บทที่ 3 ปรากฏการณ์ทางธรณ๊วิทยา

         ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทางธรณีวิทยาส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการแปรสัณฐาน (Plate Tectonics) ได้แก่  แผ่นดินไหว คลื่นสึนามิ  และภูเขาไฟ  ปรากฏการณ์เหล่านี้มักเกิดขึ้นบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณี

         

แผ่นดินไหว

        แผ่นดินไหว (Earthquake) เป็นปรากฏารณ์ธรรมชาติซึ่งเกี่ยวเนื่องกับกระบวนธรณีแปรสัณฐาน  (Plate Tectionics) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อหินเปลือกโลกเคลื่อนที่หรือสั่นสะเทือนและคายพลังงานออกมา ซึ่ง สามารถอุปมาอุปมัยได้เหมือนกับการดัดไม้บรรทัด  เมื่อเราใช้มือจับปลายไม้บรรทัดทั้งสองข้างแล้วดัดให้โค้งงออย่างช้าๆ จนเกิดความเค้น (Stress)  ไม้บรรทัดจะเกิดความเครียด (Strain) ภายใน แม้ว่าจะอ่อนตัวให้โค้งตามแรงที่เราดัด แต่ก็จะคืนตัวทันทีที่เราปล่อยมือ  และถ้าหากเราออกแรงดัดมากเกินไป พลังงานซึ่งสะสมอยู่ภายในจะเค้นให้ไม้บรรทัดนั้นหัก และปลดปล่อยพลังงานอย่างฉับพลัน ทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือนและเสียง    หินในเปลือกโลกก็มีคุณสมบัติดังเช่นไม้บรรทัด  เมื่อแผ่นธรณีกระทบกัน แรงกดดันหรือแรงเสียดทานจะทำให้หินที่บริเวณขอบของแผ่นธรณีเกิดความเค้นและความเครียด สะสมพลังงานไว้ภายใน เมื่อหินแตกหรือหักก็จะปลดปล่อยพลังงานออกมา ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเป็นแผ่นดินไหว

       แผ่นดินไหวมักเกิดขึ้นในบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณี  3 ลักษณะ

1.แผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกัน (Divergent boundaries) แมกมาจากชั้นฐานธรณีภาคดันให้แผ่นธรณีโก่งตัวอย่างช้าๆ จนแตกเป็นหุบเขาทรุด (Rift valley) หรือสันเขาใต้สมุทร (Oceanic Ridge) ทำให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเบาที่ระดับตื้น (ลึกจากพื้นผิวน้อยกว่า 70 กิโลเมตร) เช่นบริเวณกลางมหาสมุทรแอตแลนติก 

2.แผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากัน (Convergent boundaries) การชนกันของแผ่นธรณีสองแผ่นในแนวมุดตัว (Subduction zone) ทำให้แผ่นที่มีความหนาแน่นมากกว่าจมตัวลงตัวสู่ชั้นฐานธรณีภาค การปะทะกันเช่นนี้ทำให้เกิดแผ่นดินไหวอย่างรุนแรงที่ระดับลึก (300 – 700 กิโลเมตร) และหากเกิดขึ้นในมหาสมุทรก็จะทำให้เกิดคลื่นสึนามิ เช่น สันเขาใต้สมุทรใกล้เกาะสุมาตรา และ เกาะฮอนชู ประเทศญี่ปุ่น 

3.แผ่นธรณีเคลื่อนที่ผ่านกัน (Transform fault) ทำให้เกิดแรงเสียดทานของหินเปลือกโลก แม้ว่าแผ่นธรณีจะเคลื่อนที่ผ่านกันด้วยความเร็วเพียงปีละประมาณ 3 - 6 เซนติเมตร แต่เมื่อเวลาผ่านไป 100 ปี ก็จะเคลื่อนที่ได้ระยะทาง 3 - 6 เมตร ซึ่งถ้าหากหินคืนตัวก็จะสามารถปลดปล่อยพลังงานมหาศาลได้ ดังเช่นรอยเลื่อนซานแอนเดรียส์ก็เคยทำลายเมืองซานฟรานซิสโก ประเทศสหรัฐอเมริกา จนประสบความเสียหายหนักเมื่อปี พ.ศ. 2449

                นอกจากบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณีแล้ว แผ่นดินไหวยังเกิดขึ้นที่บริเวณจุดร้อน (Hot spot) ที่ซึ่งหินหนืดร้อนลอยตัวขึ้นจากเนื้อโลกตอนล่างแล้วทะลุเปลือกโลกขึ้นมากลายเป็นภูเขาไฟรูปโล่ เช่น เกาะฮาวาย ที่กลางมหาสมุทรแปซิฟิก และ เกาะไอซ์แลนด์ ที่ตอนบนของมหาสมุทรแอตแลนติก

                    เมื่อ พิจารณาแผนที่ในภาพจะเห็นได้ว่า แผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อของแผ่นเปลือกโลก โดยบริเวณที่แผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกันและแผ่นธรณีเคลื่อนที่ผ่านกันจะ เกิดแผ่นดินไหวในระดับตื้น ส่วนบริเวณที่แผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากันเช่น เขตมุดตัวในวงแหวนไฟ  (Ring of fire) รอบมหาสมุทรแปซิฟิก บริเวณหมู่เกาะญี่ปุ่น หมู่เกาะฟิลิปปินส์ หมู่เกาะแปซิฟิกใต้ และชายฝั่งตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้ จะเกิดแผ่นดินไหวในระดับลึก ซึ่งมักเป็นตัวการทำให้เกิดคลื่นสินามิ ทั้งนี้ท่านสามารถติดตามการเกิดแผ่นดินไหวของครั้งล่าสุดของโลกได้ที่USGS Lastest Earthquakes in the World 

คลื่่่่นสึนามิ

               คลื่น สึนามิ (Tsunami) เป็นคลื่นที่เกิดขึ้นจากแผ่นดินไหว  แต่คลื่นผิวน้ำที่เรารู้จักกันทั่วไปเกิดจากแรงลมพัด 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 ทำให้เกิดแผ่นดินไหวอย่างรุนแรงที่ระดับลึก

                เมื่อ เปลือกโลกใต้มหาสมุทร ยุบตัวลงเป็นร่องลึกก้นสมุทร (Oceanic trench)  น้ำทะเลที่อยู่ด้านบนก็จะไหลยุบตามลงไปด้วย น้ำทะเลในบริเวณข้างเคียงมีระดับสูงกว่า จะไหลเข้ามาแทนที่แล้วปะทะกัน ทำให้เกิดคลื่นสะท้อนกลับในทุกทิศทุกทาง (เหมือนกับการที่เราขว้างก้อนหินลงน้ำ) 

                นอก จากสาเหตุจากแผ่นดินไหวแล้ว คลื่นสึนามิอาจเกิดขึ้นจากภูเขาไฟระเบิด 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

คลื่นสึนามิบริเวณประเทศไทย
        สถิติที่ประวัติศาสตร์บันทึกไว้ จะมีการเกิดคลื่นสึนามิขนาดใหญ่โดยเฉลี่ยทุกๆ 15 – 20 ปี แต่โดยส่วนมากแล้วจะเกิดขึ้นในมหาสมุทรแปซิฟิก เนื่องจากเป็นมหาสมุทรที่ใหญ่ที่สุดในโลกมีอาณาเขตปกคลุมครึ่งหนึ่งของ เปลือกโลก จึงมีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวได้มากที่สุด คลื่นสึนามิที่มีขนาดใหญ่ที่สุด มีขนาดสูงถึง 35 เมตร ที่เกาะสุมาตรา เกิดขึ้นจากแรงสั่นสะเทือนจากการระเบิดของภูเขาไฟกรากาตัว เมื่อวันที่ 27 สิงหาคม พ.ศ.2426

          คลื่นสึนามิในประเทศไทยเมื่อวันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2547 เกิดขึ้นเนื่องจากแผ่นดินไหวที่บริเวณร่องลึกซุนดรา (Sundra trench) เกิดการยุบตัวของเปลือกโลกบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณีอินเดีย (India plate)​ กับแผ่นธรณีพม่า (Burma microplate) ทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือน 9.1 ริกเตอร์ โดยมีจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวอยู่ทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือของเกาะ สุมาตรา  เหตุการณ์นี้ทำให้คนตายมากกว่า 226,000 คน ตามชายฝั่งของมหาสมุทรอินเดีย ในจำนวนนี้เป็นคนไทยไม่น้อยกว่า 5,300 คน  

ระบบแจ้งเตือนคลื่นสึนามิ     

                ระบบแจ้งเตือนคลื่นสึนามิระบบแรกของโลกถูกจัดตั้งขึ้นหลังจากอุบัติภัยที่ หมู่เกาะฮาวาย ในปี พ.ศ.2489 ประเทศสหรัฐอเมริกาจัดตั้ง “ศูนย์แจ้งเตือนคลื่นสึนามิแปซิฟิก” (Pacific Tsunami Warning Center) หรือ PTWC โดยมีติดตั้งสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวจำนวน 50 แห่ง รอบมหาสมุทรแปซิฟิก ระบบทำงานโดยการตรวจจับคลื่นไหวสั่นสะเทือน ซึ่งเดินทางรวดเร็วกว่าคลื่นสึนามิ 15 เท่า ข้อมูลที่ตรวจวัดได้จากทุกสถานีถูกนำรวมกัน เพื่อพยากรณ์หาตำแหน่งที่มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดคลื่นสึนามิ เมื่อคลื่นสึนามิถูกตรวจพบระบบจะแจ้งเตือนเมืองที่อยู่ชายฝั่ง รวมทั้งประมาณเวลาสถานการณ์ที่คลื่นจะเข้าถึงชายฝั่ง เพื่อที่จะอพยพประชาชนไปอยู่ที่สูง และให้เรือที่จอดอยู่ชายฝั่งเดินทางสู่ท้องทะเลลึก ณ ที่ซึ่งคลื่นสึนามิส่งไม่ส่งผลกระทบอันใด อย่างไรก็ตามระบบเตือนภัยนี้สามารถทำการแจ้งเตือนล่วงหน้าเพียงไม่กี่ ชั่วโมงเท่านั้น การอพยพผู้คนมักทำได้ไม่ทันท่วงทีเนื่องจากคลื่นสึนามิเดินทางรวดเร็วมาก

               ระบบเตือนภัยยุคใหม่ซึ่งพัฒนาโดย องค์การบริหารบรรยากาศและมหาสมุทร (NOAA) ประเทศสหรัฐอเมริกา ชื่อ DART (ย่อมาจาก Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) ติดตั้งเซนเซอร์วัดแรงสั่นสะเทือนไว้ที่ท้องมหาสมุทร เซนเซอร์เก็บข้อมูลแผ่นดินไหวและส่งสัญญานไปยังทุ่นลอยซึ่งอยู่บนผิวน้ำ เพื่อรีเลย์สัญญาณไปยังดาวเทียม GOES และส่งกลับลงบนสถานีภาคพื้นอีกทีหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์จะนำข้อมูลที่ได้มาสร้างแบบจำลองด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อพยากรณ์แนวโน้มการเกิดคลื่นสึนามิ หากผลการจำลองและวิเคราะห์ว่ามีโอกาสความเป็นไปได้จะเกิดคลื่นยักษ์ ก็จะแจ้งเตือนไปยังศูนย์ชายฝั่ง เพื่อให้ประชาชนและชาวประมงในพื้นที่ให้รีบอพยพออกจากบริเวณที่อันตราย
                                                                                    คลื่นสึนามิ

ภูเขาไฟระเบิด

            ภูเขาเกิดจากการเปลี่ยนแปลงลักษณะของเปลือกโลก ซึ่งแผ่นธรณีทวีปดันกันทำให้ชั้นหินคดโค้ง (Fold) เป็นรูปประทุนคว่ำและประทุนหงายสลับกัน ภูเขาที่มียอดแบนราบอาจเกิดจากการยกตัวของเปลือกโลกตามบริเวณรอยเลื่อน (Fault) แต่ภูเขาไฟ (Volcano) มีกำเนิดแตกต่างจากภูเขาทั่วไป ภูเขาไฟเกิดจากการยกตัวของแมกมาใต้เปลือกโลก

แมกมา

        เมื่อแผ่นธรณีมหาสมุทรเคลื่อนที่เข้าหากัน หรือปะทะกับแผ่นธรณีทวีป  แผ่นธรณีมหาสมุทรซึ่งมีความหนาแน่นกว่าจะจมลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค และหลอมละลายกลายเป็นหินหนืดหรือแมกมา (Magma) โดยมีปัจจัยที่เร่งให้เกิดการหลอมละลาย ได้แก่

ความร้อน: เมื่อแผ่นธรณีปะทะกันและจมลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค แรงเสียดทานซึ่งเกิดจากการที่แผ่นธรณีทั้งสองเสียดสีกันจะทำให้เกิดความร้อน เร่งให้ผิวชั้นบนของเปลือกโลกมหาสมุทรที่จมตัวลง หลอมละลายกลายเป็นแมกมาได้ง่ายขึ้น  

น้ำในชั้นฐานธรณีภาค: หินเปียก (Wet rock) มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าหินแห้ง (Dry rock) เมื่อหินในเปลือกแผ่นมหาสมุทรจมลงสู่ชั้นฐานธรณีภาค โมเลกุลของน้ำซึ่งเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำจะช่วยเร่งปฏิกริยาให้หินเกิดการ หลอมเหลวได้ง่ายขึ้น 

             แมกมาไม่ได้กำเนิดขึ้นทั่วไปทุกหนแห่งของโลก หากมีอยู่แต่บริเวณที่รอยต่อของแผ่นธรณีบางชนิด และบริเวณจุดร้อนของโลก  

             รอยต่อของแผ่นธรณีเคลื่อนที่ ออกจากกัน: แมกมาจากชั้นฐานธรณีภาคลอยตัวขึ้นสู่พื้นผิวโลก แรงดันที่ลดลงช่วยทำให้เปลือกโลกที่อยู่ด้านบนหลอมละลายเกิดเป็นสันเขาใต้ สมุทร และดันตัวออกทางด้านข้าง กลายเป็นแผ่นธรณีมหาสมุทรซึ่งกำเนิดมาจากแมกมาหินบะซอลต์  

               รอยต่อของแผ่นธรณีเคลื่อนที่ เข้าหากัน: การชนกันของแผ่นธรณีสองแผ่นในแนวมุดตัว (Subduction zone)  ทำให้แผ่นที่มีความหนาแน่นมากกว่าจมตัวลงตัวสู่ชั้นฐานธรณีภาค แรงเสียดทานซึ่งเกิดจากการที่แผ่นธรณีทั้งสองเสียดสีกันจะทำให้เกิดความร้อน น้ำในแผ่นหินซึ่งระเหยกลายเป็นไอ ประกอบกับแรงกดดันที่ลดลง  ช่วยให้หินหลอมละลายกลายเป็นแมกมาได้เร็วขึ้น และแทรกตัวออกจากผิวโลกทางปล่องภูเขาไฟ 

           จุดร้อน (Hotspot): แก่นโลกชั้นนอกมีความร้อนไม่เท่ากัน ในบางจุดของแก่นโลกมีความร้อนสูง จึงทำให้เนื้อโลกชั้นล่างเหนือบริเวณนั้นหลอมละลาย และแทรกตัวลอยขึ้นมาตามช่องแมกมา (Magma plume) จุดร้อนจะอยู่ ณ ตำแหน่งเดิมของแก่นโลก แต่เปลือกโลกจะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ผ่านจุดร้อน แมกมาที่โผล่ขึ้นสู่พื้นผิวโลก จึงทำให้เกิดหมู่เกาะเรียงตัวกันเป็นแนว ดังเช่น หมู่เกาะฮาวาย

             

การประทุของภูเขาไฟ
         ภูเขาไฟไม่มีคาบการระเบิดที่แน่นอน ทั้งนีึ้ขึ้นอยู่กับแรงดันภายใน คุณสมบัติและปริมาณหินที่กดทับโพรงแมกมา อย่างไรก็ตามนักธรณีวิทยาสามารถทำการพยากรณ์อย่างคร่าวๆ โดยการวิเคราะห์ความถึ่ของคลื่นไหวสะเทือน ความรุนแรงของแผ่นดินไหว ความเป็นกรดของน้ำใต้ดินซึ่งเกิดจากแมกมาอุณหภูมิสูงทำให้แร่ธาตุละลายตัว และความผิดปกติของพฤติกรรมสัตว์

        การปะทุของภูเขาไฟ ที่รุนแรงเกิดขึ้น เมื่อแมกมาบะซอลต์ยกตัวขึ้นลอยตัวขึ้นจากชั้นฐานธรณีภาค จะทำให้แผ่นเปลือกโลกธรณีซึ่งเป็นหินแกรนิตหลอมละลายกลายเป็นแมกมาแกรนิต แล้วดันพื้นผิวโลกให้โก่งตัวขึ้น  (ก)  แรงอัดของแก๊สร้อนดันให้ปากปล่องภูเขาไฟระเบิด  พ่นฝุ่นเถ้าภูเขาไฟ (Pyroclastic flow) ซึ่งมีคามร้อนถึง 900 องศาเซลเซียสขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ (ข) แล้วตกลงมาทับถมกันที่บริเวณเนินภูเขาไฟ (ค)  ทั้งลาวาที่ไหลออกมาและเศษวัสดุที่ตกลงมาทับถมกัน ทำให้บริเวณรอบปากปล่องภูเขามีน้ำหนักมาก จึงทรุดตัวกลายเป็นแอ่งภูเขาไฟรูปกระจาด (Caldera) เมื่อเวลาผ่านไปน้ำฝนตกลงมาสะสมกัน ทำให้เกิดเป็นทะเลสาบ (ง)

ประโยชน์และโทษของภูเขาไฟ

                  ภูเขา ไฟระเบิดใกล้ชุมชนทำให้เกิดมหันตภัยครั้งยิ่งใหญ่  แผ่นดินไหวทำให้อาคารพังพินาศ ถนนขาด และไฟไหม้เนื่องจากท่อแก๊สถูกทำลาย ธารลาวา กรวดและเถ้าภูเขาไฟที่ไหลลงมา (Pyroclastic flow) สามารถทับถมหมู่บ้านและเมืองที่อยู่รอบข้าง ถ้าภูเขาไฟอยู่ชายทะเล แรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวจะทำให้เกิดคลื่นสึนามิขนาดยักษ์กระจายตัวออกไป ได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตร ฝุ่นและเถ้าภูเขาไฟสามารถปลิวไปตามกระแสลมเป็นอุปสรรคต่อการจราจรทางอากาศ แต่อย่างไรก็ตามภูเขาไฟระเบิดหนึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรธรณีแปรสัณฐาน ซึ่งหมุนเวียนธาตุอาหารให้แก่ผิวโลก ดินที่เกิดจากการสลายตัวของหินภูเขาไฟ มีความอุดมสมบูรณ์สูงใช้ปลูกพืชพรรณได้งอกงาม แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งปล่อยออกมาจากปล่องภูเขาไฟ ทำให้พืชสามารถสังเคราะห์ธาตุอาหารด้วยแสง แมกมาใต้เปลือกนำแร่ธาตุและอัญมณีที่หายาก เช่น เพชร พลอย ขึ้นมา เป็นต้น และด้วยเหตุที่ภูเขาไฟนำมาซึ่งความมั่งคั่งอุดมสมบูรณ์ ดังนั้นชุมชนจึงมักตั้งอยู่ที่เชิงภูเขาไฟ
                                                                                       ภูเขาไประเบิด