการชนกันของอินเดียและเอเชีย โดยมีหลักฐานสนับสนุนคือการเกิดภูเขาไฟแบบมาฟิก (Mafic volcanism) และการยกตัวของแผ่นดินที่เร่งตัวขึ้นในช่วง 14 ถึง 11 ล้านปีก่อน

นอกจากนี้ยังพบในพื้นที่ที่มีการยืดตัวของเปลือกโลก (Extension) เช่น ในสหรัฐอเมริกา บริเวณเทือกเขาเซียร์ราเนวาดา (Sierra Nevada), เขตเบซินและเรนจ์ (Basin and Range Province) และที่ราบสูงโคโลราโด (Colorado Plateau) ซึ่งการดันตัวขึ้นของแอสเทโนสเฟียร์ทำให้ลิโทสเฟียร์บางลงและเกิดการแยกตัวในที่สุด