บทที่3 ปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา

 ปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา

                  

                    เป็นปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ ที่ก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อชีวิต และทรัพย์สินของมนุษย์ได้เป็นบริเวณกว้าง โดยทั่วไปสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการเผชิญภัยแผ่นดินไหว คือการเตรียมพร้อมที่ดี แต่ละประเทศควรมีมาตรการในการป้องกัน และบรรเทาภัยแผ่นดินไหวทั้งในระยะสั้นและระยะยาว 

แผ่นดินไหว (Earthquake) 

             แผ่นดินไหว (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

              แผ่นดินไหวมักเกิดขึ้นในบริเวณรอยต่อของแผ่นธรณี เนื่องจากเป็นบริเวณที่เกิดกระบวนการธรณีแปสัณฐาน 3 ลักษณะ

            1. แผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกัน (Divergent boundaries) แมกมาจากชั้นฐานธรณีภาคดันให้แผ่นธรณีโก่งตัวอย่างช้าๆ จนแตกเป็นหุบเขาทรุด (Rift valley) หรือสันเขาใต้สมุทร (Oceanic Ridge) ทำให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเบา

ระดับตื้น (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 ซึ่งถ้าหากหินคืนตัว ก็จะสามารถปลดปล่อยพลังงานมหาศาลได้ ดังเช่น รอยเลื่อนซานแอนเดรียส์ก็เคยทำลายเมืองซานฟรานซิสโกประเทศสหรัฐอเมริกา จนประสบความเสียหายหนักเมื่อปี พ.ศ.2449

ความลึกของจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหว

              แผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อของแผ่นเปลือกโลก โดยบริเวณที่แผ่นธรณีเคลื่อนที่ออกจากกันและแผ่นธรณีเคลื่อนที่ผ่านกันจะ เกิดแผ่นดินไหวในระดับตื้น ส่วนบริเวณที่แผ่นธรณีเคลื่อนที่เข้าหากันเช่น เขตมุดตัวในวงแหวนไฟ (Ring of fire) รอบมหาสมุทรแปซิฟิก จะเกิดแผ่นดินไหวในระดับลึก ซึ่งมักเป็นตัวการทำให้เกิดคลื่นสินามิ ทั้งนี้ท่านสามารถติดตามการเกิดแผ่นดินไหวของครั้งล่าสุดของโลกได้ที่ 

คลื่นไหวสะเทือน

              แผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนตัวของชั้น หินในเปลือกโลก เมื่อชั้นหินกระทบกันทำเกิดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic waves) เราเรียกจุดกำเนิดของคลื่นไหวสะเทือนว่า "ศูนย์เกิดแผ่นดินไหว" (Focus) และเรียกตำแหน่งบนผิวโลกที่อยู่เหนือจุดกำเนิดของคลื่นแผ่นดินไหวว่า "จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว" (Epicenter)​ ซึ่งมักจะใช้อ้างอิงด้วยพิกัดละติจูด/ลองจิจูด เมื่อเกิดแผ่นดินไหวจะเกิดคลื่นไหวสะเทือน 2 แบบ คือ คลื่นในตัวกลาง และคลื่นพื้นผิว

       1.คลื่นในตัวกลาง (Body wave) เดิน ทางจากศูนย์เกิดแผ่นดินไหว ผ่านเข้าไปในเนื้อโลกในทุกทิศทาง ในลักษณะเช่นเดียวกับคลื่นเสียงซึ่งเกินทางผ่านอากาศในทุกทิศทาง คลื่นในตัวกลางมี 2 ชนิด คือ 

                 1.1คลื่นปฐมภูมิ (P wave) 
                 1.2คลื่นทุติยภูมิ (S wave) 

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

                2.1  คลื่นเลิฟ (L wave) เป็นคลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวราบ โดยมีทิศทางตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังภาพที่ 3 สามารถทำให้ถนนขาดหรือแม่น้ำเปลี่ยนทิศทางการไหล 

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

การเดินทางของคลื่นไหวสะเทือน

             ในการวิเคราะห์ตำแหน่งจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (Epicenter) นั้น จะต้องอาศัยเครื่องวัดความไหวสะเทือนหลายชุด ทำงานร่วมกันเป็นเครือข่าย เมื่อเกิดแผ่นดินไหวคลื่นในตัวกลางซึ่งประกอบด้วยคลื่น Pและคลื่น S จะเดินผ่านภายในของโลกโดยคลื่น P จะเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่น S ส่วนคลื่นพื้นผิว (เช่น คลื่น Lและคลื่น R) จะเดินทางไปตามพื้นผิวโลกซึ่งเคลื่อนที่ช้ากว่าคลื่นในตัวกลาง เครื่องวัดความไหวสะเทือนจะบันทึกค่าการไหวสะเทือนของ คลื่น P ได้ก่อนคลื่น S แล้วตามด้วยคลื่นพื้นผิว ตามลำดับ สถานี ก ที่อยู่ใกล้จุดเกิดแผ่นดินไหว (Focus) จะบันทึกค่าการไหวสะเทือนได้ก่อนสถานี ข ซึ่งอยู่ไกลกว่า

การหาจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว

           จากการนำระยะทางที่ได้มาสร้างวงกลมสามวงบนแผนที่ โดยให้จุดศูนย์กลางอยู่ที่เครื่องวัดคลื่นไหวสะเทือนแต่ละเครื่อง และให้รัศมีของวงกลมแต่ละวงเป็นยาวเท่ากับระยะทางที่คำนวณได้จากกราฟระยะ ทาง-เวลาในภาพที่ 8 วงกลมทั้งสามวงก็จะตัดกันที่จุดเดียวกันคือ จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (Epicenter)

ความรุนแรงของแผ่นดินไหว

มาตราเมอร์คัลลี

           แผ่นดินไหวแต่ละครั้งมีความรุนแรงไม่เท่ากัน บางครั้งไม่สามารถรู้สึกได้ แต่บางครั้งก็ทำให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรง เช่น อาคารถล่ม ถนนขาด แผ่นดินทรุด ทำให้ผู้คนล้มตายเป็นจำนวนมาก ระบบวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวที่เข้าใจง่ายที่สุดคือ มาตราเมอร์คัลลี (Mercalli scale) ซึ่งกำหนดจากความรู้สึกหรือการตอบสนองของผู้คน

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

ภูเขาไฟ

          ภูเขาเป็นธรณีสัณฐานลักษณะหนึ่งบนพื้นผิวโลกที่เป็นแหล่งทรัพยากรธรรมชาติ ที่สำคัญแหล่งหนึ่ง ส่วนภูเขาไฟเป็นภูเขาที่สามารถพ่นสารละลายร้อนและเถ้าถ่านตลอดจนเศษหินจาก ภายในโลกออกสู่พื้นผิวโลกได้ ภูเขาไฟมีทั้งชนิดที่ดับแล้วและที่มีพลังอยู่ ภูเขาไฟที่ดับแล้วเป็นภูเขาไฟที่เกิดขึ้นมานานมากและวัตถุที่พ่นออกมาแข็ง ตัวกลายเป็นหินภูเขาไฟบนพื้นโลก ภูเขาจำนวนมากและเทือกเขาที่สำคัญของโลกหลายแห่ง

          1. การระเบิดของภูเขาไฟ ภูเขาไฟระเบิด เป็นปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลง ของเปลือกโลก การระเบิดของภูเขาไฟเกิดจากการปะทุของแมกมา แก๊ส และเถ้าจากใต้เปลือกโลก เมื่อเกิดการระเบิด แมกมา เศษหิน ฝุ่นละออง และเถ้าถ่านของภูเขาไฟจะพ่นออกมาทางปล่องของภูเขาไฟ หรือออกมาทางช่องด้านข้างของภูเขาไฟ หรือจากรอยแตกแยกของภูเขาไฟ

            แมกมาที่ขึ้นมาสู่ผิวโลกเรียกว่า ลาวา ลาวาที่ออกมาสู่พื้นผิวโลกจะมีอุณหภูมิสูงถึง 1,200 องศาเซลเซียส ลาวาเป็นของเหลวหนืด จึงไหลไปตามความลาดเอียงของพื้นที่ ในขณะเดียวกันถ้าลาวาที่ออกมานั้นมีไอน้ำและแก๊สเป็นองค์ประกอบ แก๊สที่ออกมากับลาวาจะล่องลอยออกไปเป็นฟองอากาศแทรกตัวอยู่ในเนื้อลาวา เมื่อลาวาเย็นลงจะแข็งตัวกลายเป็นหินที่มีรูอากาศเป็นช่องอยู่ภายในเรียกว่า หินบะซอลต์ ถ้าลาวาไหลเป็นปริมาณมากและหนา ผิวหน้าเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วในขณะที่ด้านล่างยังร้อนอยู่ จะเกิดแรงดึงบนผิว ทำให้แตกออกเป็นแท่งจากบนไปล่าง เรียกว่า หินแท่งบะซอลต์ หรือเสาหินบะซอลต์

            ส่วนลาวาที่มีปริมาณของธาตุซิลิคอนมากจะเหนียวหนืด เมื่อระเบิดจะไหลหรือคุพ่นขึ้นมากองอยู่รอบๆ ปล่องภูเขาไฟเป็นรูปโดม เมื่อเย็นตัวลงจะแข็งตัวกลายเป็นหินแอนดีไซต์ หินไรโอไลต์ หรือหินออบซิเดียน การระเบิดของภูเขาไฟนอกจากจะเกิดจากการปะทุของแมกมา แก๊ส และเถ้าจากใต้เปลือกโลก ชิ้นส่วนภูเขาไฟเหล่านี้เมื่อเย็นตัวลงจะแข็งเป็นหินเรียกว่า หินตะกอนภูเขาไฟ (pyroclastic rock) หินตะกอนภูเขาไฟมีหลายชนิด แบ่งตามขนาดและลักษณะของชิ้นส่วนที่พ่นออกมา ดังนี้

1)      หินทัฟฟ์ (tuff) เป็นหินภูเขาไฟที่เกิดจากชิ้นส่วนภูเขาไฟขนาด 0.0622 มิลลิเมตร

2)       หินกรวดเหลี่ยมภูเขาไฟ (volcanic breccia) เป็นหินภูเขาไฟที่เกิดจากชิ้นส่วนภูเขาไฟที่มีขนาดใหญ่กว่า 64 มิลลิเมตร มีลักษณะเป็นเหลี่ยม (block)

3)       หินกรวดมนภูเขาไฟ (agglomerate) เป็นหินภูเขาไฟที่เกิดจากชิ้นส่วนภูเขาไฟที่มีขนาดใหญ่กว่า 64 มิลลิเมตร แต่มีลักษณะรูปร่างกลมมน (bomb) เพราะเกิดการเย็นตัวอย่างรวดเร็วในอากาศ
หินบางชนิด เช่น หินแก้ว (silicate glass) เป็นหินที่เกิดจากการเย็นตัวและแข็งตัวอย่างรวดเร็วของแมกมา กลายเป็นก้อนแก้วที่มีรูพรุน เต็มไปด้วยฟองอากาศที่ยังไม่แตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ แต่ถ้าเกิดแรงระเบิดทำให้แตกออก จะกลายเป็นเศษหินที่มีรูพรุนมากมีลักษณะคล้ายรังผึ้ง น้ำหนักเบา ลอยน้ำได้ เรียกว่า หินพัมมิซ (pumice)                     หินที่เกิดจากการเย็นตัวของหินหนืดหรือแมกมา ซึ่งแทรกขึ้นมาจากส่วนลึกภายในโลกเรียกว่า หินอัคนี (igneous rock) แบ่งออกเป็น หินอัคนีแทรกซอน เกิดจากการเย็นตัวอย่างช้าๆ ของแมกมาที่แทรกดันตัวขึ้นมาสู่เปลือกโลก ได้แก่ หินแกรนิต หินไดโอไรต์ หินแกรบโบ เป็นต้น และหินอัคนีพุ หรือหินภูเขาไฟที่แข็งตัวหลังจากที่แมกมาปะทุออกมานอกผิวโลก ได้แก่ หินไรโอไลต์ หินบะซอลต์ และหินแอนดีไซต์

ประเภทของภูเขาไฟ 

ภูเขาไฟจะแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามโอกาสแห่งการระเบิด คือ
1 ภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่ (active volcano) เป็นภูเขาไฟพร้อมที่จะระเบิดได้ทุกเวลา เบื้องล่าง ภายใต้ภูเขาไฟมีแมกมาอยู่ ทั่วโลกมีอยู่ประมาณ 1,300 ลูก ส่วนมากมีอยู่ในมลรัฐฮาวาย ประเทศสหรัฐอเมริกา และประมาณร้อยละ 15 อยู่ในประเทศอินโดนีเซีย
2 ภูเขาไฟที่สงบ (domant volcano) เป็นภูเขาไฟที่ขณะนี้ดับอยู่ แต่อาจจะระเบิดขึ้นเมื่อใดก็ได้ เช่น ภูเขาไฟเซนต์เฮเลน ประเทศสหรัฐอเมริกา เป็นต้น
3 ภูเขาไฟที่ดับแล้ว (extinct volcano) เป็นภูเขาไฟที่ดับไปแล้วอย่างสนิท ไม่มีการระเบิดอีก เนื่องจากใต้เปลือกโลกบริเวณนั้นสงบและอยู่ในภาวะเสถียรแล้ว เช่น ภูเขาไฟคีรีมันจาโร ประเทศแทนซาเนีย

      ภูมิลักษณ์ของภูเขาไฟ

                    1 ที่ราบสูงบะซอลต์ เกิดจากลาวาของหินบะซอลต์ที่มีความหนืดไม่มากนัก ไหลแผ่เป็นบริเวณกว้างและทับถมกันหลายชั้น เมื่อแข็งตัวกลายเป็นที่ราบและเนินเขา เช่น ที่ราบสูงบะซอลต์ บ้านซับบอน อำเภอหนองไผ่ จังหวัดเพชรบูรณ์ ที่ราบสูงเดคคาน ประเทศอินเดีย ที่ราบสูงแถบตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐอเมริกา (รัฐวอชิงตัน) เป็นต้น

                     2 ภูเขาไฟรูปโล่ เกิดจากลาวาของหินบะซอลต์ระเบิดออกมาแบบมีท่อ เป็นการระเบิดที่ไม่รุนแรง ลาวาส่วนหนึ่งจะไหลแผ่กระจายทับถมกันเป็นสันนูนเหมือนภูเขาไฟเดิมขยายตัวออก ปล่องภูเขาไฟเล็กๆ บนยอดจะจมลงไป ส่วนใหญ่จะมีลักษณะเตี้ยๆ กว้างๆ แบบกระทะคว่ำหรือโล่ เช่น ภูเขาไฟมัวนาลัวในหมู่เกาะฮาวาย เป็นต้น

                     3 ภูเขาไฟรูปกรวย เป็นภูเขาไฟที่เกิดขึ้นและรู้จักกันมากที่สุด มีรูปแบบของภูเขาไฟที่สวยงามที่สุด มีลักษณะเป็นภูเขาพูนสูงเป็นรูปโดมหรือกรวย อาจมีปล่องตรงกลางหรือไม่มีก็ได้ ภูเขาไฟรูปกรวยเกิดจากการพอกพูนของลาวาที่มีความหนืดมาก เมื่อถูกพ่นออกมาจึงไม่ไหลแผ่ออก มักเกิดจากการทับถมซ้อนกันหรือสลับกันระหว่างการไหลของลาวากับชิ้นส่วนของ ภูเขาไฟ เช่น ภูเขาไฟฟูจิยามา ประเทศญี่ปุ่น

ประโยชน์ที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ

           1) ช่วยลดความเครียดของบริเวณใต้เปลือกโลก ทำให้ระดับของเปลือกโลกอยู่ในสมดุล
           2) ดินที่เกิดจากการผุพังสลายตัวของเศษหินภูเขาไฟจะมีแร่ธาตุต่างๆ ที่เป็นอาหารของพืชสะสมอยู่ในดินมากมาย กลายเป็นแหล่งอุดมสมบูรณ์เหมาะแก่การเพาะปลูก
          3) แร่ธาตุที่ตกผลึกอยู่ใต้ดินจะถูกแมกมาดันและพ่นขึ้นมาบนพื้นผิวโลก ลาวาที่แข็งตัวเป็น หินบะซอลต์ที่มีแร่แทรกโดยเฉพาะอัญมณี เมื่อเวลาผ่านไปหินบะซอลต์เกิดการผุพัง แร่อัญมณีจะหลุดออกจากหินถูกพัดพาโดยกระแสลมและน้ำสะสมตัวในบริเวณใกล้เคียง ทำให้พบอัญมณีในชั้นตะกอนที่ทับถมอยู่บนหินบะซอลต์ หินบะซอลต์จึงเป็นต้นกำเนิดและแหล่งแร่อัญมณีที่สำคัญ เช่น หินบะซอลต์ที่จังหวัดจันทบุรี ตราด กาญจนบุรี และเป็นแหล่งของทับทิม ไพลิน และพลอยอื่นๆ เป็นต้น


โทษที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ
          1) การระเบิดของภูเขาไฟทำให้เกิดแก๊สพิษบางชนิด เช่น แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต
          2) ลาวาที่ไหลออกจากปล่องภูเขาไฟมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูงประมาณ 50 กิโลเมตร/ชั่วโมง ประชาชนบริเวณใกล้เคียงอาจหนีภัยไม่ทันอาจเป็นอันตรายต่อชีวิตและทรัพย์สิน
          3) ในกรณีที่เกิดการระเบิดของภูเขาไฟใต้น้ำ จะทำให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานสู่น้ำในทะเล หรือมหาสมุทรเกิดเป็นคลื่นสึนามิ
         4) การระเบิดของภูเขาไฟจะทำให้อากาศแปรปรวน มีฝนตกหนัก

วิดีโอ  ปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยา

ที่มา:mangpran2012.blogspot.com/