เนื้อหา


วีดิทัศน์เรื่อง กำเนิดถ้ำ

ความหมาย

     ถ้ำเป็นโพรงเกิดตามธรรมชาติใต้ผิวโลก มีช่องทางเปิดถึงผิวโลก อาจเป็นบริเวณที่อยู่ใต้น้ำ หรือทะเล โดยโพรงมีขนาดที่มนุษย์สามารถเข้าไปได้
    ถ้ำส่วนมากเกิดขึ้นจากกระบวนการละลาย ตามแนวแตก และแนวระนาบชั้นหิน ในบริเวณพื้นที่ที่ประกอบไปด้วยหินปูน และพัฒนาต่อเนื่องเป็นโพรงขนาดใหญ่ที่อยู่ใต้ผิวโลก

การกำเนิดของถ้ำประเภทต่างๆ

     ถ้ำ เกิดจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่างๆ ประกอบด้วย กระบวนการผุพังทางเคมี การกร่อนโดยการไหลของน้ำใต้ดิน – น้ำผิวดิน รวมถึงกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานที่ทำให้เกิดแรงกระทำต่อหิน การระเบิดของภูเขาไฟ สภาพภูมิอากาศ และกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก

     ถ้ำสามารถแบ่งตามกระบวนการเกิดได้เป็น 1) ถ้ำที่เกิดจากกระบวนการละลาย 2) ถ้ำท่อลาวาเกิดจากการไหลของลาวา 3) ถ้ำตามชายฝั่งทะเล 4) ถ้ำที่เกิดจากการกร่อน  5) ถ้ำธารน้ำแข็ง เป็นต้น

1) ถ้ำที่เกิดจากกระบวนการละลาย

     ถ้ำที่เกิดจากกระบวนการละลาย คือถ้ำที่พบได้บ่อยบนผิวโลก  ถ้ำดังกล่าวพบในบริเวณพื้นที่ที่ประกอบด้วยหินที่สามารถละลายได้ในน้ำฝน และน้ำใต้ดิน เช่น หินปูน หินโดโลไมต์ หินชอล์ก  หินอ่อน หินเกลือ และหินยิปซัม

     น้ำฝน และน้ำใต้ดิน มีสภาพเป็นกรดอ่อน เมื่อไหลซึมผ่านหินประเภทดังกล่าว ผ่าน แนวแตก แนวการวางตัวของชั้นหิน แนวรอยเลื่อน เมื่อเวลาผ่านไปจะทำให้เกิดถ้ำ หรือระบบถ้ำ

     หินทุกชนิดบริเวณผิวโลก จะพบว่ามีรอยแตกมากน้อยแตกต่างกัน  แนวแตก และแนวรอยเลื่อน เป็นผลมาจากกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานของเปลือกโลก ซึ่งเกิดภายหลังการเกิดของหิน  หินที่ได้รับแรงมากระทำจะแตก เป็นแนว และ/หรือเกิดแนวรอยเลื่อน  หินบางประเภท เช่นหินตะกอน จะมีแนวการวางตัวของชั้นหิน ซึ่งแนวดังกล่าวเกิดพร้อมกับกระบวนการเกิดหิน

     น้ำฝนที่ตกลงในหินปูน จะละลายและพาเอาสารละลาย เคลื่อนที่ผ่านหินปูนตามแนวแตก และ/หรือ ระนาบการวางตัวของชั้นหิน  น้ำที่ไหลซึมผ่านดังกล่าว เรียกว่า น้ำใต้ดิน น้ำใต้ดินที่ไหลซึมผ่านหินจะละลายหินมากขึ้น เมื่อเวลาผ่านไปรอยแตกในหินจะกว้างมากขึ้นสามารถเกิดเป็นโพรงใต้ดินขนาดใหญ่  ถ้าในหินปูนมีแนวแตกน้อย กระบวนการละลายจะเกิดขึ้นช้ามาก

     กระบวนการละลาย จัดเป็นกระบวนการผุพังทางเคมี เกิดขึ้นเมื่อแร่บางชนิดที่เป็นองค์ประกอบของหิน สามารถละลายโดยมีน้ำฝน เป็นตัวกลาง  ในที่นี้จะยกตัวอย่าง แร่แคลไซต์ ที่เป็นแร่ประกอบหลักในหินปูน

     น้ำฝนที่ตกสู่ผิวโลกในพื้นที่ที่ไม่มีมลพิษ จะมีสมบัติเป็นกรดอ่อน (pH = 5.6)  เนื่องจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ในบรรยากาศสามารถละลายได้ในน้ำฝน ทำให้เกิดสมดุลย์เคมีดังสมการ


     น้ำฝนเมื่อตกในพื้นที่ที่ประกอบด้วยหินปูน  แร่แคลไซต์ที่เป็นแร่ประกอบหลักในหินปูนจะละลายอย่างช้าๆ เกิดเป็นอนุภาคแคลเซียม (Ca2+) และไบคาร์บอเนต (หรือไฮโดรเจนคาร์บอเนต; (HCO3)- ซึ่งจะละลายไหลไปกับน้ำ

     กระบวนการละลายที่เกิดขึ้นสามารถแสดงได้เป็นสมการเคมีดังนี

        น้ำฝนที่ตกลงสู่บริเวณพื้นที่ที่ประกอบไปด้วยหินปูนมีบางส่วนเท่านั้นที่ไหลซึมผ่านหินปูนตามแนวแตก แนวการวางตัวของชั้นหิน และแนวรอยเลื่อน  นักวิทยาศาสตร์ เชื่อว่า น้ำใต้ดินจะละลายหินปูน ได้ในอัตราเฉลี่ยในช่วงเวลา  0.01 – 0.1 เซนติเมตร ต่อปี ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดช้ามาก หรือสามารถสรุปได้ง่ายๆว่า ถ้ำปูนโดยทั่วไป จะใช้เวลาในการเกิด ไม่ต่ำกว่า 10,000 – 100,000 ปี

     ลำดับการเกิดถ้ำในพื้นที่หินปูน โดยทั่วไปลำดับได้ดังนี้ (ดูภาพประกอบ)

          (1) ในช่วงแรกของการเกิดถ้ำ หินปูนบริเวณผิวโลกจะเริ่มผุพัง โดยน้ำ และสิ่งมีชีวิต  หินปูนบริเวณผิวโลกจะผุพังเปลี่ยนเป็นดิน ในขณะเดียกันบางส่วนของน้ำฝนก็ไหลซึมผ่านหินปูนตามรอยแตกไปยังส่วนล่าง

          (2) น้ำฝน และน้ำใต้ดิน ไหลซึมผ่านหินปูน และละลายหินปูนมากขึ้น

          (3) เมื่อเวลาผ่านไป กระบวนการละลายเกิดมากขึ้นโดยมีน้ำใต้ดินเป็นตัวกลาง ทำให้เกิดโพรงใต้ดินที่มีน้ำอยู่เต็มช่องว่างดังกล่าว

          (4) เมื่อการละลายเกิดมากขึ้น จะเกิดการถล่มในโพรงถ้ำ ทำให้เกิดหลุมยุบบริเวณผิวดิน

          (5) เมื่อเวลาผ่านไประดับน้ำใต้ดินลดลง ทำให้เกิดโพรงใต้ดิน และถ้ำ

 

 2) ถ้ำท่อลาวา

     ท่อลาวา เป็นถ้ำลาวาที่พบได้บ่อย เกิดจากการเย็นตัวบริเวณส่วนบนและส่วนล่างของ ลาวา ที่มีความหนืดน้อย เช่น ลาวาบะซอลต์ ที่มีความหนาพอควร  บริเวณที่เกิดถ้ำท่อลาวามักเป็นบริเวณส่วนกลางของลาวาบริเวณขอบที่ลาวาไหล    บริเวณส่วนกลางของลาวายังร้อนและไหลใต้เปลือกที่แข็งและเย็นตัว  เมื่อลาวาไหลหมดไปจะเหลือช่องว่างใต้ชั้นลาวา เป็นลักษณะเหมือนท่อ 

     ถ้ำประเภทนี้เป็นถ้ำที่เกิดพร้อมกับหินภูเขาไฟ มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า ถ้ำปฐมภูมิ  การเกิดถ้ำท่อลาวา แสดงได้ดังนี้

          (1) ลาวาประเภทบะซอลต์ ประทุจากปากปล่องภูเขาไฟ ไหลอย่างเร็ว เมื่อลาวาเคลื่อนที่ไกลจากปากปล่องส่วนบนของลาวา จะเย็นตัวแสดงลักษณะผิวด้านบนที่เรียบและย่นคล้ายเกลียวเชือก เรียกผิวลาวาประเภทนี้ว่า ปาฮอยฮอย (นิยมอ่านออกเสียงว่า “พาโฮยโฮย” ซึ่งเป็นภาษาถิ่นของชาวฮาวาย หมายถึงลาวาผิวเรียบและไม่แตกหัก

ภาพที่6.1 การระเบิดของภูเขาไฟประเภทบะซอลต์

                    ภาพที่6.2 บริเวณส่วนปลายของลาวาประเภทบะซอลต์ ที่ผิวด้านบนเย็นตัวขณะที่ลาวาส่วนล่าง
                                 เคลื่อนที่ทำให้เกิดผิวด้านบนย่นคล้ายเกลียวเชือก
                                 (ภาพจากhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/
                                 commons/8/89/Ropy_pahoehoe.jpg)

           2) ลาวาที่เป็นของเหลวร้อนไหลต่อเนื่องใต้เปลือกที่แข็ง การเคลื่อนที่เกิดต่อเนื่องจนกระทั่งภูเขาไฟหยุดการประทุ  เมื่อลาวาไหลออกหมด จะเกิดช่องว่างที่มีลักษณะท่อยาว เรียกลักษณะดังกล่าวว่าท่อลาวา หรือถ้ำท่อลาวา

                    ภาพที่6.3 ผิวลาวาประเภทบะซอลต์ที่แตกแสดงให้เห็นลาวาที่ไหลด้านใต้ ลักษณะของลาวา
                                 ที่เย็นตัวบริเวณส่วนล่างของเปลือกลาวาที่เย็นตัวมีลักษณะคล้ายหินย้อย
                                 (ภาพจาก ttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/
                                 Closeup_of_a_skylight_on_coastal_plain%2C_with_lava_stalactites_
                                 forming_on_the_roof_of_the_tube.jpg)

 

          ภาพอธิบายการเกิดถ้ำท่อลาวา มีดังนี้


ลักษณะพื้นที่บริเวณภูเขาไฟก่อนลาวาจะไหล


ลาวาไหลบนพื้นที่ดังกล่าว บริเวณขอบลาวา (ด้านล่าง ด้านข้าง และด้านบน) เย็นตัว
 
ลาวาบริเวณขอบแข็งตัว ในขณะที่ลาวาด้านล่างยังคงไหลอยู่
 
เมื่อลาวาไหลหมด จะเกิดช่องว่างมีลักษณะคล้ายท่อ 

 
          ตัวอย่างถ้ำท่อลาวา

                    ภาพที่6.4 ถ้ำท่อลาวา ถ่ายไปตามแกนทิศทางการไหล ของ National Monument 
                                 แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา(ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/File:
                                 Classic_lava_tube_passage.jpg)



3) ถ้ำตามชายฝั่งทะเล

     ถ้ำตามชายฝั่งทะเล หรือถ้ำทะเล หรือเรียกอีกอย่างว่าถ้ำชายฝั่ง  และถ้ามีขนาดเล็กจะเรียกว่าโพรงหินชายฝั่ง  เป็นถ้ำที่เกิดจากกระบวนการกร่อนเป็นกระบวนการหลัก โดยมีคลื่นทะเลเป็นตัวกลางที่สำคัญ

     ถ้ำตามชายฝั่งทะเลพบกระจายตัวทั่วไปทั่วโลกส่วนมากพบบริเวณชายฝั่ง และเกิดได้กับหินทุกประเภท  สำหรับในประเทศที่พบบ่อยพบกับบริเวณชายฝั่งทะเล และเกาะต่างๆ ที่ประกอบด้วยหินปูน เช่น บริเวณเขากะโหลก จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ ในภาพ  และอีกหลายจังหวัดบริเวณภาคใต้ของประเทศ เช่น จังหวัดพังงา ตรัง และกระบี่ เป็นต้น

 ภาพที่6.5 โพรงหินชายฝั่ง ถ้ำขนาดเล็ก รวมถึงช่องเขา (เหมือนเขาทะลุ) บริเวณเขากระโหลก ประจวบคีรีขันธ์

      แม้ว่าถ้ำตามชายฝั่งทะเลในประเทศ ซึ่งเกิดกับหินปูน จะเกิดจากกระบวนการละลายด้วย แต่ตัวการหลักที่ทำให้เกิดการกร่อน คือ คลื่นที่เกิดบริเวณชายฝั่ง

     หินทุกชนิดที่เกิดบริเวณชายฝั่งทะเล มักจะมีแนวแตก รอยเลื่อน และลักษณะการวางตัวของชั้นหิน  ผลจากการที่หินมีธรณีโครงสร้างดังกล่าวทำให้หินมีความคงทนต่อการกร่อนไม่เท่ากัน  บริเวณที่มีแนวแตก รอยเลื่อน หรือรอยต่อของชั้นหิน เป็นบริเวณที่ง่ายต่อการกร่อน และบริเวณดังกล่าวจะถูกกร่อนโดยคลื่นในทะเลได้ง่าย และเกิดเป็น โพรงหินชายฝั่ง ถ้ำชายฝั่งขนาดเล็ก ไปจนถึงถ้ำชายฝั่งขนาดใหญ่

     การเกิดถ้ำชายฝั่งทะเล เริ่มจากหน้าผาหินที่สูงชันริมทะเล แสดงดังภาพต่อไปนี้  และกระบวนการดังกล่าวสามพัฒนาไปเป็น สะพานหินธรรมชาติ และเกาะหินโด่ง เมื่อการกร่อนโดยคลื่นเกิดมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

 รูปที่6.6 คลื่นชายฝั่ง กัดเซาะภูเขาหินปูนที่ตั้งริมทะเล  หินปูนมีแนวแตกหลายทิศทาง