ทรัพยากรธรณี หมายถึง ทรัพยากรธรรมชาติที่สิ้นเปลืองใช้แล้วหมดไปไม่สามารถเกิดขึ้นทดแทนได้ (non-renewable resources) มนุษย์ได้มีการนำทรัพยากรธรณีมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ มากมาย การที่มีการนำทรัพยากรไปใช้มากทำให้เกิดปัญหาตามมา การใช้ทรัพยากรอย่างผิดวิธี และการใช้อย่างสิ้นเปลือง อาจทำให้ทรัพยากรที่มีคุณค่าลดน้อยลงไปอย่างรวดเร็ว เราจึงควรรู้จักประโยชน์ของทรัพยากรธรรมชาติ รวมไปถึง วิธีอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ

         สัตว์หลายชนิดรู้จักใช้เครื่องมือ เช่น ลิงเอพ (apes) ใช้ไม้ในการเกาหลัง นกหัวขวานที่อาศัยอยู่บริเวณหมู่เกาะกะลาปากอส ทวีปอเมริกาใต้ ใช้ กิ่งไม้เล็กๆ ในการกระทุ้งแมลงจากต้นไม้ ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดที่ใช้เครื่องมือมากที่สุดเท่ามนุษย์ เครื่องมือต่าง ๆ และไฟเป็นสิ่งที่บ่งบอกถึง ความมีอารยธรรม มนุษย์ในประวัติศาสตร์ ในอดีตมนุษย์ใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างง่ายๆในการดำรงชีวิต เช่น ใช้ฟลินต์ (flint) หรือ หินเหล็กไฟ และ ออบซิเดียน (obsidian) ในการทำอาวุธ มีดแล่หนัง และใช้จุดไฟ ต่อมามนุษย์เริ่มรู้จักการทำเหมือง ถลุงโลหะ ขุดถ่านหิน และปิโตรเลียมจากโลก ในปัจจุบันมนุษย์ยังใช้ และค้นหา ทรัพยากรธรรมชาติเหล่านี้อยู่

           ทรัพยากรธรณีทางธรณีวิทยาแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือ ทรัพยากรพลังงาน (energy resource) และ ทรัพยากรแร่ (mineral resource)

           แหล่งแร่ หมายถึง วัตถุธรรมชาติที่มีมูลค่าเชิงเศรษฐกิจที่ได้มีการรวมตัวกันมากเพียงพอและคุ้มค่าในการขุดขึ้นมาใช้ประโยชน์ และในปัจจุบันยังต้องคำนึงถึงความสูญเสียด้านผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

           แหล่งแร่หนึ่งๆ เป็นผลมาจากกระบวนการทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพและค่อนข้างเฉพาะตัว โดยมีการเคลื่อนย้ายวัตถุธาตุที่ไม่ต้องการออกไป หรือมีการเคลื่อนย้ายวัตถุธาตุที่ต้องการไปสะสมตัวในบริเวณใดหรือที่ใดที่หนึ่ง

           การแปรสัณฐานของแผ่นธรณีภาค (plate tectonics) มีอิทธิพลต่ออัตราเร่งของการเกิดแหล่งแร่ชนิดต่างๆ กระบวนการดังกล่าวทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขและสภาพแวดล้อมที่เกิดขึ้นในพื้นมหาสมุทรและบริเวณที่เป็นภาคพื้นทวีป

           หากเราสามารถกำหนดตำแหน่ง (plot) อายุของแหล่งแร่ชนิดต่างๆ บนเปลือกโลกของเราจะเห็นลักษณะรูปแบบ (pattern) ที่คล้ายกับว่า การกระจายตัวของแหล่งแร่เหล่านั้นมีความสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่แยกออกจากกัน หรือการเคลื่อนที่เข้าหากันของแผ่นธรณีภาคในยุคสมัยต่างๆ ซึ่งเราเรียกกันรวมๆ ว่า วัฏจักรการเกิดมหาทวีป (supra continental cycles) ซึ่งดูเหมือนว่าคาบของการเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวได้เกิดขึ้นทุกๆ รอบ 400 ล้านปี ทฤษฏีข้างต้นอธิบายว่า เมื่อเกิดมหาทวีปขึ้นแล้ว ความร้อนได้ถูกสะสมตัวในชั้นแมนเทิลเพิ่มมากขึ้น เกิดหย่อมความร้อนสูง (hot spots) ขึ้นเป็นบริเวณๆ หย่อมความร้อนสูงมากเหล่านี้เอง ที่เป็นสาเหตุให้เกิดการปริแตกและแยกออกจากกันของแผ่นธรณีภาค (divergent plate boundary)

           แหล่งแร่โลหะต่างๆ เกิดร่วมกับการเกิดมหาทวีป (oroginic deposits) และยังเกิดในช่วงต้นๆ ที่แผ่นธรณีภาคแยกออกจากกัน

 

          การเกิดแหล่งแร่จำแนกได้ 2 กลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่

          1. กลุ่มแหล่งแร่ที่เกิดจากการสะสมตัวของวัตถุธาตุที่ค้างเหลืออยู่ (residual deposits)

            ในกรณีนี้ สารละลายที่ไม่มีคุณค่าเชิงเศรษฐกิจถูกเคลื่อนย้ายออกไป ทำให้เหลือวัตถุธาตุที่มีคุณค่าเชิงเศรฐกิจในที่เดิม ตัวอย่างเช่น แหล่งแร่ที่เกิดจากการระเหย (evaporate) กล่าวคือ เมื่อน้ำระเหยออกไปทำให้เหลือเฉพาะสารเกลือ แหล่งแร่ประเภทนี้ส่วนใหญ่มีความสัมพันธ์กับทะเล ประกอบด้วย แหล่งแร่โพแทส เกลือหิน ยิปซัม แอนไฮไดรต์ และกำมะถัน ตัวอย่างเช่น แหล่งแร่เกลือหิน และแหล่งแร่โพแทสในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย และแหล่งเกลือที่ lake eyre ที่ทวีปออสเตรเลียตอนกลาง

 

          2. กลุ่มแหล่งแร่ที่เกิดจากการพัดพาวัตถุธาตุที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจไปสะสมตัวในบริเวณอื่น (non-residual deposits)

            เกิดจากการพัดพาวัตถุธาตุที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจจากบริเวณที่เป็นแหล่งใหญ่ไปสะสมตัวในบริเวณที่เป็นพื้นที่เฉพาะ โดยมีของเหลว/สารไหลที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซลเซียส เป็นตัวกลางนำพา คือสารละลายสีดำ หรือที่เรียกว่า black smokers ที่เกิดขึ้นบริเวณที่เป็นรอยปริแตก และแยกออกจากกันของแผ่นธรณี แหล่งแร่เกิดโดยการไหลเวียนของสารเหลวร้อนดังกล่าวที่ไหลเคลื่อนผ่านชั้นหิน และเคลื่อนย้ายแร่ธาตุไปสะสมไว้ตามเส้นทางและบริเวณที่มันไหลผ่านเกิดการสะสมตัวของแหล่งแร่หลายประเภท และหลายรูปแบบที่แตกต่างกันตามสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาและส่วนประกอบของน้ำแร่ร้อน

 

ภาพที่ 5.1 สารละลายสีดำ หรือที่เรียกว่า black smokers
ที่มา : www.ldeo.columbia.edu/.../ slides/smokers.jpg

 

          ทฤษฎีว่าด้วยการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค (plate tectonics) ได้เปลี่ยนความคิดของนักธรณีวิทยาที่เดิมเชื่อกันว่า แอ่งที่เป็นมหาสมุทรนั้นมีการจมตัวลงไปเฉยๆ และเป็นแอ่งที่เป็นแหล่งให้กำเนิดแร่ที่มีการสะสมตัวของแร่ต่างๆ ตลอดเวลา

           ความร้อนจากแมกมาที่สัมพันธ์กับการเพิ่มพื้นที่ผิวมหาสมุทร หรือ การลด หรือกลืนไปกับพื้นผิวมหาสมุทรที่เป็นรอยต่อระหว่างแผ่นธรณีภาค เป็นพลังงานขับเคลื่อนทำให้เกิดระบบการไหลเวียนของแร่ร้อน (hydrothermal convection system) ระบบเหล่านี้ทำให้กลุ่มแร่ซัลไฟด์ (sulfides) ประเภท Cu Pb Zn Ag Fe และ Au เกิดการสะสมตัวเพิ่มมากขึ้นในเปลือกโลกส่วนมหาสมุทร กระบวนการดังกล่าวทำให้ชั้นเนื้อโลกส่วนบน (upper mantle) แร่ธาตุต่างๆ เช่น Cr Ni Cu และ Pt นี้เพิ่มมากขึ้น

           การสึกกร่อนโดยกระบวนการทางเคมีของพื้นทวีปร่วมกับระบบสารละลายในน้ำแร่ร้อนใต้พื้นมหาสมุทร ทำให้แร่โลหะชนิดต่างๆ รวมถึงมวลสารพอก (concretion) แมงกานีส (Mn) มาสะสมบริเวณที่ราบใต้ท้องมหาสมุทรหรือทะเลลึก รวมถึงก้อนเหล็ก แมงกานีสที่ห่อหุ้มด้วยธาตุโคบอลต์บริเวณที่เป็นส่วนฐานของภูเขาไฟใต้ทะเลลึก


           น้ำแร่ร้อนใต้มหาสมุทรยังเป็นแหล่งพลังงานทางเคมีให้กับสิ่งมีชีวิตและจุลินทรีย์ขนาดเล็กๆ สำหรับสร้างอาหารในระบบนิเวศที่มีแหล่งแร่สะสมตัวนับเป็นการเชื่อมกระบวนการอินทรีย์เข้าด้วยกัน ที่สำคัญจุลชีพเล็กๆ เหล่านี้อาจมีส่วนช่วยในการเพิ่มพูนความสมบูรณ์ของแหล่งแร่ด้วย

 

          อิทธิพลของการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาคต่อการกระจายตัวของแหล่งแร่

            สภาพทางธรณีวิทยาจะเป็นตัวกำหนดขนาด และชนิดของแหล่งแร่ บ่อยครั้งที่สามารถระบุได้ว่าพื้นที่หนึ่งๆ หรือภูมิภาคหนึ่งๆ เป็นพื้นที่แหล่งแร่ชนิดใด หรือกลุ่มแร่ชนิดไหนได้อย่างถูกต้อง พื้นที่หรือภูมิภาคเหล่านี้จะมีลักษณะหรือสภาพการกำเนิดทางธรณีวิทยา (tectonic setting) ที่แตกต่างกันดังได้กล่าวไปแล้ว โดยอาจจะเกี่ยวข้องกับยุคธรณีกาลยุคใดยุคหนึ่งโดยเฉพาะ ซึ่งจะเห็นว่าสถานที่และเวลาเป็นตัวแปรสำคัญในการสะสมตัวของแหล่งแร่
          
          บริเวณที่พบว่ามีการกระจายตัวของแหล่งแร่ได้แก่

 

           1. บริเวณกลางรอยแยกแผ่นธรณีภาคพื้นทวีป และบริเวณหลังอาร์ค (mid-ocean ridges and back-arc spreading centres)

            แหล่งแร่ซัลไฟต์ขนาดใหญ่มักเกิดในสภาพแวดล้อมที่มีภูเขาไฟใต้สมุทร บางทีเรียกว่าแหล่งแร่ที่เกิดจากภูเขาไฟ (volcanogenic) และเป็นแหล่งแร่ Cu Pb Zn ที่สำคัญ โดยมีการแบ่งกลุ่มของแหล่งแร่นี้ออกเป็น 3 ประเภทตามสภาพธรณีวิทยาและลักษณะภูเขาไฟที่เกิดร่วมกัน ประมาณ 80 % ของแหล่งแร่ซัลไฟต์ใหญ่ของโลกเกิดสัมพันธ์กับชั้นหินที่เกิดบริเวณอาร์ค (arc related strata) และที่เหลือ 20 % เกิดสัมพันธ์กับบริเวณรอยแยกแผ่นธรณีภาคพื้นมหาสมุทร และแหล่งแร่กลุ่มแรกมักมีขนาดใหญ่กว่า

 

           2. บริเวณไหล่ทวีป (passive continental margin)

            กลุ่มหินปูนที่เกิดในบริเวณไหล่ทวีปโบราณ มักเป็นแหล่งสะสมแร่ Cu Pb Zn โดยอาจจะเกิดพร้อมๆ กับการสะสมตัวของหินปูน (syngenetic) หรือเกิดขึ้นภายหลังการกำเนิดหินปูนแล้ว (epigenetic)

            แหล่งแร่แมงกานีส (Mn) ขนาดใหญ่มักเกิดขึ้นในบริเวณไหล่ทวีปในทะเลตื้น แหล่งแมงกานีสชนิดนี้มักมีลักษณะเป็นผืนและแผ่กว้าง อาจมีความหนาถึง 3 เมตร เช่นแหล่งแร่แมงกานีส Groote Eylandt ที่รัฐ Queensland ประเทศออสเตรเลีย ซึ่งเกิดจากการตกตะกอนบริเวณตะพักริมฝั่งทะเลสมัยเมื่อ 95 ล้านปีที่แล้ว ในช่วงที่น้ำทะเลถดถอย และในทางตรงกันข้าม พื้นที่ๆ เคยเกิดน้ำทะเลท่วมขังในอดีต มีโอกาสเกิดการสะสมตัวของฟอสฟอรัสทำให้เกิดแหล่งแร่ฟอสเฟต และหินฟอสโฟไรต์ (phosphorite) ได้

            แหล่งแร่เหล็ก (Fe) ชั้นบาง (banded iron formation) ที่พบบริเวณเทือกเขาในภาคตะวันตกของออสเตรเลีย ซึ่งเชื่อว่าเกิดบริเวณที่เป็นไหล่ทวีปโบราณ ส่วนใหญ่มีอายุมากกว่า 2,500 ล้านปี มีลักษณะเป็นชั้นสลับกันระหว่างแร่แม่เหล็กกับหินเชิร์ตมีขนาดชั้นบางมากเป็นมิลลิเมตร ถึงหลายเซนติเมตร การกำเนิดแหล่งแร่เหล็กมีการอธิบายว่า บรรยากาศในช่วง 2,500 ล้านปี ก่อนคงมีออกซิเจนต่ำ เหล็กที่เกิดจากการผุพังสลายตัวในรูปไอออนถูกพัดพาไหลลงไปจับตัวกับออกซิเจนที่เกิดจากการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายในทะเล ทำให้เกิดการสะสมตัวของแร่แม่เหล็ก (Fe3O4) เป็นชั้นแร่แมกเนไทต์เมื่อมีออกซิเจนในน้ำมากเกินไปและไม่มีไอออนของเหล็กเหลืออยู่ทำให้สาหร่ายตายลง และสะสมตัวเป็นชั้นหินเชิร์ตสลับกันไปกับชั้นแร่เหล็ก

 

        ตัวอย่างแหล่งแร่ทองคำ (Au)

           การเกิดของทองคำมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับการเกิดของภูเขาไฟ สภาพแวดล้อมของการเกิดแหล่งแร่ทองคำทั่วโลกแบ่งได้กว้างๆ เป็น 3 กลุ่ม ได้แก่

 

          1. กลุ่มแร่ทองคำที่เกิดในหินยุคอาร์เคียน (Archean greenstone belt)

              เป็นแหล่งแร่ที่เกิดร่วมกับกลุ่มหินภูเขาไฟสลับกับหินตะกอนที่มีอายุเก่าแก่กว่า 2,500 ล้านปี

 

          2. กลุ่มแร่ทองคำและทองแดงที่เกิดร่วมกับหินพอร์ไพรี (หินอัคนีภูเขาไฟที่มีเนื้อสองขนาด)

              แหล่งแร่มักเกิดใต้หินภูเขาไฟที่มีลักษณะเป็นชั้นๆ (stratovolcanoes) เป็นแหล่งแร่ที่มีเกรดค่อนข้างต่ำ อาจมีขนาดกว้าง 3-8 กม. การทำเหมืองจึงต้องใช้ปริมาณหินป้อนจำนวนมาก

 

          3. กลุ่มแร่ทองคำที่เกิดกับน้ำแร่ร้อน (epithermal gold deposits)

              แหล่งแร่ทองคำนี้มักเป็นแหล่งแร่ที่เกิดสะสมตัวในระดับตื้น

              น้ำแร่ร้อนจากใต้โลกมีอุณหภูมิระหว่าง 50 ถึง 200 องศาเซลเซียลถูกแมกมาดันขึ้นมาพร้อมกันซึ่งแหล่งน้ำร้อนใต้โลกนี้ห่างจากผิวโลกประมาณ 100 กิโลเมตรโดยทั่วไปน้ำร้อนจะเดือดที่ความลึกประมาณ 300 เมตร ใต้พื้นโลก ซึ่งมีแก๊สไดไฮโดรเจนซัลไฟต์ (H2S) ปะปนอยู่ แต่เนื่องจากแก๊สนี้ได้ระเหยไปทำให้ทองคำเริ่มตกตะกอนและสะสมตัวเพิ่มขึ้น น้ำร้อนดังกล่าวนี้จึงได้พาแร่ธาตุต่างๆ รวมทั้งทองคำขึ้นมาด้วย บริเวณที่เกิดน้ำเดือดในอดีตนี้เองจึงเป็นเป้าหมายของนักสำรวจแหล่งแร่ทองคำประเภทนี้

 

       สถิติการผลิตทองคำของโลก

         ในปีค.ศ. 1994 โลกผลิตทองคำได้ทั้งหมดจำนวน 2,296 ตัน โดยกระจายอยู่ในประเทศต่างๆ ดังนี้

             ประเทศแอฟริกาใต้ 25%
             ประเทศสหรัฐอเมริกา 14%
             ประเทศออสเตรเลีย 11%
             ประเทศเครือรัสเซียเดิม 11%
             ประเทศแคนาดา  6%
             ประเทศจีน  6%
             ประเทศบราซิล  3%
             ประเทศอื่นๆ รวม  24%

       
- แหล่งแร่ หมายถึงอะไร
- บริเวณใดบ้าง ที่สามารถพบแหล่งแร่เศรษฐกิจ