เรียนรู้

การหาอายุด้วยวิธีกาลานุกรมต้นไม้

การหาอายุด้วยวิธีกาลานุกรมต้นไม้ (dendrochronology) หรือ การหาอายุด้วยวิธีวงปีต้นไม้ (tree-ring dating) เป็นหนึ่งในหลายๆ วิธี การหาอายุสัมบูรณ์ (absolute-age dating) โดยอาศัยหลักการเทียบเคียง คล้ายๆ กับ การหาอายุสัมพัทธ์ (relative-age dating) ที่ไล่เรียงอายุในเชิงเปรียบเทียบ อันไหนอยู่บนอยู่ล่าง อะไรแก่กว่าอ่อนกว่า แต่สุดท้ายได้อายุออกมาเป็นตัวเลขที่แน่นอน จึงถือได้ว่า การหาอายุด้วยวิธีวงปีต้นไม้ เป็นการหาอายุสัมบูรณ์ประเภทหนึ่ง

การหาอายุด้วยวิธีวงปีต้นไม้ ถูกนำเสนอเป็นครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 1920 โดยนักดาราศาสตร์ที่ชื่อดักลาส (Douglass A.E.) ซึ่งเขาได้ใช้รูปแบบของความหนาของวงปีต้นไม้ที่เกิดซ้ำแล้วซ้ำเล่าทุกๆ ปี ในการเทียบเคียง เหมือนกับการใช้หลักฐานอื่นๆ ในการหาอายุโดยวิธีเทียบเคียงไม่ว่าจะเป็น ตะกอนถ้ำ (speleothem) ปะการัง (coral) และแท่งตัวอย่างน้ำแข็ง (ice core) เป็นต้น ซึ่งโดยหลักการถ้าเราสามารถหา คาบอุบัติซ้ำ (return period) ของการเกิดซ้ำของชั้นดินเลน ชั้นประการัง ชั้นตะกอนถ้ำหรือแม้กระทั่งแท่งน้ำแข็ง ว่าแต่ละชั้นนั้นใช้เวลากี่ปีในการสะสมตัว เช่นชั้นดินเลนหนึ่งชั้นใช้เวลา 10 ปี ดังนั้นหากเราต้องการรู้อายุชั้นดินเลนที่อยู่ล่างจากชั้นปัจจุบันลงไป 10 ชั้น ก็แค่นับย้อนหลัง 10 ชั้น x 10 ปี = 100 ปี ผ่านมาแล้ว

ตัวอย่างการสลับกันเป็นคาบอุบัติซ้ำของวัตถุต่างๆ ที่นิยมใช้หาอายุ

เพิ่มเติม : การหาอายุด้วยวิธีเทียบเคียง

ในกรณีการหาอายุจากวงปีของต้นไม้ อย่างที่เราทราบกันโดยทั่วไปว่า 1 วงปีต้นไม้ ใช้เวลาพัฒนาหรือมีอายุ 1 ปี ดังนั้นอายุหรือจำนวนปีในแต่ละช่วงของวงปีจึงสามารถประเมินได้จากการนับจำนวนวงปีของต้นไม้เช่นกัน

เปรียบเทียบอัตราการขยายตัวของลำต้นเมื่อเปรียบเทียบกับปริมาณฝนตก

ชุดลำดับวงปีต้นไม้ (ring sequence)

นอกจากนี้ความหนา-บางของวงปีในแต่ละช่วงเวลา และแต่ละท้องถิ่นก็สามารถแปลความในเชิงสภาพภูมิอากาศในอดีตได้ โดยต้นไม้จะสร้างวงปีในฤดูที่มีอากาศชุ่มชึ้น และสามารถขยายลำต้นออกไปได้มากวงปีจึงกว้าง ในทางตรงข้ามกัน การประเมินปีใดมีความแห้งแล้งขาดความอุดมสมบูรณ์ทำให้ต้นไม้งอกงามได้ช้า ลำต้นขยายตัวได้น้อยวงปีก็จะแคบ

ซึ่งด้วยปัจจัยดังกล่าวถ้าเราศึกษาในรายละเอียดจะพบว่าในแต่ละช่วงวงปีจะมีความแคบกว้างต่างกัน ดังนั้นหากเรารวบรวมตัวอย่างชิ้นไม้ในพื้นที่ในช่วงเวลาต่างๆ กัน ก็จะสามารถนำแถบวงปีมาเทียบเคียงและต่อเนื่องกันได้สร้างเป็นตารางแทบวงปีมาตรฐาน หรือ ชุดลำดับวงปีต้นไม้ (ring sequence) ของพื้นที่เพื่อใช้สำหรับในการเทียบเคียงกับตัวอย่างที่สนใจที่จะศึกษาหาอายุ

หลักการสร้างชุดลำดับวงปีต้นไม้ (ring sequence) จากตัวอย่างไม้ที่สะสมได้ในภูมิภาคหรือภูมิอากาศเดียวกัน

โดยหากพบหลักฐานการต่อเนื่องหรือเหลื่อมกันของวงปีย้อนกลับไปอย่างต่อเนื่อง จะขยายตารางเวลาของการหาอายุได้ โดยปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถเทียบเคียงความสัมพันธ์ของวงปีต้นไม้จากไม้ในสถานที่ต่างๆ ย้อนกลับไปได้ประมาณ 2,000 ปี โดยเฉพาะในทวีปอเมริกาเหนือและทวีปยุโรป ซึ่งหากต้องการหาอายุตัวอย่างไม้ ก็สามารถเทียบเคียงรูปแบบวงปีกับตารางเวลามาตรฐานวงปี ในแต่ละพื้นที่ และได้อายุเป็นตัวเลขที่แน่นอน คล้ายกับหลักการการนำรูปแบบของสนามแม่เหล็กจากตัวอย่างหินที่ต้องการหาอายุไปเทียบกับตารางมาตรฐานสนามแม่เหล็กโลกที่มีการจัดทำขึ้นไว้ก่อนหน้านี้ซึ่งค่าหินตัวอย่างมีรูปแบบการกลับขั้วสนามแม่เหล็กคล้ายกับช่วงเวลาใดนั่นหมายความว่าตัวอย่างนั้นมีอายุโดยประมาณตามช่วงเวลาดังกล่าว

เพิ่มเติม : การหาอายุทางธรณีวิทยาและโบราณคดีจากสัญญาณสนามแม่เหล็กโลกบรรพกาล

ตัวอย่างตารางมาตรฐานสภาวะแม่เหล็กโลกในช่วง (ซ้าย) มหายุคมีโซโซอิก-ซีโนโซอิก (ขวา) สมัยไมโอซีน-สมัยไพลสโตซีน (Cande และ Kent, 1995) สีดำ คือ ขั้วแม่เหล็กปกติ (normal polarity) ส่วน สีขาว คือ หรือ ขั้วแม่เหล็กย้อนกลับ (reverse polarity)

ป่าผี กับการหาอายุด้วยวิธีวงปีต้นไม้

ป่าผี (Ghost Forest) คือป่าแห่งหนึ่งที่อยู่ในรัฐโอเรกอน ทางฝั่งตะวันตกของประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งมีต้นไม้ขนาดใหญ่ยืนต้นตาย ยกโขยงทั้งป่า จากการเข้าไปสำรวจ นักวิทยาศาสตร์พบว่าสภาพของป่าผีนั้น มีประเด็นน่าสนใจหรือข้อสงสัยอยู่หลายอย่าง ได้แก่ 1) ไม่พบหลักฐานการเกิดไฟไหม้ป่า 2) ต้นไม้ใหญ่บางต้นถูกดินทับถมสูงขึ้นมากว่าโคนต้น 3) บางต้นอยู่ในสภาพถูกน้ำท่วมขังอยู่ในพื้นที่ลุ่มต่ำในป่า และ 4) มิหนำซ้ำบางต้นเหลือแต่ตอ ตายซากอยู่ริมทะเล นอกจากนี้ 5) ที่ริมแม่น้ำในป่าผีนักวิทยาศาสตร์ยังพบฐานรากต้นไม้ 2 ระดับ นอนอยู่ในพื้นที่ป่าเดียวกัน โดยฐานรากของต้นไม้ด้านล่าง คือต้นไม้ที่ยืนต้นตายอยู่ในป่า ส่วนรากต้นไม้ฐานบน คือต้นไม้ที่เติบโตอยู่ในปัจจุบัน

ซากต้นไม้ที่ปัจจุบันเหมือนเติบโตมาจากทะเลแถบป่าผี ประเทศสหรัฐอเมริกา

ในทาง ธรณีแปรสัณฐาน (tectonic) บริเวณเขตมุดตัวของเปลือกโลกจะมีการ ยก-ยุบตัว ของพื้นที่ จากกระบวนการ ยึดติด-เลื่อนตัว (แผ่นดินไหว) อยู่ตลอดเวลา ตัวอย่างเช่นแผ่นดินไหวขนาด 9.2 ที่เคยเกิดขึ้นในรัฐอลาสก้า เมื่อวันที่ 27 มีนาคม พ.ศ. 2507 เป็นต้น โดยกลไกหรือพฤติกรรมการยกและยุบของพื้นที่ในช่วงที่มีการเกิดแผ่นดินไหว สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ในบทความเรื่อง การปรับระดับพื้นโลก-ภัยพิบัติระยะยาวจากแผ่นดินไหว

กลไกลการคืนตัวของภูมิประเทศหลังเกิดแผ่นดินไหวใหญ่จากเขตมุดตัวของเปลือกโลก

โดยจากแนวคิดการยกและยกตัวของแผ่นดินดังกล่าว ถ้าเราลองกลับมาดูสภาพแวดล้อมทางธรณีแปรสัณฐานบริเวณแถบป่าผี ฝั่งตะวันตกของสหรัฐอเมริกา จะพบว่ามีแผ่นเปลือกโลกเล็กๆ อยู่ ที่เรียกว่า แผ่นเปลือกโลกฮวนเดฟูกา (Juan De Fuca Plate) โดยปัจจุบัน แผ่นเปลือกโลกฮวนเดฟูกากำลังมุดเข้าไปใต้แผ่นอเมริกาเหนือ

ภาพตัดขวางบริเวณทางฝั่งตะวันตกเฉียงเหนือของประเทศสหรัฐอเมริกา แสดงแผ่นเปลือกโลกฮวนเดฟูกา มุดเข้าไปใต้แผ่นอเมริกาเหนือ บริเวณ เขตมุดตัวแคสเคเดีย (Cascadia Subduction Zone)

ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงตั้งสมมติฐานว่า ปาผีหรือป่าที่ต้นไม้ร่วมใจกันตายในแถบรัฐโอเรกอน น่าจะเกิดจากการที่แผ่นเปลือกโลกฮวนเดฟูกา มุดเข้าไปใต้แผ่นเปลือกโลกอเมริกาเหนือ โดยบริเวณหรือโซนที่มีการมุดกันของทั้ง 2 แผ่นเปลือกโลกดังกล่าว เรียกว่า เขตมุดตัวแคสเคเดีย (Cascadia Subduction Zone) ทำให้มีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ และมีการปรับระดับพื้นโลก ยก-ยุบ ของพื้นที่ อยู่หลายต่อหลายครั้ง จึงทำให้พื้นที่ป่าที่เคยอุดมสมบูรณ์ เกิดการทรุดตัว มีน้ำทะเลเข้ามาลุกล้ำ และเกิดการยืนต้นตายของต้นไม้ในป่า

(บน) สภาพฐานรากต้นไม้ 2 ชั้น ที่นักวิทยาศาสตร์พบริมแม่น้ำในแถบป่าผี (ล่าง) แบบจำลองการยุบตัวของพื้นที่ การรุกล้ำของน้ำและการสะสมตัวของตะกอนบริเวณป่าผี ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้ต้นไม้รวมใจกันยืนต้นตายทั้งป่า (Atwater และคณะ, 2005)

เพื่อที่จะพิสูจน์ว่าพื้นที่นั้นเคยมีการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ และมีการยกและยุบของพื้นที่เมื่อใด นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามสืบหาหลักฐานหรือหลักคิดทางวิทยาศาสตร์ที่พอจะหาได้ในป่า โดยเมื่อนักวิทยาศาสตร์ลองพิจารณารูปแบบของวงปีต้นไม้ที่ตายซากอยู่ในป่า เปรียบเทียบกับลักษณะของวงปีต้นไม้ที่ยังมีชีวิตอยู่ (ค.ศ. 1075-2000) พบว่ารูปแบบวงปีของต้นไม้ตายเหมือนกับบาร์โค้ดที่ต่อกันได้อย่างแนบสนิทกับต้นไม้ที่ยังมีชีวิตอยู่ โดยสัมพันธ์กับรูปแบบวงปีที่อยู่ในช่วงปี ค.ศ. 1320-1699 (Atwater และ Hemphill-Haley, 1997) รวมทั้งผลการกำหนดอายุด้วยวิธีคาร์บอน-14 ก็บ่งชี้ว่าต้นไม้ที่เคยมีชีวิตอยู่ นั้นตายกลายเป็นผี ในช่วง ค.ศ. 1700±20 นักวิทยาศาสตร์จึงแปลความว่า ซากต้นไม้ฐานล่างนั้นเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1320 และเจริญเติบโตเรื่อยมาเกือบ 380 ปี จึงเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่และแผ่นดินทรุดตัวในช่วงปี ค.ศ. 1699 ทำให้เกิดน้ำท่วมขัง จนต้นไม้ตายและหยุดการสร้างวงปี

แนวคิดการกำหนดอายุแผ่นดินไหวจากซากรากไม้ด้วยวิธีการนับวงปี

เพิ่มเติม : สึนามิกำพร้า – ป่าผี

นอกจากการค้นพบซากแผ่นดินไหวใหญ่ที่น่าจะเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1700 แล้ว บริเวณโซนการมุดตัวแคสเคเดีย ยังพบหลักฐานการยกๆ-ยุบๆ อีกหลายครั้งจากชั้นฐานของรากไม้ต่างเจเนอเรชั่นกัน (Atwater และคณะ, 2005) โดยจากการกำหนดอายุของซากต้นไม้ในแต่ละชั้นต่างเจเนอเรชั่นกัน พบว่ามีการตายของตั้นไม้อยู่ในหลายช่วงปี ค.ศ. 1700, 1310, 810, และ ค.ศ. 400 เป็นต้น

และนี่ก็คือตัวอย่างการประยุกต์ใช้การหาอายุโดยวิธีวงปีต้นไม้กับงานการศึกษาด้านธรณีวิทยาแผ่นดินไหวและสึนามิ ซึ่งจะเห็นได้ว่าการหาอายุโดยวิธีดังกล่าวมีประโยชน์อย่างมากในการไขข้อสงสัยช่วงเวลาของการเกิดเหตุการณ์ใดๆ ที่ผู้วิจัยสนใจ

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth

Share: