บทที่3ปรากฎทางธรณีวิทยา

ปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา

ปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ที่ก่อให้เกิดความ เสียหายร้ายแรงต่อชีวิต และทรัพย์สินของมนุษย์ได้ เป็นบริเวณกว้าง เชื่อกันว่าทุกประเทศได้รับ ผลกระทบจากแผ่นดินไหว ไม่ว่าทางตรงหรือ ทางอ้อม ปัจจุบันพบว่ามีความพยายามอย่างมากใน หลายประเทศ ซึ่งได้รับอันตรายจากแผ่นดินไหวและ ภูเขาไฟ

แผ่นดินไหว เป็นปรากฏการณ์สั่นสะเทือนหรือเขย่าของพื้นผิวโลก เพื่อปรับตัวให้อยู่ในสภาวะสมดุล ซึ่งแผ่นดินไหวสามารถก่อให้เกิดความเสียหายและภัยพิบัติต่อบ้านเมือง ที่อยู่อาศัย สิ่งมีชีวิต ส่วนสาเหตุของการเกิดแผ่นดินไหวนั้นส่วนใหญ่เกิดจากธรรมชาติ โดยแผ่นดินไหวบางลักษณะสามารถเกิดจากการกระทำของมนุษย์ได้ แต่มีความรุนแรงน้อยกว่าที่เกิดขึ้นเองจากธรรมชาติ นักธรณีวิทยาประมาณกันว่าในวันหนึ่ง ๆ จะเกิดแผ่นดินไหวประมาณ 1,000 ครั้ง ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นแผ่นดินไหวที่มีการสั่นสะเทือนเพียงเบา ๆ เท่านั้น คนทั่วไปจะไม่รู้สึกถึงแรงสั่นสะเทือน

แผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (แนวระหว่างรอยต่อธรณีภาค) ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของชั้นหินขนาดใหญ่เลื่อน เคลื่อนที่ หรือแตกหักและเกิดการโอนถ่ายพลังงานศักย์ ผ่านในชั้นหินที่อยู่ติดกัน พลังงานศักย์นี้อยู่ในรูปคลื่นไหวสะเทือน

แผ่นดินไหวที่เมืองซานฟรานซิสโก ปี พ.ศ.2449

คลื่นพื้นผิว (Surface wave) เดินทางจากจุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหว (Epicenter) ไปทางบนพื้่นผิวโลก ในลักษณะเดียวกับการโยนหินลงไปในน้ำแล้วเกิดระลอกคลื่นบนผิวน้ำ คลื่นพื้นผิวเคลื่อนที่ช้ากว่าคลื่นในตัวกลาง คลื่นพื้นผิวมี 2 ชนิด คือ คลื่นเลิฟ (L wave) และคลื่นเรย์ลี (R wave)

1.คลื่นเลิฟ (L wave) เป็นคลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวราบ โดยมีทิศทางตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังภาพที่ 3 สามารถทำให้ถนนขาดหรือแม่น้ำเปลี่ยนทิศทางการไหล

  คลื่นเลิฟ (L wave)

• คลื่นเรย์ลี (R wave) เป็นคลื่นที่ทำให้อนุภาคตัวกลางสั่น ม้วนตัวขึ้นลงเป็นรูปวงรี ในแนวดิ่ง โดยมีทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังภาพที่ 4  สามารถทำให้พื้นผิวแตกร้าว และเกิดเนินเขา ทำให้อาคารที่ปลูกอยู่ด้านบนเกิดความเสียหาย

คลื่นเรย์ลี (R wave)

การหาจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว

เครื่องวัดความไหวสะเทือน (Seismograph) ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ปากกาซึ่งติดตั้งบนตุ้มน้ำหนักซึ่งแขวนห้อยติดกับลวดสปริง และม้วนกระดาษบันทึกการสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (Seismogram) โดยที่ทั้งสองส่วนติดตั้งบนแท่นซึ่งยืดอยู่บนพื้นดิน  เครื่องวัดความไหวสะเทือนทำงานโดยอาศัยหลักการของความเฉี่อย (Inertia) ของลวดสปริงที่แขวนลูกตุ้ม  เมื่อแผ่นดินยกตัวลวดสปริงจะยืดตัว  และถ้าหากแผ่นดินจมตัวลวดสปริงก็จะหดขึ้น ดังนั้นไม่ว่าแผ่นดินจะเคลื่อนไหวอย่างไร ลวดสปริงจะคงระดับของตุ้มน้ำหนักไว้ที่ระดับเดิมเสมอ  ส่วนม้วนกระดาษจะเคลื่อนที่ขึ้นลงตามการเคลื่อนที่ของแผ่นดิน ดังนั้นปลายปากกาที่ติดตั้งฉากกับตุ้มน้ำหนักจึงวาดเส้นกราฟบนม้วนกระดาษซึ่งหมุนรอบแกน เพื่อบันทึกค่าการสั่นไหวของคลื่นไหวสะเทือน ดังภาพที่ 5  (หมายเหตุ: ในความเป็นจริง เครื่องวัดความไหวสะเทือนจะวัดค่าการสั่นสะเทือนทังในแกนตั้งและแกนนอน)

 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

การเดินทางของคลื่นไหวสะเทือน

เมื่อนำค่าที่ได้จากเครือข่ายเครื่องวัดความไหวสะเทือนอย่างน้อย 3 ชุด มาสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางกับเวลา โดยให้แกนนอนเป็นระยะทางจากจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว และแกนตั้งเป็นระยะเวลาที่คลื่นไหวสะเทือนต้องใช้ในการเดินทางจากจุดกำเนิด ก็จะได้กราฟเส้นโค้งระยะทาง-เวลา (Time travel curves) นำคาบความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางกับเวลาที่บันทึกได้มาวิเคราะห์หาระยะห่างไปยังจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (Focus) ดังภาพที่ 7

 กราฟความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางและเวลาการเกิดแผ่นดินไหว

จากนั้นนำระยะทางที่ได้มาสร้างวงกลมสามวงบนแผนที่ โดยให้จุดศูนย์กลางอยู่ที่เครื่องวัดคลื่นไหวสะเทือนแต่ละเครื่อง และให้รัศมีของวงกลมแต่ละวงเป็นยาวเท่ากับระยะทางที่คำนวณได้จากกราฟระยะทาง-เวลาในภาพที่ 8  วงกลมทั้งสามวงก็จะตัดกันที่จุดเดียวกันคือ จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (Epicenter)

ตารางแสดงขนาด ระดับ และความรุนแรงของแผ่นดินไหว

ขนาด	ระดับ	ลักษณะความรุนแรง
น้อยกว่า3.0	I	คนไม่รู้สึกถึงการสั่นไหว แต่เครื่องมือตรวจจับสัญญาณได้
-	II	รู้สึกได้เฉพาะคนที่อยู่นิ่งๆ หรืออยู่บนอาคารสูงๆ สิ่งของแกว่งไกวช้าๆ เล็กน้อย
-	III	คนในบ้านรู้สึกเล็กน้อยเหมือนรถบรรทุกเล็กแล่นผ่าน และพอจะประมาณความนานของการสั่นไหวได้ แต่คนส่วนใหญ่ไม่คิดว่าเกิดแผ่นดินไหวขึ้น
4.0-4.9	IV	คนส่วนมากที่อยู่ในบ้านและบางส่วนที่อยู่ข้างนอกรู้สึกเหมือนรถบรรทุกหนักแล่น 4.024.9 ผ่าน รถยนต์ที่จอดอยู่จะโยก ของในบ้านสั่นไหว
-	V	รู้สึกได้เกือบทุกคน ของชิ้นเล็กจะเคลื่อนที่ ลูกตุ้มนาฬิกาอาจหยุด
5.0-5.9	VI	ทุกคนรู้สึกได้ คนที่เดินอยู่จะเอียงเซ เครื่องเรือนหนักอาจเคลื่อนที่ ต้นไม้สั่นไหวชัดเจน เกิดความเสียหายเล็กน้อย
6.0-6.9	VII	ทุกคนวิ่งออกนอกอาคาร ยืนได้ไม่มั่นคง คนขับรถอยู่สามารถรู้สึกการสั่นไหว อาคารมาตรฐานปานกลางเสียหายเล็กน้อย เกิดคลื่นน้ำในบึง
-	VIII	มีผลต่อการบังคับรถ อาคารที่ออกแบบพิเศษเสียหายเล็กน้อย อาคารมาตรฐาน ปานกลางเสียหายชัดเจนและบางส่วนพังทลาย อาคารมาตรฐานต่ำเสียหาย อย่างหนัก สิ่งก่อสร้างทรงสูงส่วนมากพังลง เครื่องเรือนหนักจะหมุนกลับ โคลน ทรายพุ่งขึ้นจากใต้ดินเล็กน้อย มีการเปลี่ยนแปลงในบ่อน้ำ
7.0-7.9	IX	อาคารออกแบบพิเศษเสียหายชัดเจน อาคารมาตรฐานสูงจะเคลื่อนหนีศูนย์ อาคารมาตรฐานปานกลางเสียหายและพังทลาย สิ่งก่อสร้างเคลื่อนจากฐาน แผ่นดินแยก
-	X	อาคารไม้ปลูกสร้างดีบางหลังถูกทำลาย ตึกส่วนใหญ่ถูกทำลายพร้อมฐานราก แผ่นดินแยกถล่มเป็นบริเวณกว้าง รางรถบิดงอ ดินริมตลิ่งและที่ชันจะถล่ม โคลน ทราย8.028.9 พุ่งขึ้นจากรอยแยกของแผ่นดิน น้ำกระเซ็นขึ้นตลิ่ง
มากกว่า 8.0	XI	อาคารพังทลายเกือบหมด สะพานถูกทำลาย แผ่นดินแยกอย่างชัดเจน รางรถบิดงออย่างมาก ท่อใต้ดินเสียหายไม่สามารถใช้การได้ ดินถล่มและเลื่อนไหล
-	XII	ทุกสิ่งโดยรวมถูกทำลาย พื้นดินเป็นลอนคลื่นแนวระดับสายตาบิดเบี้ยวไป วัตถุกระเด็นขึ้นไปในอากาศ