หินบะซอลต์

 

หินบะซอลต์

    บะซอลต์ (อังกฤษ: basalt) เป็นหินอัคนีพุที่พบได้โดยทั่วไป มักพบมีสีเทาถึงสีดำ มีเนื้อละเอียดเนื่องจากเกิดจากการเย็นตัวของลาวาอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวโลก อาจพบมีเนื้อสองขนาดที่มีผลึกขนาดโตกว่าอยู่ในพื้นเนื้อละเอียด หรือมีเนื้อเป็นโพรงข่าย หรือมีเนื้อเป็นตะกรันภูเขาไฟ (สคอเรีย) เนื้อหินบะซอลต์สดๆจะมีสีดำหรือสีเทา

    ปรกติหินบะซอลต์จะถูกนำไปใช้เป็นวัสดุก่อสร้างถนน เทพื้นรองหมอนและรางรถไฟ และทำเป็นแผ่นปูพื้นหรือผนัง และยังใช้เป็นส่วนผสมที่สำคัญในการผลิตแอสฟัลต์

    ในโลกของเรานี้หินหนืด (แมกมา) เป็นวัตถุต้นกำเนิดของหินบะซอลต์ เกิดจากการพองตัวของวัตถุหลอมในชั้นเนื้อโลก หินบะซอลต์ก็เกิดได้บนดวงจันทร์ของโลกเรา รวมถึงบนดาวอังคาร ดาวศุกร์ และแม้แต่ดาวเคราะห์น้อย 4 เวสต้า หินต้นกำเนิดเพื่อการกึ่งหลอมละลายอาจจะเป็นทั้งเพริโดไทต์และไพรอกซีไนต์ (เช่น Sobolev et al., 2007) เปลือกโลกส่วนของมหาสมุทรโดยส่วนใหญ่แล้วจะประกอบไปด้วยหินบะซอลต์ที่เกิด จากการปะทุขึ้นมาจากชั้นเนื้อโลกที่อยู่ด้านล่างตรงบริเวณเทือกเขากลางสมุทร

    คำว่าบะซอลต์บางครั้งก็ถูกใช้เรียกหินอัคนีแทรกซอนในระดับตื้นๆที่มีองค์ประกอบเป็นแบบหินบะซอลต์ แต่หินที่มีองค์ประกอบดังกล่าวที่มีเนื้อหยาบโดยทั่วไปจะเรียกว่าโดเลอไรต์ (อาจเรียกเป็นไดอะเบสหรือแกบโบร) 

ประเภท

•     หินบะซอลต์โธลีไอต์เป็นหินบะซอลต์ที่มีซิลิก้าและโซเดียมต่ำ หินบะซอลต์ที่จัดอยู่ในประเภทนี้เป็นหินบะซอลต์ทั้งหมดในพื้นมหาสมุทร เกาะขนาดใหญ่ในมหาสมุทรทั้งหมด และหินบะซอลต์ที่ไหลท่วมบนพื้นทวีปอย่างเช่นกลุ่มหินบะซอลต์แม่น้ำ โคลัมเบีย
•     MORB (หินบะซอลต์ที่เทือกเขากลางสมุทร) เป็นหินบะซอลต์ที่มีองค์ประกอบของธาตุอินคอมแพตทิเบิลในปริมาณต่ำ หินบะซอลต์ที่เทือกเขากลางสมุทรนี้โดยทั่วไปจะปะทุขึ้นมาที่เทือกเขา กลางมหาสมุทรเท่านั้น หินบะซอลต์ที่เทือกเขากลางสมุทรนี้จำแนกแบ่งย่อยได้อีกหลากหลายกลุ่มเช่น NMORB และ EMORB (มีธาตุอินคอมแพตทิเบิลค่อนข้างมากกว่า)
•     หินบะซอลต์ที่มีอะลูมินาสูง อาจอยู่ในสภาพที่สูงกว่าหรือต่ำกว่าสภาพการอิ่มตัวของซิลิก้า ค่าปริมาณอะลูมินาจะสูงกว่าร้อยละ 17 (Al₂O₃) และมีองค์ประกอบอยู่ระหว่างหินบะซอลต์โธลีไอต์และหินบะซอลต์อัลคาไล การมีองค์ประกอบของอะลูมินาสูงนี้เนื่องด้วยหินนี้ไม่มีผลึกของแร่แพลจิโอ เคลส
•     หินบะซอลต์อัลคาไล เป็นหินที่มีองค์ประกอบของซิลิก้าต่ำแต่มีโซเดียมสูง เป็นหินที่เกิดขึ้นในสภาพที่ต่ำกว่าสภาพอิ่มตัวด้วยซิลิก้าที่อาจประกอบด้วย แร่เฟลด์สปาร์ อัลคาไลเฟลด์สปาร์ และโฟลโกไพต์
•     โบนิไนต์ เป็นหินบะซอลต์หรือแอนดีไซต์ที่มีองค์ประกอบของแมกนีเซียมสูงที่โดยทั่วไป แล้วจะปะทุขึ้นมาบริเวณแอ่งหลังหมู่เกาะรูปโค้ง มีลักษณะที่เด่นชัดด้วยมีองค์ประกอบของไททาเนียมต่ำและมีองค์ประกอบของธาตุ ส่วนน้อย (trace elements)

ศิลาวิทยา

    องค์ประกอบทางแร่ของหินบะซอลต์โดดเด่นไปด้วยแร่เฟลด์สปาร์พวกแคลซิกแพลจิโอเคลส และอาจมีแร่โอลิวีนเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย มีแร่อื่นๆในปริมาณรองลงมาได้แก่เหล็กออกไซด์และเหล็ก-ไททาเนียมออกไซด์อย่างเช่นแมกนีไทต์ อัลโวสปิเนล และอิลเมไนต์ การมีองค์ประกอบของแร่ออกไซด์ดังกล่าวทำให้หินบะซอลต์สามารถมีคุณสมบัติเป็น แม่เหล็กได้เมื่อเย็นตัวลง และทำให้มีการศึกษาสนามแม่เหล็กโลกโบราณกันอย่างกว้างขวางจากหินบะซอลต์

    ในหินบะซอลต์โธลีไอต์จะพบผลึกของแร่ไพรอกซีน ออไจต์ และออร์โธไพรอกซีนหรือพิจิโอไนต์และแพลจิโอเคลสแคลเซียมสูงได้ อาจพบผลึกของแร่โอลิวีนได้ด้วยซึ่งถ้ามีจะเกิดแร่พิจิโอไนต์บริเวณขอบโดยรอบ ของผลึกด้วย พื้นเนื้อของหินมีแร่ควอตซ์หรือทริดีไมต์หรือคริสโตบาไลต์แทรกอยู่ในเนื้อ ของหิน หินโธลีไอต์โอลิวีนมีแร่ออไจต์และออร์โธไพรอกซีนหรือพิจิโอไนต์กับโอลิวีนใน ปริมาณมากแต่ที่ขอบของแร่โอลิวีนอาจมีแร่ไพรอกซีนและดูเหมือนจะไม่ปรากฏใน ส่วนของพื้นเนื้อของหิน

    โดยทั่วไปหินบะซอลต์อัลคาไลจะมีองค์ประกอบของแร่ที่ไม่มีแร่ออร์โธไพรอก ซีนแต่จะมีแร่โอลิวีน ผลึกแร่เฟลด์สปาร์จะมีองค์ประกอบเป็นพวกแลบราโดไลต์จนถึงแอนดีซีน แร่อย่างอัลคาไลเฟลด์สปาร์ ลิวไซต์ เนฟีลีน โซดาไลต์ ไมก้าโฟโกไพต์ และอะพาไทต์อาจพบได้ในส่วนของพื้นเนื้อหิน

    บะซอลต์มีจุดลิควิดัสและจุดโซลิดัสที่อุณหภูมิสูง โดยค่าอุณหภูมิที่พื้นผิวโลกอาจสูงเกือบ 1200 องศาเซลเซียสหรือสูงกว่า สำหรับจุดลิควิดัส และสูงเกือบถึง 1000 องศาเซลเซียสสำหรับจุดโซลิดัส ค่าอุณหภูมิเหล่านี้ถือว่าสูงกว่าของหินอัคนีอื่นๆทั่วไป

    ส่วนใหญ่แล้วหินโธลีไอต์จะเกิดขึ้นที่ความลึกประมาณ 50-100 กิโลเมตรอยู่ในชั้นเนื้อโลก หินบะซอลต์อัลคาไลจำนวนมากอาจเกิดขึ้นที่ความลึกมากกว่านี้คือระหว่าง 150-200 กิโลเมตรทีเดียว ขณะที่แหล่งกำเนิดของหินบะซอลต์อะลูมินาสูงยังมีการถกเถียงกันอยู่ มีการวิเคราะห์ตีความกันว่ามันอาจเกิดจากการหลอมปฐมภูมิมาจากหินบะซอลต์ชนิด อื่น (เช่น Ozerov, 2000)

ธรณีเคมี

    หินบะซอลต์ประกอบด้วยแร่แมกนีเชียมออกไซด์ (MgO) และแคลเซียมออกไซด์ (CaO) สูง โดยที่มีแร่ซิลิก้าไดออกไซด์ (SiO₂) และโซเดียมออกไซด์ (Na₂O) ต่ำ รวมถึงโปแตสเซียมออกไซด์ (K₂O) ด้วยเมื่อเทียบกับหินอัคนีอื่นๆทั่วไปซึ่งสอดคล้องกับการจำแนกหินแบบ TAS

    โดยทั่วไปหินบะซอลต์จะมีองค์ประกอบของซิลิก้าออกไซด์ (SiO₂) ร้อยละ 45 - 55 อัลคาไลทั้งหมดร้อยละ 2 - 6 ไททาเนียมออกไซด์ (TiO₂) ร้อยละ 0.5 - 2.0 เหล็กออกไซด์ (FeO) ร้อยละ 5 - 14 และอะลูมินา (Al₂O₃) ร้อยละ 14 หรือมากกว่า โดยปรกติแล้วจะมีแคลเซียมออกไซด์ (CaO) เกือบร้อยละ 10 และโดยทั่วไปจะมีแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) อยู่ระหว่างร้อยละ 5 - 12 โดยน้ำหนัก

หินบะซอลต์อะลูมินาสูงจะมีอะลูมิเนียมอยู่ถึงร้อยละ 17 - 19 โดยน้ำหนัก (Al₂O₃) โบนิไนต์มีแมกนีเซียมออกไซด์สูงถึงร้อยละ 15 หินสีเข้มซึ่งมีเฟลด์สปาร์สูงตั้งแต่เอคินถึงหินบะซอลต์อัลคาไลอาจมี Na₂O รวมกับ K₂O ได้ถึงร้อยละ 12 หรือมากกว่า

    หินบะซอลต์ MORB และหินอัคนีแทรกซอนที่มีองค์ประกอบใกล้เคียงกันอย่างหินแกบโบรเป็นลักษณะของ หินอัคนีที่เกิดขึ้นที่เทือกเขากลางสมุทร หินบะซอลต์ MORB นี้เป็นโธลีไอต์ที่มีอัลคาไลและธาตุส่วนน้อยอินคอมแพตทิเบิลในปริมาณต่ำ และมีรูปแบบของธาตุหายากเฉลี่ยแล้วมีค่าเหมือนกันกับหินในชั้นเนื้อโลกหรือ คอนไดรต์ ในทางตรงกันข้าม หินบะซอลต์อัลคาไลจะมีธาตุหายากและธาตุอินคอมแพตทิเบิลอื่นๆในปริมาณที่สูงก ว่า เพราะว่าหินบะซอลต์ MORB ถือเป็นกุญแจดอกสำคัญในการเข้าใจเกี่ยวกับขบวนการแปรสัณฐาน จึงมีการศึกษาองค์ประกอบของหินชนิดนี้กันอย่างกว้างขวาง แม้ว่าองค์ประกอบของ MORB จะมีความแตกต่างชัดเจนกับค่าเฉลี่ยของหินบะซอลต์ที่ปะทุในสภาพแวดล้อมอื่นๆ แต่มันก็มีองค์ประกอบที่ไม่คงที่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่นมีองค์ประกอบที่เปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่งของเทือกเขากลางสมุทรใน มหาสมุทรแอตแลนติกและการมีองค์ประกอบในช่วงที่แตกต่างกันในแอ่งมหาสมุทรที่ แตกต่างกัน (Hofmann, 2003)

    สัดส่วนไอโซโทปของธาตุทางเคมีอย่างเช่นสตรอนเตียม นีโอดายเนียม ตะกั่ว ฮาฟเนียม และออสเมี่ยมในหินบะซอลต์มีการศึกษากันมากเกี่ยวกับการเรียนรู้เข้าใจใน วิวัฒนาการของชั้นเนื้อโลก สัดส่วนไอโซโทปของแก๊สมีสกุลอย่างเช่น ³He/⁴He ก็ถือว่ามีคุณค่ายิ่ง เช่น สัดส่วนในหินบะซอลต์จาก 6 ถึง 10 ของโธลีไอต์ที่เทือกเขากลางสมุทร (เป็นค่าเฉลี่ยของชั้นบรรยากาศ) แต่ค่าจาก 15 ถึง 24 หรือมากกว่าของหินบะซอลต์ที่เทือกเขากลางสมุทรถูกเข้าใจว่าอาจมาจากชั้น เนื้อโลก

ลักษณะสัณฐานและเนื้อหิน

    รูปร่าง โครงสร้าง และเนื้อหินของหินบะซอลต์ทำให้เราทราบได้ว่ามันปะทุขึ้นมาอย่างไรและที่ไหน รู้ได้ว่ามันเกิดขึ้นในทะเล ปะทุขึ้นมาเป็นเถ้าภูเขาไฟ หรือไหลบ่าแบบพาโฮโฮซึ่งเป็นภาพลักษณ์ของการเกิดหินบะซอลต์ในฮาวาย