Mountain101-25 ฮอตสปอตและแมนเทิลพลูม (Hotspot & Mantle Plume)

ฮอตสปอตและแมนเทิลพลูม (Hotspot & Mantle Plume) ทำไมภูเขาไฟจึงเกิดกลางแผ่นเปลือกโลกได้? จาก Hawaii ถึง Yellowstone

จาก Mountain101-24 เราได้เห็นว่า ภูเขาไฟจำนวนมากของโลกเกิดตามขอบแผ่นเปลือกโลก โดยเฉพาะ Subduction Zone เช่น Japan, Indonesia และ Andes แต่เมื่อเปิดแผนที่โลก เรากลับพบคำถามที่น่าสนใจมากขึ้นว่า แล้วภูเขาไฟอย่าง Hawaii ซึ่งตั้งอยู่กลางมหาสมุทรแปซิฟิก ห่างจากขอบแผ่นเปลือกโลกหลายพันกิโลเมตร เกิดขึ้นได้อย่างไร? หรือ Yellowstone ที่ตั้งอยู่ลึกเข้าไปภายในทวีปอเมริกาเหนือ เหตุใดจึงมีระบบภูเขาไฟขนาดมหึมา น้ำพุร้อน และไกเซอร์จำนวนมาก?

คำตอบนำเราไปสู่แนวคิดสำคัญสองคำคือ Hotspot และ Mantle Plume

Hotspot เป็นแนวคิดที่ใช้อธิบายบริเวณภูเขาไฟหรือความร้อนใต้พิภพที่เกิดขึ้นภายในแผ่นเปลือกโลกและไม่ได้สัมพันธ์กับขอบแผ่นโดยตรง ส่วน Mantle Plume เป็นหนึ่งในกลไกที่เสนอว่าอาจทำให้เกิด hotspot บางแห่ง โดยเป็นการไหลขึ้นของวัสดุร้อนผิดปกติจากส่วนลึกของ mantle

แต่สิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจก่อนคือ Hotspot กับ Mantle Plume ไม่ใช่คำเดียวกัน และไม่ใช่ hotspot ทุกแห่งที่นักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่ามี plume ลึกจากบริเวณเดียวกันของ mantle

Mountain101-25 จะพาเราลงไปใต้โลก แล้วกลับขึ้นมาบนเกาะ Hawaii เพื่อดูว่า ความร้อนใต้โลก → การหลอมบางส่วน → Magma → Volcano → Island → Plate Movement → Hotspot Track สามารถสร้างหมู่เกาะยาวหลายพันกิโลเมตรได้อย่างไร ก่อนเดินทางต่อไปยัง Yellowstone ซึ่งแสดงให้เห็นว่า hotspot ใต้ทวีปสามารถสร้างภูมิประเทศที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง

Hotspot คืออะไร?

Hotspot ในทางธรณีวิทยาหมายถึงบริเวณที่มี magmatism หรือความร้อนใต้พิภพผิดปกติ ซึ่งหลายแห่งอยู่ห่างจากขอบแผ่นเปลือกโลก แนวคิดนี้มีความสำคัญเพราะ Plate Tectonics แบบพื้นฐานอธิบายภูเขาไฟจำนวนมากได้จาก

Divergent Boundary → ภูเขาไฟ หรือ Subduction Zone → ภูเขาไฟ แต่ Hawaii อยู่กลาง Pacific Plate จึงต้องมีกระบวนการอื่นเข้ามาอธิบาย หนึ่งในแนวคิดสำคัญที่สุดคือ Mantle Plume

Mantle Plume คืออะไร?

Mantle Plume เป็นสมมติฐานที่เสนอว่า วัสดุ mantle ที่ร้อนกว่าบริเวณโดยรอบสามารถลอยตัวขึ้นจากส่วนลึกของโลก

ลองนึกภาพของเหลวร้อนที่เคลื่อนตัวขึ้นจากด้านล่าง แม้ mantle ของโลกจะไม่ใช่ของเหลวแบบน้ำ แต่ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาหิน mantle สามารถเปลี่ยนรูปและไหลได้

เมื่อวัสดุร้อนเคลื่อนขึ้นสู่ระดับตื้น ความดันลดลง

และนี่คือจุดสำคัญ

หินสามารถเริ่มหลอมละลายบางส่วนได้โดยไม่จำเป็นต้องได้รับความร้อนเพิ่มมากขึ้น

กระบวนการนี้เรียกว่า

Decompression Melting

Decompression Melting : ลดความดันก็สร้าง Magma ได้

หลายคนมักคิดว่า Magma เกิดขึ้นเพราะหิน “ถูกเผาจนละลาย”

แต่ความจริงซับซ้อนกว่านั้น

หาก mantle ร้อนเคลื่อนขึ้นสู่บริเวณที่ความดันต่ำลงอย่างรวดเร็วพอ หินสามารถข้ามเส้น solidus และเกิด Partial Melting

ภาพรวมคือ

Hot Mantle Rises → Pressure Drops → Partial Melting → Magma

นี่แตกต่างจาก Subduction Zone ใน Mountain101-24 ซึ่งน้ำและสารระเหยมีบทบาทสำคัญในการช่วยลดจุดหลอมเหลวของ mantle wedge

จำง่าย ๆ ว่า

Subduction = Flux Melting

Hotspot/Mid-Ocean Ridge = Decompression Melting มีบทบาทสำคัญ

Magma จาก Hotspot ขึ้นมาทำอะไร?

เมื่อเกิด Partial Melting แมกมาที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าหินรอบข้างสามารถเคลื่อนขึ้น บางส่วนสะสมอยู่ในระบบ magma reservoir บางส่วนแทรกตัวเป็น Dike, Sill, Intrusion และบางส่วนขึ้นถึงพื้นผิว เมื่อเกิดการปะทุซ้ำ ๆ เป็นเวลานาน วัสดุภูเขาไฟจะสะสมจนสร้างภูเขาขนาดใหญ่ หากเกิดใต้มหาสมุทร ภูเขาไฟอาจเริ่มจากพื้นทะเลและค่อย ๆ สูงขึ้นจนโผล่พ้นน้ำกลายเป็น Volcanic Island

นี่คือเรื่องราวของ Hawaii

Hawaii : ห้องเรียน Hotspot ที่โด่งดังที่สุดในโลก

หมู่เกาะ Hawaii ตั้งอยู่กลาง Pacific Plate และเป็นหนึ่งในตัวอย่างคลาสสิกที่ใช้พัฒนาแนวคิด hotspot

หากดูเฉพาะเกาะ Hawaii เราอาจเห็นเพียงเกาะภูเขาไฟหลายเกาะ

แต่หากมองกว้างออกไปใต้มหาสมุทร จะพบแนวภูเขาไฟและภูเขาใต้ทะเลที่ทอดยาวไปทางตะวันตกเฉียงเหนือและต่อไปทางเหนือ เรียกรวมว่า

Hawaiian–Emperor Seamount Chain

แนวนี้มีความยาวหลายพันกิโลเมตร

และอายุของภูเขาไฟโดยทั่วไปเพิ่มขึ้นเมื่อออกห่างจากบริเวณ hotspot ปัจจุบัน

นี่คือหลักฐานสำคัญที่เชื่อมโยง hotspot กับการเคลื่อนที่ของ Pacific Plate

Hotspot Track : แผ่นเปลือกโลกกำลังเคลื่อนผ่านแหล่ง Magma

ลองจินตนาการว่ามีแหล่งกำเนิด magmatism อยู่ด้านล่าง ขณะที่ Pacific Plate เคลื่อนผ่านด้านบน

ตำแหน่งที่อยู่เหนือ hotspot จะเกิดภูเขาไฟ

เมื่อแผ่นเคลื่อนต่อไป ภูเขาไฟเดิมถูกพาออกจากแหล่งกำเนิด magma และกิจกรรมภูเขาไฟค่อย ๆ ลดลง

ขณะเดียวกัน ภูเขาไฟลูกใหม่เกิดขึ้นเหนือ hotspot

จึงเกิดลำดับ

Volcano 1 → Plate Moves → Volcano 2 → Plate Moves → Volcano 3...

เมื่อเกิดซ้ำเป็นเวลาหลายสิบล้านปี จะสร้างแนวภูเขาไฟยาวตามทิศทางการเคลื่อนที่ของแผ่น

แนวนี้เรียกว่า Hotspot Track

Hawaii จึงเป็นเหมือนสายพานลำเลียงภูเขาไฟ

เราสามารถเปรียบ Pacific Plate เป็นสายพานลำเลียง

ส่วน hotspot เป็นบริเวณสร้างภูเขาไฟ

เมื่อสายพานเคลื่อน

ภูเขาไฟเก่าถูกพาออกไป
ภูเขาไฟใหม่เกิดขึ้น
จากนั้นถูกพาออกไปอีก
แล้วภูเขาไฟรุ่นใหม่กว่าเกิดขึ้นแทน

ผลคือหมู่เกาะที่มีอายุแตกต่างกันเรียงตัวเป็นแนว

นี่เป็นเหตุผลที่ Hawaii มีความสำคัญต่อประวัติศาสตร์ของ Plate Tectonics

เพราะมันช่วยให้เราใช้ ภูเขาไฟเป็นเครื่องบันทึกการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก

ทำไมเกาะทางตะวันตกเฉียงเหนือจึงเก่ากว่า?

ในแบบจำลอง hotspot แบบคลาสสิก Pacific Plate เคลื่อนโดยรวมไปทางตะวันตกเฉียงเหนือผ่าน hotspot บริเวณ Hawaii

ดังนั้นเกาะและ seamount ที่ถูกพาออกไปก่อนจึงมีอายุมากกว่า

ส่วนบริเวณทางตะวันออกเฉียงใต้ใกล้ hotspot ปัจจุบันมีภูเขาไฟอายุน้อยและ active มากกว่า

จึงเกิดแนวโน้ม

Southeast = Younger

Northwest = Older

อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่จริงของแผ่นและ hotspot อาจซับซ้อนกว่าภาพ “hotspot อยู่นิ่ง 100%” ที่ใช้สอนในระดับพื้นฐาน

Kīlauea และ Mauna Loa

บน Island of Hawaiʻi มีภูเขาไฟขนาดใหญ่หลายแห่ง โดยสองชื่อที่มีชื่อเสียงมากคือ Kīlauea และ Mauna Loa

ภูเขาไฟเหล่านี้แตกต่างจาก stratovolcano รูปกรวยสูงชันอย่าง Fuji หรือ Mayon

ลาวาของ Hawaii ส่วนใหญ่เป็น basaltic magma ที่มีความหนืดค่อนข้างต่ำ

จึงสามารถไหลออกไปได้ไกล

ผลคือเกิดภูเขาไฟรูปร่างกว้างและลาดชันไม่มาก เรียกว่า

Shield Volcano

Shield Volcano คืออะไร?

ลองวางโล่นักรบคว่ำลงบนพื้น

รูปร่างจะกว้างและลาดต่ำ

นี่เป็นที่มาของชื่อ Shield Volcano

ลักษณะสำคัญคือ

• ฐานกว้างมาก

• ความลาดชันโดยรวมต่ำ

• เกิดจาก lava flow จำนวนมาก

• ลาวามักเป็น basaltic

• การปะทุจำนวนมากมีลักษณะ effusive มากกว่าภูเขาไฟ explosive บางประเภท

Mauna Loa เป็นหนึ่งในตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของ Shield Volcano

ภูเขาที่สูงที่สุดในโลกอาจไม่ใช่ Everest?

ขึ้นอยู่กับว่าเรานิยามคำว่า “สูง” อย่างไร

หากวัด ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล Everest สูงที่สุด

แต่หากวัดภูเขาจากฐานใต้ทะเลถึงยอด ภูเขาไฟ Hawaii บางลูกมีความสูงรวมมหาศาล

Mauna Kea มักถูกยกเป็นตัวอย่าง เพราะฐานของภูเขาอยู่ลึกใต้มหาสมุทร หากวัดจากบริเวณฐานใต้ทะเลถึงยอด ความสูงรวมมากกว่า 10 กิโลเมตรโดยประมาณ ขึ้นอยู่กับนิยามและจุดฐานที่ใช้

นี่ทำให้คำว่า “ภูเขาที่สูงที่สุด” ต้องถามต่อเสมอว่า

วัดจากไหนถึงไหน?

แล้ว Hawaii จะมีเกาะใหม่อีกหรือไม่?

ทางตะวันออกเฉียงใต้ของ Island of Hawaiʻi มีภูเขาไฟใต้ทะเลชื่อ Kamaʻehuakanaloa ซึ่งเดิมรู้จักกันในชื่อ Lōʻihi Seamount

ภูเขาไฟนี้เป็นส่วนหนึ่งของระบบ hotspot ของ Hawaii

หากการปะทุและการสะสมวัสดุดำเนินต่อไปในระยะเวลาทางธรณีวิทยา ภูเขาไฟใต้ทะเลอาจเติบโตขึ้น

แต่เราไม่ควรพูดง่าย ๆ ว่า “จะกลายเป็นเกาะใหม่แน่นอนในอีก X ปี” เพราะวิวัฒนาการของภูเขาไฟเกิดจากกระบวนการที่ซับซ้อนและกินเวลายาวนานมาก

Hawaiian–Emperor Bend คือรอยหักที่น่าสนใจ

หากมองแนว Hawaiian–Emperor Seamount Chain จะพบว่ามีการเปลี่ยนทิศทางอย่างชัดเจน

เรียกว่า

Hawaiian–Emperor Bend

ในอดีตเคยอธิบายเป็นหลักฐานว่าทิศทางการเคลื่อนที่ของ Pacific Plate เปลี่ยนไปอย่างมาก

ปัจจุบันมีหลักฐานว่าการเคลื่อนที่ของ hotspot เองอาจมีส่วนด้วย

ดังนั้นภาพจริงน่าจะซับซ้อนกว่าสมมติฐานว่า

“Plate เคลื่อน แต่ Hotspot อยู่นิ่งสนิท”

นี่เป็นตัวอย่างที่ดีว่าแบบจำลองทางธรณีวิทยาสามารถพัฒนาเมื่อมีข้อมูลใหม่เพิ่มขึ้น

Hotspot ทุกแห่งสร้างเกาะเหมือน Hawaii หรือไม่?

ไม่

สิ่งที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับว่า hotspot อยู่ใต้ Oceanic Lithosphere หรือ Continental Lithosphere หากอยู่ใต้มหาสมุทร เราอาจได้

• Seamount

• Volcanic Island

• Shield Volcano

• Island Chain

แต่หากอยู่ใต้ทวีป เรื่องราวอาจแตกต่างออกไปมาก

ตัวอย่างที่ดีที่สุดคือ Yellowstone

Yellowstone : Hotspot ใต้ทวีป

Yellowstone ในสหรัฐอเมริกาเป็นระบบภูเขาไฟและ geothermal system ขนาดใหญ่ที่มักอธิบายว่าเกี่ยวข้องกับ hotspot

แต่แทนที่จะสร้างเกาะภูเขาไฟแบบ Hawaii ระบบนี้อยู่ใต้ Continental Crust

เปลือกทวีปมีความหนาและองค์ประกอบซับซ้อนกว่า

Magma จึงสามารถสะสม วิวัฒน์ และปฏิสัมพันธ์กับเปลือกโลกได้มาก

ผลลัพธ์คือระบบภูเขาไฟที่มีลักษณะต่างจาก Hawaii อย่างชัดเจน

Yellowstone ทำไมไม่มีภูเขาไฟทรง Fuji?

เพราะภูเขาไฟไม่ได้จำเป็นต้องสร้างภูเขาทรงกรวยเสมอไป

Yellowstone มีประวัติการปะทุขนาดใหญ่มาก และเกิดโครงสร้างที่เรียกว่า

Caldera

Caldera คือแอ่งยุบขนาดใหญ่ที่สามารถเกิดเมื่อ magma ถูกนำออกจากระบบใต้ดินจำนวนมากระหว่างการปะทุ แล้วส่วนบนของระบบสูญเสียการรองรับและยุบตัว

ดังนั้น “ภูเขาไฟ” บางแห่งจึงไม่ได้มีรูปร่างเป็นภูเขา

แต่เป็นแอ่งขนาดมหึมา

Caldera ต่างจาก Crater อย่างไร?

โดยทั่วไป

Crater มักเป็นแอ่งบริเวณปล่องที่มีขนาดเล็กกว่า

ส่วน

Caldera เป็นโครงสร้างยุบตัวขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับระบบ magma และการสูญเสียปริมาตรจากบริเวณใต้พื้นผิว

Caldera บางแห่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบกิโลเมตร

ดังนั้น หากเราไป Yellowstone แล้วมองหา “กรวยภูเขาไฟยักษ์” เราอาจไม่พบ เพราะภูมิประเทศทั้งบริเวณคือส่วนหนึ่งของระบบภูเขาไฟขนาดใหญ่

Supervolcano คืออะไร?

คำว่า Supervolcano เป็นคำที่นิยมใช้กับระบบภูเขาไฟที่เคยสร้างการปะทุขนาดใหญ่มาก โดยมักเชื่อมโยงกับการปะทุระดับ VEI 8 หรือปริมาตรวัสดุที่พ่นออกมามหาศาล

Yellowstone มักถูกเรียกว่า Supervolcano

แต่คำนี้อาจทำให้คนเข้าใจผิดว่าใต้ Yellowstone มี “ภูเขาไฟยักษ์ที่กำลังรอระเบิด”

ความจริงคือ Yellowstone เป็น complex volcanic and hydrothermal system ที่ได้รับการเฝ้าติดตามทางวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่อง

การมีประวัติการปะทุขนาดใหญ่ในอดีตไม่ได้หมายความว่าการปะทุระดับเดียวกันกำลังจะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้

Geyser ของ Yellowstone เกี่ยวกับ Hotspot อย่างไร?

น้ำฝนและน้ำใต้ดินซึมลงไปตามรอยแตก

เมื่อเข้าใกล้บริเวณหินร้อนใต้ดิน น้ำจะได้รับความร้อน

ความดันสามารถทำให้น้ำใต้ดินมีอุณหภูมิสูงมากโดยยังไม่เดือดทันที

เมื่อระบบความดันเปลี่ยน น้ำบางส่วนกลายเป็นไอและผลักน้ำขึ้นสู่พื้นผิว

เกิดเป็น Geyser

Yellowstone จึงมี

• Geyser

• Hot Spring

• Mud Pot

• Fumarole

จำนวนมาก

สิ่งเหล่านี้คือหลักฐานของ Hydrothermal System ที่มีแหล่งความร้อนใต้พิภพอยู่ด้านล่าง

สีสวยของ Hot Spring มาจากอะไร?

น้ำพุร้อน Yellowstone บางแห่งมีสีเหลือง ส้ม เขียว น้ำตาล และฟ้าสวยงาม

สีบางส่วนสัมพันธ์กับจุลชีพที่สามารถอาศัยในสภาพอุณหภูมิสูง เรียกว่า Thermophiles รวมทั้งปัจจัยด้านแร่ เคมีของน้ำ และการกระเจิงแสง

ดังนั้นบ่อน้ำพุร้อนจึงเป็นจุดที่

Geology + Chemistry + Biology

มาพบกัน

นี่เป็นเหตุผลที่ Yellowstone มีความสำคัญทั้งทางธรณีวิทยาและชีววิทยา

Yellowstone มี Hotspot Track หรือไม่?

มีหลักฐานของแนว volcanic provinces ที่มีอายุเปลี่ยนไปตามพื้นที่บริเวณ Snake River Plain ซึ่งใช้ประกอบแบบจำลองการเคลื่อนที่ของ North American Plate ผ่านระบบ Yellowstone hotspot

เมื่อมองย้อนกลับไปทางตะวันตกเฉียงใต้จาก Yellowstone จะพบร่องรอยของระบบภูเขาไฟอายุมากกว่า

แนวนี้จึงเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของ

Plate Movement + Hotspot Magmatism

แต่เนื่องจากเกิดใต้เปลือกทวีป รูปแบบจึงซับซ้อนกว่าแนวเกาะ Hawaii มาก

Hawaii กับ Yellowstone ต่างกันอย่างไร?

แม้ทั้งสองถูกใช้เป็นตัวอย่าง hotspot แต่ผลลัพธ์แตกต่างกันมาก

ความแตกต่างนี้แสดงให้เห็นว่า ชนิดของเปลือกโลกด้านบนมีผลอย่างมากต่อสิ่งที่ hotspot สร้างขึ้นบนพื้นผิว

Hotspot สำคัญอื่น ๆ ของโลก

Hawaii และ Yellowstone มีชื่อเสียงที่สุด แต่โลกมีบริเวณ hotspot หรือ intraplate volcanism อีกหลายแห่ง

ตัวอย่างเช่น

Iceland – มีความพิเศษเพราะ hotspot interaction เกิดร่วมกับ Mid-Atlantic Ridge

Galápagos – เชื่อมโยงกับ hotspot และการปฏิสัมพันธ์กับระบบ spreading ridge

Réunion – hotspot ในมหาสมุทรอินเดียที่มีความสำคัญต่อการศึกษาประวัติ volcanism

Canary Islands – แนวภูเขาไฟใน Atlantic ที่มีแบบจำลองกำเนิดซับซ้อน

Azores – อยู่ในบริเวณ tectonic setting ที่ซับซ้อนและมี magmatism เด่น

ดังนั้นคำว่า hotspot ไม่ได้หมายความว่าทุกพื้นที่ต้องมีโครงสร้างและวิวัฒนาการเหมือน Hawaii

Iceland : เมื่อ Hotspot พบ Mid-Ocean Ridge

Iceland เป็นกรณีพิเศษมาก เพราะตั้งอยู่บน Mid-Atlantic Ridge

บริเวณนี้ North American Plate และ Eurasian Plate กำลังแยกออกจากกัน

พร้อมกับมี mantle upwelling และ magmatism ผิดปกติที่มักเชื่อมโยงกับ Iceland hotspot

ผลคือ Iceland มี volcanic activity สูงมาก

นี่เป็นตัวอย่างว่า

Plate Boundary Process + Hotspot Process

สามารถทำงานร่วมกันได้

จึงไม่ควรแบ่งโลกง่ายเกินไปว่า

“ภูเขาไฟลูกนี้เกิดจาก Plate Tectonics หรือ Hotspot อย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น”

ธรรมชาติสามารถมีหลายกระบวนการซ้อนกัน

Hotspot กับ Flood Basalt

อีกแนวคิดหนึ่งที่เชื่อมโยงกับ mantle plume คือ Large Igneous Province – LIP

บางช่วงในประวัติศาสตร์โลกมีการปะทุของ basalt ปริมาณมหาศาลในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่ค่อนข้างสั้น

เกิดเป็น

Flood Basalt Province

ตัวอย่างสำคัญคือ

• Deccan Traps

• Siberian Traps

• Columbia River Basalt

บางระบบถูกเสนอให้สัมพันธ์กับ plume head หรือ mantle upwelling ขนาดใหญ่ แต่รายละเอียดและกลไกของแต่ละพื้นที่ยังเป็นหัวข้อวิจัย

Plume Head และ Plume Tail

แบบจำลอง mantle plume แบบคลาสสิกเสนอว่า plume อาจมี

Plume Head – ส่วนหัวขนาดใหญ่

และ

Plume Tail – ส่วนลำที่แคบกว่า

เมื่อ plume head ขึ้นถึงฐาน lithosphere อาจทำให้เกิด melting ในพื้นที่กว้างและ volcanism ปริมาณมาก

หลังจากนั้น plume tail อาจสร้างแนว hotspot volcanism ต่อเนื่อง

แนวคิดนี้ถูกนำไปใช้กับการอธิบาย Large Igneous Provinces และ hotspot tracks บางแห่ง

แต่ต้องเน้นว่าแบบจำลอง plume ยังคงเป็นหัวข้อที่มีการทดสอบและปรับปรุงด้วยข้อมูล geophysics และ geochemistry อย่างต่อเนื่อง

เรามองเห็น Mantle Plume ได้หรือไม่?

เราไม่สามารถเจาะลงไปดู plume โดยตรงได้

นักวิทยาศาสตร์จึงใช้หลักฐานหลายประเภท เช่น

• Seismic Tomography

• Geochemistry

• Isotope Analysis

• Volcanic Age Dating

• Heat Flow

• Gravity

• Plate Reconstruction

Seismic Tomography มีหลักการคล้าย CT Scan ของโลก โดยใช้ความเร็วของคลื่นแผ่นดินไหวเพื่อสร้างภาพโครงสร้างภายใน

บริเวณที่มีอุณหภูมิหรือองค์ประกอบแตกต่างกันอาจทำให้คลื่นเดินทางด้วยความเร็วต่างกัน

ข้อมูลเหล่านี้ช่วยให้นักธรณีฟิสิกส์ศึกษาว่าโครงสร้างผิดปกติใต้ hotspot ลึกลงไปเพียงใด

Hotspot อยู่นิ่งจริงหรือ?

ในแบบจำลองพื้นฐาน เรามักสมมติว่า

Hotspot อยู่กับที่ + Plate เคลื่อน

เพื่อให้อธิบายง่าย

แต่ข้อมูลสมัยใหม่แสดงว่า hotspot บางแห่งสามารถเคลื่อนที่ได้เช่นกัน

ดังนั้น hotspot track จึงบันทึก

Relative Motion

ระหว่างแผ่นเปลือกโลกกับแหล่ง magmatism ด้านล่าง

ไม่ใช่การเคลื่อนของ plate เพียงฝ่ายเดียวเสมอไป

นี่เป็นเหตุผลที่การสร้างแบบจำลอง plate motion ในอดีตต้องใช้ข้อมูลหลายชนิดประกอบกัน

Hotspot ช่วยวัดการเคลื่อนที่ของ Plate ได้อย่างไร?

หากเราทราบ

อายุของภูเขาไฟ

และ

ระยะทางจากตำแหน่ง hotspot

เราสามารถประมาณอัตราการเคลื่อนที่เฉลี่ยในอดีตได้

สมการพื้นฐานคือ

Velocity = Distance ÷ Time

ตัวอย่างง่าย ๆ หากภูเขาไฟเก่าอยู่ห่างจาก hotspot 500 กิโลเมตร และมีอายุ 5 ล้านปี

อัตราเฉลี่ยจะเป็นประมาณ

100 กิโลเมตรต่อล้านปี

หรือประมาณ

10 เซนติเมตรต่อปี

แต่ในงานจริงต้องพิจารณาการเคลื่อนที่ของ hotspot และความไม่แน่นอนอื่น ๆ ด้วย

Hotspot Volcano อันตรายหรือไม่?

แน่นอน

คำว่า hotspot ไม่ได้หมายความว่าเป็นภูเขาไฟที่ “ปลอดภัยกว่า” Subduction Volcano

ภัยขึ้นอยู่กับชนิด magma และระบบภูเขาไฟ

Hawaii อาจมี

• Lava Flow

• Volcanic Gas

• Ground Cracking

• Earthquake

ขณะที่ Yellowstone มีภัยที่แตกต่างกัน เช่น

• Hydrothermal Explosion

• Earthquake

• Volcanic Hazards

ดังนั้นต้องประเมินตามระบบภูเขาไฟแต่ละแห่ง ไม่ควรใช้คำว่า hotspot เพียงคำเดียวในการตัดสินระดับความเสี่ยง

Hotspot กับ GeoTourism

Hotspot สร้างแหล่ง GeoTourism ที่สำคัญที่สุดบางแห่งของโลก

ใน Hawaii เราสามารถเห็น

Shield Volcano + Lava Field + Crater + Sea Cliff

ใน Yellowstone เราสามารถเห็น

Caldera + Geyser + Hot Spring + Hydrothermal System

ใน Iceland เราสามารถเห็น

Volcano + Rift + Geothermal Field + Glacier

สิ่งเหล่านี้ทำให้นักเดินทางสามารถเรียนรู้กระบวนการภายในโลกผ่านภูมิประเทศที่เห็นได้จริง

ความรู้สำหรับนักเดินทาง : จะรู้ได้อย่างไรว่ากำลังเที่ยว Hotspot?

เมื่อเดินทางในพื้นที่ภูเขาไฟ ลองสังเกต 5 อย่าง

1. ภูเขาไฟอยู่ห่างจาก Plate Boundary หรือไม่?
หากอยู่กลางแผ่น อาจเกี่ยวข้องกับ intraplate volcanism หรือ hotspot

2. ภูเขาไฟเรียงเป็นแนวตามอายุหรือไม่?
อาจเป็น Hotspot Track

3. เป็น Shield Volcano หรือไม่?
พบเด่นใน Hawaii แต่ไม่ได้หมายความว่า Shield Volcano ทุกแห่งต้องเกิดจาก hotspot

4. มี Caldera หรือ Geothermal Field หรือไม่?
อาจบ่งชี้ระบบ magma และความร้อนใต้ดินขนาดใหญ่

5. อายุภูเขาไฟเปลี่ยนไปตามระยะทางหรือไม่?
นี่เป็นหลักฐานสำคัญในการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง hotspot และ plate motion

เมื่อเริ่มสังเกตแบบนี้ เราจะไม่มองหมู่เกาะภูเขาไฟเป็นเพียงเกาะหลายเกาะ แต่จะเห็นเป็น เส้นทางการเดินทางของแผ่นเปลือกโลกผ่านกาลเวลา

เกร็ดความรู้ Mountain101

รู้หรือไม่?

• ภูเขาไฟไม่ได้เกิดเฉพาะบริเวณ Plate Boundary

• Hawaii เป็นตัวอย่างคลาสสิกของ intraplate hotspot volcanism

• Mantle Plume เป็นหนึ่งในแบบจำลองที่ใช้อธิบาย hotspot บางแห่ง

• Decompression Melting สามารถสร้าง magma ได้โดยความดันลดลงขณะที่ mantle ร้อนเคลื่อนขึ้น

• Hawaii ส่วนใหญ่ประกอบด้วย Shield Volcano ขนาดใหญ่

• Hawaiian–Emperor Seamount Chain บันทึกประวัติ volcanism หลายสิบล้านปี

• Hotspot Track สามารถใช้ศึกษาการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของ tectonic plate

• Hotspot ไม่จำเป็นต้องอยู่นิ่งอย่างสมบูรณ์

• Yellowstone เป็นระบบ hotspot ใต้ Continental Crust ที่มีประวัติ caldera volcanism

• Geyser และ Hot Spring ของ Yellowstone เป็นส่วนหนึ่งของ hydrothermal system

• Iceland เป็นตัวอย่างสำคัญของ hotspot-related magmatism ที่เกิดร่วมกับ Mid-Ocean Ridge

• Hotspot บางระบบถูกนำไปเชื่อมโยงกับ Large Igneous Provinces และ Flood Basalt

เทคนิคจำง่าย : “ร้อน–ขึ้น–ลด–หลอม–ปะทุ–เลื่อน”

หากต้องการจำกระบวนการ Hotspot แบบง่าย ให้จำ 6 ขั้น

1. ร้อน – Mantle มีบริเวณร้อนผิดปกติ
2. ขึ้น – วัสดุ mantle เคลื่อนขึ้น
3. ลด – ความดันลดลง
4. หลอม – เกิด Partial Melting
5. ปะทุ – Magma ขึ้นสร้างภูเขาไฟ
6. เลื่อน – Plate เคลื่อนผ่านบริเวณ hotspot

จึงเขียนเป็นสมการง่าย ๆ ได้ว่า

HOT MANTLE → UPWELLING → DECOMPRESSION → MELTING → VOLCANO → PLATE MOTION

หากกระบวนการดำเนินต่อเนื่องเป็นเวลาหลายล้านปี

ONE VOLCANO → VOLCANIC CHAIN → HOTSPOT TRACK

เปรียบเทียบ 3 เครื่องจักรสร้าง Magma ที่เราเรียนมาแล้ว

ถึงตรงนี้ Mountain101 สามารถเชื่อมเรื่องภูเขาไฟสำคัญเข้าด้วยกันได้แล้ว

Subduction Zone

น้ำและสารระเหยช่วยทำให้ mantle หลอมบางส่วน

Mid-Ocean Ridge

mantle เคลื่อนขึ้นและเกิด decompression melting

Hotspot

mantle upwelling และ decompression melting มีบทบาทสำคัญในหลายระบบ

ทั้งสามสามารถสร้าง magma ได้ แต่เกิดในสภาพ tectonic ที่แตกต่างกัน

นี่คือเหตุผลที่ภูเขาไฟบนโลกไม่ได้มีรูปร่าง องค์ประกอบ magma หรือพฤติกรรมการปะทุเหมือนกันทั้งหมด

สรุป : ภูเขาไฟหนึ่งลูกสามารถบอกได้ว่าแผ่นเปลือกโลกเดินทางไปทางไหน Hotspot ทำให้เราเห็นอีกมิติหนึ่งของโลกที่น่าสนใจมาก เพราะภูเขาไฟไม่จำเป็นต้องเกิดเฉพาะบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกชนหรือแยกออกจากกัน บางครั้งเรื่องราวเริ่มต้นจากส่วนลึกของ mantle วัสดุร้อนเคลื่อนขึ้น ความดันลดลง หินหลอมบางส่วน Magma เกิดขึ้น ภูเขาไฟก่อตัว Plate เคลื่อนผ่าน ภูเขาไฟเก่าถูกพาออกไป ภูเขาไฟใหม่เกิดขึ้นแทน

กระบวนการนี้เกิดซ้ำหลายล้านปีจนสร้างแนวภูเขาไฟที่สามารถมองเห็นได้ในระดับมหาสมุทร Hawaii จึงไม่ใช่เพียงหมู่เกาะท่องเที่ยวกลาง Pacific แต่คือ บันทึกการเดินทางของ Pacific Plate Yellowstone ไม่ใช่เพียงสถานที่ชม Geyser และ Hot Spring แต่คือ หน้าต่างของระบบความร้อนและ magmatism ใต้ทวีป

ส่วน Iceland แสดงให้เราเห็นว่า Hotspot และ Plate Boundary สามารถทำงานร่วมกันและสร้างภูมิประเทศที่ซับซ้อนได้ สิ่งสำคัญที่สุดคือ Hotspot ทำให้เราเริ่มมองภูเขาในมิติที่สี่ นั่นคือ เวลา ภูเขาไฟลูกหนึ่งบอกตำแหน่งปัจจุบัน ภูเขาไฟหลายลูกที่เรียงตามอายุบอกเส้นทางในอดีต ดังนั้นเมื่อเราเห็นแนวเกาะ Hawaii ทอดยาวกลางมหาสมุทร เราไม่ได้กำลังมองเพียงภูเขาไฟหลายลูกเรียงกัน แต่กำลังมอง

“รอยทางที่แผ่นเปลือกโลกทิ้งไว้ระหว่างการเดินทางผ่านโลกตลอดหลายสิบล้านปี”

และนี่คือหนึ่งในเหตุผลที่ภูเขาไม่ได้เป็นเพียงภูมิประเทศที่สวยงาม แต่เป็น เครื่องบันทึกประวัติศาสตร์ของโลก

#Mountain101 #Hotspot #MantlePlume #Hawaii #Yellowstone #Iceland #ShieldVolcano #Caldera #HotspotTrack #DecompressionMelting #HawaiianEmperorChain #Kilauea #MaunaLoa #MaunaKea #Geyser #Geothermal #Volcano #PlateTectonics #EarthScience #GeoTourism #MountainEncyclopedia #iok2uTravel

.