แผ่นดินไหว (earthquake)

          แผ่นดินไหว  เป็นปรากฎการณ์ธรรมชาติที่มีสาเหตุมาจากการปลดปล่อยพลังงานจากความเครียดที่เก็บอยู่ในหินใต้ผิวโลกอย่างทันทีทันใด กล่าวคือเป็นกระบวนการที่พื้นที่บนโลกเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและเด่นชัด เมื่อแรงเค้น (stress) ที่เกิดขึ้นตามรอยแตก หรือรอยเลื่อนที่เกิดขึ้นบนเปลือกโลก ภายในโลกถูกปลดปล่อยขึ้นมาสู่พื้นผิวโลก


          ผู้คนในสมัยโบราณมีความเชื่อว่าแผ่นดินไหวเกิดจากสาเหตุต่างๆ กันไป เช่น

          - คนญี่ปุ่นเชื่อว่าแผ่นดินไหวเกิดจากเทพเจ้าแห่งปลา ชื่อ Namazu สะบัดหางไปมา

          - Thales นักปราชญ์ชาวกรีกในสมัยพุทธกาลเชื่อว่าอะไรก็ตามที่เกิดขึ้นมาจะต้องมีเทพเจ้าสิงสถิตอยู่ภายใน โดยเขาคิดว่าการไหลของคลื่นในมหาสมุทรอย่างรุนแรงเป็นต้นเหตุทำให้เกิดแผ่นดินไหว

          - Homer กวีชาวกรีกเชื่อว่าแผ่นดินไหวเกิดจากการที่เทพเจ้า Poseidon แห่งท้องทะเลลึกทรงพิโรธ

          - คนจีนโบราณคิดว่า แผ่นดินไหวเกิดจากพญามังกรที่อาศัยอยู่ใต้พื้นดินขยับและเคลื่อนไหวลำตัวพร้อมส่งเสียงคำราม

 

          ทฤษฎีการเกิดแผ่นดินไหวที่เป็นที่ยอมรับกันในปัจจุบันมี 2 ทฤษฎี คือ

          1. ทฤษฎีที่ว่าด้วยการขยายตัวของเปลือกโลก (dilation source theory) แผ่นดินไหวเกิดจากการที่เปลือกโลกเกิดการ คดโค้งโก่งงออย่างเฉียบพลัน และเมื่อวัตถุขาดออกจากกันจึงปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปคลื่นแผ่นดินไหว

         2. ทฤษฎีที่ว่าด้วยการคืนตัวของวัตถุ (elastic rebound theory) แผ่นดินไหวเกิดจากการสั่นสะเทือนอันเป็นเหตุผลมาจาก การเคลื่อนตัวของรอยเลื่อน (fault) ดังนั้น เมื่อเกิดการเคลื่อนที่ถึงจุดจุดหนึ่งวัตถุจึงขาดออกจากกัน และเสียรูปอย่างมากพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงานออกมา และหลังจากนั้นวัตถุก็คืนตัวกลับสู่รูปเดิม ทฤษฎีนี้สนับสนุนแนวความคิดที่ว่า แผ่นดินไหวมีกลไกการ กำเนิดเกี่ยวข้องโดยตรงและใกล้ชิดกับรอยเลื่อนที่มีพลัง (active fault) ที่เกิดขึ้นจากผลพวงของการแปรสัณฐานของเปลือกโลก (plate tectonics)

 

        ศูนย์การเกิดแผ่นดินไหว

          คลื่นความไหวสะเทือนเป็นผลจากกระบวนการเคลื่อนที่และแยกตัวของแผ่นธรณีภาค/แผ่นเปลือกโลก ตำแหน่งที่กำเนิดคลื่น ความไหวสะเทือนใต้ผิวโลก เรียกว่าศูนย์การเกิดแผ่นดินไหว (focus) โดยที่ตำแหน่งบนผิวโลกที่อยู่เหนือจุดโฟกัสเรียกว่าอีพิเซ็นเตอร์ (epicenter) คลื่นความไหวสะเทือนที่ออกมาจากศูนย์เกิดแผ่นดินไหวมี 2 ประเภท คือ

           - คลื่นปฐมภูมิ (primary waves: P-waves)
           - คลื่นทุติยภูมิ (secondary waves: S-waves)

          การกำหนดตำแหน่งของแผ่นดินไหวและการตรวจวัดทำโดยใช้เครื่องตรวจวัดคลื่นแผ่นดินไหวที่ เรียกว่า ไซสโมมิเตอร์ (seismometer) โดยข้อมูลจะถูกบันทึกลงและแปรผลเพื่อให้ทราบถึงลักษณะของวัตถุที่คลื่นเคลื่อนผ่านมา

 

 

- แผ่นดินไหวคืออะไร สาเหตุที่ทำให้เกิดมาจากอะไร
- แผ่นดินไหวมักเกิดขึ้นบริเวณใด
- ความลึกเกี่ยวข้องกับการเกิดแผ่นดินไหวได้อย่างไร

 

 

 

ภาพที่ 1.5 แสดงศูนย์เกิดแผ่นดินไหว และคลื่นความไหวสะเทือนใต้ผิวโลก

 

          จากภาพ อธิบายได้ว่า เมื่อเกิดแผ่นดินไหว ทั้งคลื่น P และ คลื่น S จะเคลื่อนที่ออกจากตำแหน่งหนึ่งใต้ผิวโลก ซึ่งเรียกตำแหน่งนี้ว่าเรียกว่า จุดโฟกัส หรือ ศูนย์การเกิดแผ่นดินไหว เมื่อคลื่นทั้ง 2 ชนิดคลื่นที่ผ่านไปในชั้นหินใต้ผิวโลก อนุภาคต่างๆ ในชั้นหินที่ถูกคลื่น P กระทบจะสั่นไปมาในแนวที่คลื่นพุ่งไป ดังนั้น ชั้นหินจึงตกอยู่ในสภาพถูกอัด และขยายตัวเหมือนการยืดหดของลวดสปริงในกรณีของคลื่น S นั้น อนุภาคต่างๆ ในชั้นหินจะเคลื่อนที่ในแนวขึ้นลงที่ตั้งฉากกับทิศการพุ่งไปของคลื่น เหมือนลูกคลื่นที่เกิดจากการขยับเส้นเชือกผูกปลายขึ้นลง คลื่น P นั้น ตามปกติจะมีความเร็วมากกว่าคลื่น S ดังนั้นการวัดเวลาที่คลื่นที่ P และ S เดินทางถึงเครื่องรับสัญญาณ ซึ่งอยู่ที่ตำแหน่งต่างๆ บนผิวโลก จะทำให้นักธรณีวิทยาสามารถวิเคราะห์และรู้ได้ว่าจุดโฟกัสของการเกิดคลื่นอยู่ที่ใดคลื่น p-wave จะเดินทางไปได้ทั้งใน
ตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว และแก๊ส ส่วนคลื่น s-wave จะเดินทางไปได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น

 

          คลื่นพื้นผิว (surface wave) คือลักษณะที่คลื่นแผ่รังสีอยู่รอบเปลือกโลก

 

ภาพที่ 1.6 ลักษณะของคลื่นพื้นผิวที่แผ่รังสีรอบเปลือกโลก

       

 

          ส่วนคลื่นในตัวกลาง (body wave) คือลักษณะที่คลื่นแผ่รังสีภายในเปลือกโลก

 

ภาพที่ 1.7 ลักษณะของคลื่นในตัวกลางที่แผ่รังสีภายในโลก

 

 

-คลื่นพื้นผิว (surface wave) กับคลื่นในตัวกลาง (body wave) ต่างกันอย่างไร
-คลื่นชนิดใดมีอนุภาคทำลายล้างสูง
-ศูนย์กลางการเกิดแผ่นดินไหว (focus) หมายถึงอะไร

 

 

          
         ขนาดของแผ่นดินไหวสามารถวัดได้ด้วยเครื่องวัดความไหวสะเทือน (seismograph) หลักการโดยสังเขปของเครื่องมือคือ มีตัวโครงยึดติดกับพื้นดิน และมีกระดาษหมุนไปด้วยความเร็วคงที่ เมื่อแผ่นดินมีการเคลื่อนไหวสะเทือน กระดาษกราฟที่ติดอยู่กับโครงจะเคลื่อนที่ตามแผ่นดินแต่ลูกตุ้มซึ่งมีความเฉื่อยจะไม่เคลื่อนที่ตามปากกาที่ผูกติดกับลูกตุ้มก็จะเขียนกราฟลงบนกระดาษ และในขณะเดียวกันทำให้ได้กราฟแสดงความสัมพันธ์ของขนาดการเคลื่อนที่ของแผ่นดินต่อหน่วยเวลา


 



ภาพที่ 1.8 เครื่องมือวัดแผ่นดินไหวพร้อมกระดาษบันทึกเพื่อแปรผล (seismometer)
ที่มา:http://www.adlc.ca/home/studwork/sampleLessons/Science24/lesson3-5.htm

 

 

- ไซสโมกราฟ คืออะไร
- ไซสโมแกรม คืออะไร
- ไซสโมกราฟ และไซสโมแกรมสัมพันธ์กันอย่างไร

 

 

         การวัดแผ่นดินไหวนิยมวัดอยู่ 2 แบบ ได้แก่ การวัดขนาด (magnitude) และการวัดความรุนแรง (intensity) การวัดขนาดเป็นการวัดกำลัง หรือพลังงานที่ปลดปล่อยในการเกิดแผ่นดินไหว ส่วนการวัดความรุนแรงเป็นการวัดผลกระทบของแผ่นดินไหว ณ จุดใดจุดหนึ่งที่มีต่อคน โครงสร้างอาคาร และพื้นดิน มาตราการวัดแผ่นดินไหวมีอยู่หลายมาตรา ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะที่นิยมใช้ทั่วไป 3 มาตรา ได้แก่ มาตราริกเตอร์ มาตราเมอร์แคลลี และมาตราการวัดขนาดโมเมนต์

         มาตราริกเตอร์ เป็นการวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวได้จากการคำนวณปริมาณพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจากศูนย์กลางการเกิดแผ่นดินไหว โดยวัดจากความสูงของคลื่น (amplitude) จากเส้นไซสโมแกรม ซึ่งแอมพลิจูดยิ่งสูงเท่าไรก็เท่ากับพื้นดินสะเทือนมากเท่านั้น หรือแผ่นดินไหวรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น วิธีการนี้ ชาร์ล เอฟ ริกเตอร์ (Charles F. Richter) ได้คิดค้น และคำนวณออกมาเป็นสมการลอกกาลิธึม เพื่อคำนวณหาระดับขนาดต่างๆ โดยใช้หลักการจากผลบันทึกของเครื่องวัดความไหวสะเทือน และมีการปรับปรุงแก้ไขเกี่ยวกับระยะทางจากศูนย์เกิดแผ่นดินไหว ได้ผลลัพธ์ออกมาจนเป็นมาตราที่เรียกว่า มาตราริกเตอร์ (Richter scale) ซึ่งมีขนาดตั้งแต่ 0-9 มาตราที่ใช้กันทั้งสองวิธีนี้ใช้เปรียบเทียบ หรือวัดขนาดแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นตามที่ต่างๆ ได้   

       มาตราเมอร์แคลลี วัดจากความรู้สึกของคนร่วมกับการประเมินผล และความเสียหายของสิ่งปลูกสร้างที่เกิดขึ้นจากการเกิดแผ่นดินไหว วิธีนี้ถูกกำหนดขึ้นเป็นมาตราที่เรียกว่า มาตราเมอร์แคลลี (mercalli scale)

         มาตราการวัดขนาดโมเมนต์ การวัดขนาด ด้วยมาตราริกเตอร์เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย แต่วิธีการของริกเตอร์ยังไม่แม่นตรงนักในเชิงวิทยาศาสตร์ เมื่อมีสถานีตรวจวัดคลื่นแผ่นดินไหวมากขึ้นทั่วโลก ข้อมูลที่ได้ แสดงว่า วิธีการของริกเตอร์ใช้ได้ดีเฉพาะในช่วงความถี่และระยะทางหนึ่งเท่านั้น ใน ค.ศ. 1977 ฮิรู คะนะโมะริ ( Hiroo Kanamori นักธรณีฟิสิกส์ ชาวญี่ปุ่น) ได้เสนอวิธีวัดพลังงานโดยตรงจากการวัดการเคลื่อนที่ของรอยเลื่อน มาตราการวัดขนาดของคะนะโมะริ เรียกว่า มาตราขนาดโมเมนต์ ( moment magnitude scale)

 

 

มาตราเมอร์แคลี่ กับมาตราริกเตอร์ และมาตราการวัดขนาดโมเมนต์ต่างกันอย่างไร

 

 

         แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว

           แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวหรือบริเวณตำแหน่งศูนย์กลางการเกิดแผ่นดินไหวส่วนใหญ่จะอยู่ตรง

           - บริเวณขอบหรือรอยตะเข็บของแผ่นเปลือกโลก (แผ่นธรณีภาค) ในกรณีของประเทศไทย และสุมาตรา แนวแผ่นดินไหวโลกที่ใกล้ ๆ ได้แก่ แนวเกาะอันดามัน-นิโคบา ในมหาสมุทรอินเดีย

           - แนวรอยเลื่อนต่าง ๆ ที่มีผลกระทบต่อประเทศไทย ได้แก่ แนวรอยเลื่อนมีพลังในประเทศ และแนวรอยเลื่อนในประเทศเพื่อนบ้าน เช่น พม่า จีนตอนใต้ สาธารณรัฐประชาธิปไตยประชาชนลาว                   

           - บริเวณที่มนุษย์มีกิจกรรมกระตุ้นให้เกิดแผ่นดินไหว เช่น การทดลองระเบิดเขื่อน บ่อน้ำมัน เป็นต้น

           แนวของแผ่นดินไหวบนโลกนี้ ส่วนใหญ่จึงเกิดขึ้นตามแนวตะเข็บรอยต่อของแผ่นธรณีภาค โดยเฉพาะอย่างยิ่งรอยต่อที่เป็นการรวมตัวหรือเป็นบริเวณที่มีการมุดของแผ่นธรณีภาค ดังนั้นพื้นที่ซึ่งมีรอยเลื่อนมีพลัง (active fault) และเป็นตะเข็บรอยต่อของแผ่นธรณีภาคจะทำให้ภูมิลักษณ์เกิดการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ เพราะเมื่อเกิดแผ่นดินไหวพื้นที่จะมีการเคลื่อนที่ทั้งในแนวดิ่งและในแนวราบ เปลี่ยนสภาพหรือรูปลักษณ์ของพื้นที่ไปจากเดิม มีการเกิดรอยแตก รอยแยกบนพื้นดิน มีการเกิดแผ่นดินถล่ม (landslides) จึงทำให้หินในพื้นดิน ภูเขา พังทลายลงสู่ที่ต่ำ สำหรับประเทศไทยซึ่งไม่ได้อยู่แนวเขตแผ่นดินไหวรุนแรง พื้นที่ที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวจึงมาจากพื้นที่ที่อยู่ใกล้แนวรอยเลื่อนที่มีพลัง ภูมิลักษณ์ที่เกิดจากรอยเลื่อน และอาจจะเกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวในอดีตของไทย ได้แก่ แนวรอยเลื่อนเถิน รอยเลื่อนแม่ปิง รอยเลื่อนเจดีย์สามองค์   และรอยเลื่อนระนอง   เป็นต้น

 

 

- บริเวณใดพบว่าสามารถเกิดรอยเลื่อนได้
- รอยเลื่อน จุดโฟกัส และจุดเหนือการเกิดแผ่นดินไหว สัมพันธ์กันอย่างไร
- รอยเลื่อน และแผ่นดินไหวสัมพันธ์กันอย่างไร
- รอยเลื่อน คืออะไร แต่ละชนิดแตกต่างกันอย่างไร

 

 

          การพยากรณ์แผ่นดินไหว


           แผ่นดินไหวเป็นภัยธรรมชาติที่ยังคงไม่สามารถพยากรณ์ได้อย่างแม่นยำ ทั้งเรื่องตำแหน่ง ขนาด และเวลาเกิด ด้วยเทคโนโลยีและอุปกรณ์เครื่องมือตรวจวัดที่มีอยู่ในปัจจุบัน อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์ได้มีความพยายามอย่างยิ่งในการศึกษาวิเคราะห์ถึงคุณลักษณะต่าง ๆ ของบริเวณแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการพยากรณ์แผ่นดินไหว


          คุณลักษณะทางกายภาพของเปลือกโลก ที่เปลี่ยนแปลงจากปกติก่อนเกิดแผ่นดินไหว
 
            • แรงเครียดในเปลือกโลกที่เพิ่มขึ้น
            • การเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก สนามโน้มถ่วง
            • การเคลื่อนตัวของเปลือกโลก
            • น้ำใต้ดิน (ชาวจีน สังเกต การเปลี่ยนแปลง ของน้ำในบ่อน้ำ 5 ประการ ก่อนเกิดแผ่นดินไหวได้แก่ น้ำขุ่นขึ้น มีการหมุนวนของน้ำ ระดับน้ำเปลี่ยนแปลง มีฟองอากาศ และ รสขม)
            • ปริมาณก๊าซเรดอน เพิ่มขึ้น
            • การส่งคลื่นวิทยุความยาวคลื่นสูงๆ

 

ภาพที่ 1.9 ตัวอย่างภาพความเสียหายจากการเกิดแผ่นดินไหว
ที่มา : www.uh.edu/~jbutler/ anon/quakes.htm

 

          การสังเกตพฤติกรรมของสัตว์หลายชนิดที่มีการรับรู้ถึงภัยก่อนเกิดแผ่นดินไหว

          • แมลงสาปจำนวนมากวิ่งเพ่นพ่าน
          • สุนัข เป็ด ไก่ หมู หมี ตื่นตกใจ
          • หนู งู วิ่งออกมาจากรู
          • ปลา กระโดดขึ้นจากผิวน้ำ ฯลฯ

 

-สามารถคาดเดาเหตุการณ์ก่อนการเกิดแผ่นดินไหวได้อย่างไร และมีวิธีการตรวจสอบได้อย่างไรว่าเกิดแผ่นดินไหวจริง
-จะมีการป้องกันภัยจากแผ่นดินไหวได้อย่างไร