หิน

จากที่กล่าวมาแล้วว่าบนพื้นผิวโลกมีดินปกคลุมอยู่เป็นชั้นบาง ๆ และจากการศึกษาผิวดินและหน้าตัดดินพบว่าส่วนประกอบที่เป็นของแข็งในดิน ส่วนใหญ่จะเป็นหิน กรวด ทราย ใต้ชั้นดินลงไปจะเป็นส่วนแข็งของพื้นผิวโลกที่ประกอบด้วยหินและแร่ เพื่อให้เข้าใจเกี่ยวกับหินและแร่จึงควรศึกษาถึงลักษณะทั่วไป กระบวนการเกิด ชนิดและการนำหินและแร่ไปใช้ประโยชน์

1. ลักษณะทั่วไปของหิน

หินเป็นวัสดุธรรมชาติที่มนุษย์รู้จักนำมาใช้ประโยชน์ ตั้งแต่สมัยเริ่มแรกที่มนุษย์อาศัยอยู่ในถ้ำและตามเพิงผาธรรมชาติ โดยกะเทาะหินให้มีเหลี่ยมคมเพื่อใช้เป็นอาวุธ เรียกว่าหินกะเทาะ และให้กินขัดถูกันให้เกิดประกายไฟเพื่อใช้ในการก่อไฟ เป็นต้น จึงเรียกมนุษย์ในสมัยนั้นว่ามนุษย์ยุคหิน ต่อมาเมื่อมนุษย์รู้จักพัฒนาเทคโนโลยีสูงขึ้น จึงได้นำหินมาใช้ประโยชน์ในการก่อสร้างที่อยู่อาศัย อาคาร และศาสนสถานต่าง ๆ ตลอดจนดัดแปลงทำเครื่องใช้ เครื่องประดับ ปัจจุบันมนุษย์ก็ยังใช้ประโยชน์จากหินอย่างแพร่หลาย เช่น ใช้หินปูนผสมปูนซีเมนต์ในการก่อสร้าง ใช้หินแกรนิต หินอ่อนปูพื้นบ้าน ตกแต่งอาคาร ใช้หินทราย หินดินดาน หินชนวนปูสนาม และใช้หินปูนทำรากฐานของถนน เป็นต้น
ลักษณะทางกายภาพของหิน สามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่า โดยสังเกตลักษณะของสี ความแข็ง เนื้อหิน การเรียงตัวเป็นชั้น และซากดึกดำบรรพ์ที่มีอยู่ในหิน เป็นต้น ส่วนประกอบเหล่านี้เป็นลักษณะของหินอย่างคร่าว ๆ? เมื่อใช้แว่นขยายส่องดู ทำให้สามารถสังเกตลักษณะทางกายภาพของหินได้ละเอียดมากขึ้น เช่น การจัดเรียงตัวของผลึกแร่ที่ประกอบกันเป็นเนื้อหิน ส่วนประกอบของเนื้อหินและซากดึกดำบรรพ์ขนาดเล็กในหิน เป็นต้น ส่วนสมบัติทางเคมีของหินทดสอบได้ด้วยการหยดกรดลงบนหิน หินบางชนิดทำปฏิกิริยากับกรดได้ ผลจากการศึกษาลักษณะและสมบัติของหินโดยวิธีต่าง ๆ? สามารถนำไปใช้จำแนกชนิดของหินและการใช้ประโยชน์ของหินแต่ละชนิดในด้านต่าง ๆ

1. หินตะกอน

การเกิดหินตะกอน
จากการศึกษาจากสมบัติการละลายของตะกอน พบว่าเมื่อนำตะกอนชนิดต่าง ๆ ใส่ลงในน้ำ ตะกอนเนื้อละเอียดที่อ่อนนุ่มจะหลุดร่วงออกเป็นบางส่วน? เศษหิน กรวด ทรายจะตกตะกอน? ส่วนซากพืช หรือเศษไม้? อาจจมหรือลอยอยู่บนผิวน้ำก็ได้? สิ่งต่าง ๆที่แขวนลอยในน้ำจะเกิดการตกตะกอน ในธรรมชาติกระบวนการที่สำคัญในการเกิดหินตะกอนคือ การกัดกร่อน การผุพัง การพัดพา การสะสมตัวหรือการตกตะกอน และการแข็งตัวกลายเป็นหิน กล่าวคือหลังจากที่หินถูกกัดกร่อนผุพังกลายเป้นตะกอน? ต่อมาน้ำ ลม ธารน้ำแข็ง? พัดพาตะกอนเหล่านั้นไปตามความลาดชันของพื้นที่? จากภูเขาลงสู่ที่ราบตามแม่น้ำ ลำคลอง ทะเล และมหาสมุทร เป็นต้น จนกระทั่งการพัดพาสิ้นสุดลงเนื่องจากความเร็วหรือพลังงานในการพัดพาลดลง ทำให้ตะกอนเหล่านั้นตกสะสมตัวตามสภาพแวดล้อมของบริเวณนั้น และมีการสะสมทับถมในระยะเวลานาน ตะกอนที่ทับถมกันมีความหนามากขึ้น? น้ำหนักของตะกอนที่ทับถมกันทำให้ตะกอนอัดตัวแน่นมากขึ้น และสารที่แทรกอยู่ระหว่างรูพรุนของเม็ดตะกอนจะช่วยเชื่อมตะกอนให้ยึดติดกัน จนในที่สุดตะกอนทับถมแข็งตัวกลายเป็นหิน
น้ำมีสมบัติเป็นตัวพาที่ดี และด้วยแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุ ทำให้น้ำพัดพาวัตถุจากที่สูงไหลลงสู่ที่ต่ำ ดังนั้นเมื่อน้ำพัดพาตะกอนที่มีขนาดต่างกันมารวมกันในบริเวณที่เป็นแอ่ง ตะกอนที่มีขนาดใหญ่จะตกก่อนอย่างรวดเร็วทับถมกันเป็นชั้นอยู่ด้านล่างสุด ส่วนตะกอนที่มีขนาดเล็กซึ่งตกตะกอนทีหลัง ก็จะสะสมตัวทับถมกันอยู่ชั้นบนขึ้นมาตามลำดับทำให้เกิดเป็นชั้นตะกอนที่ขนานกัน มีการเรียงขนาดจากเม็ดใหญ่ขึ้นไปหาเม็ดเล็ก และต่อมาตะกอนเหล่านั้นจะแข็งตัวกลายเป็นหิน เราเรียกชั้นหินลักษณะนี้ว่าการวางชั้น (bedding) แบบเรียงขนาด
ส่วนการพัดพาตะกอนในธรรมชาติ เนื่องจากน้ำมีการไหลด้วยวามเร็วที่แตกต่างกัน และจากสมบัติแรงลอยตัวของน้ำ ทำให้น้ำสามารถพัดพาตะกอนไปได้เป็นระยะทางไกล ตะกอนที่ถูกพัดพาไปกับสามน้ำจะประกอบด้วย ตะกอนนอนก้น ซึ่งเป็นตะกอนขนาดใหญ่ที่มักจะตกตะกอนก่อน ส่วนมากจะเคลื่อนที่ไปตามท้องน้ำ ส่วนตะกอนแขวนลอยซึ่งเป็นตะกอนขนาดเล็กจะถูกพัดพาอยู่ส่วนบนของสายน้ำ ตะกอนที่มีขนาดเล็กกว่าจะถูกพัดพาต่อไป กระแสน้ำยิ่งพัดพาไปไกลจากแหล่งต้นกำเนิดมาก ก็จะเหลือแต่ตะกอนที่มีขนาดเล็กลง
การสะสมตัวของเศษหิน กรวด ทราย และดินละเอียด ที่ทับถมในน้ำ ทำให้เกิดเศษตะกอนเป็นชั้น ๆ เรียงตามขนาดของตะกอน ส่วนที่มีขนาดเล็กถึงละเอียด จะแทรกอยู่ตามช่องว่างระหว่างตะกอนหยาบของทราย และกรวด ในฤดูแล้งเมื่อน้ำระเหยแห้งไป ตะกอนจะจับตัวกันแน่นมากขึ้น และเมื่อถึงฤดูฝนน้ำจะพัดพาตะกอนมาสะสมทับถมกันมากขึ้นอีก เกิดเป็นชั้นตะกอนหนาขึ้นเรื่อย ๆ
ในบริเวณที่เป็นแหล่งสะสมตะกอนที่ทับถมกันเป็นชั้นหนา? จะมีการกดทับจากน้ำหนักของชั้นตะกอนที่วางทับอยู่ด้านบน? ทำให้น้ำที่แทรกซึมอยู่ตามช่องว่างระหว่างเม็ดตะกอนถูกบีบอัด ไหลออกไปจากช่องว่างนั้น แร่ธาตุต่าง ๆที่ละลายหรือแขวนลอยอยู่ในน้ำ เช่น น้ำปูน น้ำสนิมเหล็ก น้ำซิลิกา และน้ำโคลน จะเป็นตัวเชื่อมประสานทำให้ตะกอนจับตัวกันแน่นขึ้นเรื่อย ๆ จนในที่สุดตะกอนเหล่านั้นก็จะแข็งตัวกลายเป็นหินตะกอน
ในบางพื้นที่จะมีแอ่งสะสมตะกอนที่มีซากพืชและซากสัตว์ถูกพัดพามาทับถมอยู่ด้วย บางครั้งก็เป็นซากพืชและสัตว์ที่เคยอาศัยอยู่ในบริเวณนั้น เมื่อพืชและสัตว์ตาย เนื้อเยื่อจะถูกจุลินทรีย์ย่อยสลาย จนเหลือเฉพาะส่วนที่เป็นโครงสร้างแข็ง เช่น กระดูก ฟัน ลำต้น หรือเปลือกหอย แร่ธาตุต่าง ๆที่ละลายปนอยู่ในน้ำจะไหลซึมแทรกไปตามรูพรุนของซากพืชและซากสัตว์เหล่านั้นอย่างช้า ๆ โดยเข้าไปแทนที่เนื้อเยื่อที่ถูกย่อยสลายออกไป? ทำให้โครงสร้างของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นยังคงรูปร่างเดิมไว้ได้ เช่น ซากดึกดำบรรพ์ไดโนเสาร์ ที่ภูกุ้มข้าว จังหวัดกาฬสินธุ์ หรือสุสานหอยที่จังหวัดกระบี่ และไม้กลายเป็นหินที่จังหวัดนครราชสีมา กาฬสินธุ์ และกำแพงเพชร เป็นต้น ในบางครั้งการกดทับของตะกอนทำให้ซากพืชและสัตว์เปลี่ยนแปลงรูปร่างไปจากเดิมโดยสิ้นเชิง ซึ่งจะกล่าวต่อไปในเรื่องเชื้อเพลิง
จากกระบวนการดังกล่าวทำให้เกิดหินตะกอนลักษณะต่าง ๆ ซึ่งในปัจจุบันเรานำหินตะกอนมาใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวาง

กระบวนการเกิดและตัวอย่างหินตะกอนชนิดต่าง ๆ

จากข้อมูลพบว่ากระบวนการการเกิดหินบ่งบอกลักษณะของหินตะกอนได้? กล่าวคือถ้าเป็นการสะสมทับถมของเม็ดตะกอนขนาดใหญ่? และตะกอนเหล่านั้นถูกพัดพามาไกลจากแหล่งกำเนิดเดิม? ตะกอนจะถูกขัดสีจนเป็นก้อนมนกลม? เรียกว่าหินกรวดมน? แต่ถ้าเป็นตะกอนที่ถูกพัดพามาไม่ไกลจากแหล่งกำเนิดเดิมยังคงเป็นเหลี่ยม? เรียกว่าหินกรวดเหลี่ยม? ถ้าเป็นการสะสมทับถมของตะกอนเม็ดทรายเป็นส่วนใหญ่? จะเกิดเป็นหินทราย? ถ้าเป็นตะกอนเม็ดทรายละเอียดสะสมทับถมรวมกัน? เรียกว่าหินทรายแป้ง? ถ้าเป็นตะกอนที่มีขนาดละเอียดมากสะสมทับถมรวมกันมีแนวแตกเป็นชั้นบางซ้อนกันถี่ ๆ เรียกว่าหินดินดาน? ถ้าเป็นแถบไม่เป็นชั้นชัดเจน? จะเป็นหินโคลน
นอกจากนี้ยังมีหินตะกอนที่เกิดจากการตกตะกอนของสารละลายแคลเซียมคาร์บอเนตในทะเล? และที่เกิดจากการทับถมของซากเปลือกหอย ซากปะการังในทะเล? ซึ่งในที่สุดจะแข็งตัวเป็นหินเนื้อแน่น? เรียกว่าหินปูน

ลักษณะและประโยชน์ของหินตะกอนชนิดต่าง ๆ ที่พบในประเทศไทย

ภูมิลักษณ์ของภูเขาที่เป็นหินตะกอนจะมีรูปแบบเฉพาะโดดเด่นสวยงาม? ทั้งจากการเรียงชั้นของหิน? และจากการกัดเซาะผุพัง? แหล่งท่องเที่ยวที่มีชื่อเสียงของประเทศไทยหลายแห่งเป็นหินตะกอน เช่น ภูกระดึง ป่าหินงาม ผาแต้ม สุสานหอย น้ำตก และถ้ำต่าง ๆ เป็นต้น? หินตะกอนพบได้ทั่วไปตามภูมิภาคต่าง ๆของประเทศไทย? แต่ที่มีมากได้แก่บริเวณที่ราบสูงโคราช

1. หินอัคนี

การเกิดหินอัคนี
สารต่าง ๆที่หลอมเหลวอยู่ใต้โลก? จะมีลักษณะเป็นหินหนืด เรียกว่า แมกมา (magma) มีอุณหภูมิสูง? แมกมาจะดันตัวแทรกขึ้นมาจนถึงระดับหนึ่งภายใต้เปลือกโลกซึ่งอยู่ในสภาวะที่อุณหภูมิลดลง? แมกมาจะถ่ายโอนความร้อนไปยังบริเวณรอบ ๆ? เกิดการเย็นตัวและแข็งตัวอย่างช้า ๆ เกิดเป็นผลึกแร่ขนาดใหญ่? ทำให้หินมีเนื้อผลึกหยาบ? โดยทั่วไปจะมีแร่หลายชนิดสอดประสานเกาะกันแน่น? เนื้อหินมีลักษณะแน่นแข็ง? เป็นหินอัคนีแทรกซอน? ได้แก่ หินแกรนิต หินไดออไรต์ หินแกบโบร เป็นต้น
หินอัคนีอีกประเภทหนึ่งเกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ? เมื่อแมกมาพุ่งหรือระเบิดพุ่งขึ้นมาบนผิวโลกในรูปของเหลวร้อนเรียกว่า ลาวา? ลาวาที่เย็นตัวและแข็งตัวอย่างรวดเร็วภายในไม่กี่ชั่วโมงเกิดเป็นหินที่มีลักษณะเป็นรูพรุน? เช่น หินพัมมิช และหินสคอเรีย? บางส่วนมีลักษณะเนื้อเนียนเป็นแก้ว? เช่น หินออบซิเดียน? ส่วนลาวาที่ถูกดันตามขึ้นมาและไหลไปตามพื้นผิวโลก จะตกผลึกและแข็งตัวที่บริเวณผิวโลก หรือใกล้ผิวโลก? ส่วนมากมีเนื้อแน่นเป็นผลึกที่มีขนาดเล็กมาก? ได้แก่ หินไรโอไลต์? หินบะซอลต์ และหินแอนดีไซต์? หินทั้งหมดนี้ เรียกว่า หินอัคนีพุ หรือ หินภูเขาไฟ? บางครั้งลาวาที่ไหลขึ้นมาบนผิวโลกจะนำแร่ธาตุต่าง ๆ ที่อยู่ภายในโลกขึ้นมาด้วย เมื่ออุณหภูมิลดลงลาวาแข็งตัว เป็นหินบะซอลต์ที่มีผลึกแร่ธาตุดังกล่าวแทรกปนอยู่ด้วย
หินอัคนีมีสีต่าง ๆกัน? ถ้ามีสีอ่อนแสดงว่าส่วนใหญ่ประกอบด้วยผลึกของแร่ควอตซ์และแร่เฟลด์สปาร์สีอ่อน? ซึ่งตกผลึกในที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ? ส่วนหินอัคนีที่มีสีเข้มส่วนใหญ่ประกอบด้วยแร่สีเข้ม? แสดงว่าส่วนใหญ่ประกอบด้วยผลึกของแร่โอลิวีน และแร่ไพรอกซีน ซึ่งตกผลึกในที่ที่มีอุณหภูมิสูง? แร่โอลิวีน แร่ไพรอกซีน แร่คอรันดัม มีสมบัติเฉพาะที่ใช้ทำอัญมณีได้? ใบบางกรณีที่ภูเขาไฟระเบิดพ่นเศษหิน? หรือเถ้าภูเขาไฟและลาวาปะปนกันออกมาอย่างมาก และไหลลงสู่ที่ลาดต่ำ? ซึ่งบางครั้งก็มีโคลนไหลปนลงมาด้วย? ถ้าไหลผ่านบ้านเรือนและสิ่งมีชีวิตที่อพยพไม่ทัน? เถ้าร้อนเหล่านั้นก็จะปกคลุมสิ่งต่าง ๆที่ไหลผ่านไป เช่น? การระเบิดของภูเขาไฟวิซุเวียส? ประเทศอิตาลี เมื่อปีพ.ศ. 622? ส่งผลให้ทุกสิ่งในเมืองปอมเปอิถูกฝันอยู่ใต้เถ้าภูเขาไฟเป็นเวลาหลายศตวรรษ เป็นต้น

ลักษณะและประโยชน์ของหินอัคนีชนิดต่าง ๆ ที่พบในประเทศไทย

1.3 หินแปร
ความร้อนและความดันเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้หินเปลี่ยนสภาพจากชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่ง? สาเหตุอื่นที่ทำให้หินแปรสภาพได้? ได้แก่? การเคลื่อนไหวของเปลือกโลก? การกดทับของชั้นหินที่อยู่ด้านบน? ส่งผลให้เกิดความร้อนและความดันสูง และการมีของเหลวแทรกซึมเข้าทำปฏิกิริยาเคมีกับหินในบริเวณนั้น สิ่งต่าง ๆเหล่านี้ส่งผลให้หินถูกแรงกระทำในทิศทางต่าง ๆ ทำให้เนื้อหินเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น แร่เดิมที่อยู่ในหินอาจมีการเรียงตัวใหม่ในแบบขนานกันและปรากฏขึ้นเป็นริ้วขนาน (Foliation) เป็นแถบเป็นลายสลับสี หรือการตกผลึกใหม่ เนื่องจากถูกแรงกดดันและอุณหภูมิสูง กลายเป็นแร่ชนิดใหม่ เป็นต้น หินที่มีการแปรสภาพดังกล่าวข้างต้นนี้เรียกว่า หินแปร

ชนิด ลักษณะ และประโยชน์ของหินแปร
ประเทศไทยมีแหล่งหินแปรกระจายอยู่ทั่วไป บางแหล่งมีหินแปรหลายชนิด เช่น น้ำตกบางเท่าแม่ อำเภอทับปุด จังหวัดพังงา พบหินชีสต์ หินควอร์ตไซต์ หินไมกาชีสต์
การแปรสภาพของหินจะเกิดในช่วงเวลาที่หินยังคงอยู่ในสภาพของแข็ง หินแปรมีลักษณะต่าง ๆกัน เช่น หินชนวน? แปรสภาพมาจากหินดินดาน เนื้อหินจะละเอียด แน่น และมีสภาพเป็นชั้นอย่างชัดเจน? หินควอร์ตไซต์ แปรสภาพมาจากหินทราย มีการตกผลึกใหม่ของแร่ควอตซ์? ทำให้เนื้อหินประสานตัวกันแกร่ง และแน่นมากกว่าหินทราย? ส่วนหินอ่อนแปรสภาพมาจากหินปูน? เนื้อหินแกร่งขึ้น มีแร่แคลไซต์ตกผลึกใหม่ประสานกันดีและแน่นขึ้นกว่าหินปูน สีอาจเปลี่ยนไปด้วย? นอกจากนั้นหินดินดานอาจแปรสภาพมากขึ้น? กลายเป็นหินฟิลไลต์ หรือ หินชีสต์ ส่วนหินทรายและหินแกรนิต? ก็อาจแปรเปลี่ยนไปเป็นหินไนส์ เนื่องจากแร่ในเนื้อหินเกิดการตกผลึกใหม่ ทำให้ผลึกมีขนาดใหญ่ขึ้น แร่ดังกล่าวได้แก่? แร่ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ และแร่ไมกา เป็นต้น
จากการสังเกตหินแปรจากชุดหินตัวอย่างด้วยตาเปล่า? พบว่าหินแปรแต่ละก้อนจะมีสีต่างกัน ลักษณะภายนอกโดยรวมต่างกัน? แต่เมื่อใช้แว่นขยายส่องดูหินแต่ละก้อน? จะพบว่าหินมีลักษณะเหมือนถูกบีบอัด หินบางก้อนจะมีผลึกของแร่เรียงตัวอย่างเป็นระเบียบปนอยู่? ดังที่กล่าวแล้วในตอนต้น