Learn

สภาพแวดล้อมทาง “ธรณีแปรสัณฐาน” ที่ทำให้เกิด “แผ่นดินไหว”

ปัจจุบันเมื่อมีการตรวจวัดและจดบันทึกเวลา ขนาด และตำแหน่งการเกิดแผ่นดินไหวมากขึ้น สิ่งที่สังเกตเห็นได้ชัดคือ แผ่นดินไหวไม่ได้เกิดมั่วซํ่วไปทั่วโลก แต่จะมีการกระจายตัวของจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวที่เฉพาะเจาะจง จึงเกิดคำถามขึ้นว่าทำไมแผ่นดินไหวถึงได้เกิดเฉพาะบางพื้นที่ ซึ่งเมื่อนักธรณีวิทยาแผ่นดินไหวลองนำข้อมูลการเกิดแผ่นดินไหวมาเปรียบเทียบหาความสัมพันธ์กับประเด็นต่างๆ ทางธรณีวิทยา พบว่าแผ่นดินไหวแทบทั้งหมดส่วนใหญ่เกิดบริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลก และสามารถอธิบายเหตุของการเกิดแผ่นดินไหวดังกล่าวได้ด้วยทฤษฏีที่เรียกว่า ธรณีแปรสัณฐาน (tectonic) ซึ่งว่าด้วยเรื่องของการเคลื่อนตัวและกระทบกระทั่งกันของแผ่นเปลือกโลก

แผนที่โลกแสดงเหตุการณ์แผ่นดินไหวขนาด 5.0 ขึ้นไป ที่เคยเกิดขึ้นและบันทึกไว้ได้ในช่วงปี ค.ศ. 1900-2020 (120 ปี) จากฐานข้อมูลของหน่วยงาน International Seismological Centre (ISC) หมายเหตุ : วงกลมขาว คือ แผ่นดินไหวขนาด 5.0-5.9 วงกลมฟ้า คือ แผ่นดินไหวขนาด 7.0-7.9 วงกลมส้ม คือ แผ่นดินไหวขนาด 8.0-8.9 วงกลมแดง คือ แผ่นดินไหวขนาด 9.0 ขึ้นไป

ปัจจุบัน หลักฐานทางวิทยาศาสตร์บ่งชี้ว่า เปลือกโลก (crust) ซึ่งเป็นชั้นของแข็งชั้นนอกสุดของโลกไม่ได้เป็นผืนแผ่นดินเดียวกันทั้งหมด แต่แตกออกเป็นแผ่นย่อยและลอยอยู่บนชั้นเนื้อโลก (mantle) ที่มีสถานะเป็นของหนืด ซึ่งจากข้อมูลการกระจายตัวของภูเขาไฟมีพลัง (active volcano) แผ่นดินไหวที่เคยเกิดขึ้นในอดีต รวมทั้งข้อมูลสนับสนุนทางธรณีวิทยาอื่นๆ นักธรณีวิทยาแบ่งขอบเขตและจำแนกแผ่นเปลือกโลกออกเป็น 14 แผ่น เช่น แผ่นยูเรเชีย อเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ อินโด-ออสเตรเลีย อัฟริกา แปซิฟิกและแผ่นทะเลฟิลิปปินส์ เป็นต้น โดยแผ่นเปลือกโลกดังกล่าวยังคงมีการเคลื่อนที่อยู่อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกลไกการไหลเวียนของหินหนืดในชั้นเนื้อโลก เรียกว่า กระแสพาความร้อน (convection current) และผลจากการเคลื่อนที่ด้วยทิศทางและความเร็วที่แตกต่างกันของแผ่นเปลือกโลกต่างๆ ทำให้บริเวณขอบของแผ่นเปลือกโลกมีการกระทบกระทั่งกัน เกิดกระบวนการและลักษณะเฉพาะทางธรณีวิทยาที่แตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ของโลก เช่น ภูมิประเทศ ทรัพยากร และภัยพิบัติ เป็นต้น โดยจากแนวคิดทางธรณีแปรสัณฐาน นักธรณีวิทยาจำแนกปฏิสัมพันธ์ระหว่างแผ่นเปลือกโลก หรือสถาพแวดล้อมทางธรณีแปรสัณฐานที่เป็นสาเหตุของการเกิดแผ่นดินไหว ออกเป็น 3 รูปแบบ คือ

  • การเคลื่อนที่ออกจากกัน (divergent movement)
  • การเคลื่อนที่เข้าหากัน (convergent movement)
  • การเคลื่อนที่ผ่านกัน (transform movement)
แผนที่โลกแสดงขอบเขตและการกระจายตัวของแผ่นเปลือกโลก ลูกศรแสดงทิศทางการเคลื่อนที่และความยาวของลูกศรแสดงอัตราการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกต่างๆ (หน่วย เซนติเมตร/ปี)

แผ่นดินไหวจากแผ่นถูกดึงออกจากกัน

แผ่นดินไหวจากการเคลื่อนที่ออกจากกัน (divergent plate motion) การเคลื่อนที่ออกจากกันของแผ่นเปลือกโลก เกิดจากแมกมาดันตัวขึ้นมาตามรอยแยก แรงอัดที่เกิดการดันตัวขึ้นทำให้เกิดการปริแตกของเปลือกโลกและเกิดแผ่นดินไหวได้ แต่โดยทั่วไปแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นบริเวณนี้มักมีขนาดเล็กและเกิดขึ้นในระดับตื้น เมื่อเทียบกับแผ่นดินไหวแบบอื่นๆ ซึ่งตัวอย่างของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวที่เกิดจากแผ่นเปลือกโลกถูกดึงออกจากกัน ได้แก่ ร่องทรุดแอฟริกาตะวันออก (East African Rift) ทะเลแดง (Red Sea) และ อ่าวเอเดน (Gulf of Aden) หรือตามแนวสันเขากลางมหาสมุทรต่างๆ เช่น เช่น สันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก (Mid-Atlantic Ridge) สันเขากลางมหาสมุทรอินเดีย (Mid-Indian Ridge) และ เนินเขามหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออก (East Pacific Rise)

 ตัวอย่างพื้นที่ที่มักเกิดแผ่นดินไหวจากกระบวนการแปรสัณฐานแบบเคลื่อนที่ออกจากกัน (Ebinger, 2005)

ถึงแม้ว่าโดยธรรมชาติแผ่นดินไหวลักษณะนี้จะเกิดขึ้นบ่อยเพราะไม่ค่อยสะสมพลังงานหรือแรงเค้นทางธรณีแปรสัณฐาน แต่ส่วนมากมักไม่ทำความเสียหายหรือก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษย์ เนื่องจากอยู่ห่างไกลออกไปในทะเล แต่ถ้าหากสันกลางมหาสมุทรนี้ทำให้เกิดเป็นเกาะก็อาจทำให้เกิดอันตรายได้เช่นกัน เช่น ที่เกาะไอซ์แลนด์ ที่อยู่ทางตอนเหนือของสันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก เป็นต้น

สันเขากลางมหาสมุทรที่สำคัญของโลก (1) เนินเขามหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออก (2) สันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก (3) สันเขากลางมหาสมุทรอินเดีย (4) สันเขามหาสมุทรอินเดียตะวันออก และ (5) สันเขามหาสมุทรอินเดียตะวันตก

แผ่นดินไหวจากแผ่นเฉือนกัน

แผ่นดินไหวจากการเคลื่อนผ่านกัน (strike-slip หรือ transform plate motion) โดยปกติการเคลื่อนที่แบบเฉือนผ่านกันนี้เกิดขึ้นในทะเล เช่นในแนวที่เกือบตั้งฉากกับกลางมหาสมุทรแอตแลนติก ทำให้เกิดแผ่นดินไหวระดับตื้นโดยไม่ทำความเสียหายมากเท่าใดนัก เพราะส่วนใหญ่มีจุดกำเนิดอยู่กลางมหาสมุทร ห่างไกลผู้คน

(ซ้าย) แบบจำลอง (ขวา) ภาพถ่ายดาวเทียม รอยแตกบริเวณสันเขากลางมหาสมุทร ที่เกิดจากการที่แมกมาแทรกดันขึ้นมาด้วยปริมาตรที่แตกต่างกัน ทำให้มีการสร้างแผ่นเปลือกโลกใหม่ในปริมาณที่ต่างกัน และมีการเคลื่อนที่ออกจากกันด้วยอัตราที่แตกต่างกัน

แต่ถ้าหากรอยเลื่อนดังกล่าวเกิดอยู่ในแผ่นดิน เช่น รอยเลื่อนซานแอนเดรียส (San Andreas Fault) ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา หรือ รอยเลื่อนสกาย (Sagaing Fault) ทางตอนกลางของประเทศพม่า และมีอีกหลายรอยเลื่อนทั่วโลก รอยเลื่อนดังกล่าวสามารถทำให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในระดับที่เป็นภัยพิบัติได้ ตัวอย่างเช่น แผ่นดินไหวขนาด 8.0 จากรอยเลื่อนสะกาย เมื่อวันที่ 23 เดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2455 ที่เมืองมัณฑะเลย์ (Brown, 1914) ทำให้ประเทศพม่าได้รับความเสียหายอย่างมาก

ภาพมุมสูงของรอยเลื่อนซานแอนเดรียส (San Andreas Fault) ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา
(ซ้าย) ภูมิประเทศ (ข) แบบจำลองการเกิด รอยเลื่อนซานแอนเดรียส (San Andreas Fault) ทางตะวันตกของประเทศสหรัฐอเมริกา

แผ่นดินไหวจากขอบชนกัน

แผ่นดินไหวจากการเคลื่อนตัวเข้าหากันของแผ่นเปลือกโลก (convergent plate motion) การชนและมุดกันของแผ่นเปลือกโลกจะทำให้เกิดสภาพแวดล้อมการเกิดแผ่นดินไหวที่สัมพันธ์กับกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐาน (seismotectonic setting) 3 รูปแบบ คือ

แบบจำลองแสดงภาคตัดขวางบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกมีการชนและมุดกันแสดงสภาพแวดล้อมการเกิดแผ่นดินไหวที่สัมพันธ์กับกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐาน
1) แผ่นดินไหวจากการเลื่อนย้อน (thrust earthquake) อยู่ตื้นประมาณ 0-50 กิโลเมตร
2) แผ่นดินไหวภายในแผ่นมุด (intraslab earthquake) ลึกปานกลางคือประมาณ 50-300 กิโลเมตร
3) แผ่นดินไหวระดับลึก (deep earthquake) ในแผ่นมุด เกิดใต้เปลือกสมุทร อยู่ลึกประมาณ 300-670 กิโลเมตร

1) แผ่นดินไหวที่เกิดระหว่างขอบการชนกันของแผ่นเปลือกโลก (interplate earthquake) คือ แผ่นดินไหวระดับตื้น มีความลึกประมาณ 12-33 กิโลเมตร ขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นเปลือกโลก และมักจะเป็นแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ เนื่องจากเป็นขอบการชนกันของแผ่นเปลือกโลกโดยตรง เช่น แผ่นดินไหวขนาด 9.0 เมื่อวันที่ 26 เดือนธันวาคม ค.ศ. 2004 ตอนเหนือของเกาะสุมาตรา (Sumatra Island) ประเทศอินโดนีเซีย (Martin, 2005)

2) แผ่นดินไหวที่เกิดภายในแผ่นเปลือกโลก (intraplate earthquake) คือ แผ่นดินไหวที่เกิดจากการเลื่อนตัวของ รอยเลื่อน (fault) ภายในแผ่นเปลือกโลก ซึ่งเกิดจากความเค้นทางธรณีแปรสัณฐานจากการชนกันของแผ่นเปลือกโลกถ่ายเทเข้ามาภายในแผ่นเปลือกโลก โดยความลึกของแผ่นดินไหวขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นเปลือกโลกเช่นเดียวกับแผ่นดินไหวที่เกิดระหว่างขอบการชนกันของแผ่นเปลือกโลก และสามารถเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ได้ เช่น แผ่นดินไหว ขนาด 6.8 เมื่อวันที่ 24 เดือนมีนาคม ค.ศ. 2011 เกิดจากรอยเลื่อนน้ำมา (Nam Ma Fault; Morley, 2007) บริเวณชายแดนภาคเหนือของประเทศไทย-พม่า และแผ่นดินไหวขนาด 6.3 เมื่อวันที่ 5 เดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2014 ในพื้นที่จังหวัดเชียงราย เกิดจากรอยเลื่อนพะเยา (Phayao Fault; Pailoplee และคณะ, 2009a) เป็นต้น

3) แผ่นดินไหวที่เกิดบริเวณแผ่นที่มุดลงไปในชั้นเนื้อโลก (intraslab earthquake) คือ แผ่นดินไหวระดับลึก (34-700 กิโลเมตร) ที่เกิดในส่วนของแผ่นเปลือกโลกที่มุดตัวลงไปในชั้นเนื้อโลก ซึ่งมีกลไกการเกิดแผ่นดินไหวแตกต่างจากทั้ง 2 รูปแบบ ดังที่อธิบายในข้างต้น โดยเกิดจากกระแสพาความร้อนดึงแผ่นเปลือกโลกส่วนที่มุดลงไป (slab) ทำให้มุดลงไปมากขึ้น ในขณะที่ส่วนที่ชนกัน (interplate) ถูกยึดติดไว้ ทำให้ส่วนที่มุดลงไปดังกล่าว ถูกแรงดึงให้ยืดตัว เกิดการปริแตกของแผ่นเปลือกโลกส่วนที่มุดลงไปและเกิดแผ่นดินไหว

สถาพแวดล้อมทางธรณีแปรสัณฐานที่ทำให้เกิดแผ่นดินไหวในอาเซียน

เพื่อที่จะประเมินรูปร่างและการวางตัวของเขตมุดตัวของเปลือกโลกในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ หรือ อาเซียน Charusiri และ Pailoplee (2015a) ได้สร้างแบบจำลองการกระจายตัวของแผ่นดินไหวในรูปแบบของภาคตัดขวาง โดยพิจารณาตามแนวการวางตัว 6 แนว พาดผ่านเขตมุดตัวของเปลือกโลกต่างๆ ในภูมิภาคอาเซียน ซึ่งผลการศึกษาเขตมุดตัวของเปลือกโลกต่างๆ แสดงในภาคตัดขวางที่ 1-6

แผนที่ภูมิภาคอาเซียนแสดงการกระจายตัวของแผ่นดินไหว (จุดสีแดง) ที่เคยเกิดขึ้นในช่วงปี ค.ศ. 1960-2015 ตรวจวัดและบันทึกโดยหน่วยงาน ISC (Charusiri และ Pailoplee, 2015a) เส้นตรงสีดำ คือ แนวการวิเคราะห์การกระจายตัวของแผ่นดินไหวตามภาคตัดขวางดังแสดงในรูปด้านล่าง

ภาคตัดขวางที่ 1 ตัดขวางเขตมุดตัวของเปลือกโลกสุมาตรา-อันดามัน บริเวณหมู่เกาะนิโคบาร์ แสดงลักษณะการมุดตัวของเปลือกโลกไปทางตะวันออก โดยเริ่มมุดตัวในช่วงกิโลเมตรที่ 300 ของภาคตัดขวาง ทำมุมการมุดตัวประมาณ 45o และมุดลงไปถึงความลึก 180 กิโลเมตร ใต้พื้นโลกบริเวณกิโลเมตรที่ 500 ส่วนบริเวณกิโลเมตรที่ 600 พบแผ่นดินไหวเกิดขึ้นที่ความลึกน้อยกว่า 40 กิโลเมตร วิเคราะห์ว่าอาจเป็นแผ่นดินไหวที่เกิดจากรอยเลื่อนสะกาย (Sagaing Fault; Dain และคณะ, 1984) ซึ่งต่อเนื่องมาจากประเทศพม่าลงสู่ทะเลอันดามัน

ภาคตัดขวางที่ 2 ตัดขวางเขตมุดตัวของเปลือกโลกสุมาตรา-อันดามัน บริเวณตอนเหนือของเกาะสุมาตรา โดยแสดงการมุดตัวไปทางตะวันออกเฉียงเหนือ ในช่วงกิโลเมตรที่ 450 ของภาคตัดขวาง และมุดลงไปถึงความลึก 250 กิโลเมตร ใต้พื้นโลก โดยทำมุมการมุดตัวประมาณ 30o ซึ่งมีความชันของการมุดตัวต่ำกว่าเขตมุดตัวของเปลือกโลกในพื้นที่ข้างเคียง

ภาคตัดขวางแสดงการกระจายตัวของแผ่นดินไหว (จุดสีเทา) ที่เกิดขึ้นตามเขตมุดตัวของเปลือกโลกต่างๆ ในภูมิภาคอาเซียน (Charusiri และ Pailoplee, 2015a) แนวการวางตัวของภาคตัดขวางแสดงในรูปด้านบน

ภาพตัดขวางที่ 3 ซึ่งอยู่ในแนวมุดตัวอันดามันบริเวณทางตอนใต้ของเกาะสุมาตรา แสดงลักษณะการมุดตัวของแนวมุดตัวอันดามันบริเวณทางตอนเหนือของเกาะสุมาตรา โดยมีการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลกไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ ทำมุมการมุดตัวประมาณ 30o และมุดลงไปถึงระดับความลึก 300 กิโลเมตรใต้พื้นโลก นอกจากนี้ยังพบว่ามีแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นตามแผ่นเปลือกโลกอยู่ในระดับความลึก 40 กิโลเมตรจากพื้นโลก และโดยรวมมีความหนาแน่นของการเกิดแผ่นดินไหวมาก เมื่อเทียบกับแนวมุดตัวบริเวณอื่นๆ

ภาพตัดขวางที่ 4 ซึ่งอยู่ส่วนปลายแนวมุดตัวอันดามันบริเวณทางทิศตะวันออกของเกาะสุลาเวสี แสดงลักษณะการมุดตัวของแผ่นเปลือกโลกอย่างเห็นได้ชัดไปทางทิศตะวันตก โดยเริ่มมุดตัวตั้งแต่กิโลเมตรที่ 300 และทำมุมการมุดตัวประมาณ 45o และมุดลงไปถึงระดับความลึก 300 กิโลเมตรใต้พื้นโลก โดยมีแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นตามแผ่นเปลือกโลกอยู่ในระดับความลึก 40 กิโลเมตรจากพื้นโลก ซึ่งมีความหนาแน่นของการเกิดแผ่นดินไหวมาก เมื่อเทียบกับแนวมุดตัวบริเวณอื่นๆ นอกจากนี้ยังพบกลุ่มการกระจายตัวของแผ่นดินไหวบริเวณกิโลเมตรที่ 600 ซึ่งประเมินว่าน่าจะเป็นเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่เกิดบริเวณภาคตะวันตกของมหาสมุทรแปซิฟิก

ภาพตัดขวางที่ 5 ซึ่งตัดขวางเขตมุดตัวของเปลือกโลก 3 เขตมุดตัว เรียงลำดับจากซ้ายไปขวา ได้แก่ 1) ร่องลึกก้นสมุทรมินาฮาสสา 2) เขตมุดตัวของเปลือกโลกซันกิลดับเบิ้ลและ 3) เขตมุดตัวของเปลือกโลกฮัลมาฮีรา ตามลำดับ ซึ่งการกระจายตัวของแผ่นดินไหวตามภาคตัดขวางดังกล่าว บ่งชี้ว่ามีการมุดตัวของเปลือกโลกซ้อนทับกัน โดย Charusiri และ Pailoplee (2015a) วิเคราะห์ว่าร่องลึกก้นสมุทรมินาฮาสสาแสดงทิศทางการมุดตัวไปทางตะวันออกเฉียงใต้ ทำมุมการมุดตัวประมาณ 30o และมุดลงไปถึงความลึก 300 กิโลเมตร ใต้พื้นโลก ในขณะที่เขตมุดตัวของเปลือกโลกฮัลมาฮีราแสดงทิศทางการมุดตัวไปทางตะวันตกเฉียงเหนือ โดยเริ่มมุดตัวในช่วงกิโลเมตรที่ 300 ของภาคตัดขวาง ทำมุมประมาณ 45o และมุดลงไปถึงความลึก 600 กิโลเมตร ใต้พื้นโลก แต่เนื่องจากบริเวณกิโลเมตรที่ 600 ไม่พบแนวการมุดตัวของเปลือกโลกอย่างชัดเจน จึงวิเคราะห์ว่าเขตมุดตัวของเปลือกโลกฮัลมาฮีรา ไม่แสดงแนวการมุดตัวในปัจจุบัน ถึงแม้ว่าจะสามารถตรวจพบร่องลึกก้นสมุทรได้จากการแปลความหมายภาพถ่ายดาวเทียม

ภาพตัดขวางที่ 6 ตัดขวางทางตอนเหนือของเขตมุดตัวของเปลือกโลกฟิลิปปินส์ ซึ่งจากการกระจายตัวของแผ่นดินไหวพบว่าเขตมุดตัวของเปลือกโลกดังกล่าวมีการมุดตัวไปทางตะวันตก แต่เนื่องจากข้อมูลแผ่นดินไหวที่มีจำนวนมากกระจายตัวอยู่อย่างหนาแน่น ทำให้ไม่สามารถวิเคราะห์มุมการมุดตัวและประเมินความหนาของแผ่นเปลือกโลกในช่วงกิโลเมตรที่ 150-400 ของภาคตัดขวางได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตามหากพิจารณาห่างออกไปจากเขตมุดตัวของเปลือกโลก พบว่าแผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดที่ความลึกน้อยกว่า 40 กิโลเมตร Charusiri และ Pailoplee (2015a) จึงประเมินในเบื้องต้นว่าแผ่นเปลือกโลกในพื้นที่ดังกล่าวมีความหนาประมาณ 40 กิโลเมตร

Share: