เรียนรู้

การพยากรณ์แผ่นดินไหวระยะยาว

ก็เพราะโดนมาเยอะ เจ็บมาเยอะ มนุษย์เลยตระหนักได้ว่าถ้าไม่สนใจนิสัยแผ่นดินไหว นับวันก็มีแต่จะเจ็บตัวฟรี ก่อนที่สถานการณ์จะย่ำแย่ไปกว่านี้ นักแผ่นดินไหวจึงพยายามศึกษาลักษณะเฉพาะต่างๆ ของการเกิดแผ่นดินไหว เพื่อที่จะคาดเดาว่าคุณพี่จะมาอีกเมื่อไหร่ หวยจะออกตรงไหน แต่ปัญหาใหญ่คือแผ่นดินไหวมันไม่มีตัวตน มองไม่เห็นเหมือนเมฆฝนที่ต้องตั้งเค้าก่อนแล้วค่อยปะทะ ดังนั้น การพยากรณ์แผ่นดินไหว (earthquake forecasting) หรือ การทำนายแผ่นดินไหว (earthquake prediction) ให้แม่นยำจึงยากและหินกว่าการคาดการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาหลายเท่า แต่กระนั้น สัตว์ประเสริฐอย่างเราก็หาได้ลดละความพยายามไม่

ปัจจุบันแนวทางการทำนายแผ่นดินไหวมากมายได้ถูกนำเสนอจากกลุ่มนักแผ่นดินไหวค่ายต่างๆ ผู้เขียนขอแบ่งการทำนายออกเป็น 3 กลุ่มเด่นๆ ตามช่วงเวลาหรือความคร่าวๆ ของการทำนาย ดังต่อไปนี้

  • การทำนายระยะสั้น (short-term earthquake prediction) เป็นการคาดการณ์การมาของแผ่นดินไหวในระดับวัน-เดือน ก่อนเกิดแผ่นดินไหว จาก สัญญาณบอกเหตุ (precursor) รูปแบบต่างๆ พฤติกรรมผิดปกติของสัตว์ การเปลี่ยนแปลงน้ำใต้ดิน เป็นต้น ซึ่งการทำนายระยะสั้น ก็มีทั้งที่ได้ผล เช่น แผ่นดินไหวที่เมืองไฮเชง (Haicheng) ประเทศจีน เมื่อปี พ.ศ. 2518 แผ่นดินไหวเมืองอ๊อกซาก้า (Oaxaca) เม็กซิโก และแผ่นดินไหวเมืองอิซุ (Izu) เมื่อปี พ.ศ. 2521 และก็อีกหลายครั้งที่ทำนายพลาด เช่น แผ่นดินไหวเมืองทางฉาน (Tangshan) ประเทศจีน ในปี พ.ศ. 2519 ขนาด 7.5 ซึ่งครั้งนั้นมีผู้เสียชีวิตกว่า 600,000 คน
สรุปพฤติกรรมประหลาดของสัตว์ที่แสดงออกก่อนเกิดแผ่นดินไหว (Stein และ Wysession, 2002)
  • การพยากรณ์แผ่นดินไหวระยะกลาง (Intermediate-term earthquake forecasting) คือ การคาดการณ์ก่อนแผ่นดินไหวจะมาในหลักเดือน ถึงหลัก 10 ปี ส่วนใหญ่เป็นการวิเคราะห์ด้าน แผ่นดินไหววิทยาเชิงสถิติ (statistical seismology) โดยใช้ ฐานข้อมูลแผ่นดินไหว (earthquake catalogue) เป็นข้อมูลหลักพื้นฐานในการวิเคราะห์
  • การพยากรณ์แผ่นดินไหวระยะยาว (long-term earthquake forecasting) เป็นการคาดการณ์ โอกาสหรือเวลาการเกิดแผ่นดินไหวที่อาจจะเกิดขึ้นในอีก 10-100 ปี ข้างหน้า โดยอาศัยแนวคิดที่ว่าพื้นที่ที่มีกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานเดียวกัน จะมีพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวที่คล้ายๆ กัน ในแง่ของความถี่การเกิดแผ่นดินไหวในแต่ละขนาด เช่น การประเมิน ช่วงว่างแผ่นดินไหว (seismic gap) หรือ คาบอุบัติซ้ำ (recurrence interval)

ช่วงว่างแผ่นดินไหว

ช่วงว่างแผ่นดินไหว (seismic gap) เป็นแนวคิดที่ใช้ประเมินคร่าวๆ ถึงพื้นที่เสี่ยงที่จะเกิดแผ่นดินไหวในอนาคต โดยเชื่อว่า พื้นที่ใดๆ ที่ได้รับแรงกระทำจากกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐานระบบเดียวกัน ก็ควรมีศักดิ์และสิทธิ์ที่จะเกิดแผ่นดินไหวพอๆ กัน ในทุกตารางนิ้ว แต่ถ้าสังเกตให้ดีจะพบว่ามีอยู่หลายที่ที่แกล้งทำตัวสุขุม ทั้งๆ ที่บริเวณข้างเคียงเขาปล่อยแผ่นดินไหวออกมากันโครมๆ

พื้นที่ที่ดูเงียบสงบแบบนี้ เรียกว่า ช่วงว่างแผ่นดินไหว (seismic gap) ซึ่งนักแผ่นดินไหวเชื่อว่าความเงียบที่เราเห็น ไม่เป็นผลดีกับเสถียรภาพของมนุษย์เท่าไหร่นัก เพราะนั่นไม่ใช่อะไรที่ควรจะเป็น ตรงกันข้าม พื้นที่เหล่านั้นอาจจะเป็นแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวที่มีนิสัยไม่เจ๊าะแจ๊ะ และชอบเก็บสิทธิการแตกเอาไว้ระเบิดใหญ่ๆ ในทีเดียว ตัวอย่างเช่น บริเวณรอยเลื่อนซานแอนเดรียส ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งก่อนหน้าปี พ.ศ. 2532 เกิดแผ่นดินไหวเป๊าะแป๊ะๆ ตลอดทั้งแนวรอยเลื่อน ยกเว้นอยู่ 3 พื้นที่ที่ดูจะเงียบสงบ ได้แก่ เมืองซานฟรานซิสโก เมืองโลมาพรีตา และเมืองปาร์คฟิลด์ หลังจากนั้นไม่นานในปี พ.ศ. 2532 ก็เกิดแผ่นดินไหวที่เมืองโลมาพรีตา (Loma Prieta earthquake) ขนาด 6.9 และเกิดแผ่นดินไหวขนาดย่อมๆ ตามมาอีกมากมาย

นี่แหละครับคือการใช้สิทธิ์ตามที่รอยเลื่อนนั้นมี เพราะอย่างที่เคยบอกไปพลังงานมันไม่ได้หายไปไหน แต่จะถูกเก็บและกดเอาไว้ รอจังหวะดีๆ ก่อนจะปล่อยมาแบบเต็มๆ จากรูปถ้า แนวคิดช่วงว่างแผ่นดินไหวเป็นจริงอย่างว่า เป้าหมายต่อไปที่ต้องเฝ้าดูให้ดีก็คือ รอยเลื่อนในแถบซานฟรานซิสโกและปาร์คฟิลด์ ที่มีสิทธิ์แต่ยังไม่ได้ออกเสียง

ข้อมูลสถิติการเกิดแผ่นดินไหวในอดีตตลอดแนวของรอยเลื่อนซานแอนเดรียส แสดงให้เห็นถึงช่วงว่างแผ่นดินไหวก่อนและหลังปี พ.ศ. 2532 (Plafker และ Galloway, 1989)
ตัวอย่างผลการวิเคราะห์ เขตช่วงว่างแผ่นดินไหว(seismic gap) ในแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวอื่นๆ ที่ยังไม่เคยเกิดแผ่นดินไหว (ก) เขตมุดตัวอะลูเทียน รัฐอะลาสกา สหรัฐอเมริกา (ข) เขตมุดตัวสุมาตรา-อันดามัน และ (ค) แถบรอยเลื่อนย้อนหิมาลัย (Himalayan thrust belt)

อย่างไรก็ตาม การทำนายแผ่นดินไหวจากแนวคิดช่วงว่างแผ่นดินไหวถือเป็นการทำนายแผ่นดินไหวระยะยาว ซึ่งเป็นข้อมูลเบื้องต้นที่ช่วยให้หน่วยงานที่รับผิดชอบในพื้นที่ ใช้วางแผนระยะยาวในการสร้างบ้านแปลนเมือง (mitigation plan) แต่ไม่ถือว่ามีประโยชน์สำหรับ การหนีภัยเฉพาะหน้า (evacuation plan) เพราะบอกเวลาที่แน่นอนไม่ได้

คาบอุบัติซ้ำ

เรื่องของเรื่องคือ หลังจากเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.8 ที่เมืองซานฟรานซิสโก ประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี พ.ศ. 2449 นักแผ่นดินไหวพบว่า รั้วของฟาร์มแห่งหนึ่งได้เลื่อนตัวเหลื่อมออกจากกันถึง 3 เมตร ทั้งที่ก่อนหน้านี้เจ้าของฟาร์มยืนยันว่าไม่ได้เมา และตั้งใจสร้างไว้เป็นแนวเส้นตรงเดียวกัน นักแผ่นดินไหวจึงคาดว่ารั้วเลื่อน น่าจะเป็นผลที่มาพร้อมกับแผ่นดินไหว และตั้งสมมุติฐานว่า ในอดีตพื้นที่แถบนี้น่าถูกแรงบีบอัดหรือดึงให้ออกจากกันอย่างเงียบๆ แต่ด้วยความผูกพันอันลึกซึ้ง แผ่นดินจึงยื้อเวลา ไม่ยอมเลื่อนออกจากันตั้งแต่แรก แต่ก็ด้วยแรงกระทำที่กระหน่ำเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ จนเกินแรงยึดของแผ่นดินจะยึดตัวกันต่อได้ สุดท้ายแผ่นดินทั้งสองฝั่งจึงจำใจต้องพราก เลื่อนจากกันไป พร้อมทั้งเกิดแผ่นดินไหวระหว่างเลื่อน

(ซ้าย) สภาพรั้วบ้านหลังเกิดแผ่นดินไหวขนาด 7.8 ที่เมืองซานฟรานซิสโก (ที่มา : www.americahurrah.com) (ขวา) รอยเลื่อนซานแอนเดรียส ฝั่งตะวันตกของอเมริกา ต้นเหตุที่ทำให้เกิดแผ่นดินไหวซานฟรานซิสโก

อีกหนึ่งตัวอย่างที่ช่วยให้นึกภาพได้ง่ายขึ้นคือ ถ้าเราลองพยายามหักไม้ การงอไม้ในช่วงแรกจะไม่ทำให้ไม้นั้นหักในทันที แต่จะโก่งโค้งงอไปเรื่อยๆ จนไม้ทนไม่ไหว จึงหักและดีดเป๊าะ ซึ่งถ้าเปรียบกับโลก “ดีดเป๊าะ” ก็คือ แผ่นดินไหวนั่นเอง โดยแนวคิดนี้นักแผ่นดินไหววิทยา ตั้งชื่อเอาไว้เมื่อปี พ.ศ. 2450 ว่า แนวคิดการคืนตัววัสดุ (elastic rebound) (Reid, 1910)

(ซ้าย) ลำดับเหตุการณ์ที่น่าจะทำให้รั้วบ้านมีสภาพอย่างที่เห็น (ขวา) แบบจำลองการเคลื่อนตัวของรั้วและการหักกิ่งไม้

โดยหลังจากที่ Reid (1910) ได้นำเสนอแนวคิด การคืนตัวของวัสดุ (elastic rebound) และอธิบายวงจรชีวิตของการปลดปล่อยพลังงานแผ่นดินไหว นักแผ่นดินไหวรุ่นต่อมาจึงได้นำแนวคิดนี้มาใช้ในการทำนาย โดยเชื่อว่าแผ่นดินไหวแต่ละขนาดจะมีรอบการเกิดหรือ คาบอุบัติซ้ำ (recurrence interval หรือ return period) ที่เฉพาะ

คาบอุบัติซ้ำ ไม่เหมือน ค่าเฉลี่ย

ค่าเฉลี่ย (average) คือ จำนวนของเหตุการณ์ทั้งหมดหารด้วยระยะเวลาที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น ในช่วง 10 ปี เกิดแผ่นดินไหวจำนวน 10 เหตุการณ์ โดยเกิดในปีที่ 9 จำนวน 5 เหตุการณ์ และปีที่ 10 อีก 5 เหตุการณ์ อย่างไรก็ตามโดยเฉลี่ยแล้วแผ่นดินไหวเกิดเฉลี่ยปีละครั้ง ซึ่งไม่ถือว่าเป็นคาบอุบัติซ้ แค่ำเฉลี่ยๆ ถัวๆ เฉยๆ

คาบอุบัติซ้ำ (recurrence interval) คือ คือช่วงเวลาที่เหตุการณ์แผ่นดินไหวหรือภัยพิบัติใดๆ กลับมาเกิดอีกครั้งอีกคำรบ ซึ่งในการคำนวณค่าคาบอุบัติซ้ำ ก็ใช้วิธีนับจำนวนเหตุการณ์ทั้งหมด แล้วหารด้วยระยะเวลาที่พิจารณาเหมือนกับค่าเฉลี่ย แต่เหตุการณ์ที่นำมาพิจารณาจะต้องมีสมมุติฐานหรือทฤษฎีช่วยสนับสนุนว่าโดยธรรมชาติของเหตุการณ์นั้นมีการกลับมาในช่วงเวลาเท่าๆ กัน เช่นในกรณีของแผ่นดินไหว แนวคิดการคืนตัวของวัสดุเป็นเครื่องยืนยันว่าแผ่นดินไหวจะกลับมาในห้วงเวลาใกล้ๆ กันดังนั้นการหารค่าเฉลี่ย จึงเทียบได้กับ คาบอุบัติซ้ำของแผ่นดินไหว

ตัวอย่างการสลับกันเป็นคาบอุบัติซ้ำของวัตถุหรือปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลก

จากรูปด้านล่าง แสดงสถิติการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่กว่า 6.0 บริเวณรอยเลื่อนซาน แอนเดรียส ประเทศสหรัฐอเมริกา ในช่วงปี พ.ศ. 2400-2509 (ค.ศ. 1857-1966) พบว่าการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่กว่า 6.0 มีคาบอุบัติซ้ำประมาณ 22 ปี ((2509-2400)/5) ดังนั้น นักแผ่นดินไหวจึงคาดการณ์ว่าหลังจากแผ่นดินไหวในปี พ.ศ. 2509 (ค.ศ. 1966) จะเกิดแผ่นดินไหวใหญ่ขนาดประมาณใหญ่กว่า 6.0 อีกครั้งในช่วงปี พ.ศ. 2531 (ค.ศ. 1988)

ลำดับการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่กว่า 6.0 ในรอยเลื่อนซานแอนเดรียส (ที่มา : www.usgs.gov)

หรือในกรณีของ การศึกษาแผ่นดินไหวบรรพกาล จากการทดลองสำรวจแผ่นดินไหว สมมุติว่าในการขุดร่องสำรวจแผ่นดินไหวพบหลักฐานการเลื่อนตัวในชั้นตะกอน 2 ครั้งโดยกำหนดอายุได้ว่ามีการเลื่อนตัวเมื่อ 1,000 ปี และ 2,500 ปีที่ผ่านมา นักแผ่นดินไหวก็สามารถประเมินคร่าวๆ ได้ว่า แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ (จนทำให้ดินเลื่อนตัวชัดขนาดนี้) จะมีคาบอุบัติซ้ำหรือเกิดทุกๆ 1,500 ปี (2,500-1,000) ซึ่งครั้งล่าสุดที่เกิดก็ 1,000 ปี มาแล้ว ดังนั้นนัดกันคราวหน้าก็คงอีก 500 ปี นี่คือตัวอย่างการใช้ข้อมูลธรณีวิทยาแผ่นดินไหวที่ขุดเจอกับหลักการของคาบอุบัติซ้ำ

ผลการลอกลายการลำดับชั้นตะกอนจากการศึกษาแผ่นดินไหวบรรพกาลจากรอยเลื่อน (Hayward Fault) แคริฟอเนียร์ สหรัฐอเมริกา จากภาพนอกจากการลำดับชั้นตะกอน ยังแสดงตำแหน่งแสดงผลการหาค่าอายุการสะสมตัวของตะกอนในแต่ละชั้น ซึ่งเมื่อประมวลผลร่วมกับแนวรอยแตกหรือรอยเลื่อนที่พบในร่องสำรวจ นักธรณีวิทยาจะสามารถประเมินค่าอุบัติซ้ำได้

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

Share: