วันที่ 6 กุมภาพันธ์ 2023 ประเทศตุรกีและประเทศซีเรียถูกเขย่าด้วยแผ่นดินไหวขนาด 7.8 ที่มีความลึกประมาณ 10 กิโลเมตร หายนะครั้งนี้ส่งผลให้อาคารจำนวนมากพังทลายและมีผู้เสียชีวิตหลายหมื่นคน
หากย้อนเวลากลับไปเมื่อ 19 ปีก่อน ‘แผ่นดินไหว’ เป็นคำที่ปรากฏอยู่ตามสื่อน้อยมาก จนกระทั่งวันที่ 26 ธันวาคม 2004 แผ่นดินไหวขนาด 9.1 ที่มหาสมุทรอินเดียได้ทำให้เกิด ‘สึนามิ’ ขนาดใหญ่ถาโถมเข้าสู่ชายฝั่งทะเลอันดามัน หายนะครั้งนั้นทำให้แผ่นดินไหวและสึนามิได้รับความสนใจจากสื่อ ประชาชนทั่วไป และหน่วยงานรัฐมากยิ่งขึ้น ด้วยเหตุนี้ ผมจึงอยากชวนผู้อ่านมาทำความรู้จักกับ ‘วิทยาศาสตร์ของแผ่นดินไหว’ ผ่านบทความที่เล่าด้วยภาษาแบบง่ายๆ ไม่มีสมการที่ชวนปวดหัว และครอบคลุมประเด็นสำคัญที่ควรรู้ครับ
ความหมายของแผ่นดินไหว
แผ่นดินไหว (earthquake) คือการสั่นสะเทือนของพื้นผิวโลกจนถึงระดับความลึกประมาณ 700 กิโลเมตร หากย้อนกลับไปดูบันทึกทางประวัติศาสตร์ เราจะพบว่าแผ่นดินไหวเป็นภัยพิบัติที่อยู่คู่กับมนุษยชาติมาตั้งแต่สมัยโบราณ สิ่งเหล่านี้สะท้อนออกมาในรูปแบบของตำนานที่ถูกเล่าต่อๆ กันมาว่า แผ่นดินไหวเกิดจากความพิโรธของเหล่าทวยเทพหรือการขยับตัวของสัตว์ยักษ์ที่อาศัยอยู่ใต้พื้นดิน แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าแผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่สามารถอธิบายได้ด้วยความรู้ทางฟิสิกส์และธรณีวิทยา ความเชื่อเหนือธรรมชาติเหล่านั้นก็ค่อยๆ จางหายไปตามกาลเวลา
ปัจจุบันเราเรียกวิทยาศาสตร์ของแผ่นดินไหวว่าวิชา ‘แผ่นดินไหววิทยา’ (seismology) ซึ่งถูกจัดเป็นสาขาหนึ่งของวิชา ‘ธรณีฟิสิกส์’ (geophysics) โดยเป็นการศึกษาเกี่ยวกับสาเหตุ กระบวนการ ผลกระทบ การบรรเทาความเสียหายของแผ่นดินไหว และโครงสร้างภายในของโลก
การเกิดแผ่นดินไหว
นักปราชญ์ชาวกรีกโบราณนามว่า อริสโตเติล (Aristotle) เคยตั้งสมมุติฐานว่า แผ่นดินไหวเกิดจากกระแสลมที่พัดเข้าไปในถ้ำใต้ดินแล้วทำให้พื้นดินด้านบนสั่นสะเทือน ปัจจุบันเรารู้แล้วว่าความเชื่อของเขาไม่ถูกต้อง เนื่องจากโครงสร้างของโลกแบ่งออกเป็นชั้นต่างๆ คือ เปลือกโลก (crust) ที่เป็นหินแข็ง เนื้อโลก (mantle) ที่เป็นหินแข็งผสมกับบางส่วนที่หลอมเหลว แก่นโลกชั้นนอก (outer core) ที่เป็นโลหะหลอมเหลว และแก่นโลกชั้นใน (inner core) ที่เป็นโลหะความหนาแน่นสูง โดยภายในโลกจะมีหินหลอมเหลว (magma) จำนวนมากที่หมุนเวียนไปตามวงจรการพาความร้อน (convection cell) และถ่ายเทพลังงานไปสู่เปลือกโลก
ด้วยเหตุนี้ โลกของเราจึงเป็นดาวเคราะห์ที่ไม่เคยหยุดนิ่งและมีแรงกระทำภายในตลอดเวลา เมื่อถึงจุดหนึ่ง หินแข็งก็จะทนแบกรับแรงกระทำไม่ไหวจนเกิดการแตกร้าวและเปลี่ยนแปลงรูปร่าง แล้วปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของการสั่นสะเทือน นี่คือสาเหตุสำคัญของการเกิดแผ่นดินไหวบนแผ่นเปลือกโลก
แผ่นดินไหวเป็นภัยพิบัติที่เกิดขึ้นแบบไม่เลือกเวลา แต่ก็ใช่ว่าจะเกิดมั่วซั่วแบบไม่เลือกสถานที่ โดยเราจะพบแผ่นดินไหวบ่อยๆ บริเวณรอยต่อของ ‘แผ่นเปลือกโลก’ (plate) เช่น วงแหวนแห่งไฟ (ring of fire) จุดรอยต่อของแผ่นเปลือกโลก 3 แห่ง (triple junction) และเขตมุดตัววาดาติ-เบนิอ็อฟ (Wadati-Benioff zone)
รอยแตกร้าวของแผ่นเปลือกโลกที่เรียกว่า ‘รอยเลื่อน’ (fault) ก็พบแผ่นดินไหวบ่อยเช่นกัน โดยเราจะเห็นลักษณะทางธรณีวิทยาที่บ่งชี้ว่ามีรอยเลื่อนอยู่ตรงนั้น เช่น หุบเขารูปแก้วไวน์ (wineglass canyon) ผาสามเหลี่ยม (triangular facet) ผารอยเลื่อน (fault scarp) รอยครูด (slickenside) และลำธารหัก (offset stream)
แผ่นดินไหวตามธรรมชาติสามารถเกิดจากการปะทุของภูเขาไฟ การเคลื่อนที่ของมวลบนพื้นผิวโลก การเกิดหลุมยุบ การไหวสะเทือนของแผ่นน้ำแข็ง แรงสั่นสะเทือนของพายุ และการตกกระทบของวัตถุนอกโลก แผ่นดินไหวบางเหตุการณ์จะเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การสร้างเขื่อน การทำเหมือง การฉีด-สูบของเหลวในชั้นหินใต้โลก และการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ เราเรียกจุดที่เกิดแผ่นดินไหวว่า ‘จุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหว’ (hypocenter) และเรียกจุดบนพื้นผิวโลกที่อยู่ด้านบนว่า ‘จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว’ (epicenter)
ประเภทของคลื่นไหวสะเทือน
พลังงานที่แผ่นดินไหวปลดปล่อยออกมาส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของ ‘คลื่นไหวสะเทือน’ (seismic wave) หรือ ‘คลื่นแผ่นดินไหว’ ที่แผ่ออกมาจากจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหว โดยคลื่นไหวสะเทือนจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1. คลื่นตัวกลาง (body wave) หมายถึงคลื่นไหวสะเทือนที่เดินทางผ่านชั้นต่างๆ ของโลก แบ่งย่อยออกเป็น
1.1 คลื่นปฐมภูมิ (primary wave) เป็นคลื่นไหวสะเทือนที่เดินทางผ่านของแข็งและของไหล คลื่นมีลักษณะอัดและขยายตามทิศทางการเคลื่อนที่
1.2 คลื่นทุติยภูมิ (secondary wave) เป็นคลื่นไหวสะเทือนที่เดินทางผ่านของแข็ง แต่ไม่สามารถเดินทางผ่านของไหล คลื่นมีลักษณะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่
2. คลื่นพื้นผิว (surface wave) หมายถึงคลื่นไหวสะเทือนที่เดินทางไปตามพื้นผิวโลก แบ่งย่อยออกเป็น
2.1 คลื่นเลิฟ (Love wave) เป็นคลื่นตามแนวขวาง ทำให้พื้นผิวโลกส่ายในแนวราบ
2.2 คลื่นเรย์ลีห์ (Rayleigh wave) เป็นคลื่นที่มีลักษณะคล้ายเกลียวคลื่นทะเล ทำให้พื้นผิวโลกกระเพื่อม
การตรวจวัดแผ่นดินไหว
นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนโบราณนามว่า จาง เหิง (Zhang Heng) เป็นบุคคลแรกที่ประดิษฐ์ ‘เครื่องตรวจจับแผ่นดินไหว’ (seismoscope) โดยมีลักษณะเป็นโอ่งขนาดใหญ่ที่มีมังกร 8 ตัว เกาะอยู่ตามทิศทั้ง 8 ซึ่งในปากของมังกรจะคาบลูกบอลเอาไว้ ส่วนด้านล่างจะมีคางคกแหงนหน้าอ้าปากรอรับลูกบอล เมื่อคลื่นไหวสะเทือนเดินทางมากระทบโอ่ง ลูกบอลก็จะหล่นลงไปในปากคางคก อย่างไรก็ตาม เครื่องตรวจจับแผ่นดินไหวของจาง เหิง สามารถบอกได้แค่ว่า ‘เกิด’ หรือ ‘ไม่เกิด’ แผ่นดินไหว แต่ไม่สามารถบอกลักษณะของคลื่นไหวสะเทือนได้
นักแผ่นดินไหววิทยาในยุคต่อมาจึงพัฒนา ‘ชุดตรวจวัดแผ่นดินไหว’ (seismograph) ที่ทันสมัย ประกอบด้วยหัวตรวจวัดแผ่นดินไหว (seismometer) คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ระบุตำแหน่งและเวลา อุปกรณ์แปลงสัญญาณดิจิทัล และแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า ทำให้สามารถตรวจวัด บันทึก และแสดงข้อมูลออกมาเป็น ‘กราฟแผ่นดินไหว’ (seismogram) โดยข้อมูลดังกล่าวจะถูกนำไปคำนวณหาขนาดของแผ่นดินไหว จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว และจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหว
นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า ‘หัวตรวจวัดอัตราเร่ง’ (accelerometer) ที่สามารถตรวจวัดอัตราเร่งของพื้นดิน (ground acceleration) ว่ามีค่าเป็นกี่เท่าของอัตราเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก การรู้ค่าดังกล่าวมีประโยชน์ต่อการออกแบบอาคาร เขื่อน โรงไฟฟ้า และสิ่งก่อสร้างต่างๆ ให้มีความปลอดภัยมากยิ่งขึ้นด้วยความรู้ทางวิศวกรรมแผ่นดินไหว (earthquake engineering)
กรณีที่มีสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวประสิทธิภาพสูงเป็นจำนวนมาก เราจะสามารถตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนได้เร็วและส่งสัญญาณแจ้งเตือนประชาชนล่วงหน้าก่อนที่คลื่นไหวสะเทือนจะเดินทางไปถึงสถานที่สำคัญ เทคโนโลยีดังกล่าวเรียกว่า ‘ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า’ (earthquake early warning system)
มาตราขนาดแผ่นดินไหว
เวลาเราฟังรายงานข่าวเกี่ยวกับแผ่นดินไหว สื่อส่วนใหญ่จะรายงานว่าเกิดแผ่นดินไหวที่ไหน เวลาใด ตามด้วยตัวเลขค่าหนึ่ง แล้วปิดท้ายด้วยคำว่า ‘ริกเตอร์’ ตัวเลขดังกล่าวเรียกว่า ‘ขนาดแผ่นดินไหว’ (magnitude) ซึ่งคำนวณมาจากความสูงของคลื่นไหวสะเทือนที่สามารถตรวจวัดได้ ส่วนคำว่าริกเตอร์คือ ‘มาตราขนาดแผ่นดินไหว’ (magnitude scale) ที่บ่งบอกว่าขนาดแผ่นดินไหวถูกรายงานด้วยมาตราอะไร ย้ำนะครับว่าเป็นมาตรา ไม่ใช่หน่วย เพราะขนาดของแผ่นดินไหวไม่มีหน่วย
มาตราขนาดแผ่นดินไหวที่โด่งดังมากที่สุดคือ ‘มาตราริกเตอร์’ (Richter scale) ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นเมื่อปี 1935 โดย ชาร์ลส์ ริกเตอร์ (Charles Richter) และเบโน กูเทนเบิร์ก (Beno Gutenberg) สิ่งที่ควรทราบคือริกเตอร์กับกูเทนเบิร์กพัฒนามาตราดังกล่าวจากข้อมูลทางธรณีวิทยาของพื้นที่แถบแคลิฟอร์เนียตอนใต้ สำหรับตรวจวัดแผ่นดินไหวที่มีขนาดไม่เกิน 6.8 และมีระยะห่างจากสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวไม่เกิน 600 กิโลเมตร ดังนั้น หากมีการนำมาตราริกเตอร์ไปใช้ในพื้นที่อื่นหรือใช้หัวตรวจวัดแผ่นดินไหวแบบอื่นก็ต้องปรับปรุงสมการและค่าของตัวแปรให้เหมาะสม
เวลาต่อมา นักแผ่นดินไหววิทยาได้ปรับปรุงมาตราริกเตอร์สำหรับบางพื้นที่ให้มีระยะตรวจวัดเพิ่มขึ้นเป็น 1,000 กิโลเมตร มาตราริกเตอร์จึงเหมาะสำหรับตรวจวัดแผ่นดินไหวระดับท้องถิ่นจนถึงระดับภูมิภาค และถูกเรียกในอีกชื่อหนึ่งว่า ‘มาตราขนาดท้องถิ่น’ (local magnitude scale)
แต่เนื่องจากมาตราริกเตอร์มีข้อจำกัดหลายอย่าง ทุกวันนี้หน่วยงานที่ศึกษาเกี่ยวกับแผ่นดินไหวจึงนิยมรายงานขนาดแผ่นดินไหวด้วย ‘มาตราขนาดโมเมนต์’ (moment magnitude scale) ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นเมื่อปี 1979 โดย ฮิโรโอะ คานาโมริ (Hiroo Kanamori) และโทมัส แฮงส์ (Thomas Hanks) โดยมาตรานี้ไม่มีข้อจำกัดด้านขนาด ระยะตรวจวัด และพื้นที่ แต่มาตราริกเตอร์ยังคงถูกใช้งานตามความเหมาะสมอยู่นะครับ ไม่ได้ถูกยกเลิกแต่อย่างใด
นอกจากนี้ยังมีมาตราขนาดคลื่นตัวกลาง (body wave magnitude scale) มาตราขนาดคลื่นพื้นผิว (surface wave magnitude scale) มาตราขนาดช่วงเวลาแผ่นดินไหว (earthquake duration magnitude scale) และมาตราอื่นๆ อีกมากมาย โดยแต่ละมาตราจะมีข้อดี ข้อจำกัด และความเหมาะสมในการใช้งานที่แตกต่างกัน ส่วนกรณีที่ไม่ทราบมาตราขนาดแผ่นดินไหว เราสามารถระบุแค่สถานที่ เวลา และขนาด ก็พอแล้วครับ
ผู้อ่านหลายท่านคงมีคำถามว่า “ขนาดต่ำสุดและขนาดสูงสุดของแผ่นดินไหวมีค่าเท่าไร?” เพราะแหล่งอ้างอิงจำนวนมากระบุว่า ขนาดของแผ่นดินไหวมีค่าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 10 แต่ความจริงแล้วข้อมูลดังกล่าวมีความคลาดเคลื่อน สำหรับแผ่นดินไหวขนาดต่ำสุด หากพื้นที่ใดมีสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวกระจายอยู่เป็นจำนวนมาก หัวตรวจวัดแผ่นดินไหวมีความไวสูง และไม่มีสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อม แผ่นดินไหวสามารถมีขนาดต่ำกว่า 0 หรือติดลบได้ด้วย โดยแผ่นดินไหวขนาดต่ำสุดที่สถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวสามารถบันทึกได้อย่างครบถ้วนทุกเหตุการณ์จะเรียกว่า ‘ขนาดสมบูรณ์’ (completeness magnitude)
สำหรับแผ่นดินไหวขนาดสูงสุด ผลการศึกษาพบว่าความยาวแนวพังทลาย (rupture length) ของรอยเลื่อนจะแปรผันตรงกับขนาดของแผ่นดินไหว พูดง่ายๆ คือยิ่งรอยเลื่อนยาวเท่าไร แผ่นดินไหวก็ยิ่งมีขนาดใหญ่ตามไปด้วย แต่นับว่าโชคดีที่โลกของเราไม่มีรอยเลื่อนที่ยาวขนาดนั้นและแผ่นเปลือกโลกก็ไม่สามารถสะสมพลังงานจนเกิดแผ่นดินไหวที่มีขนาดเท่ากับ 10 หรือมากกว่าได้ ยกเว้นจะมีดาวเคราะห์น้อยขนาดยักษ์พุ่งชนโลกอย่างรุนแรงเหมือนกับเหตุการณ์ที่ทำให้ไดโนเสาร์สูญพันธุ์เมื่อประมาณ 66 ล้านปีก่อน
นอกจากนี้ยังมีคำกล่าวว่า “แผ่นดินไหวขนาดเล็กสามารถช่วยลดโอกาสการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้” ประเด็นนี้ขออธิบายว่า แผ่นดินไหวที่มีขนาดแตกต่างกัน 1 ระดับ จะมีพลังงานแตกต่างกันประมาณ 32 เท่า โดยแผ่นดินไหวขนาดใหญ่จะมีการสั่นสะเทือนนานกว่าแผ่นดินไหวขนาดเล็ก ดังนั้น แผ่นดินไหวขนาดเล็กจึงแทบไม่ช่วยลดโอกาสการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่เลย
สิ่งที่น่าสนใจคือ แผ่นดินไหวขนาดใหญ่สามารถทำหน้าที่เป็น ‘สิ่งกระตุ้น’ (trigger) ให้เกิดแผ่นดินไหวในบริเวณที่อยู่ห่างออกไป แบ่งออกเป็นการกระตุ้นแบบสถิต (static triggering) ด้วยการเปลี่ยนแปลงแรงกระทำต่อมวลหิน และการกระตุ้นแบบพลวัต (dynamic triggering) ด้วยอิทธิพลของคลื่นไหวสะเทือน แต่การกระตุ้นดังกล่าวไม่สามารถทำให้เกิดแผ่นดินไหวในระยะทางที่ไกลมากๆ ได้ เนื่องจากคลื่นไหวสะเทือนจะสูญเสียพลังงานไประหว่างการเคลื่อนที่ คล้ายนักวิ่งที่ไม่ได้หยุดพักกินข้าวกินน้ำ พอวิ่งไปไกลจนเกินขีดจำกัดของร่างกายก็ต้องหยุด
มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหว
ขนาดของแผ่นดินไหวที่มีค่ามาก จุดกำเนิดอยู่ตื้น เกิดใกล้กับสถานที่สำคัญ สิ่งก่อสร้างไม่แข็งแรง และมีคนอาศัยอยู่เยอะ ‘ความรุนแรงของแผ่นดินไหว’ (intensity) จะยิ่งมีค่ามาก
มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหวแบบแรกที่ถูกพัฒนาขึ้นมีชื่อว่า ‘มาตรารอสซี-ฟอเรล’ (Rossi–Forel scale) ซึ่งแบ่งความรุนแรงออกเป็น 10 ระดับ แต่ปัจจุบันนิยมรายงานด้วย ‘มาตราความรุนแรงเมอร์แคลลีแบบดัดแปลง’ (Modified Mercalli Intensity scale) ซึ่งแบ่งความรุนแรงออกเป็น 12 ระดับ โดยขอบเขตความรุนแรงของแผ่นดินไหวแต่ละระดับสามารถแสดงบนแผนที่ที่เรียกว่า ‘แผนที่ความรุนแรงแผ่นดินไหวเทียบเท่า’ (isoseismal map)
มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหวยังมีอีกหลายแบบ เช่น มาตราเมดเวเดพ-สปอนฮอเออร์-คาร์นิก (Medvedev–Sponheuer–Karnik scale) มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหวของสำนักงานอุตุนิยมวิทยาแห่งประเทศญี่ปุ่น (Japan Meteorological Agency seismic intensity scale) มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหวของประเทศจีน (China seismic intensity scale) มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหวของประเทศฟิลิปปินส์ (PHIVOLCS earthquake intensity scale) มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหวของสำนักลมฟ้าอากาศส่วนกลาง (Central Weather Bureau seismic intensity scale) และมาตราแผ่นดินไหวของทวีปยุโรป (European macroseismic scale) ขึ้นอยู่กับประเทศไหนจะเลือกใช้มาตราความรุนแรงแผ่นดินไหวแบบใด
ผลกระทบของแผ่นดินไหว
เมื่อเกิดแผ่นดินไหว คลื่นไหวสะเทือนจะเคลื่อนที่ออกจากจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหวในทุกทิศทาง โดยระหว่างทางจะเกิดการเพิ่มขนาดของคลื่นหรือการลดขนาดของคลื่น ขึ้นอยู่กับลักษณะทางธรณีวิทยาของแต่ละพื้นที่ แต่ปกติแล้วยิ่งคลื่นเดินทางไปไกล ขนาดของคลื่นจะยิ่งเล็กลง ด้วยเหตุนี้ บริเวณที่อยู่ใกล้จุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหวจึงได้รับผลกระทบมากกว่าบริเวณที่อยู่ไกล บางกรณี พื้นที่ที่อยู่ด้านหน้าทิศทางการเลื่อนตัวของรอยเลื่อนจะมีการสั่นสะเทือนมากกว่าพื้นที่อื่น เรียกว่า ‘ผลกระทบตามทิศทางของแนวพังทลาย’ (rupture directivity effect)
หากความสูงของอาคารสอดคล้องกับความถี่ของคลื่นไหวสะเทือน อาคารจะโยกคลอนหรือสั่นอย่างรุนแรงเพราะเกิดการสั่นพ้อง (resonance) คลื่นความถี่สูงจะสอดคล้องกับอาคารเตี้ย คลื่นความถี่ต่ำจะสอดคล้องกับอาคารสูง รอบเมืองจะเกิดไฟฟ้าดับ เพลิงไหม้ ท่อแก๊สรั่ว การคมนาคม การสื่อสาร และระบบสาธารณสุขอาจหยุดชะงัก แผ่นดินไหวสามารถทำให้เกิดแผ่นดินเหลว (liquefaction) ดินถล่ม หลุมยุบ น้ำท่วม และหากแผ่นเปลือกโลกในทะเลที่ความลึกน้อยกว่า 100 กิโลเมตร มีการขยับตัวตามแนวดิ่งจนเกิดแผ่นดินไหวที่มีขนาดมากกว่า 6.5 สิ่งที่ตามมาคือ ‘สึนามิ’ (tsunami) ที่สามารถสร้างความเสียหายต่อทะเลและชายฝั่งเป็นบริเวณกว้าง
หลังแผ่นดินไหวที่รุนแรงสงบลง ผู้คนจะอพยพออกมาอยู่รวมกันอย่างหนาแน่นนอกอาคารที่พังทลาย ผลที่ตามมาคือ ‘โรคติดเชื้อ’ (infectious disease) ที่อาจแพร่ระบาดอย่างรวดเร็ว บางครั้ง การแตกร้าวของหินจะทำให้สารพิษที่สะสมอยู่ใต้ดินหลุดออกมาปนเปื้อนกับสิ่งแวดล้อม การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะทางธรณีวิทยากับสุขภาพของสิ่งมีชีวิต เรียกว่า ‘อายุรธรณีวิทยา’ (medical geology) สำหรับบางคน แผ่นดินไหวจะมีผลกระทบต่อระบบประสาทและสุขภาพจิต เรียกว่า ‘ภาวะป่วยจากแผ่นดินไหว’ (earthquake sickness) เช่น อาการวิงเวียนศีรษะหลังเกิดแผ่นดินไหว (post earthquake dizziness syndrome) การรู้สึกถึงแผ่นดินไหวที่ไม่มีอยู่จริง (phantom earthquake) และการเป็นโรคกลัวแผ่นดินไหว (seismophobia)
การวางแผนรับมือแผ่นดินไหว
การวางแผนรับมือแผ่นดินไหวของภาครัฐและประชาชนทั่วไป สามารถแบ่งออกเป็น 3 ระยะ คือ
1. ก่อนเกิดแผ่นดินไหว: ควรให้ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับแผ่นดินไหว ฝึกซ้อมการหนีภัยและวิธีปฐมพยาบาล จัดเตรียมอุปกรณ์ที่จำเป็น ตรึงสิ่งของภายในอาคารให้ติดแน่นอยู่กับที่ ไม่วางสิ่งของที่มีน้ำหนักมากไว้บนที่สูง ติดตั้งป้ายบอกทาง สัญญาณเตือนภัย และกำหนดจุดนัดพบที่ปลอดภัย ตรวจสอบความแข็งแรงของสิ่งก่อสร้างเก่า ออกแบบสิ่งก่อสร้างใหม่ให้มีมาตรฐาน และติดตั้งสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวให้ครอบคลุมทั่วพื้นที่
2. ระหว่างเกิดแผ่นดินไหว: สิ่งแรกที่เราต้องทำคือการตั้งสติ กรณีที่อยู่ในอาคารสูงให้ระวังสิ่งของที่สามารถร่วงหล่นหรือล้มทับ มุดตัวลงใต้เฟอร์นิเจอร์ที่แข็งแรง ระวังศีรษะและหาที่ยึดจับ และห้ามใช้ลิฟต์ ถ้าอยู่ชั้นล่างของอาคารให้วิ่งออกไปที่โล่ง ระวังต้นไม้ กำแพง เสาไฟฟ้า ป้ายโฆษณา และสะพาน คนที่ขับรถอยู่ให้จอดรถในที่โล่งแล้วรอจนกว่าแผ่นดินไหวจะหยุด แผ่นดินไหวที่เกิดตอนกลางวันจะมีผลกระทบน้อยกว่าแผ่นดินไหวที่เกิดตอนกลางคืน เพราะคนที่กำลังตื่นจะเอาตัวรอดได้ดีกว่าคนที่กำลังหลับ
3. หลังเกิดแผ่นดินไหว: สำรวจตัวเองและคนรอบตัวว่าบาดเจ็บหรือไม่ หากมีคนบาดเจ็บให้ปฐมพยาบาลตามความเหมาะสม ตรวจสอบความแข็งแรงของที่หลบภัยว่าปลอดภัยหรือไม่ ถ้าที่หลบภัยได้รับความเสียหายให้ออกไปยังจุดนัดพบอื่น พร้อมตรวจสอบว่ามีคนสูญหายหรือไม่ แล้วรอความช่วยเหลือ ระมัดระวังของมีคม เพลิงไหม้ ไฟฟ้ารั่ว สารเคมีและรังสี กรณีที่อยู่บนภูเขา ที่ราบ และทะเล ควรระวังดินถล่ม หลุมยุบ และสึนามิ
หลังจากเหตุการณ์กลับสู่สภาวะปกติ ควรมีการสรุปบทเรียน ศึกษา และหาแนวทางรับมือแผ่นดินไหวที่อาจเกิดขึ้นอีกในอนาคต เพราะการมีข้อมูลเกี่ยวกับแผ่นดินไหวที่มากพอจะสามารถนำมาวางแผนบรรเทาผลกระทบของแผ่นดินไหว เช่น สร้างแผนที่เสี่ยงภัยแผ่นดินไหว ออกแบบอาคารต้านทานแผ่นดินไหว ปรับปรุงผังเมืองให้ปลอดภัย และพัฒนาระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า
ลำดับของแผ่นดินไหว
เหตุการณ์แผ่นดินไหวแต่ละครั้งอาจมีแผ่นดินไหวที่เกิดนำมาก่อน เรียกว่า ‘แผ่นดินไหวนำหน้า’ (foreshock) ตามมาด้วยแผ่นดินไหวที่มีขนาดใหญ่ที่สุด เรียกว่า ‘แผ่นดินไหวหลัก’ (main shock) และปิดท้ายด้วยแผ่นดินไหวขนาดเล็ก เรียกว่า ‘แผ่นดินไหวตามหลัง’ (aftershock) โดยขนาดสูงสุดของแผ่นดินไหวตามหลังจะมีขนาดเล็กกว่าแผ่นดินไหวหลักประมาณ 1.2 หน่วย เรียกว่า ‘กฎของโบธ’ (Båth’s law)
หลังจากแผ่นดินไหวหลักผ่านไป จำนวนของแผ่นดินไหวตามหลังจะเพิ่มขึ้นชั่วขณะแล้วลดลงตามเวลา ก่อนจะกลับสู่สภาวะปกติ ความสัมพันธ์ดังกล่าวเรียกว่า ‘กฎของโอโมริแบบดัดแปลง’ (Modified Omori’s law) หากแผ่นดินไหวหลักมีขนาดใหญ่ ขอบเขตและจำนวนของแผ่นดินไหวตามหลังจะกว้างและคงอยู่เป็นเวลานาน
บางเหตุการณ์อาจเกิดแผ่นดินไหวที่มีขนาดใกล้เคียงกับแผ่นดินไหวหลักซ้ำอีกครั้งในพื้นที่เดิม เรียกว่า ‘แผ่นดินไหวหลักซ้ำสอง’ (double shock) หากเกิดซ้ำอีกครั้งก็เรียกว่า ‘แผ่นดินไหวหลักซ้ำสาม’ (triple shock) และบางพื้นที่อาจมีแผ่นดินไหวขนาดเล็กเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ไม่มีแผ่นดินไหวหลักที่ชัดเจน เรียกว่า ‘ฝูงแผ่นดินไหว’ (earthquake swarm)
จำนวนการเกิดแผ่นดินไหว
แผ่นดินไหวเป็นภัยพิบัติที่เกิดขึ้นทุกวัน วันละหลายร้อยครั้ง โดยแผ่นดินไหวขนาดเล็กจะเกิดบ่อยกว่าแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ ความสัมพันธ์ดังกล่าวเรียกว่า ‘กฎของกูเทนเบิร์ก-ริกเตอร์’ (Gutenberg-Richter law) นักแผ่นดินไหววิทยาพบว่าแต่ละปีมีจำนวนแผ่นดินไหวค่อนข้างคงที่ แต่สาเหตุที่ทำให้เรารู้สึกว่าหลายปีที่ผ่านมามีแผ่นดินไหวบ่อยขึ้นเป็นเพราะผู้คนกระจายตัวออกไปตั้งถิ่นฐานตามพื้นที่ต่างๆ เยอะขึ้น มีจำนวนสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวมากขึ้น หัวตรวจวัดแผ่นดินไหวมีประสิทธิภาพสูงขึ้น และสื่อรายงานข่าวเกี่ยวกับแผ่นดินไหวบ่อยขึ้น
ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาว่า ‘การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ’ (climate change) เป็นตัวเร่งให้เกิดแผ่นดินไหวบ่อยขึ้นหรือไม่ โดยผลการศึกษาพบว่าการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศมีส่วนทำให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเล็กบ่อยขึ้นเพียงเล็กน้อย เนื่องจากเกิดการปริแตกของธารน้ำแข็งและการถล่มของดิน ส่วนความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศกับแผ่นดินไหวขนาดปานกลางและขนาดใหญ่ยังอยู่ระหว่างการศึกษา แต่ผู้เขียนคาดว่าไม่น่าจะมีความสัมพันธ์ต่อกันเท่าไรนัก
การทำนายแผ่นดินไหวในอนาคต
หากเราสามารถทำนายการเกิดแผ่นดินไหวล่วงหน้าได้ การสูญเสียก็คงจะลดลงมาก แต่ในทางปฏิบัติไม่ง่ายเช่นนั้น เพราะ ‘การทำนายแผ่นดินไหว’ (earthquake prediction) มีหลักการว่าจะต้องระบุขนาด เวลา และสถานที่ ให้ครบถ้วนทั้ง 3 องค์ประกอบ สิ่งที่นักแผ่นดินไหววิทยาในปัจจุบันสามารถทำได้ก็คือ การระบุสถานที่กับประเมินขนาดของแผ่นดินไหวอย่างคร่าวๆ แต่เวลาการเกิดแผ่นดินไหวยังไม่สามารถบอกได้อย่างแม่นยำ โดยแผ่นดินไหวตามธรรมชาติจะวิเคราะห์ได้ยากกว่าแผ่นดินไหวที่เกิดจากฝีมือมนุษย์ ดังนั้น หากมีใครบางคนอ้างว่าสามารถทำนายแผ่นดินไหวได้อย่างแม่นยำ เราก็ควรสงสัยไว้ก่อนว่าเป็นแค่การคาดเดาเท่านั้น
อีกคำหนึ่งที่มีความหมายคล้ายกันคือ ‘การพยากรณ์แผ่นดินไหว’ (earthquake forecasting) ซึ่งหมายถึงการคำนวณความน่าจะเป็นเกี่ยวกับการเกิดแผ่นดินไหวในอีกหลายปีข้างหน้า โดยมีค่าเป็นตัวเลขอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 การนำความรู้วิชาสถิติมาประยุกต์กับวิชาแผ่นดินไหววิทยา เรียกว่า ‘แผ่นดินไหววิทยาเชิงสถิติ’ (statistical seismology) ซึ่งมีสมมุติฐานที่น่าสนใจหลายอย่าง เช่น ช่องว่างแผ่นดินไหว (seismic gap) เกี่ยวกับบริเวณที่มีแนวโน้มที่จะเกิดแผ่นดินไหว และภาวะสงบเงียบแผ่นดินไหว (seismic quiescence) เกี่ยวกับการลดจำนวนลงของแผ่นดินไหวขนาดย่อมก่อนเกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่
นักแผ่นดินไหววิทยายังพยายามศึกษา ‘สัญญาณบอกเหตุก่อนเกิดแผ่นดินไหว’ (earthquake precursor) เช่น การเพิ่มจำนวนของแผ่นดินไหวนำหน้า การเปลี่ยนแปลงของแรงที่กระทำต่อหิน อัตราเร็วของคลื่นไหวสะเทือน สมบัติของน้ำบาดาล ความเข้มข้นของก๊าซเรดอน สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า สนามความโน้มถ่วง เสียงแผ่นดินไหว แสงแผ่นดินไหว และพฤติกรรมผิดปกติของสัตว์บางชนิด ส่วนเมฆแผ่นดินไหว จุดดำบนดวงอาทิตย์ และพายุสุริยะ ยังไม่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่น่าเชื่อถือว่าเป็นสัญญาณบอกเหตุก่อนเกิดแผ่นดินไหว ปัจจุบัน นักแผ่นดินไหววิทยาได้นำเลเซอร์ เส้นใยนำแสง เทคโนโลยีควอนตัม และปัญญาประดิษฐ์ มาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจวัดแผ่นดินไหว การเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า และการทำนายแผ่นดินไหว
การสืบหาแผ่นดินไหวในอดีต
บางครั้ง นักแผ่นดินไหววิทยาจะย้อนกลับไปศึกษาแผ่นดินไหวที่เคยเกิดขึ้นในอดีตอันไกลโพ้น เรียกว่า ‘บรรพแผ่นดินไหววิทยา’ (paleoseismology) โดยวิเคราะห์จากหลักฐานที่หลงเหลืออยู่ เช่น การหาอายุของตะกอน การเปลี่ยนแปลงวงปีของต้นไม้ การเปลี่ยนแปลงของหินงอก-หินย้อย การบิดเบี้ยวของโครงสร้างถ้ำ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของปะการัง และการยกตัว-จมตัวของพื้นผิวโลก เพราะหลักฐานบางอย่างสามารถนำไปประเมินขนาดแผ่นดินไหวและคาบอุบัติซ้ำ (return period) ของแผ่นดินไหวในพื้นที่นั้น
ส่วนการศึกษาผลกระทบของแผ่นดินไหวที่มีต่อการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ยุคโบราณ ความเสียหายของโบราณสถาน และการล่มสลายของนครโบราณ เรียกว่า ‘โบราณคดีแผ่นดินไหววิทยา’ (archaeoseismology) ตัวอย่างของแผ่นดินไหวที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ล่มสลายของเมืองโบราณในประเทศไทยคือ ‘ตำนานโยนกนคร’ ที่จังหวัดเชียงราย
กรุงเทพฯ เสี่ยงต่อแผ่นดินไหวแค่ไหน?
หลายสิบปีที่ผ่านมามีคำกล่าวว่า “กรุงเทพฯ ตั้งอยู่บนดินอ่อนที่สามารถขยายขนาดของคลื่นไหวสะเทือน สิ่งก่อสร้างจึงเสี่ยงต่อการพังทลาย” คำกล่าวข้างต้นเกิดจากการนำกรุงเทพฯ ไปเปรียบเทียบกับเมืองเม็กซิโก (Mexico City) ทว่าความจริงแล้วเราไม่สามารถพิจารณาแค่การขยายขนาดของคลื่นไหวสะเทือนเชิงพื้นที่ (site amplification) เพียงอย่างเดียวได้ แต่ต้องนำแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว (earthquake source) เส้นทางการเคลื่อนที่ของคลื่นไหวสะเทือน (propagation path) โครงสร้างทางธรณีวิทยา (geological structure) และความแข็งแรงของสิ่งก่อสร้างมาวิเคราะห์ร่วมด้วย
ประเด็นนี้ต้องขยายความว่า เดิมทีเมืองเม็กซิโกถูกสร้างบนเกาะกลางแอ่งทะเลสาบ (lake basin) ที่เต็มไปด้วยดินอ่อนและตะกอนภูเขาไฟที่สามารถสะท้อนและขยายขนาดของคลื่นไหวสะเทือนได้ดี ส่วนที่ตั้งของกรุงเทพฯ มีลักษณะเป็นดินดอนสามเหลี่ยมปากแม่น้ำ (river delta) ที่สามารถสะท้อนและขยายขนาดของคลื่นไหวสะเทือนได้น้อยกว่า ไม่มีรอยเลื่อนที่น่ากลัวพาดผ่าน และพื้นที่บางตำแหน่งรอบกรุงเทพฯ ยังมีคุณสมบัติในการลดทอนขนาดของคลื่นไหวสะเทือนเชิงพื้นที่ (site attenuation) อีกด้วย
พูดง่ายๆ คือกรุงเทพฯ มีความเสี่ยงต่อแผ่นดินไหวน้อยกว่าเมืองเม็กซิโกหลายเท่า ดังนั้น โอกาสที่กรุงเทพฯ จะพังพินาศเพราะแผ่นดินไหวจึงแทบไม่มีเลย
หากมองภาพรวมของประเทศไทย เราจะพบว่ามีรอยเลื่อนประมาณ 16 แห่ง กระจายอยู่ตามภูมิภาคต่างๆ แต่แผ่นดินไหวส่วนใหญ่จะมีขนาดเล็ก นานทีปีหนจะเกิดแผ่นดินไหวขนาดปานกลาง บางครั้งผลกระทบของแผ่นดินไหวจะมาจากประเทศเพื่อนบ้าน แต่มักจะมีความรุนแรงน้อย เช่น พื้นดินสั่นสะเทือน อาคารเก่าแตกร้าว และยอดเจดีย์หักโค่น
ประโยชน์ของแผ่นดินไหว
แม้ว่าในมุมมองของมนุษย์ แผ่นดินไหวจะมี ‘โทษ’ หลายอย่าง แต่ความจริงแล้วแผ่นดินไหวก็มี ‘ประโยชน์’ ด้วยเช่นกัน เพราะแผ่นดินไหวตามธรรมชาติสามารถนำมาศึกษาโครงสร้างภายในของโลก โดยคลื่นไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่จะเดินทางผ่านโครงสร้างชั้นต่างๆ ของโลกแล้วเกิดการสะท้อนและหักเห ทำให้นักแผ่นดินไหววิทยารู้ความหนา ความลึก และสถานะของสสารภายในของโลก เรียกว่า ‘การสร้างภาพตัดขวางด้วยคลื่นไหวสะเทือน’ (seismic tomography) ตัวอย่างการศึกษาโครงสร้างภายในของโลกที่มีชื่อเสียง เรียกว่า ‘แบบจำลองของโลกเพื่อการอ้างอิงเบื้องต้น’ (preliminary reference earth model)
แผ่นดินไหวขนาดเล็กที่มนุษย์สร้างขึ้นก็มีประโยชน์ต่อการสำรวจโครงสร้างใต้ดิน การทำเหมือง การขุดเจาะน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ สำหรับด้านการทหาร สถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวที่กระจายอยู่ทั่วโลกก็มีประโยชน์ต่อการตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนจากระเบิดนิวเคลียร์ พูดง่ายๆ คือ ‘ตู้มปุ๊บ รู้ปั๊บ’ นั่นแหละครับ
การศึกษาแผ่นดินไหวบนดาวดวงอื่น
ปัจจุบัน กรอบการศึกษาด้านแผ่นดินไหววิทยาไม่ได้ถูกจำกัดอยู่แค่โลกของเรา แต่ถูกขยายไปสู่ดวงจันทร์และดาวเคราะห์ดวงอื่น เรียกว่า จันทราแผ่นดินไหววิทยา (lunar seismology) และดาวเคราะห์แผ่นดินไหววิทยา (planetary seismology) รวมถึงมีการศึกษาเกี่ยวกับการไหวสะเทือนบนดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ดวงอื่น เรียกว่า สุริยะไหวสะเทือนวิทยา (helioseismology) และดาราไหวสะเทือนวิทยา (asteroseismology) ซึ่งมีประโยชน์ต่อการทำความเข้าใจโครงสร้างภายในของดวงจันทร์ การตั้งถิ่นฐานของมนุษย์บนดาวเคราะห์ดวงอื่น และปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ของดาวฤกษ์
ผมเล่าเรื่องแผ่นดินไหวมายืดยาวหลายหน้ากระดาษ แต่เนื้อหาที่ผมเล่ามาเป็นเพียงเสี้ยวหนึ่งของวิชาแผ่นดินไหววิทยาเท่านั้นนะครับ เพราะยังมีหัวข้อ รายละเอียด และความรู้ที่ทันสมัยอีกมากมายที่ไม่ถูกกล่าวถึง ผมหวังว่าบทความนี้จะทำให้ผู้อ่านเห็นภาพรวมของเนื้อหา เข้าใจรายละเอียด ทราบถึงประเด็นที่คลาดเคลื่อน และมีภูมิต้านทานต่อข่าวเท็จเกี่ยวกับแผ่นดินไหวมากยิ่งขึ้น
เอกสารและสิ่งอ้างอิง
- Markus Båth. (1979). Introduction to Seismology.
- K. E. Bullen and Bruce A. Bolt. (1985). An Introduction to the Theory of Seismology.
- Thorne Lay and Terry Wallace. (1995). Modern Global Seismology.
- Agustín Udías and Elisa Buforn. (2018). Principles of Seismology.
- ปกรณ์ สุวานิช. (2009). ธรณีพิบัติภัย: การเรียนรู้และจัดการ.
- ไพบูลย์ นวลนิล. (2012). แผ่นดินไหว พิบัติภัยที่คนไทยต้องพร้อมรับมือ.
- ศุภชัย สินถาวร. (2015). วิศวกรรมแผ่นดินไหว (พื้นฐาน).
- สมาธิ ธรรมศร. (2015). รู้วิทย์ พิชิตภัยพิบัติ.
- http://www.thaiphysoc.org/article/73/
- http://www.thaiphysoc.org/article/74/
- http://www.thaiphysoc.org/article/217/
- http://www.thaiphysoc.org/article/232/
- http://www.thaiphysoc.org/article/263/
- http://www.thaiphysoc.org/article/279/
- http://www.thaiphysoc.org/article/260/
- http://www.thaiphysoc.org/article/182/
- http://www.thaiphysoc.org/article/128/
- http://www.thaiphysoc.org/article/373/
- http://www.thaiphysoc.org/article/202/
