The Science of Earthquakes : ศาสตร์เรื่องแผ่นดินไหว [หน้า 1/2]

The Science of Earthquakes : ศาสตร์เรื่องแผ่นดินไหว [หน้า 1/2]

แผ่นดินไหว กลายเป็นเรื่องใหญ่ของประชากรโลก เหตุผลเพราะแสดงอิทธิพล อย่างรุนแรง สร้างความหายนะต่อชีวิตและทรัพย์สิน ของประชากร บ่อยครั้งขึ้น แต่ละครั้งมีความเสียหายร้ายแรง น่าตกใจ การแสดงความเสียหายดังกล่าว เกิดความกังวลออกไปอย่างกว้างขวาง จนรู้สึก ว่า แผ่นดินไหวเกิดถี่ขึ้นหรือ ? และจะทวีความรุนแรงขึ้นหรือ ? และมนุษย์มีหน ทางแก้ไขปัญหาสิ่งนี้อย่างไร ? กระทั่งคำถามเรื่อง สามารถทำนายแผ่นดินไหว ล่วงหน้าได้หรือไม่ ? แผ่นดินไหว เกิดขึ้นเป็นกิจวัตรมานับพันล้านปี การสำรวจของ U.S. Geological Survey พบว่าแต่ในละปี เกิดแผ่นดินไหว ค่าสั่นสะเทือนเบาจนรุนแรง มากกว่า 1,000,000 ครั้ง ปัจจุบัน National Earthquake Information Center - NEIC (ศูนย์ข้อมูลแผ่นดิน ไหวนานาชาติ) แสดงข้อมูลมีเหตุการณ์แผ่นดินไหว 50 ครั้งต่อวัน หรือ 20,000 ต่อปี ทั้งหมดเป็นการสั่นสะเทือนที่มากมายบนโลก การสั่นสะเทือนขนาดใหญ่นั้น หาก มีระดับ 6.0 magnitude ขึ้นไป สามารถสร้างความเสียหายต่ออาคารได้

ตัวเลขการเกิดแผ่นดินไหว ทั้งโลกต่อปี ข้อมูลโดย U.S. Geological Survey

ขนาดของพลังงานที่ปลดปล่อย (Magnitude) ค่าเฉลี่ยการเกิดขึ้นต่อปี 8 และสูงกว่า 1* 7 - 7.9 15* 6 - 6.9   134* 5 - 5.9   1,319* 4 - 4.9    13,000** 3 - 3.9    130,000** 2 - 2.9     1,300,000**

*ฐานข้อมูลการสำรวจตั้งแต่ ค.ศ.1900    **ตัวเลขโดยประมาณ

จำนวนแผ่นดินไหวทั่วโลก ระหว่างปี ค.ศ.2000-2010 ------------------------------------------------------------ Number of Earthquakes Worldwide for 2000 - 2010 Located by the US Geological Survey National Earthquake Information Center

แบบแผนของแผ่นดินไหว

ลักษณะทั่วไปของแผ่นดินไหว แผ่นดินไหวเป็นเหตุการณ์ เกิดขึ้นแบบทันที่ทันใด เมื่อแผ่นดินขนาดใหญ่ 2 แผ่น ลื่นไถลจากอีกแผ่นหนึ่ง เรียกว่า Fault plane (ระนาบรอยเลื่อนหรือ รอยเหลื่อม) ลักษณะของระนาบรอยเลื่อนนี้ อาจเป็นระนาบในแนวดิ่งไปจนถึงแนวราบได้ ผลดังกล่าวกระทำให้ พื้นผิวโลกตลอดแนวระนาบเสียหาย บริเวณด้านใต้พื้นผิว โลกลึกลงไป อันเป็นจุดเกิดแผ่นดินไหวเรียกว่า Hypocenter (จุดกำเนิดแผ่นดิน ไหว) ส่วนตำแหน่ง ด้านบนพื้นผิวโลกซึ่งตรงกัน เรียกว่า Epicenter (จุดเหนือศูนย์กลาง เกิดแผ่นดินไหว) บางกรณีการเกิดแผ่นดินไหว มีการเกิด Foreshocks (แผ่นดิน ไหวนำ) เป็นลักษณะการสั่นสะเทือน ขนาดเล็กเกิดขึ้นก่อน โดยเป็นบริเวณเดียว กับการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ ในลำดับต่อมา อย่างไรก็ตาม การเกิด Foreshocks (แผ่นดินไหวนำ) เช่นนั้นไม่ได้เป็นการแสดง ว่าต้องเกิด แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ทุกครั้งเสมอไป บริเวณที่สะเทือนหลักซึ่งเป็นลำดับชั้น ของการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ เรียกว่า Mainshock มักจะเกิด Aftershocks ซึ่งเป็นลำดับชั้นการเกิดแผ่นดินไหวขนาดเล็ก หลังจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ ตามหลังมา จะปรากฎแผ่นดินไหวซ้ำ ที่เดียวกับ Mainshock (บริเวณที่สะเทือนหลัก) โดยทั้ง หมดขึ้นอยู่กับขนาดของ Mainshock อาจแสดงอำนาจ Aftershocks ต่อเนื่องเป็น สัปดาห์ หรือทุกๆปีได้

ภายรวมโครงสร้างภายในของโลก

ลำดับชั้นความลึก โครงสร้างภายในของโลก

ต้นเหตุการเกิดแผ่นดินไหว เกิดจากกลไกภายในโครงสร้างใต้พื้นโลก รายงานใหม่การสำรวจธรณีลึกใต้โลก (The Land under the Sea) พบว่ามีระบบการถ่ายเท ประจุไฟฟ้าจากแร่ สามารถ แผ่อิทธิพลมีปรากฎการณ์ ถึงพื้นผิวด้านบนของโลกได้ และมีความสัมพันธ์ต่อการ ดำรงชีพของสิ่งมีชีวิตบนพื้นโลก ด้วยการนำพาคลื่นความร้อนจากภายในโลก ซึ่งเคลื่อนตัวขึ้นมาจากใจกลางของ โลกในแนวระนาบและมุดตัวกลับลงไป การเคลื่อนตัวของกระแสคลื่นความร้อนนี้ ลงผลเหนี่ยวนำให้ทวีปมีการเคลื่อนตัว เนื่องจากชั้นหินหลอมละลาย ได้รับพลังงานความร้อน จากแกนโลกและลอยตัว ขึ้นผลักดันเปลือกโลกอยู่ตลอดเวลา ตั้งแต่ยุคดึกดำบรรพ์ พร้อมสะสมพลังงาน ไว้ภายใน บริเวณตรงขอบของเปลือกโลก โดยเป็นปกติของโลก ที่ต้องการปรับ สภาพเพื่อให้เกิดความเสถียร และสมดุลย์ของระบบ จากการเกี่ยวข้องกับแรง โน้มถ่วง (Gravity) ด้วยต้องเกิดการเปลี่ยนแปลงทางธรรมชาติ การเกิดแผ่นดินไหวโดยธรรมชาติ จากกรณีต่างๆ มีดังนี้ -แผ่นดินไหวเกิดจากแรงภายในเปลือกโลก (Tectonic Earthquake) -แผ่นดินไหวเกิดจากภูเขาไฟระเบิด (Volcano Eruption) -แผ่นดินไหวเกิดจากการยุบตัวหรือพังทลายของโพรงใต้ดิน (Implosion) -ความสั่นสะเทือนจากคลื่นมหาสมุทร (Oceanic Microseism) ดังนั้นโครงสร้างภายในโลก จึงมีบทบาทเชื่อมโยง ต่ออิทธิพลให้เกิดแผ่นดินไหว ประกอบด้วย ลำดับชั้นดังนี้ 1.Inner core (แกนกลางชั้นใน) ลักษณะเป็นของแข็ง 2.Outer core (แกนกลางชั้นนอก) ลักษณะเป็นของเหลว (หลอมเหลวและร้อน) 3.Mantle (เนื้อโลก) ส่วนประกอบเป็นของแข็งแมกนีเซียม-เหล็กซิลิกา 4.Crust (เปลือกโลก) ส่วนประกอบเป็นดินและหิน มีซิลิคอนเป็นสำคัญ Crust (เปลือกโลก) ชั้นส่วนบนสุดของโลก เปรียบเหมือนผิวหนังห่อหุ้มชั้น Mantle (เนื้อโลก) แต่ผิวหนังนี้ ไม่ได้มีชิ้นเดียวเป็นผืนใหญ่ปกคลุมโลกทั้งใบ แต่มีจำนวน มากคล้ายกับแผ่นจิ๊กซอว์ ปกคลุมเป็นพื้นผิว ไม่เพียงแต่เท่านั้น แต่ละชิ้นของจิ๊กซอว์ยังเคลื่อนตัวอย่างช้าๆ โดย แต่ละแผ่นยัง มีสันขอบ เรียกว่า Plate boundaries (ขอบรอยต่อแผ่นธรณีภาค) แผ่นต่างๆเลื่อนไถลชนกระแทกกัน แผ่นเปลือกเหล่านี้เรียกว่า Tectonic plates (แผ่นธรณีภาค) ดังนั้น Plate boundaries (ขอบรอยต่อแผ่นธรณีภาค) เป็นกลไก สร้างให้เกิดรอยเลื่อน (Faults) อย่างมากมายบนเปลือกโลก จึงส่งผลให้เกิดแผ่นดินไหวจากรอยเลื่อนดังกล่าว สาเหตุการเลื่อนเกิดจากขอบ รอยต่อแผ่นธรณีภาคไม่ได้ราบเรียบ ทำให้ขยับติดขัดกัน ซึ่งอาจหยุดนิ่งบ้างหรือ เคลื่อนตัวไปเรื่อยๆบ้าง และเคลื่อนที่ผ่านซึ่งกันและกันตลอดเวลา ท้ายที่สุดทำให้หินบริเวณเปลือกโลก อยู่ในภาวะกดดัน เมื่อแผ่นเปลือกเคลื่อนตัว ถึงจุดที่มีความเพียงพอ ถูกกระทำโดยแรงเค้น ขอบรอยต่อสุดจะทนทานต่อการ เสียดทานกันจนเกิดจุดวิกฤต มวลหินแผ่นเปลือกโลกจะแตก และเคลื่อนที่แยก ออกจากกันอย่างฉับพลัน พร้อมกับปล่อยพลังงานออกมา เป็นคลื่นแผ่นดินไหว หากพาดผ่านหรืออยู่ใกล้กับประเทศใด ประเทศนั้นจะมีความเสี่ยงต่อภัยแผ่นดิน ไหวค่อนข้างสูง นอกจากนั้น การเกิดแผ่นดินไหว โดยการกระทำของมนุษย์ สามารถเกิดขึ้นได้ เช่นกัน เช่นจากกรณี การระเบิดบนพื้นผิวหรือใต้ดิน แผ่นดินไหวจากการกระตุ้น (Induced or Tiggered Events) ในการสร้างอ่างเก็บน้ำ การทำเหมือง การฉีด ของเหลวลงใต้ดิน เป็นต้น

Plate Tectonic (แผ่นธรณีภาค)

ภาพบนแสดง ขอบรอยต่อแผ่นธรณีภาค แต่ละแผ่น (แนวลูกศรชี้) ภาพล่าง ให้เห็นแผ่นดินแต่ละทวีปบน แผ่นธรณีแปรสัณฐาน (แนวเส้นสีเหลือง)

อะไรเป็นสาเหตุให้โลกสั่นสะเทือน เมื่อเกิดแผ่นดินไหวจากขอบรอยเลื่อน ชนกระแทกเข้าด้วยกัน เป็นธรรมดาต้อง เกิดพลังงาน (Energy) อย่างมหาศาลจากมวลขนาดใหญ่ เพราะการไถลของแผ่น เปลือก ทำให้เกิดแรง (Force) จากการเคลื่อนที่ ที่กระทบกระเทือนกัน ด้วยความไม่ราบเรียบของขอบรอยเลื่อน และเสียดทานกันซึ่งทั้งหมดนั้น เป็นการ ปลดปล่อยพลังงาน เมื่อเกิดพลังงานขึ้น พลังานนั้นจะแผ่อำนาจ ออกสู่ด้านนอก จากรอยเลื่อนโดยตรง แสดงรูปแบบ เป็น Seismic waves (คลื่นแผ่นดินไหว) สามารถจิตนาการลักษณะคลื่นเหมือนกับ การกระเพื่อม เป็นระลอกของคลื่นน้ำ ในทะเล ดังนั้น Seismic waves (คลื่นแผ่นดินไหว) จึงเป็นตัวการทำให้เกิดแรง สั่นสะเทือน ในการเกิดแผ่นดินไหว และเมื่อคลื่นแผ่อำนาจไปยังพื้นผิวโลก จึง เขย่าพื้นดิน ส่งผลต่อไปยังทุกสิ่งที่อยู่บนพื้นดินเช่น ต้นไม้ อาคารบ้านเรือนและ สิ่งก่อสร้างขนาดใหญ่ ฯลฯ พังทะลายได้จากความรุนแรงของคลื่นดังกล่าว

P wave (คลื่นปฐมภูมิ) มีความเร็วสูง ส่งผลให้เกิดแรงบีบอัด และแรงกระแทก

S wave (คลื่นทุติยภูมิ) มีความเร็วรองจาก P-waves ส่งผลให้เกิดแรงยกขึ้น-ลง

ประเภทคลื่นแผ่นดินไหว P wave (คลื่นปฐมภูมิ) มีความเร็วสูง ส่งผลให้เกิดแรงบีบอัด และแรงกระแทก S wave ( คลื่นทุติยภูมิ) มีความเร็วรองจาก P-waves ส่งผลให้เกิดแรงยกขึ้น-ลง Surface waves (คลื่นพื้นผิว) เดินทางช้าที่สุด แต่จะมีแรงสั่นสะเทือนสูงและเป็น คลื่นที่ก่อให้เกิดความเสียหายมากที่สุด การบันทึกคลื่นไหวสะเทือน เป็นสิ่งชี้แหล่งเกิดแผ่นดินไหว ทำให้เห็นภาพของ P wave (คลื่นปฐมภูมิ) และ S wave (คลื่นทุติยภูมิ) ซึ่งมีความสำคัญ จะบอกได้ ว่าเกิดแผ่นดินไหวขึ้นที่ใด ถ้าเปรียบเทียบกัน P และ S waves เหมือนฟ้าแลบและฟ้าร้อง ขณะแสงมีความ เร็วกว่าเสียง ดังนั้นขณะที่เกิดฝนฟ้าคะนอง สิ่งแรกที่จะเห็นบนท้องฟ้าคือ ฟ้าแลบ หลังจากนั้นสักครู่จะได้ยินเสียงฟ้าร้อง ถ้าเราอยู่ใกล้เหตุการณ์ฟ้าแลบ เสียงกึกก้องของฟ้าร้อง ดูเหมือนเกิดขึ้นเกือบ พร้อมกัน แต่หากเราอยู่ห่าง จากเหตุการณ์ฟ้าแลบ เสียงกึกก้องที่ตามมาจะห่าง หลายวินาที จากแสงฟ้าแลบที่มองเห็น ซึ่งฟ้าแลบและฟ้าร้องจะเกิดขึ้นยาวนาน เพียงใด ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์กันของพายุรุนแรง P waves เปรียบเสมือนฟ้าแลบ S waves เปรียบเสมือนฟ้าร้อง ดังนั้น P waves จะเดินทาง อย่างรวดเร็ว และสั่นสะเทือนพื้นดินมายังตัวเราก่อน (ในขณะเกิด แผ่นดินไหว) สำหรับ S waves เดินทางและสั่นสะเทือน บนพื้นดินมาเช่นกันแต่ ตามมาทีหลัง หากตัวเราอยู่ใกล้จุดแผ่นดินไหว P และ S waves อาจมีคลื่นมาถึงคล้ายพร้อมๆ กัน แต่ถ้าอยู่ห่างจุดแผ่นดินไหว จะมีระยะห่างของเวลามากขึ้น ของคลื่นทั้งสอง การทราบถึง P และ S waves ด้วยการบันทึกจากเครื่อง Seismograph (เครื่อง เครื่องบันทึกวัดแผ่นดินไหว) ทำให้นักวิทยาศาสตร์บอกได้ว่า จุดแผ่นดินไหวนั้น เกิดจากบริเวณใดของโลก อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถบอกได้โดยตรง ในระยะที่ห่างไกล สามารถบอกได้ใน ขอบเขตรัศมี รอบๆสถานีตรวจจับแผ่นดินไหว แต่ผลรายงานแผ่นดินไหวที่ทราบ ทั้งโลก เพราะมีโครงข่ายจากการ จัดวางตำแหน่งตรวจจับทั่วโลก ความสำคัญของโครงข่ายตรวจจับแผ่นดินไหว มีแบบแผนจากการแบ่งพื้นที่ออก เป็นลักษณะมุมสามเหลี่ยมเรียกว่า Triangulation จึงสามารถวัด ค่าสั่นสะเทือน ของแผ่นดินไหวโดยจะมีคลื่นสั่นสะเทือน ต่างกันจากแนววงกลม แต่ละแห่งที่ตัด ผ่านกันจากบริเวณ Epicenter (จุดเหนือศูนย์กลางเกิดแผ่นดินไหว)

Triangulation