เจาะพื้นธรณีวิทยา หาที่มาแห่ง “พสุธากัมปนาท”

แผ่นดินไหว ถ้าไม่ได้เกิดจากการกระทำของภูเขาไฟ
ไม่มีใครสามารถคาดเดาหรือพยากรณ์ได้ล่วงหน้า

           สสวท./กรมอุตุนิยมวิทยา/บีบีซี - ปรากฎการณ์แผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติชนิดหนึ่งที่พื้นดินมีการสั่นไหวด้วยอิทธิพลบางอย่างที่อยู่ใต้ผิวโลก ซึ่งเมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ คลื่นใต้แผ่นดินจะพุ่งไปสู่บริเวณทุกส่วนของโลก และถ้าการสั่นไหวของแผ่นดินรุนแรง อุปกรณ์ตรวจจับคลื่นที่อยู่ห่างไกลออกไปนับหมื่นกิโลเมตรก็ยังสามารถรับคลื่นแผ่นดินไหวได้

จากธรณีพิโรธสู่ความรู้คลื่นใต้แผ่นดิน

       ผู้คนในสมัยโบราณมีความกลัวเหตุการณ์แผ่นดินไหวมาก กวีโฮเมอร์ของกรีกเชื่อว่าแผ่นดินไหวเกิดจากการที่เทพเจ้า "โพเซดอน” แห่งท้องทะเลลึกทรงพิโรธ ขณะที่คนจีนโบราณคิดว่า แผ่นดินไหวเกิดขึ้นเมื่อพญามังกรที่อาศัยอยู่ใต้พื้นดินขยับและเคลื่อนไหวลำตัว พร้อมกันนั้นก็ได้ส่งเสียงคำรามด้วย ส่วนคนญี่ปุ่นนั้นเชื่อว่า เวลาเทพเจ้าแห่งปลาชื่อ "นามาซึ” สะบัดหางไปมาจะทำให้เกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหว แต่ เธลิส (Thales) ผู้เป็นปราชญ์กรีกในสมัยพุทธกาลได้กล่าวโจมตีความเชื่อที่ว่า อะไรก็ตามที่เกิดจะต้องมีเทพเจ้าสิงสถิตอยู่ภายใน โดยเขาคิดว่า การไหลของคลื่นในมหาสมุทรอย่างรุนแรงต่างหากที่เป็นต้นเหตุทำให้เกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหว

      มนุษย์เริ่มเข้าใจปรากฏการณ์ใต้ดินนี้ "ดี" ขึ้นเมื่อประมาณ 20 ปีมานี้เอง โดยได้พบว่าเวลาเกิดแผ่นดินไหว คลื่นแผ่นดินไหวทุกคลื่นจะดูเสมือนเคลื่อนที่ออกมาจากตำแหน่งหนึ่งใต้ดิน ซึ่งนักธรณีวิทยาเรียกตำแหน่งดังกล่าวนี้ว่า “จุดโฟกัส” และตำแหน่งบนผิวโลกที่อยู่เหนือจุดโฟกัสเรียกว่า “อีพิเซ็นเตอร์” (epicenter) และตามปกตินั้นจุดโฟกัสของคลื่นแผ่นดินไหวมักจะอยู่ลึกใต้โลกลงประมาณ 15 กิโลเมตร แต่ในบางกรณีระยะลึกของจุดโฟกัสอาจจะมากถึง 400 กิโลเมตรก็มี

       อะไรคือสาเหตุแห่ง “แผ่นดินไหว”

       โลกเรานั้นมีโครงสร้างเป็นขั้นๆ คล้ายหัวหอม คือมีเปลือกนอกสุดห่อหุ้ม ซึ่งเปลือกนี้มีความหนาที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น กรณีเปลือกโลกที่เป็นทวีปจะหนาประมาณ 70 กิโลเมตร และเปลือกโลกส่วนที่อยู่ท้องมหาสมุทรจะหนาประมาณ 10 กิโลเมตร ซึ่งคิดเป็น 0.6% ของรัศมีโลกเท่านั้นเอง

      ลึกลงไปจากเปลือกโลกก็ถึงชั้นของโลกอีกชั้นหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า “เนื้อโลก” (mantle) ตามปกติคลื่นแผ่นดินไหวในเปลือกโลกจะมีความเร็วประมาณ 7.2 กิโลเมตร/วินาที แต่ความเร็วของคลื่นในชั้นเนื้อโลก จะสูงกว่าคือ 8.2 กิโลเมตร/วินาที

       นอกจากนี้คลื่นแผ่นดินไหวยังแบ่งออกเป็น 2 ชนิดได้แก่ คลื่นปฐมภูมิ (พี : P – primary) และ คลื่นทุติยภูมิ (เอส : S - secondary) ซึ่งเวลาคลื่นทั้งสองชนิดเคลื่อนที่ผ่านไป ในชั้นหินใต้ผิวโลก อนุภาคต่างๆ ในชั้นหินที่ถูกคลื่นพีกระทบจะสั่นไปมาในแนวที่คลื่นพุ่งไป ดังนั้น ชั้นหินจึงตกอยู่ในสภาพถูกอัดและขยายตัว

       ส่วนในกรณีของคลื่นเอสนั้น อนุภาคต่างๆ ในชั้นหินจะเคลื่อนที่ในแนวขึ้นลงที่ตั้งฉากกับทิศการพุ่งไปของคลื่น คลื่นพีนั้นตามปกติจะมีความเร็วมากกว่าคลื่นเอส ดังนั้น การวัดเวลาที่คลื่นทั้งพีและเอสเดินทางถึงเครื่องรับสัญญาณ ซึ่งอยู่ที่ตำแหน่งต่างๆ บนผิวโลกจะทำให้นักธรณีวิทยารู้ทันทีว่าจุดโฟกัสของการระเบิดอยู่ที่ใด

       อย่างไรก็ดี คลื่นพีสามารถเดินทางจากซีกโลกหนึ่งไปยังอีกซีกโลกหนึ่ง ในเวลาประมาณ 20 นาที ผ่านส่วนต่างๆ ภายในโลกได้ทุกส่วน ขณะที่คลื่นเอสเดินทางผ่านส่วนที่เป็นของเหลวไม่ได้ สำหรับคลื่นพื้นผิวต้องใช้เวลานานหลายชั่วโมงกว่าจะเดินทางได้รอบโลก

       นักแผ่นดินไหวใช้หลักการนี้ในการคำนวณระยะทางจากจุดตรวจ หรือสถานีตรวจแผ่นดินไหวไปยังศูนย์กลางแผ่นดินไหว หลักการคือ ใช้ผลต่างระหว่างเวลาของคลื่นพี กับคลื่นเอส ที่เดินทางถึงสถานีในการคำนวณระยะทางดังกล่าว ระยะเวลาต่างของคลื่นทั้งสองยิ่งมากเพียงใด ระยะทางก็ยิ่งไกลออกไปเพียงนั้น ถ้าสามารถหาระยะทางดังกล่าวได้อย่างน้อยสามสถานี เราย่อมกำหนดตำแหน่งของศูนย์กลางแผ่นดินไหวได้จากจุดตัดของวงกลม
       
       
       "รอยเลื่อน” เหตุหลักรุนแรงและไม่ทันตั้งตัว
       
       เปลือกโลกมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอทั้งการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ และรวดเร็ว ซึ่งแรงที่ทำให้เปลือกโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วนั้นเรียกว่า “แรงเทคโทนิก” (Tectonic Force) หรือ “แรงแปรสัณฐาน” อันเกิดจากความร้อนภายในโลก การขยายตัวและหดตัว รวมถึงการเคลื่อนไหวของแมกมา (Magma) จากที่แห่งหนึ่งไปยังที่อีกแห่งหนึ่ง ซึ่งแรงเทคโทนิกแบ่งออกเป็น 2 พวก คือ “กระบวนการไดแอสโตรฟิซึม" (Diastrophism) คือ รอยเลื่อนของผืนโลก ได้แก่ การโค้งงอ โก่งตัวและการแตกหักของผืนโลก และ “กระบวนการโวลคานีซึม” (Volcanism) หรือการระเบิดของภูเขาไฟนั่นเอง
       
       ทั้งนี้ สาเหตุใหญ่ที่สุดในการเกิดแผ่นดินไหวก็คือ “รอยเลื่อน” ที่กระทำต่อผิวโลกอาจทำให้เกิดเป็นที่ราบสูงหรือภูเขาไล้ และยังทำให้เกิดน้ำตก หรืออ่างน้ำขนาดใหญ่ ซึ่งแผ่นดินไหวบางครั้งทำให้เปลือกโลกยุบตัวลง เกิดเป็นทะเลสาบที่เรียกว่า “ทะเลสาบอ่าง” (Basin Lake) และยังจะทำให้แผ่นดินเลื่อนได้อีกด้วย
       
       ถ้ารอยเลื่อนเกิดภายใต้ท้องทะเล หรือมหาสมุทรแล้ว จะทำให้เกิดแผ่นดินไหวใต้ท้องทะเล ซึ่งทำให้เกิดคลื่นใหญ่เรียกว่า “สึนามิ” (Tsunamis) หรือคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหวใต้ทะเล (Tidal Wave) ซึ่งสึนามิเป็นชื่อเรียกคลื่นชนิดนี้ในภาษาญี่ปุ่น อันเป็นถิ่นที่มีลูกคลื่นแบบนี้บ่อยครั้ง
       
       รอยต่อของเพลตอันทำให้เกิด “พสุธากัมปนาท”
       
       ประมาณ 95% ของแผ่นดินไหวเกิดจากบริเวณที่มีภูเขาไฟที่ยังคุอยู่ และมักเป็นพวกเทือกเขาเกิดใหม่ (Young Mountain) และเป็นบริเวณที่มีความไม่สมดุลในเรื่องแรงที่กระทำต่อผิวโลก จึงมีพวกไดแอสโตรฟิซึมและโวลคานีซึมอยู่มากมาย และมักจะเกิดรอยเลื่อน จัดเป็นแนวความอ่อนแอของเปลือกโลก (Lines of waekness) โดยผ่าน “ทฤษฎีเพลตเทคโทนิกส์” กล่าวว่า ชั้นนอกของโลก หรือชั้นธรณีภาค ประกอบด้วยเพลตขนาดใหญ่ประมาณ 12 เพลต และเพลตเล็กๆ อีกเป็นจำนวนมาก เพลตเหล่านี้มีรูปทรงรับกันตามรอยต่อของเพลต รอยต่อของเพลตเหล่านี้แบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่
       
       1. สันเขาในมหาสมุทร (oceanic ridges) เป็นรอยต่อที่เพลตเคลื่อนที่แยกกัน โดยมีหินละลายปะทุขึ้นมาตามรอยแยก ก่อเกิดเป็นเปลือกโลกรุ่นใหม่
       2.รอยเลื่อนแปรสภาพ (transform faults) เป็นรอยต่อที่เพลตเคลื่อนที่เฉียดกัน
       3.เขตมุดตัวของเปลือกโลก (subduction zones) เป็นรอยต่อที่เพลตเคลื่อนที่ปะทะกัน แล้วเพลตหนึ่งมุดตัวลงข้างใต้อีกเพลตหนึ่ง ทำให้เปลือกโลกส่วนที่มุดนั้น หายลงไปในชั้นแมนเทิล
       
       ทั้งนี้ รอยต่อของเพลตที่ซับซ้อนที่สุด เป็นรอยต่อที่เพลตสามเพลตปะทะกัน เรียกว่า “รอยต่อสามผสาน” (triple junction) รอยต่อลักษณะนี้อาจประกอบด้วยรอยต่อต่างๆ ทั้งสามประเภทผสมผสานกัน และแผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดขึ้นตามแนวรอยต่อระหว่างเพลต แม้รอยต่อระหว่างเพลตมีอยู่ด้วยกัน 3 ประเภทก็ตาม แต่เราแบ่งแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นตามแนวรอยต่อเหล่านี้ออกเป็น 4 ประเภท คือ
       
       1.แผ่นดินไหวตื้น ที่เกิดขึ้นบริเวณสันเขาในมหาสมุทร
       2.แผ่นดินไหวตื้น ที่เกิดขึ้นตามรอยเลื่อนแปรสภาพ เช่น รอยเลื่อนซานอันเดรียส ทางด้านตะวันตกของทวีปอเมริกาเหนือ
       3.แผ่นดินไหวตื้น แผ่นดินไหวลึกปานกลาง และแผ่นดินไหวลึก ที่เกิดขึ้นตามแนวมุดตัวของเปลือกโลก บริเวณแนวโค้งภูเขาไฟ
       4.แผ่นดินไหวตื้น แผ่นดินไหวลึกปานกลาง และแผ่นดินไหวลึก ที่เกิดขึ้นตามแนวเทือกเขาสำคัญ ๆ เช่น เทือกเขาหิมาลัย เทือกเขาฮินดูกูฏ แนวแผ่นดินไหวนี้เริ่มจากบริเวณเมดิเตอเรเนียน จนเกือบถึงประเทศจีน
       
       เมื่อ “เพลตเทคโทนิกส์” แยกออกจากกันตามแนวแกนของสันเขากลางมหาสมุทร ขณะที่เพลตแยกออกจากกัน มีรอยเลื่อนและการปะทุของลาวา ปรากฏขึ้นตรงรอยแยก ก่อให้เกิดภูเขาและผาชันตามแนวดังกล่าว บริเวณนี้เป็นแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว แนวภูเขาไฟ แถบแม่เหล็กสลับขั้วในหิน 2 ด้านของรอยแยก มีการไหลถ่ายความร้อนปริมาณสูงกว่าบริเวณอื่นบนเปลือกโลกหลายเท่า และการยกตัวของภูมิประเทศ พบว่าภูเขาไฟกว่า 200 แห่ง เรียงรายอยู่ตามแนวยกตัวของพื้นทะเล ภูเขาไฟหลายแห่งยังมีพลัง การไหลถ่ายความร้อนมีปริมาณสูงมาก
       
       นอกจากนี้ยังปรากฏรอยแยกขนาดใหญ่อันเกิดจากแรงดึงนี้ ตามแนวยกตัวบริเวณเกาะไอซ์แลนด์เป็นจำนวนมาก สามารถมองเห็นได้ชัดเจน เมื่อมีการเคลื่อนที่ขึ้นลงตรงรอยแยกเหล่านี้ ก่อให้เกิดสันเขาบล็อกรอยเลื่อน (fault block ridges) เรียงรายคล้ายขั้นบันไดยักษ์ไปตามร่องหุบเขา แม้ลาวามีการปะทุขึ้นมาในระยะเวลาอันสั้น แต่ปรากฏการณ์นี้ก็เกิดขึ้น บ่อยๆ ตลอดห้วงเวลาอันยาวนานที่ผ่านมา
       
       ทวีปส่วนใหญ่ตั้งอยู่บนเพลต ที่มีรอยต่อระหว่างเพลต อันเป็นศูนย์กลางการเคลื่อนที่อยู่ในมหาสมุทร รอยแยกของเพลตแอฟริกากับเพลตยูเรเชียทำให้เกิดทะเลแดง และรอยแยกของเพลตแปซิฟิกกับเพลตอเมริกาเหนือ ทำให้เกิดอ่าวแคลิฟอร์เนีย เป็นที่น่าประหลาดใจว่า ทั้งที่ทวีปเคลื่อนที่แยกกันไปเป็นเวลานานแล้ว กลับสามารถนำมาปะติดปะต่อกันตามแนวชายฝั่งทวีปได้อีก เหมือนเมื่อทวีปเพิ่งเริ่มเคลื่อนที่ครั้งแรก
       
       มาตราวัดขนาดและความรุนแรงของแผ่นดินไหว
       
       นักธรณีวิทยาประมาณว่า ทุกวันจะมีเหตุการณ์แผ่นดินไหวเกิดขึ้นบนโลกนับ 1,000 ครั้ง แต่คนส่วนมากจะไม่รู้สึก เพราะมันสั่นและแผ่วเบาจนเกินไป เมื่อเหตุผลเป็นเช่นนี้นั่นก็หมายความว่า 50% ของคลื่นแผ่นดินไหวอาจจะมีคนตรวจรับได้ แต่อีก 50% ที่เหลือที่เกิดในบริเวณที่ไม่มีคนอาศัยก็จะไม่มีใครรู้สึกอะไรเลย
       
       ขนาด (Magnitude) เป็นปริมาณที่มีความสัมพันธ์กับพลังงานที่พื้นโลก ปลดปล่อยออกมาในรูปของการสั่นสะเทือน คำนวณได้จากการตรวจวัดค่าความสูงของคลื่นแผ่นดินไหวที่ตรวจวัด ได้ด้วยเครื่องมือตรวจแผ่นดินไหว โดยเป็นค่าปริมาณที่บ่งชี้ขนาด ณ บริเวณศูนย์กลางแผ่นดินไหว มีหน่วยเป็น " ริกเตอร์"
       
       ในปี พ.ศ. 2178 ริกเตอร์ (C.F. Richter) ได้เสนอมาตรการระบุความรุนแรงของภัยแผ่นดินไหวที่ผู้คนทั่วไปรู้จักกันจนทุกวันนี้ โดยริกเตอร์ได้แบ่งสเกลความรุนแรงออกหลายระดับ เช่น ระดับ 2 แสดงว่า ดังและเป็นภัยได้มากเท่าๆ กับเหตุการณ์ฟ้าผ่า ระดับ 4 แสดงว่า มีความเสียหายเล็กน้อย เกิดขึ้น ระดับ 6 คือรุนแรงเทียบเท่าการระเบิดของลูกระเบิดปรมาณูที่สหรัฐฯ ทิ้งลงฮิโรชิมา และระดับ 8.5 คือระดับโลกแตก ซึ่งแยกเป็นตารางได้ดังนี้
       
       มาตราริกเตอร์
       

       ส่วนความรุนแรงแผ่นดินไหว (Intensity) แสดงถึงความรุนแรงของเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่เกิดขึ้น วัด ได้จากปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้น ขณะเกิด และหลังเกิดแผ่นดินไหว เช่น ความรู้สึกของผู้คน ลักษณะที่วัตถุหรือ อาคารเสียหายหรือสภาพภูมิประเทศที่เปลี่ยนแปลง เป็นต้น ในกรณีของประเทศไทยใช้ มาตราเมอร์แคลลี สำหรับเปรียบเทียบอันดับ ซึ่งมีทั้งหมด 12 อันดับ เรียงลำดับความรุนแรงแผ่นดินไหวจากน้อยไปมาก ดังนี้
       
       มาตราเมอร์แคลลี่
       

       ทั้งนี้ เครื่องมือสำหรับวัดการสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว เรียกว่า “ไซสโมกราฟ” (Seimograph) แต่ในปัจจุบันใช้ทั้งระบบเครือข่ายสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวในระดับแต่ละประเทศ และเครือข่ายในระดับโลก เพื่อการวิเคราะห์ตำแหน่ง ขนาดและเวลาเกิดของเหตุการณ์แผ่นดินไหวได้อย่างรวดเร็ว
       
       ประเทศไทยเริ่มมีการตรวจแผ่นดินไหว เมื่อปี พ.ศ. 2506 สถานีตรวจแผ่นดินไหวแห่งแรกของกรมอุตุนิยมวิทยา ติดตั้ง ณ จังหวัดเชียงใหม่ โดยเข้าร่วมอยู่ในเครือข่ายระบบมาตรฐานโลก Worldwide Standardized Seismograph Network : WWSSN และต่อมาปรับเปลี่ยนเป็นระบบเครือข่าย Incorporated Research Institution of Seismology : IRIS ซึ่งเป็นเครือข่ายโดยความร่วมมือของสถาบันการศึกษาหลายแห่ง ในสหรัฐอเมริกา และบุคคลทั่วไปสามารถเข้าถึงข้อมูลผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต
       
       ย้อนดูแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ในอดีต
       
       เพราะประวัติการเกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหวในระยะเวลา 25 ปี ที่ผ่านมานี้ แสดงให้เห็นว่า ในกรณีแผ่นดินไหวที่เมืองโกเบ (Kobe) ในประเทศญี่ปุ่น เมื่อยามเช้าตรู่ของวันที่ 17 ม.ค. 38 ได้ทำลายบ้านเมือง 200,000 หลัง มีคนเสียชีวิต 6,000 คน และบาดเจ็บ 34,000 คน
       
       นอกจากนี้ ที่เมืองสไปตัก (Spitak) ประเทศอาร์เมเนีย (Armenia) เมื่อวันที 7 ธ.ค. 31 ได้เกิดแผ่นดินไหวในยามเช้า ทำให้ผู้คนไม่ทันตั้งตัวจึงล้มตายถึง 25,000 คน และที่ประเทศเม็กซิโก ณ สถานที่ที่อยู่ห่างจากเม็กซิโกซิตี้ 400 กิโลเมตร วันที่ 19 ก.ย.28 ก็มีแผ่นดินไหว กรณีนี้มีคนตาย 7,500 คน และค่าเสียหาย 20,000 ล้านบาท
       
       และรายที่รุนแรงที่สุด ได้แก่ เหตุการณ์แผ่นดินไหวที่ต่งซาน (Tangshan) ประเทศจีน ในตอนดึกของวันที่ 28 ก.ค. 19 ทำให้มีคนเสียชีวิตกว่า 250,000 คน และบาดเจ็บร่วม 800,000 คน ความเสียหายครั้งนั้นได้ทำให้จีนต้องใช้เวลานานกว่า 10 ปี จึงสร้างต่งซานให้มีชีวิตขึ้นมาได้อีกครั้งหนึ่ง
       
       ณ วันนี้ นักธรณีวิทยายังไม่ประสบความสำเร็จในการทำนายว่าเหตุการณ์แผ่นดินไหวจะอุบัติเมื่อไร และ ณ ที่ใด ถึงระดับดีมากเลย ดังนั้นในบางโอกาสเขาก็จะพบว่ามันได้เกิดในบางสถานที่ที่ไม่มีใครคิดถึงและเมื่อสภาพแวดล้อมของสถานที่แต่ละแห่งบนโลกไม่เหมือนกัน ดังนั้น ความเสียหายหรือความหายนะต่างๆ จึงไม่เหมือนกัน
       
       ถึงแม้เราจะขาดความสามารถระดับสูงในการพยากรณ์ภัยแผ่นดินไหวก็ตาม แต่นักธรณีวิทยาก็พอมีความรู้ว่า ก่อนที่จะมีเหตุการณ์ แผ่นดินไหวอย่างรุนแรงนั้น แผ่นดินไหวอย่างนุ่มนวลก่อน และโดยอาศัยการติดตั้งอุปกรณ์ดักฟังคลื่นแผ่นดินไหว ณ ตำแหน่งต่างๆ สัญญาณที่อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับจะถูกนำมาสังเคราะห์เพื่อให้รู้ตำแหน่งเวลาและความเป็นไปได้ที่จะมีเหตุการณ์แผ่นดินไหว
       
       
       ข้อมูลจาก
       สถาบันการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
       กรมอุตุนิยมวิทยา
       บีบีซี