แผ่น ดินไหว (Earthquake)
เป็นปรากฏารณ์ธรรมชาติซึ่งเกี่ยวเนื่องกับกระบวนธรณีแปรสัณฐาน (Plate Tectionics) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อหินเปลือกโลกเคลื่อนที่หรือสั่นสะเทือนและคายพลังงานออกมา ซึ่ง สามารถอุปมาอุปมัยได้เหมือนกับการดัดไม้บรรทัด เมื่อเราใช้มือจับปลายไม้บรรทัดทั้งสองข้างแล้วดัดให้โค้งงออย่างช้าๆ จนเกิดความเค้น (Stress) ไม้บรรทัดจะเกิดความเครียด (Strain) ภายใน แม้ว่าจะอ่อนตัวให้โค้งตามแรงที่เราดัด แต่ก็จะคืนตัวทันทีที่เราปล่อยมือ และถ้าหากเราออกแรงดัดมากเกินไป พลังงานซึ่งสะสมอยู่ภายในจะเค้นให้ไม้บรรทัดนั้นหัก และปลดปล่อยพลังงานอย่างฉับพลัน ทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือนและเสียง หินในเปลือกโลกก็มีคุณสมบัติดังเช่นไม้บรรทัด เมื่อแผ่นธรณีกระทบกัน แรงกดดันหรือแรงเสียดทานจะทำให้หินที่บริเวณขอบของแผ่นธรณีเกิดความเค้นและ ความเครียด สะสมพลังงานไว้ภายใน เมื่อหินแตกหรือหักก็จะปลดปล่อยพลังงานออกมา ทำให้ให้เกิดการสั่นสะเทือนเป็นแผ่นดินไหว
ภาพที่ 1 แผ่นดินไหวที่เมืองซานฟรานซิสโก ปี พ.ศ.2449
แผ่นดินไหวมักเกิดขึ้นที่ใด
แผ่นดินไหวมักเกิดขึ้นในบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณี เนื่องจากเป็นบริเวณที่เกิดกระบวนการธรณีแปรสัณฐาน 3 ลักษณะ ดังภาพที่ 2
ภาพที่ 2 รอยต่อของแผ่นธรณี
- แผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกัน (Divergent boundaries) แมกมาจากชั้นฐานธรณีภาคดันให้แผ่นธรณีโก่งตัวอย่างช้าๆ จนแตกเป็นหุบเขาทรุด (Rift valley) หรือสันเขาใต้สมุทร (Oceanic Ridge) ทำให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเบาที่ระดับตื้น (ลึกจากพื้นผิวน้อยกว่า 70 กิโลเมตร) เช่นบริเวณกลางมหาสมุทรแอตแลนติก
- แผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากัน (Convergent boundaries) การชนกันของแผ่นธรณีสองแผ่นในแนวมุดตัว(Subduction zone) ทำให้แผ่นที่มีความหนาแน่นมากกว่าจมตัวลงตัวสู่ชั้นฐานธรณีภาค การปะทะกันเช่นนี้ทำให้เกิดแผ่นดินไหวอย่างรุนแรงที่ระดับลึก (300 – 700 กิโลเมตร) และหากเกิดขึ้นในมหาสมุทรก็จะทำให้เกิดคลื่นสึนามิ เช่น สันเขาใต้สมุทรใกล้เกาะสุมาตรา และ เกาะฮอนชู ประเทศญี่ปุ่น
- แผ่นธรณีเคลื่อนที่ผ่านกัน (Transform fault) ทำให้เกิดแรงเสียดทานของหินเปลือกโลก แม้ว่าแผ่นธรณีจะเคลื่อนที่ผ่านกันด้วยความเร็วเพียงปีละประมาณ 3 - 6 เซนติเมตร แต่เมื่อเวลาผ่านไป 100 ปี ก็จะเคลื่อนที่ได้ระยะทาง 3 - 6 เมตร ซึ่งถ้าหากหินคืนตัว ก็จะสามารถปลดปล่อยพลังงานมหาศาลได้ ดังเช่น รอยเลื่อนซานแอนเดรียส์ก็เคยทำลายเมืองซานฟรานซิสโกประเทศสหรัฐอเมริกา จนประสบความเสียหายหนักเมื่อปี พ.ศ.2449
นอกจากบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณีแล้ว แผ่นดินไหวยังเกิดขึ้นที่บริเวณจุดร้อน (Hot spot) ที่ซึ่งแมกมาลอยตัวขึ้นจากเนื้อโลกตอนล่างแล้วทะลุเปลือกโลกขึ้นมากลายเป็น ภูเขาไฟรูปโล่ เช่น เกาะฮาวาย ที่กลางมหาสมุทรแปซิฟิก และ เกาะไอซ์แลนด์ ที่ตอนบนของมหาสมุทรแอตแลนติก
ภาพที่ 3 แผนที่แสดงความลึกของจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหว
คลื่นไหวสะเทือน
แผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนตัวของชั้น หินในเปลือกโลก เมื่อชั้นหินกระทบกันทำเกิดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic waves) เราเรียกจุดกำเนิดของคลื่นไหวสะเทือนว่า "ศูนย์เกิดแผ่นดินไหว" (Focus) และเรียกตำแหน่งบนผิวโลกที่อยู่เหนือจุดกำเนิดของคลื่นแผ่นดินไหวว่า "จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว" (Epicenter) ซึ่งมักจะใช้อ้างอิงด้วยพิกัดละติจูด/ลองจิจูด เมื่อเกิดแผ่นดินไหวจะเกิดคลื่นไหวสะเทือน 2 แบบ คือ คลื่นในตัวกลาง และคลื่นพื้นผิว
คลื่นในตัวกลาง (Body wave) เดิน ทางจากศูนย์เกิดแผ่นดินไหว ผ่านเข้าไปในเนื้อโลกในทุกทิศทาง ในลักษณะเช่นเดียวกับคลื่นเสียงซึ่งเกินทางผ่านอากาศในทุกทิศทาง คลื่นในตัวกลางมี 2 ชนิด คือ คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และ คลื่นทุติยภูมิ (S wave) ดังภาพที่ 2
- คลื่นปฐมภูมิ (P wave) เป็นคลื่นตามยาวที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลาง โดยอนุภาคของตัวกลางนั้นเกิดการเคลื่อนไหวแบบอัดขยายในแนวเดียวกับที่คลื่นส่งผ่านไป คลื่นนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ เป็นคลื่นที่สถานีวัดแรงสั่นสะเทือนสามารถรับได้ก่อนชนิดอื่น โดยมีความเร็วประมาณ 6 – 7 กิโลเมตร/วินาที
- คลื่นทุติยภูมิ (S wave) เป็นคลื่นตามขวางที่เกิดจากความไหวสะเทือนในตัวกลางโดยอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนไหวตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นผ่าน มีทั้งแนวตั้งและแนวนอน คลื่นชนิดนี้ผ่านได้เฉพาะตัวกลางที่เป็นของแข็งเท่านั้น ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลว คลื่นทุติยภูมิมีความเร็วประมาณ 3 – 4 กิโลเมตร/วินาที
ภาพที่ 2 คลื่นปฐมภูมิ (P wave) และคลื่นทุติยภูมิ (S wave)
คลื่นพื้นผิว (Surface wave) เดิน ทางจากจุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหว (Epicenter) ไปทางบนพื้่นผิวโลก ในลักษณะเดียวกับการโยนหินลงไปในน้ำแล้วเกิดระลอกคลื่นบนผิวน้ำ คลื่นพื้นผิวเคลื่อนที่ช้ากว่าคลื่นในตัวกลาง คลื่นพื้นผิวมี 2 ชนิด คือ คลื่นเลิฟ (L wave) และคลื่นเรย์ลี (R wave)
- คลื่นเลิฟ (L wave) เป็นคลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวราบ โดยมีทิศทางตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังภาพที่ 3 สามารถทำให้ถนนขาดหรือแม่น้ำเปลี่ยนทิศทางการไหล ภาพที่ 3 คลื่นเลิฟ (L wave)
- คลื่นเรย์ลี (R wave) เป็นคลื่นที่ทำให้อนุภาคตัวกลางสั่น ม้วนตัวขึ้นลงเป็นรูปวงรี ในแนวดิ่ง โดยมีทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังภาพที่ 4 สามารถทำให้พื้นผิวแตกร้าว และเกิดเนินเขา ทำให้อาคารที่ปลูกอยู่ด้านบนเกิดความเสียหาย
ภาพที่ 4 คลื่นเรย์ลี (R wave)
การหาจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว
เครื่อง วัดความไหวสะเทือน (Seismograph) ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ปากกาซึ่งติดตั้งบนตุ้มน้ำหนักซึ่งแขวนห้อยติดกับลวดสปริง และม้วนกระดาษบันทึกการสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (Seismogram) โดยที่ทั้งสองส่วนติดตั้งบนแท่นซึ่งยืดอยู่บนพื้นดิน เครื่องวัดความไหวสะเทือนทำงานโดยอาศัยหลักการของความเฉี่อย (Inertia) ของลวดสปริงที่แขวนลูกตุ้ม เมื่อแผ่นดินยกตัวลวดสปริงจะยืดตัว และถ้าหากแผ่นดินจมตัวลวดสปริงก็จะหดขึ้น ดังนั้นไม่ว่าแผ่นดินจะเคลื่อนไหวอย่างไร ลวดสปริงจะคงระดับของตุ้มน้ำหนักไว้ที่ระดับเดิมเสมอ ส่วนม้วนกระดาษจะเคลื่อนที่ขึ้นลงตามการเคลื่อนที่ของแผ่นดิน ดังนั้นปลายปากกาที่ติดตั้งฉากกับตุ้มน้ำหนักจึงวาดเส้นกราฟบนม้วนกระดาษ ซึ่งหมุนม้วนรอบแกน เพื่อบันทึกค่าการสั่นไหวของคลื่นไหวสะเทือน ดังภาพที่ 5 (หมายเหตุ: ในความเป็นจริง เครื่องวัดความไหวสะเทือนจะวัดค่าการสั่นสะเทือนทังในแกนตั้งและแกนนอน)
ภาพที่ 5 การทำงานของเครื่องวัดความไหวสะเทือน (คลิกที่รูปเพื่อดูภาพใหญ่)
ในการวิเคราะห์ตำแหน่งจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (Epicenter) นั้น จะต้องอาศัยเครื่องวัดความไหวสะเทือนหลายชุด ทำงานร่วมกันเป็นเครือข่าย เมื่อเกิดแผ่นดินไหวคลื่นในตัวกลางซึ่งประกอบด้วยคลื่น P และคลื่น S จะเดินผ่านภายในของโลกโดยคลื่น P จะเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่น S ส่วนคลื่นพื้นผิว (เช่น คลื่น L และคลื่น R) จะเดินทางไปตามพื้นผิวโลกซึ่งเคลื่อนที่ช้ากว่าคลื่นในตัวกลาง ภาพที่ 6 แสดงให้เห็นว่า เครื่องวัดความไหวสะเทือนจะบันทึกค่าการไหวสะเทือนของ คลื่น P ได้ก่อนคลื่น S แล้วตามด้วยคลื่นพื้นผิว ตามลำดับ สถานี ก ที่อยู่ใกล้จุดเกิดแผ่นดินไหว (Focus) จะบันทึกค่าการไหวสะเทือนได้ก่อนสถานี ข ซึ่งอยู่ไกลกว่า
ภาพที่ 6 การเดินทางของคลื่นไหวสะเทือน
เมื่อ นำค่าที่ได้จากเครือข่ายเครื่องวัดความไหวสะเทือนอย่างน้อย 3 ชุด มาสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางกับเวลา โดยให้แกนนอนเป็นระยะทางจากจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว และแกนตั้งเป็นระยะเวลาที่คลื่นไหวสะเทือนต้องใช้ในการเดินทางจากจุดกำเนิด ก็จะได้กราฟเส้นโค้งระยะทาง-เวลา (Time travel curves) นำคาบความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางกับเวลาที่บันทึกได้มาวิเคราะห์หาระยะห่าง ไปยังจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (Focus) ดังภาพที่ 7
ภาพที่ 7 กราฟความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางและเวลาการเกิดแผ่นดินไหว
จากนั้นนำระยะทางที่ได้มาสร้างวงกลมสามวงบนแผนที่ โดยให้จุดศูนย์กลางอยู่ที่เครื่องวัดคลื่นไหวสะเทือนแต่ละเครื่อง และให้รัศมีของวงกลมแต่ละวงเป็นยาวเท่ากับระยะทางที่คำนวณได้จากกราฟระยะ ทาง-เวลาในภาพที่ 8 วงกลมทั้งสามวงก็จะตัดกันที่จุดเดียวกันคือ จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (Epicenter)
ภาพที่ 8 การหาจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว
ความรุนแรงของแผ่นดินไหว
มาตราเมอร์คัลลี
แผ่นดินไหวแต่ละครั้งมีความรุนแรงไม่เท่ากัน บางครั้งไม่สามารถรู้สึกได้ แต่บางครั้งก็ทำให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรง เช่น อาคารถล่ม ถนนขาด แผ่นดินทรุด ทำให้ผู้คนล้มตายเป็นจำนวนมาก ระบบวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวที่เข้าใจง่ายที่สุดคือ มาตราเมอร์คัลลี (Mercalli scale) ซึ่งกำหนดจากความรู้สึกหรือการตอบสนองของผู้คนโดยจำแนกได้ดังนี้
I มนุษย์ไม่รู้สึก ตรวจวัดได้เฉพาะเครื่องมือ
II รู้สึกได้เฉพาะกับผู้ที่อยู่นิ่งกับที่ สิ่งของแกว่งไกวเล็กน้อย
III คนอยู่ในบ้านรู้สึกได้เหมือนรถบรรทุกแล่นผ่าน
IV คนส่วนใหญ่รู้สึกได้เหมือนรถบรรทุกแล่นผ่าน
V ทุกคนรู้สึกได้ สิ่งของขนาดเล็กเคลื่อนที่
VI คนเดินเซ สิ่งของขนาดใหญ่เคลื่อนที่
VII คนยืนนิ่งอยู่กับที่ไม่ได้ อาคารเสียหายเล็กน้อย
VIII อาคารเสียหายปานกลาง
IX อาคารเสียหายอย่างมาก
X อาคารถูกทำลายพร้อมฐานราก
XI แผ่นดินแยกถล่มและเลื่อนไหล สะพานขาด รางรถไฟบิดงอ ท่อใต้ดินชำรุดเสียหาย
XII สิ่งปลูกสร้างทั้งหมดถูกทำลาย พื้นดินเป็นลอนคลื่น
มาตราริกเตอร์
มาตรา วัดขนาดแผ่นดินไหวของริกเตอร์ (The Richter Magnitude Scale) พัฒนาโดย ชาร์ล เอฟ ริกเตอร์ นักธรณีวิทยาชาวอเมริกาเมื่อปี พ.ศ.2478 เป็นมาตราที่วัดขนาดของแผ่นดินไหว ซึ่งบันทึกได้จากเครื่องวัดคลื่นไหวสะเทือนโดยใช้หน่วย “ริกเตอร์” (Richter) เป็นตัวเลขที่ทำให้สามารถเปรียบเทียบขนาดของแผ่นดินไหวต่างๆ กันได้ โดยคำ นวนจากสูตรทางคณิตศาสตร์เป็น logarithm ของความสูงของคลื่นแผ่นดินไหวที่บันทึกได้ ยกตัวอย่างเช่น แผ่นดินไหวขนาด 7 ริกเตอร์ มีความรุนแรงเป็น 10 เท่าของแผ่นดินไหวขนาด 6 ริกเตอร์ และมีความรุนแรงเป็น 100 เท่าของแผ่นดินไหวขนาด 5 ริกเตอร์
ขนาด (Magnitude) ของแผ่นดินไหวเป็นตัวเลขทางคณิตศาสตร์ที่บ่งชี้ความร้ายแรงของแผ่นดินไหวที่ เกิดขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นที่ระดับเป็นศูนย์ โดยกำหนดให้แผ่นดินไหวที่เกิดที่ระดับเป็นศูนย์ มีค่าความสูงของคลื่น 0.001 มม. ที่ระยะทาง 100 กิโลเมตร จากศูนย์กลางแผ่นดินไหว (Epicenter) ขนาดของแผ่นดินไหวตามมาตราริกเตอร์บอกเป็นตัวเลข จำนวนเต็มและจุดทศนิยม ดังนี้
ขนาดแผ่นดินไหว (ริกเตอร์) ประเภท<3.0 แผ่นดินไหวขนาดเล็กมาก (Micro)3.0 - 3.9 แผ่นดินไหวขนาดเล็ก (Minor)4.0 - 4.9 แผ่นดินไหวขนาดค่อนข้างเล็ก (Light)5.0 - 5.9 แผ่นดินไหวขนาดปานกลาง (Moderate)6.0 - 6.9 แผ่นดินไหวขนาดค่อนข้างใหญ่ (Strong)7.0 - 7.9 แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ (Major)>8.0 แผ่นดินไหวใหญ่มาก (Great)
ตัวอย่างแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ของโลก
| ปี | วันที่ | ศูนย์เกิดแผ่นดินไหว | ยอดผู้เสีียชีวิต | ริกเตอร์ | หมายเหตุ |
| 2466 | 1 ก.ย. | ญี่ปุ่น, เมืองริกุอูโกะ | 143,000 | 8.2 | ไฟไหม้ครั้งใหญ่ที่โตเกียว |
| 2513 | 31 พ.ค. | เปรู | 66,000 | 7.8 | แผ่นดินถล่มใส่เมืองยันเกย์ |
| 2519 | 27 ก.ค. | จีน, เมืองตังชาน | 250,000 | 7.6 | ความสูญเสียครั้งยิ่งใหญ่ |
| 2547 | 26 ธ.ค. | อินโดนีเซีย | 226,300 | 9.1 | เกิดคลื่นสึนามิ |
| 2554 | 11 มี.ค. | ญี่ปุ่น, กรุงโตเกียว | >10,000 | 8.9 | เกิดคลื่นสึนามิ |
คลื่นสึนามิ
คลื่นสึนามิ (Tsunami) เป็นคลื่นที่เกิดขึ้นจากแผ่นดินไหว แต่คลื่น ผิวน้ำที่เรารู้จักกันทั่วไปเกิดจากแรงลมพัด พลังงานจลน์จากอากาศถูกถ่ายทอดสู่ผิวน้ำทำให้เกิดคลื่น ขนาดของคลื่นจึงขึ้นอยู่กับความเร็วลม หากสภาพอากาศไม่ดีมีลมพายุพัด คลื่นก็จะมีขนาดใหญ่ตามไปด้วย ในสภาพปกติคลื่นในมหาสมุทรจะมีความสูงประมาณ 1 - 3 เมตร แต่คลื่นสึนามิเป็นคลื่นยักษ์มีขนาดใหญ่กว่าคลื่นผิวน้ำหลายสิบเท่า พลังงานจลน์จากแผ่นดินไหวใต้มหาสมุทรถูกถ่ายทอดจากใต้เปลือกโลกถูกถ่ายทอด ขึ้นสู่ผิวน้ำ แล้วขยายตัวทุกทิศทุกทางเข้าสู่ชายฝั่ง คำว่า “สึ” เป็นภาษาญี่ปุ่นแปลว่าท่าเรือ "นามิ" แปลว่าคลื่น ที่เรียกเช่นนี้เป็นเพราะ ชาวประมงญี่ปุ่นออกไปหาปลา พอกลับมาก็เห็นคลื่นขนาดยักษ์พัดทำลายชายฝั่งพังพินาศ
จุดกำเนิดคลื่นสึนามิ
คลื่นสึนามิมีจุดกำเนิดจากศูนย์เกิดแผ่นดินไหวบริเวณเขตมุดตัว (Subduction zone) ซึ่งอยู่บริเวณรอยต่อของแผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากัน (Convergent plate boundary) เมื่อแผ่นธรณีมหาสมุทรเคลื่อนปะทะกัน หรือชนเข้ากับแผ่นธรณีทวีป แผ่นมหาสมุทรซึ่งมีความหนาแน่นจะจมตัวลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค ทำให้เกิดแผ่นดินไหวอย่างรุนแรงที่ระดับลึกดังภาพที่ 1
ภาพที่ 1 แผ่นธรณีมหาสมุทรปะทะกัน
เมื่อเปลือกโลกใต้มหาสมุทร ยุบตัวลงเป็นร่อง ลึกก้นสมุทร (Oceanic trench) น้ำทะเลที่อยู่ด้านบนก็จะไหลยุบตามลงไปด้วยดังภาพที่ 2 น้ำทะเลในบริเวณข้างเคียงมีระดับสูงกว่า จะไหลเข้ามาแทนที่แล้วปะทะกัน ทำให้เกิดคลื่นสะท้อนกลับในทุกทิศทุกทาง (เหมือนกับการที่เราขว้างก้อนหินลงน้ำ) ดังภาพที่ 2
นอกจากสาเหตุจากแผ่นดินไหวแล้ว คลื่น สึนามิอาจเกิดขึ้นจากภูเขาไฟระเบิด ภูเขาใต้ทะเลถล่ม หรืออุกกาบาตพุ่งชนมหาสมุทร แรงสั่นสะเทือนเช่นนี้ทำให้เกิดคลื่นขนาดยักษ์ที่มีฐานกว้าง 100 กิโลเมตร แต่สูงเพียง 1 เมตร เคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 700 – 800 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เมื่อคลื่นเดินทางเข้าใกล้ชายฝั่ง สภาพท้องทะเลที่ตื้นเขินทำให้คลื่นลดความเร็วและอัดตัวจนมีฐานกว้าง 2 – 3 กิโลเมตร แต่สูงถึง 10 – 30 เมตร ดังภาพที่ 3 เมื่อคลื่นสึนามิกระทบเข้ากับชายฝั่งจึงทำให้เกิดภัยพิบัติมหาศาล เป็นสาเหตุการตายของผู้คนจำนวนมาก เนื่องมาจากก่อนเกิดคลื่นสึนามิเพียงชั่วครู่ น้ำทะเลจะลดลงอย่างรวดเร็ว ผู้คนบนชายหาดประหลาดใจจึงเดินลงไปดู หลังจากนั้นไม่นาน คลื่นยักษ์ก็จะถาโถมสู่ชายฝั่ง ทำให้ผู้คนเหล่านั้นหนีไม่ทัน
ภาพที่ 3 ขนาดของคลื่นสึนามิ
คลื่นสึนามิบริเวณประเทศไทย
สถิติที่ประวัติศาสตร์บันทึกไว้ จะมีการเกิดคลื่นสึนามิขนาดใหญ่โดยเฉลี่ยทุกๆ 15 – 20 ปี แต่โดยส่วนมากแล้วจะเกิดขึ้นในมหาสมุทรแปซิฟิก เนื่องจากเป็นมหาสมุทรที่ใหญ่ที่สุดในโลกมีอาณาเขตปกคลุมครึ่งหนึ่งของเปลือกโลก จึงมีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวได้มากที่สุดคลื่นสึนามิที่มีขนาดใหญ่ที่สุด มีขนาดสูงถึง 35 เมตร ที่เกาะสุมาตรา เกิดขึ้นจากแรงสั่นสะเทือนจากการระเบิดของภูเขาไฟกรากาตัว เมื่อวันที่ 27 สิงหาคม พ.ศ.2426
คลื่นสึนามิที่เกิดขึ้นในประเทศไทย เมื่อวันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2547 เนื่องจากการเกิดแผ่นดินไหวบริเวณร่องลึกซุนดรา (Sundra trench) ซึ่งมีการยุบตัวของเปลือกโลกบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณีอินเดีย (India plate) กับแผ่นธรณีพม่า (Burma microplate)ทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือน 9.1 ริกเตอร์ โดยมีจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวอยู่ทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือของเกาะสุมาตรา ดังภาพที่ 4 ในเหตุการณ์นี้มีคนตายทั้งสิ้นมากกว่า 226,000 คน ตามชายฝั่งของมหาสมุทรอินเดีย ในจำนวนนี้เป็นคนไทยไม่น้อยกว่า 5,300 คน
ภาพที่ 4 จุดกำเนิดคลื่นสึนามิ เมื่อวันที่ 26 ธ.ค.47
ระบบแจ้งเตือนคลื่นสึนามิ
การตรวจจับคลื่นสึนามิไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่อง จากขณะเกิดขึ้นกลางมหาสมุทร คลื่นสึนามิมีฐานกว้างถึง 100 กิโลเมตร แต่สูงเพียง 1 เมตร อีกทั้งยังมีคลื่นผิวน้ำซึ่งเกิดจากกระแสลม อยู่วางซ้อนข้างบนอีก ดังนั้นการสังเกตการณ์จากเครื่องบินหรือดาวเทียมจึงไม่สามาถพิสูจน์ทราบได้ การตรวจจับคลื่นสึนามิจึงทำได้จากการตรวจจับสัญญาณจากทุ่นลอยและเครื่องวัด คลื่นไหวสะเทือนเท่านั้น
ระบบ แจ้งเตือนคลื่นสึนามิระบบแรกของโลกถูกจัดตั้งขึ้นหลังจากอุบัติภัยที่หมู่ เกาะฮาวาย ในปี พ.ศ.2489 ประเทศสหรัฐอเมริกาจัดตั้ง “ศูนย์แจ้งเตือนคลื่นสึนามิแปซิฟิก” (Pacific Tsunami Warning Center) หรือ PTWC โดยมีติดตั้งสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวจำนวน 50 แห่ง รอบมหาสมุทรแปซิฟิก ระบบทำงาน
โดยการตรวจจับคลื่นไหวสั่นสะเทือน ซึ่งเดินทางรวดเร็วกว่าคลื่นสึนามิ
15 เท่า ข้อมูลที่ตรวจวัดได้จากทุกสถานีถูกนำรวมกัน เพื่อพยากรณ์หาตำแหน่งที่มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดคลื่นสึนามิ เมื่อคลื่นสึนามิถูกตรวจพบ ระบบจะแจ้งเตือนเมืองที่อยู่ชายฝั่ง รวมทั้งประมาณเวลาสถานการณ์ที่คลื่นจะเข้าถึงชายฝั่ง เพื่อที่จะอพยพประชาชนไปอยู่ที่สูง และให้เรือที่จอดอยู่ชายฝั่งเดินทางสู่ท้องทะเลลึก ณ ที่ซึ่งคลื่นสึนาส่งไม่ส่งผลกระทบอันใด อย่างไรก็ตามระบบเตือนภัยนี้สามารถทำการแจ้งเตือนล่วงหน้าเพียงไม่กี่ ชั่วโมงเท่านั้น การอพยพผู้คนมักทำได้ไม่ทันท่วงทีเนื่องจากคลื่นสึนามิเดินทางเร็วมาก
ระบบเตือนภัยยุคใหม่ซึ่งพัฒนาโดย องค์การบริหารบรรยากาศและมหาสมุทร (NOAA) ประเทศสหรัฐอเมริกา ชื่อ DART (ย่อมา จาก Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) ติดตั้งเซนเซอร์วัดแรงสั่นสะเทือนไว้ที่ท้องมหาสมุทร เซนเซอร์เก็บข้อมูลแผ่นดินไหวและส่งสัญญานไปยังทุ่นลอยซึ่งอยู่บนผิวน้ำ เพื่อรีเลย์สัญญาณไปยังดาวเทียม GOES และส่งกลับลงบนสถานีภาคพื้นอีกทีหนึ่ง (ภาพที่ 5) นักวิทยาศาสตร์จะนำข้อมูลที่ได้มาสร้างแบบจำลองด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อพยากรณ์แนวโน้มการเกิดคลื่นสึนามิ หากผลการจำลองและวิเคราะห์ว่ามีโอกาสความเป็นไปได้จะเกิดคลื่นยักษ์ ก็จะแจ้งเตือนไปยังศูนย์ชายฝั่ง เพื่อให้ประชาชนและชาวประมงในพื้นที่ให้รีบอพยพออกจากบริเวณที่อันตราย
ภูเขาไฟระเบิด
ภูเขาเกิดจากการเปลี่ยนแปลงลักษณะของเปลือกโลก ซึ่งแผ่นธรณีทวีปดันกันทำให้ชั้นหินคดโค้ง (Fold) เป็นรูปประทุนคว่ำและประทุนหงายสลับกัน ภูเขาที่มียอดแบนราบอาจเกิดจากการยกตัวของเปลือกโลกตามบริเวณรอยเลื่อน (Fault) แต่ภูเขาไฟ (Volcano) มีกำเนิดแตกต่างจากภูเขาทั่วไป ภูเขาไฟเกิดจากการยกตัวของแมกมาใต้เปลือกโลก
ภาพที่ 1 โครงสร้างของภูเขาไฟ
กำเนิดแมกมา
เมื่อแผ่นธรณีมหาสมุทรเคลื่อนที่เข้าหากัน หรือปะทะกับแผ่นธรณีทวีป แผ่นธรณีมหาสมุทรซึ่งมีความหนาแน่นกว่าจะจมลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค และหลอมละลายกลายเป็นแมกมา (Magma) โดยมีปัจจัยที่เร่งให้เกิดการหลอมละลาย ดังนี้
- ความร้อน: เมื่อแผ่นธรณีปะทะกันและจมลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค แรงเสียดทานซึ่งเกิดจากการที่แผ่นธรณีทั้งสองเสียดสีกันจะทำให้เกิดความร้อน เร่งให้ผิวชั้นบนของเปลือกโลกมหาสมุทรที่จมตัวลง หลอมละลายกลายเป็นแมกมาได้ง่ายขึ้น
- น้ำในชั้นฐานธรณีภาค: หินเปียก (Wet rock) มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าหินแห้ง (Dry rock) เมื่อหินในเปลือกแผ่นมหาสมุทรจมลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค โมเลกุลของน้ำซึ่งเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำจะช่วยเร่งปฏิกริยาให้หินเกิดการ หลอมเหลวได้ง่ายขึ้น
- การลดความกดดัน: ตามปกติหินใต้เปลือกโลกจะหลอมละลายยากกว่าหินบนเปลือกโลก เนื่องจากความกดดันสูงป้องกันหินไม่ให้เปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว อย่างไรก็ตามอุณหภูมิสูงของชั้นฐานฐรณีภาค ทำให้หินหลอมละลายและขยายตัวออก แล้วยกตัวลอยตัวสูงขึ้น เมื่อหินหนืดร้อนขยายตัวความกดดันก็จะลดลง ทำให้หินที่อยู่ในหน้าสัมผัสบริเวณรอบข้างหลอมละลายได้ง่ายขึ้น
แหล่งกำเนิดของแมกมา
แมกมาไม่ได้กำเนิดขึ้นทั่วไปทุกหนแห่งของโลก หากมีอยู่แต่บริเวณที่รอยต่อของแผ่นธรณีบางชนิด และบริเวณจุดร้อนของโลก
- รอยต่อของแผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกัน: แมกมาจากชั้นฐานธรณีภาค ลอยตัวขึ้นสู่พื้นผิวโลก แรงดันที่ลดลงช่วยทำให้เปลือกโลกที่อยู่ด้านบนหลอมละลายเกิดเป็นสันเขาใต้ สมุทร และดันตัวออกทางด้านข้าง กลายเป็นแผ่นธรณีมหาสมุทรซึ่งกำเนิดมาจากแมกมาหินบะซอลต์ ดังภาพที่ 2 ตัวอย่างเช่น สันเขาใต้มหาสมุทรแอตแลนติก อย่างไรก็ตามในบางแห่งแมกมาก็ยกตัวขึ้นสู่แผ่นธรณีทวีป เช่น ทะเลสาบมาลาวี ในทวีปแอฟริกา
ภาพที่ 2 แหล่งกำเนิดแมกมาบริเวณสันเขาใต้มหาสมุทร
- รอยต่อของแผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากัน: การชนกันของแผ่นธรณีสองแผ่นในแนวมุดตัว (Subduction zone)ทำให้แผ่นที่มีความหนาแน่นมากกว่าจมตัวลงตัวสู่ชั้นฐานธรณีภาค แรง เสียดทานซึ่งเกิดจากการที่แผ่นธรณีทั้งสองเสียดสีกันจะทำให้เกิดความร้อน น้ำในแผ่นหินซึ่งระเหยกลายเป็นไอ ประกอบกับแรงกดดันที่ลดลง ช่วยให้หินหลอมละลายกลายเป็นแมกมาได้เร็วขึ้น และแทรกตัวออกจากผิวโลกทางปล่องภูเขาไฟ ดังภาพที่ 3 ยกตัวอย่างเช่น ภูเขาไฟฟูจิ ในประเทศญี่ปุ่น
ภาพที่ 3 แหล่งกำเนิดแมกมาในเขตมุดตัว
- จุดร้อน (Hotspot): แก่นโลกชั้นนอกมีความร้อนไม่เท่ากัน ในบางจุดของแก่นโลกมีความร้อนสูง จึงทำให้เนื้อโลกชั้นล่างเหนือบริเวณนั้นหลอมละลาย และแทรกตัวลอยขึ้นมาตามช่องแมกมา (Magma plume) จุดร้อนจะอยู่ ณ ตำแหน่งเดิมของแก่นโลก แต่เปลือกโลกจะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ผ่านจุดร้อน แมกมาที่โผล่ขึ้นสู่พื้นผิวโลก จึงทำให้เกิดหมู่เกาะเรียงตัวกันเป็นแนว ดังเช่น หมู่เกาะฮาวาย โดยที่เกาะที่มีอายุมากจะอยู่ห่างจากจุดร้อน เกาะที่เกิดขึ้นมาใหม่จะอยู่บนจุดร้อนพอดี ทิศทางการเรียงตัวของหมู่เกาะจะขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณี ดังภาพที่ 4
ภาพที่ 4 แหล่งกำเนิดแมกมาบนจุดร้อน
- แมกมาแกรนิต และ แมกมาบะซอลต์: ปกติแมกมาที่เกิดจากชั้นหินในเปลือกโลกมหาสมุทรหลอมละลายในชั้นฐานธรณีภาคจะ เป็นแมกมาบะซอตล์ (Basaltic magma) แต่เมื่อแมกมาบะซอลต์ลอยตัวสูงขึ้นดันเปลือกโลกทวีปซึ่งมีองค์ประกอบหลัก เป็นหินแกรนิต ก็จะหลอมละลายกลายเป็นแมกมาแกรนิต (Granitic magma) แต่เนื่องจากหินแกรนิตซึ่งมีองค์ประกอบหลักเป็น ซิลิกา มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าหินบะซอลต์ เราจึงมักพบว่า แมกมาแกรนิตมักเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็งภายในเปลือกโลก (Pluton) กลายเป็นหินอัคนีแทรกซอน ส่วนแมกมาบะซอลต์มักเย็นตัวบนพื้นผิวโลกเรียกว่า ลาวา (Lava) และกลายเป็นหินอัคนีพุในที่สุด
ประเภทของภูเขาไฟ
ภูเขาไฟมีรูปร่างสัณฐานต่างๆ กัน เนื่องจากเกิดขึ้นจากแมกมาซึ่งมีแหล่งกำเนิดแตกต่างกัน และมีองค์ประกอบของแร่แตกต่างกัน เราจำแนกชนิดของภูเขาไฟตามลักษณะทางกายภาพได้ 4 ประเภท ดังนี้
- ที่ราบสูงลาวา (Basalt Plateau): เกิดจากแมกมาบะซอลต์แทรกตัวขึ้นมาตามรอยแตกของเปลือกโลกแล้วกลายเป็นลาวาไหล ท่วมบนพื้นผิว ในลักษณะเช่นเดียวกับน้ำท่วม เมื่อลาวาเย็นตัวลงก็จะกลายเป็นที่ราบสูงลาวาขนาดใหญ่ประมาณ 100,000 ถึง 1,000,000 ตารางกิโลเมตร เช่น เกาะสกาย ประเทศอังกฤษ (ภาพที่ 5)
ภาพที่ 5 ที่ราบสูงลาวา (เกาะสกาย)
- ภูเขาไฟรูปโล่ (Shield volcano): เกิดขึ้นจากแมกมาบะซอลต์ที่มีความหนืดสูง ไหลออกมาฟอร์มตัวเป็นที่ราบสูงลาวา แต่ความหนืดทำให้แมกมาก่อตัวเป็นภูเขาไฟขนาดใหญ่และอาจสูงได้ถึง 9,000 เมตร แต่มีลาดชันเพียง 6 - 12 องศา ภูเขาไฟรูปโล่มักเกิดขึ้นจากแมกมาซึ่งยกตัวขึ้นจากจุดร้อน (Hotspot) ในเนื้อโลกชั้นล่าง (Lower mantle) ตัวอย่างเช่น ภูเขาไฟมอนาคีบนเกาะฮาวาย ที่กลางมหาสมุทรแปซิฟิก (ภาพที่ 6)
ภาพที่ 6 ภูเขาไฟรูปโล่ (มอนาคี)
- กรวยกรวดภูเขาไฟ (Cinder cone): เป็นภูเขาไฟขนาดเล็กมาก สูงประมาณ 100 - 400 เมตร ความลาดชันปานกลาง เกิดจากการสะสมตัวของแก๊สร้อนในแมกมาที่ยกตัวขึ้นมา เมื่อมีความดันสูงเพียงพอ ก็จะระเบิดทำลายพื้นผิวโลกด้านบนเกิดเป็นปล่องภูเขาไฟ กรวดและเถ้าภูเขาไฟ กระเด็นขึ้นสู่อากาศแล้วตกลงมากองทับถมกันบริเวณปากปล่องเกิดเป็นเนินเขา รูปกรวย (ภาพที่ 7) ข้อสังเกตคือ ภูเขาไฟแบบนี้ไม่มีธารลาวาซึ่งเกิดขึ้นจากแมกมาไหล แต่จะมีลักษณะเป็นกรวดกลมๆ พุ่งออกมาจากปากปล่อง แล้วกองสะสมกันทำให้เกิดความลาดชันประมาณ 30 - 40 องศา เช่น กรวยภูเขาไฟในรัฐโอรีกอน ประเทศสหรัฐอเมริกา
ภาพที่ 7 กรวยกรวดภูเขาไฟ
- ภูเขาไฟกรวยสลับชั้น (Composite cone volcano): เป็นภูเขาไฟขนาด ปานกลาง ที่มีรูปทรงสวยงามเป็นรูปกรวยคว่ำ สูงประมาณ 100 เมตร ถึง 3,500 เมตร เรียงตัวอยู่บริเวณเขตมุดตัว (Subduction zone) เกิดขึ้นจากแผ่นธรณีมหาสมุทรที่หลอมละลายเป็นแมกมา แล้วยกตัวขึ้นดันเปลือกโลกขึ้นมาเป็นแนวภูเขาไฟรูปโค้ง (Volcanic arc) สิ่งที่ภูเขาไฟพ่นออกมามีทั้งธารลาวา และกรวดเถ้าภูเขาไฟ สลับชั้นกันไป เนื่องจากในบางครั้งแมกมาแข็งตัวปิดปากปล่องภูเขาไฟ ทำให้เกิดแรงดันจากแก๊สร้อน ดันให้ภูเขาไฟระเบิดและเปลี่ยนรูปทรง ตัวอย่างเช่น ภูเขาไฟฟูจิ ประเทศญี่ปุ่น (ภาพที่ 8), ภูเขาไฟพินาตูโบ ประเทศฟิลิปปินส์, ภูเขาไฟเซนต์เฮเลน รัฐวอชิงตัน ประเทศสหรัฐอเมริกา ภูเขาไฟรูปกรวยเป็นแนวภูเขาไฟรูปโค้ง (Volcano arc) ซึ่งเกิดขึ้นจากแมกมาในบริเวณเขตมุดตัวของเปลือกโลกมหาสมุทรที่หลอมละลาย ประเภทนี้ระเบิด จะมีความรุนแรงสูงและก่อให้เกิดความเสียหายเป็นอย่างมาก
ภาพที่ 8 ภูเขาไฟกรวยสลับชั้น (ฟูจิ)
การประทุของภูเขาไฟ
ภูเขาไฟไม่มีคาบการระเบิดที่แน่นอน ทั้งนีึ้ขึ้นอยู่กับแรงดันภายใน คุณสมบัติและปริมาณหินที่กดทับโพรงแมกมา อย่างไรก็ตามนักธรณีวิทยาสามารถทำการพยากรณ์อย่างคร่าวๆ โดยการวิเคราะห์ความถึ่ของคลื่นไหวสะเทือน ความรุนแรงของแผ่นดินไหว ความเป็นกรดของน้ำใต้ดินซึ่งเกิดจากแมกมาอุณหภูมิสูงทำให้แร่ธาตุละลายตัว และความผิดปกติของพฤติกรรมสัตว์
ภาพที่ 9 การปะทุของภูเขาไฟ
การปะทุของภูเขาไฟที่รุนแรงเกิดขึ้น เมื่อแมกมาบะซอลต์ยกตัวขึ้นลอยตัวขึ้นจากชั้นฐานธรณีภาค จะทำให้แผ่นเปลือกโลกธรณีซึ่งเป็นหินแกรนิตหลอมละลายกลายเป็นแมกมาแกรนิต แล้วดันพื้นผิวโลกให้โก่งตัวขึ้น (ภาพที่ 9 ก) แรงอัดของแก๊สร้อนดันให้ปากปล่องภูเขาไฟระเบิด พ่นฝุ่นเถ้าภูเขาไฟ (Pyroclastic flow) ซึ่งมีคามร้อนถึง 900 องศาเซลเซียสขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ (ภาพที่ 9 ข) แล้วตกลงมาทับถมกันที่บริเวณเนินภูเขาไฟ (ภาพที่ 9 ค) ทั้งลาวาที่ไหลออกมาและเศษวัสดุที่ตกลงมาทับถมกัน ทำให้บริเวณรอบปากปล่องภูเขามีน้ำหนักมาก จึงทรุดตัวกลายเป็นแอ่งภูเขาไฟรูปกระจาด (Caldera) เมื่อเวลาผ่านไปน้ำฝนตกลงมาสะสมกัน ทำให้เกิดเป็นทะเลสาบ (ภาพที่ 9 ง)
ประโยชน์และโทษของภูเขาไฟ
เมื่อภูเขาไฟระเบิดใกล้ชุมชนทำให้เกิดมหันตภัยครั้งยิ่งใหญ่ แผ่นดินไหวทำให้อาคารพังพินาศ ถนนขาด และไฟไหม้เนื่องจากท่อแก๊สถูกทำลาย ธารลาวา กรวดและเถ้าภูเขาไฟที่ไหลลงมา (Pyroclastic flow) สามารถทับถมหมู่บ้านและเมืองที่อยู่รอบข้าง ถ้าภูเขาไฟอยู่ชายทะเล แรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวจะทำให้เกิดคลื่นสึนามิขนาดยักษ์กระจายตัวออกไป ได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตร ฝุ่นและเถ้าภูเขาไฟสามารถปลิวไปตามกระแสลมเป็นอุปสรรคต่อการจราจรทางอากาศ แต่อย่างไรก็ตามภูเขาไฟระเบิดหนึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรธรณีแปรสัณฐาน ซึ่งหมุนเวียนธาตุอาหารให้แก่ผิวโลก ดินที่เกิดจากการสลายตัวของหินภูเขาไฟ มีความอุดมสมบูรณ์สูงใช้ปลูกพืชพรรณได้งอกงาม ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งปล่อยออกมาจากปล่องภูเขาไฟ ทำให้พืชสามารถสังเคราะห์ธาตุอาหารด้วยแสง แมกมาใต้เปลือกนำแร่ธาตุและอัญมณีที่หายาก เช่น เพชร พลอย ขึ้นมา เป็นต้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น