เที่ยวไปกับธรณีวิทยาไอซ์แลนด์ (1)

โดยเป็นส่วนหนึ่งของผืนแผ่นดินที่ใหญ่กว่านั้น ณ จุดตัดกันของโครงสร้างทางกายภาพขนาดใหญ่ใต้มหาสมุทรระหว่างเทือกเขาแอตแลนติกและเทือกเขากรีนแลนด์-หมู่เกาะฟาโร ดังนั้น ไอซ์แลนด์จึงเป็นส่วนหนึ่งของเปลือกโลกส่วนที่เป็นพื้นมหาสมุทรแอตแลนติกและเป็นส่วนของที่ราบสูงหินบะซอลต์ ไอซ์แลนด์ซึ่งโผล่เหนือพื้นทะเลที่อยู่โดยรอบกว่า 3,000 เมตรและมีเนื้อที่ประมาณ 350,000 ตารางกิโลเมตรมีประมาณ 30% ของเนื้อที่นี้เท่านั้นที่โผล่เหนือระดับน้ำทะเล ส่วนที่เหลือเป็นไหล่ทวีปกว้าง 50-200 กิโลเมตรรอบๆ เกาะที่ลาดเอียงไปจนถึงความลึก 400 เมตร แล้วจึงจะชันลึกลงไปสู่ก้นทะเลทันที

ไอซ์แลนด์มีอายุน้อยมากๆ ในทางธรณีวิทยาและหินทั้งหมดบนเกาะเกิดขึ้นในเวลาไม่เกิน 25 ล้านปี ชั้นหินของไอซ์แลนด์ครอบคลุมช่วงเวลา 2 ยุคทางธรณีวิทยา คือ Tertiary กับ Quaternary การเกิดของไอซ์แลนด์นั้น สันนิษฐานกันว่าเริ่มต้นประมาณ 24 ล้านปีก่อน แต่หินเก่าแก่ที่สุดที่พบในไอซ์แลนด์มีอายุเพียงประมาณ 14-16 ล้านปี ถ้าเราสมมติว่าโลกมีอายุ 1 ปี ไอซ์แลนด์จะเกิดเมื่อ 2 วันก่อนเท่านั้น ธารน้ำแข็งแรกที่นี่ในยุคน้ำแข็งเกิดขึ้นในไอซ์แลนด์เมื่อ 5 ชั่วโมงที่แล้วและอากาศที่อบอุ่นเกิดขึ้นในยุค Holocene และทำให้น้ำแข็งที่ปกคลุมไอซ์แลนด์หายไปเกือบหมดเกิดขึ้นเมื่อ 1 นาทีที่ผ่านมา

พื้นฐานทางธรณีวิทยา

เหตุการณ์ก่อนหน้ากำเนิดของไอซ์แลนด์ย้อนไปได้ถึงการแยกตัวของทวีปที่แยกเอานิวเฟาน์แลนด์/กรีนแลนด์ออกจากยุโรปและการกำเนิดพื้นทะเลที่อยู่ล้อมรอบไอซ์แลนด์ในปัจจุบัน เมื่อประมาณ 400 ล้านปีก่อน ทวีปที่อยู่คนละฝั่งของมหาสมุทรแอตแลนติกตอนบนได้รวมตัวกันเป็นผืนแผ่นดินเดียวกันและเป็นเช่นนั้นอยู่เป็นเวลากว่า 300 ล้านปี ประมาณ 70 ล้านปีก่อน ผืนแผ่นดินนี้เริ่มแยกตัวออกตามรอยแยกตั้งแต่เกาะนิวเฟาน์แลนด์ไปทางเหนือเข้าไปในเขตอาร์กติกตรงบริเวณระหว่างนอร์เวย์กับกรีนแลนด์

ขอบแผ่นเปลือกโลกตรงรอยแตกเป็นบริเวณที่มีการยืดตัวออกและการเติมเต็มของแมกม่าจนเกิดเป็นพื้นมหาสมุทร การยืดตัวของพื้นมหาสมุทรเป็นกระบวนการที่ไม่ปะติดปะต่อกัน ในมหาสมุทรแอตแลนติกตอนบนการยืดตัวมีขนาด 2 ซม. ต่อปี (หรือ 1 ซม.ในแต่ละข้าง) ขอบแผ่นเปลือกต่อเชื่อมกันด้วยรอยแตกสั้นๆ และภูเขาไฟจำนวนมาก ซึ่งทั้งหมดนี้ดูเสมือนหนึ่งเป็นเทือกเขาใต้น้ำกลางมหาสมุทรคล้ายตะเข็บระหว่างแผ่นเปลือกโลกอเมริกากับแผ่นเปลือกโลกยุโรปที่ถูกแรงดึงให้แยกออกจากกันดังแสดงในรูปที่ 1

ไอซ์แลนด์เป็นที่เดียวบนโลกซึ่งเทือกเขากลางมหาสมุทรโผล่พ้นผิวน้ำ ที่นี่เองภูเขาไฟระเบิดจะเกิดมากกว่าปกติตามขอบแผ่นเปลือกโลกบนไอซ์แลนด์ เนื่องจากใต้เทือกเขาเป็นปล่องหินเหลวที่ยังเคลื่อนไหวมา 65 ล้านปีแล้ว ในช่วงเวลาที่ผ่านมาปล่องนี้ได้พ่นหินเหลวออกมาบนผิวโลกเกิดเป็นหินอัคนีขนาดใหญ่ในมหาสมุทรแอตแลนติกตอนบนระหว่างสกอตแลนด์กับกรีนแลนด์ ไอซ์แลนด์เป็นส่วนหนึ่งของหินก้อนนี้ที่มีอายุน้อยที่สุดและยังคงเคลื่อนไหวอยู่ หินก้อนนี้มีความยาวประมาณ 2,000 กิโลเมตร และมีปริมาตรประมาณ 10 ล้านลูกบาศก์กิโลเมตร ซึ่งมีขนาดประมาณ 50 เท่าของไอซ์แลนด์

โครงสร้างทางธรณีวิทยา

ไอซ์แลนด์ตั้งอยู่ ณ จุดเชื่อมต่อของเทือกเขาใต้มหาสมุทร 2 แนวคือ Reykjanes ด้านใต้ และ Kolbeinsey ทางเหนือ ลักษณะของขอบแผ่นเปลือกโลกที่ปรากฏเป็นบริเวณแถบแคบๆ ที่มีรอยเลื่อนและภูเขาไฟเริ่มต้นจาก Reykjanes ทางตะวันตกเฉียงใต้เป็นแนวซิกแซกพาดผ่านเกาะไปยัง Oxarfjorour ทางด้านเหนือ ดังแสดงในรูปที่ 2 ขอบแผ่นเปลือกโลกที่มีการยืดและขยายตัวออกนี่เอง ที่เป็นสิ่งเชิดหน้าชูตาทางธรณีวิทยาของไอซ์แลนด์ เพราะว่ามันเป็นที่ที่เดียวที่เทือกเขากลางมหาสมุทรโผล่พ้นน้ำ การยืดตัวมีอัตราประมาณ 1.8 ซม.ต่อปี

ขอบแผ่นเปลือกโลกที่ยืดตัวออกนี้ทำให้เปลือกโลกที่เปราะเป็นรอยแตกและรอยเลื่อนจำนวนมาก ตั้งฉากกับทิศทางที่ยืดตัวออกซึ่งเรียกว่า แถบภูเขาไฟ การยืดตัวยังทำให้เกิดช่องที่นำหินเหลวหรือ dyke ขึ้นไปสู่ผิวโลกจำนวน 4 แห่งด้วยกัน

แถบภูเขาไฟนี้มีขนาดกว้าง 20-50 กิโลเมตร และหินเหลวที่ไหลออกมาตามรอยแตกในปริมาณที่มากเกินพอสำหรับการเติมเต็มรอยแยกที่ยืดออกไป (ดังแสดงในรูปที่ 3) ชั้นหินภูเขาไฟบริเวณกึ่งกลางของรอยแยกจะถูกหินเหลวกลบตลอดเวลาและอยู่ลึกลงไปตามรอยแยก ส่วนขอบของรอยแยกจะตื้นกว่า น้ำหนักที่มากบริเวณกึ่งกลางรอยแยกจะทำให้เปลือกโลกบริเวณนั้นหย่อนลงไป ส่วนใหญ่กลายเป็นแอ่งน้ำในปัจจุบัน

โครงสร้างของไอซ์แลนด์ที่เป็นผลจากปฏิกิริยาระหว่างการยืดตัวของเปลือกโลกกับปล่องหินเหลวที่อยู่คงที่ เมื่อเวลาผ่านไปเกาะไอซ์แลนด์จะถูกยกระดับขึ้นเหนือพื้นทะเลโดยรอบอันเนื่องมาจากความลอยตัวของปล่องหินเหลวจะดันตัวเกาะให้สูงขึ้นตลอดเวลา แนวหินอัคนีใต้น้ำที่อยู่สองข้าง ตามแนวกรีนแลนด์/ไอซ์แลนด์และไอซ์แลนด์/หมู่เกาะฟาโรจึงเป็นหินที่มีอายุเก่ากว่า ในปัจจุบันนี้ปล่องหินเหลวมีตำแหน่งอยู่ทางตะวันตกเฉียงเหนือของก้อนน้ำแข็ง Vatnajokull ปล่องนี้เป็นทรงกระบอกที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 200-300 กิโลเมตรและเป็นของกึ่งแข็งที่มีความหนืดสูง ความร้อนสูง และลอยตัวขึ้นจากความลึกที่ 400-700 กิโลเมตร เมื่อถึงผิวโลก หินหนืดนี้จะละลายกลายเป็นหินเหลวไหลออกจากภูเขาไฟเป็นลาวา

ถ้าข้อสมมติฐานที่ว่า ปล่องหินเหลวคงที่เป็นจริง สภาพทางธรณีวิทยาที่ปรากฏอยู่แสดงว่า ขอบแผ่นเปลือกโลกที่ยืดออกมีแนวเคลื่อนตัวไปทางตะวันตกในอัตรา 0.3 ซม.ต่อปี การเคลื่อนตัวนี้เป็นส่วนต่างหากจากแนวตะเข็บที่ยืดออก 2 ซม. ต่อปี (รวมสองข้าง) เมื่อแนวยืดตัวเคลื่อนออกไป ปล่องหินเหลวจะปรับตัวโดยสร้างแนวยืดตัวใหม่ใกล้กับศูนย์กลางปล่องเรียกว่า “การกระโดดของรอยแยก” (Rift Jump) ดังนั้น รอยแยกที่ยังทำงานในปัจจุบันคือรอยแยกตะวันตกและรอยแยกด้านเหนือ แต่รอยแยกตะวันออกจะเริ่มทำงานแทนที่รอยแยกตะวันตกในอนาคต

ระบบภูเขาไฟ

ไอซ์แลนด์เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องกิจกรรมทางภูเขาไฟ คำจำกัดความของภูเขาไฟและการปะทุหมายรวมถึง ปรากฏการณ์หลายประการซึ่งแตกต่างเป็นอย่างมากจาก ภูเขารูปทรงกรวยคว่ำที่มีควันออกจากปากปล่องภูเขาไฟ

ดังนั้น จึงไม่ง่ายที่จะบอกว่า การปะทุเกิดขึ้นกี่ครั้งในไอซ์แลนด์ เนื่องจากขั้นหินหนึ่งๆ ไม่สามารถบอกได้แน่ชัดว่ามาจากการปะทุครั้งใด อย่างไรก็ตาม การปะทุของภูเขาไฟในช่วงไม่นานมานี้เกิดขึ้นโดยเฉลี่ยทุกๆ 5 ปี หรือประมาณ 200 ครั้งใน 1,000 ปี นอกจากนี้มันไม่ง่ายเหมือนกันที่จะบอกว่าภูเขาไฟที่ยังคงทำงานอยู่ในไอซ์แลนด์มีจำนวนเท่าใด ถ้านับเฉพาะภูเขาไฟที่มีการระเบิดครั้งแล้วครั้งเล่า จะมีจำนวนประมาณ 20 ลูก เพื่อไม่ให้เกิดปัญหาข้างต้น จึงมีความจำเป็นต้องใช้ “หลักการของระบบภูเขาไฟ”

ระบบภูเขาไฟ ประกอบด้วย รอยแตกหรือภูเขาไฟกลาง หรือทั้งสองอย่าง ซึ่งเป็นลักษณะที่ปรากฏบนพื้นผิวโลกของโครงสร้างใต้ดินที่รองรับหินเหลวทั้งตื้นและลึก เมื่อเป็นเช่นนั้นแล้ว อาจกล่าวได้ว่า ระบบภูเขาไฟในไอซ์แลนด์มีจำนวน 30 แห่งด้วยกัน ระบบภูเขาไฟจะมีอายุ 0.1-1.5 ล้านปี รอยแตกในระบบภูเขาไฟกว้าง 5-20 กิโลเมตร และยาว 50-100 กิโลเมตร

ภูเขาไฟกลางในระบบภูเขาไฟเป็นศูนย์รวมของกิจกรรมการปะทุและเป็นลักษณะพื้นผิวที่แสดงถึงช่องหินเหลวที่อยู่ลึกลงไปจากพื้นผิว 2-6 กิโลเมตร ตามปกติแล้ว ภูเขาไฟกลางจะมีช่องเปิดที่ใหญ่ที่สุดในระบบภูเขาไฟหนึ่งๆ และมักจะครอบด้วยกรวยคว่ำ

ปรากฏการณ์ของระบบภูเขาไฟจะเกี่ยวเนื่องกับการเคลื่อนไหวของแผ่นเปลือกโลกอย่างแยกกันไม่ออก การยืดตัวและเลื่อนของแผ่นเปลือกโลกไม่ต่อเนื่องทั้งในเชิงเวลาและพื้นที่ ตามปกติแล้ว ปรากฏการณ์ของทั้งระบบอาจกินเวลาหลายปีหรือหลายสิบปี

การปะทุของภูเขาไฟ หมายถึง การขับออกสู่ผิวโลกของหินเหลว ก๊าซ และก้อนหิน ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง ดังนั้น การปะทุของภูเขาไฟอาจเป็นการระเบิดที่ใช้เวลาไม่กี่วินาที หรือ อาจเป็นการไหลออกมาของหินเหลวเป็นเวลาหลายปีหรือหลายสิบปี การปะทุอาจมีลักษณะเพียงการระเบิดหรือการไหลออกมาอย่างใดอย่างหนึ่ง หรือทั้งสองอย่าง ดังนั้น การให้คำจำกัดความการปะทุของภูเขาไฟจึงไม่ใช่เรื่องง่าย ผู้เชี่ยวชาญเรื่องภูเขาไฟจึงมักถือว่าเป็นการปะทุเพียงจังหวะสั้นๆ หรือต่อเนื่องของหินเหลวก๊าซหรือก้อนหินเป็นการปะทุหนึ่งครั้ง

ดังนั้น การปะทุแบบไหลออกมาจะเป็นไปค่อนข้างเงียบ แต่ในการปะทุแบบระเบิด หินเหลวจะแตกกระจายออกมาเนื่องจากการขยายตัวของก๊าซหรือไอน้ำอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดก้อนหินพุ่งออกมาที่เรียกว่า tephra การปะทุหลายๆ ครั้งอาจมีลักษณะได้ทั้งสองอย่าง

พลังงานความร้อนจากโลกและน้ำพุร้อน

พลังงานความร้อนจากโลกมีความสำคัญต่อระบบเศรษฐกิจของไอซ์แลนด์และส่วนใหญ่ใช้ในการทำความอุ่นในบ้านของประชากรกว่า 80% โรงเรียนหลายๆ แห่งจงใจจัดตั้งไว้ตามแหล่งที่ใกล้พลังงานความร้อนจากโลกโดยเฉพาะ

น้ำใต้ดินที่แทรกซึมผ่านรอยแตกและช่องว่างในเปลือกโลกช่วงลึก 1-2 เมตรได้รับความร้อนตามแต่ระดับอุณหภูมิของแต่ละแห่งในไอซ์แลนด์ อุณหภูมิจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วตามความลึกคือ 50-200 C ต่อ 1,000 เมตร น้ำใต้ดินจะร้อนขึ้นถึง 70 C หรือสูงกว่านั้นและไหลออกมาสู่พื้นผิวโลก เรียกว่าน้ำพุร้อน ซึ่งจะแบ่งออกเป็นอุณหภูมิต่ำกับอุณหภูมิสูงตามอุณหภูมิที่ต่ำว่าหรือสูงกว่าจุดเดือด น้ำร้อนอุณหภูมิต่ำจะอยู่ตามบริเวณนอกเขตภูเขาไฟ ส่วนอุณหภูมิสูงจะจำกัดอยู่เฉพาะภายในเขตภูเขาไฟโดยตรงเท่านั้น

น้ำร้อนบางแห่งอาจปะทุออกมาเป็นลำน้ำที่พุ่งสูงขึ้นมาในอากาศ ซึ่งเรียกว่า geyser ตามชื่อน้ำพุที่มีชื่อเสียงที่สุด ชื่อ Great Geysir of Haukadalur ทางใต้ของไอซ์แลนด์ ในช่วง 2-3 ทศวรรษก่อน น้ำพุร้อนดังกล่าวเงียบหายไปโดยไม่ปะทุเลยเพิ่งจะมาปะทุใหม่เมื่อมิถุนายน ปี 2000 นี่เอง จากผลของแผ่นดินไหวในบริเวณใกล้เคียง น้ำพุร้อนที่มีชื่อเสียงอีก 2 แห่ง ได้แก่ Gryla แห่ง Hverageroi และ Strokkur แห่ง Haukadalur

ที่มา: Thor Thordason, “Outline of Geology of Iceland,” Chapman Conference 2012, Reykiavik Iceland.