เรียนรู้

ถ้ำ และ ภูมิประเทศแบบคาสต์

การเกิดถ้ำ

ถ้ำหินปูน (limestone cave) เกิดจากการกัดกร่อนของ น้ำใต้ดิน (groundwater) ในขณะที่หินปูนอยู่ต่ำกว่าระดับน้ำใต้ดิน ซึ่งโดยส่วนใหญ่น้ำใต้ดินจะมีคุณสมบัติเป็นกรดเจือจาง เนื่องจากฝนชะล้าง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศกลายเป็นกรดคาร์บอนิก หรือ ฝนกรด (acid rain) และซึมผ่านลงใต้ดิน ซึ่งในธรรมชาติก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ เช่น การปะทุของภูเขาไฟ การหายใจของพืช ตลอดจนการย่อยสลายอินทรียวัตถุโดยแบคทีเรีย นอกจากนี้กิจกรรมหลายอย่างของมนุษย์ก็สร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้เช่นกัน ทั้งจากโรงงานอุตสาหกรรมหรือการทำเหมือง

ฝนกรด (acid rain) เมื่อทำปฏิกิริยากับหินปูน ซึ่งเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ที่อยู่ใต้ดิน ทำให้หินปูนเกิดการผุพังทางเคมี (chemical weathering) กลายเป็นแคลเซียมไบคาร์บอเนต (Ca(HCO3) 2) เรียกว่า กระบวนการคาร์บอเนชัน (carbonation)

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca (HCO3) 2

แคลเซียมคาร์บอเนต + น้ำ + คาร์บอนไดออกไซด์ → แคลเซียมไบคาร์บอเนต

เพิ่มเติม : หินก้อนใหญ่ ผุพังได้ยังไง ไปดูกัน

การผุพังของป้ายหลุมศพและหินปูนจากกระบวนการคาร์บอเนชัน
กระบวนการกัดกร่อนของน้ำใต้ดิน การเกิดถ้ำ และภัยพิบัติหลุมยุบ

หลังจากนั้นแคลเซียมไบคาร์บอเนต ที่ได้จากกระบวนการคาร์บอเนชัน สามารถละลายและถูกชะล้างออกได้ด้วยน้ำใต้ดิน ส่งผลให้เกิดโพรงหรือถ้ำอยู่ใต้ดิน และมีการสะสมตัวของหินปูนใหม่กลายเป็น ตะกอนถ้ำ (speleothem)

ตะกอนถ้ำ (speleothem) หมายถึง รูปลักษณ์ภายในถ้ำที่เกิดจากกระบวนการผุพังและสะสมตัวทางเคมีของสารละลาย แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ซึ่งมีมากในหินปูน หรือ หินโดโลไมต์ ปัจจุบันคนในวงการถ้ำ มองและจำแนกตะกอนถ้ำไว้หลายประเภท แต่ที่เราคุ้นหูชินตากันมากที่สุดก็คือ หินงอก (stalagmite) ซึ่งงอกหรือพอกพูนขึ้นมาจากพื้นถ้ำ และ หินย้อย (stalactite) ที่ย้อยตัวลงมาจากเพดานหรือผนังถ้ำ เป็นต้น

ตะกอนถ้ำ (speleothem) รูปแบบต่างๆ

ถ้ำ (cave) vs เพิงผา (rock shelter)

รูปวัดในอีสาน แผนที่ถ่ำในประเทศไทย บอกอีสานไม่มีปูน แต่ทำไมมีวัดถ่ำ …. เพิงผา ชง่อนหิน แผนที่หินปูนของประเทศไทยเพื่อบอกว่าพื้นที่ตรงไหนบ้างมีโอกาสเป็นภูมิประเทศแบบคาสต์แผนที่หินปูนของประเทศไทยเพื่อบอกว่าพื้นที่ตรงไหนบ้างมีโอกาสเป็นภูมิประเทศแบบคาสต์

ถ้ำ กับการศึกษาแผ่นดินไหว

ปัจจุบันในแวดวงวิชาการมี การศึกษาแผ่นดินไหวจากตะกอนถ้ำ (Speleoseismology) โดยอาศัยหลักการสืบค้นความผิดปกติ ในการสะสมตัวของตะกอนถ้ำ อันเป็นผลมาจากแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว จากประสบการณ์ในการสำรวจถ้ำมายาวนาน Becker และคณะ (2006) ได้รวบรวมและสรุปกรณีศึกษาที่ความผิดปกติของตะกอนถ้ำนั้นสื่อถึงการเลื่อนตัวของรอยเลื่อนหรือเหตุการณ์แผ่นดินไหวใหญ่ในอดีต เช่น ในกรณีที่มีรอยเลื่อนตัดผ่านตัวถ้ำ ซึ่งเมื่อมีการเลื่อนตัวของรอยเลื่อน ตำแหน่งของหินย้อยซึ่งบางส่วนหล่นมากลายเป็นหินงอก เลื่อนออกจากตำแหน่งเดิม ทำให้เกิดการพอกของหินงอกในตำแหน่งใหม่ ซึ่งถ้าเราสามารถหาอายุชั้นพอกสุดท้ายของหินงอกเดิมและชั้นพอกในสุดของหินงอกใหม่ เราก็จะรู้เวลาการเลื่อนตัวของรอยเลื่อนนั้นได้

เพิ่มเติม : ถ้ำมอง อย่างนักธรณีวิทยาแผ่นดินไหว

การเปลี่ยนที่หินงอกจากการเลื่อนของเพดานและพื้นถ้ำ (ปรับปรุงจาก Becker และคณะ, 2006)
การสะสมตัวของตะกอนถ้ำแบบหินย้อย 1 ตัว สร้างหินงอก 2 ตัว ตามไอเดีย 5

ถ้ำมอง อย่างนักธรณีวิทยาแผ่นดินไหว

ถ้ำ กับการศึกษาแหล่งโบราณคดี

จากการสำรวจและขุดค้นทางโบราณคดีบริเวณ เพิงผาถ้ำลอด อำเภอปางมะผ้า จังหวัดแม่ฮ่องสอน ทีมนักโบราณคดีจากมหาวิทยาลัยศิลปากร พบหลักฐานการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ยุคน้ำแข็งว่าเคยอาศัยอยู่ภายในถ้ำเมื่อประมาณ 34,000 – 12,000 ปีก่อน (สมัยไพลสโตซีนตอนปลาย) และพบหลักฐานกิจกรรมการดำรงชีวิต การผลิตและใช้เครื่องมือหิน และการล่าสัตว์มากินเป็นอาหาร โดยภายในถ้ำพบเศษชิ้นส่วนและกระดูกของสัตว์หลากหลายชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่ง กลุ่มของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม

ซึ่งจากการวิเคราะห์ตัวอย่างฟันของมนุษย์ถ้ำและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อยู่ในถ้ำด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ทีมวิจัยจากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยและนักวิจัยจากประเทศเยอรมันนีสรุปว่า ถ้ำลอด ณ วันนั้น เป็นบริเวณริมหรือชายป่า และชาวถ้ำลอด ทำมาหากินทั้งในบริเวณป่าปิดและทุ่งหญ้าเปิดเป็นหลัก โดยพื้นที่ภูเขาสูงทางภาคเหนือของไทยมีสภาพแวดล้อมเป็นแบบ”ทุ่งหญ้าสะวันนา” สลับกับป่าฝนบนเขตภูเขาสูง ไม่ใช่ป่าทึบบนภูเขาสูงอย่างที่เป็นในปัจจุบัน

แผนที่ภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ แสดงเส้นทางการอพยพของมนุษย์โบราณ และตำแหน่ง เพิงผาถ้ำลอด อำเภอปางมะผ้า จังหวัดแม่ฮ่องสอน (รูปมุมขวาบน) (ที่มา : Suraprasit และคณะ (2021))

ภูมิประเทศแบบคาสต์

ภูมิประเทศแบบคาสต์ (karst topography) คือ ลักษณะภูมิประเทศที่เกิดจากการกัดกร่อนหินปูนของน้ำใต้ดิน หลังจากนั้นเมื่อระดับน้ำใต้ดินลดลด เกิดการถล่มและยุบตัวของพื้นที่ กลายเป็น หลุมยุบ (sinkhole) ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของภัยพิบัติทางธรณีวิทยา และเมื่อมีการยุบตัวมากขึ้น พื้นที่ที่แสดงระดับพื้นผิวเดิมลดลง พื้นที่ดังกล่าวจึงกลายเป็น ลักษณะสูง-ต่ำ ตะปุ่มตะป่ำ คล้ายกับภูมิประเทศแบบเตาขนมครกคว่ำ เรียกว่า ภูมิประเทศแบบคาสต์ (karst topography)

เพิ่มเติม : ภัยพิบัติการทรุดตัวของพื้นดิน

ภัยพิบัติลุมยุบ (sinkhole) ในรัฐฟรอริดาร์ สหรัฐอเมริกา
ภาพมุมสูงแสดงหลักฐานการเกิดหลุมยุบในรัฐฟรอริดาร์ สหรัฐอเมริกา

ดังนั้นหากเราเห็นภูมิประเทศแบบคาสต์ที่เป็นเขาสูงโด่งชลูด การแปลความในทางธรณีวิทยาคือ ระดับพื้นผิวโลกเดิมหรือความหนาของชั้นหินปูนเดิม จะอยู่บนยอดเขา โดยกระบวนการทางธรณีแปรสัณฐาน (tectonic) ยกตัวพื้นที่แถบนั้นให้สูงขึ้น ประกอบกับหินปูนซึ่งมีโพรงหรือถ้ำที่เคยอยู่ใต้ดินเกิดการทรุดตัวลงมาอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดภูมิประเทศแบบคาสต์อย่างที่เห็น

ภูมิประเทศแบบคาสต์ (karst topography)
ลักษณะภูมิประเทศแบบคาสต์ เขื่อนรัชชประภาหรือเขื่อนเชี่ยวหลาน (ที่มา : ณัชชา พรหมจอม)

เขาตะปู คือ โขดทะเล (sea stack) จริงหรือ ???

อันดับแรก จริงๆ คนพื้นที่เรียก เขาตาปู เพราะเหมือนตาของปูที่ชี้ขึ้นมา ไม่ใช่ ตะปู ตอกไม้ ซึ่งในตำราธรณีวิทยาและภูมิศาสตร์หลายๆ เล่ม นิยามว่า เขาตาปู แสดง ภูมิลักษณ์ของฝั่ง (coastal landform) ที่เรียกว่า โขดทะเล (sea stack) ซึ่งก็ไม่ได้เป็นเดือดเป็ร้อนแทนราชบัณฑิตหรือครูภาษาไทย แต่การนิยามภูมิลักษณ์ให้ถูกต้อง จะช่วยสื่อถึงที่มาหรือกระบวนการเกิดขึ้นของภูมิลักษณ์นั้นๆ และหากนิยามไม่ถูกต้องก็จะทำให้การแปลความทางธรณีวิทยาผิดแผกไป

เขาตาปู สถานที่ท่องเที่ยวชื่อดังของจังหวัดพังงา

ในทาง ธรณีวิทยาชายฝั่ง (coastal geology) คำว่า โขดทะเล (sea stack) คือ ภูมิลักษณ์ที่เกิดจากการกัดกร่อนโดยกระแสคลื่นน้ำริมทะเล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกัดกร่อนบริเวณ หัวหาด (head land) ด้วยความที่เป็นหัวหาดจะได้รับผลกระทบจากคลื่นมากที่สุด คลื่นน้ำจะกัดเซาะโดยพุ่งเข้าด้านข้างแบบอ้อมๆ ทั้งสองข้างของหัวหาด การกัดกร่อนจึงเริ่มขึ้น โดยเริ่มจากน้ำค่อยๆ เจาะแหลมกลายเป็น ถ้ำทะเล (sea cave) ทั้งสองฝั่งของแหลม จากนั้นเมื่อถ้ำเจาะทะลุถึงกันจึงกลายเป็น ซุ้มหินโค้ง (sea arch) และเมื่อหินใต้รูไม่เสถียร เกิดการถล่มลงมาจึง พัฒนากลายเป็น โขดทะเล (sea stack) ตามลำดับ

เพิ่มเติม : หินกัดกร่อนที่ฝั่ง ตะกอนสะสมตัวที่หาด

การสะท้อนของคลื่นตามแนวชายหาดไม่ราบเรียบ และวิวัฒนาการการกัดเซาะบริเวณหัวหาด

และเมื่อเวลาผ่านไป กระแสน้ำทะเลก็ยังกระทำกับหัวหาดแบบเดิมๆ โดยพุ่งเข้าข้างๆ ตรงช่องว่างระหว่างโขดทะเลและแผ่นดินใหญ่ ส่งผลให้มีการพัดพามวลเม็ดทรายเข้ามาปั้นเป็นแนวสันทราย เชื่อมต่อจากโขดเลกับแผ่นดินใหญ่ ที่ชาวบ้านเรียกว่า สันหลังมังกร หรือในทางวิชาการเรียกว่า หาดเชื่อมเกาะ (tombolo)

ตัวอย่างแบบภูมิลักษณ์ต่างๆ ที่เกิดจากการกัดเซาะชาย ฝั่งบริเวณชายฝั่งคงตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณหัวหาด

ย้อนกลับมาที่ เขาตาปู ลองพินิจพิเคราะห์กันเล่นๆ ตกลง…

  • เขาตะปู เป็นหัวหาด ?
  • เขาตะปู เคยเป็น ถ้ำทะเล (sea cave) และ ซุ้มหินโค้ง (sea arch) ก่อนที่จะมาเป็น โขดทะเล (sea stack) อย่างทุกวันนี้ ?
  • เขาตะปู มีเค้าว่ากำลังปั้นทรายขึ้นเป็น สันหลังมังกร หรือ หาดเชื่อมเกาะ (tombolo) ?
  • ถ้าให้ เขาตาปู เป็น โขดทะเล แล้วแท่งเขาหินปูน กลางเขื่อนรัชประภา (เหมือนเขาตาปู) ที่เราชอบไปจอดเรือถ่ายรูปกัน เราควรต้องเรียกตรงนั้นว่า โขดทะเล ด้วยไหม ?

หรือ เขาตาปู + แท่งเขาหินปูนกลางเขื่อนรัชประภา ฯลฯ เป็นแค่ ภูมิประเทศแบบคาสต์ (karst topography) ที่จมน้ำ

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

Share: