เรียนรู้

ถ้ำและภูมิประเทศแบบคาสต์

ถ้ำ

ถ้ำหินปูน (limestone cave) เกิดจากการกัดกร่อนของน้ำใต้ดิน ในขณะที่หินปูนอยู่ต่ำกว่าระดับน้ำใต้ดิน ซึ่งโดยส่วนใหญ่น้ำใต้ดินจะมีคุณสมบัติเป็นกรดเจือจาง เนื่องจากฝนชะล้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศกลายเป็นกรดคาร์บอนิก หรือ ฝนกรด (acid rain) และซึมผ่านลงใต้ดิน

ฝนกรดนั้นเมื่อทำปฏิกิริยากับหินปูน ซึ่งเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตที่อยู่ใต้ดิน ทำให้หินปูนเกิดการผุพังทางเคมี (chemical weathering) กลายเป็นแคลเซียมไบคาร์บอเนต (Ca(HCO3) 2) เรียกว่า กระบวนการคาร์บอเนชัน (carbonation)

การผุพังของป้ายหลุมศพและหินปูนจากกระบวนการคาร์บอเนชัน

5) กระบวนการคาร์บอเนชัน (carbonation) คือ กระบวนการที่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ทำปฏิกิริยากับน้ำ กลายเป็นกรดคาร์บอนิก หรือ ฝนกรด (acid rain) ซึ่งฝนกรดนั้นเมื่อทำปฏิกิริยากับแคลเซียมคาร์บอเนต หรือหินปูน ทำให้หินปูนผุพังกลายเป็นแคลเซียมไบคาร์บอเนต (Ca(HCO32)

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca (HCO32

แคลเซียมคาร์บอเนต + น้ำ + คาร์บอนไดออกไซด์ → แคลเซียมไบคาร์บอเนต

ซึ่งในธรรมชาติก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ เช่น การปะทุของภูเขาไฟ การหายใจของพืช ตลอดจนการย่อยสลายอินทรียวัตถุโดยแบคทีเรีย นอกจากนี้กิจกรรมหลายอย่างของมนุษย์ก็สร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้เช่นกัน ทั้งจากโรงงานอุตสาหกรรมหรือการทำเหมือง

กระบวนการกัดกร่อนของน้ำใต้ดิน การเกิดถ้ำ และภัยพิบัติหลุมยุบ

CaCO3 + H2O + CO2 Ca (HCO3) 2


แคลเซียมคาร์บอเนต + น้ำ + คาร์บอนไดออกไซด์
แคลเซียมไบคาร์บอเนต

หลังจากนั้นแคลเซียมไบคาร์บอเนต (Ca (HCO3) 2) ที่ได้จากกระบวนการคาร์บอเนชัน สามารถละลายและถูกชะล้างออกได้ด้วยน้ำใต้ดิน ส่งผลให้เกิดโพรงหรือถ้ำอยู่ใต้ดิน และมีการสะสมตัวของหินปูนใหม่กลายเป็น ตะกอนถ้ำ (speleothem) รูปแบบต่างๆ เช่น หินงอก (stalagmite) งอกหรือพอกพูนขึ้นมาจากพื้นถ้ำ และหินย้อย (stalactite) ที่ย้อยตัวลงมาจากเพดานหรือผนังถ้ำเป็นต้น

(ก) ตะกอนถ้ำ (speleothem) รูปแบบต่างๆ (ข) หลุมยุบในรัฐฟลอริดา สหรัฐอเมริกา (Miller M.) (ค) ภูมิประเทศแบบคาสต์ (karst topography)

แปนที่ถ้ำของประเทศไทย พร้อมคุยว่าภาคอีสานมี แต่เป็น shelter

ถ้ำ กับการศึกษาแผ่นดินไหว

ถึงตรงนี้ บางคนอาจจะสงสัยว่า แผ่นดินไหวมันไปเกี่ยวอะไรกับถ้ำ ก่อนอื่นผมขออธิบายคำศัพท์เฉพาะก่อนว่า ตะกอนถ้ำ (speleothem) หมายถึง รูปลักษณ์ภายในถ้ำที่เกิดจากกระบวนการผุพังและสะสมตัวทางเคมีของสารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ซึ่งมีมากในหินปูน หรือหินโดโลไมต์ ปัจจุบันคนในวงการถ้ำ มองและจำแนกตะกอนถ้ำไว้หลายประเภท แต่ที่เราคุ้นหูชินตากันมากที่สุดก็คือ หินงอก (stalagmite) และ หินย้อย (stalactite) นั่นแหละครับ

ปัจจุบันในแวดวงวิชาการเริ่มมี การศึกษาแผ่นดินไหวจากตะกอนถ้ำ (Speleoseismology) โดยอาศัยหลักการสืบค้นความผิดปกติ ในการสะสมตัวของตะกอนถ้ำ อันเป็นผลมาจากแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว จากประสบการณ์ในการสำรวจถ้ำมายาวนาน Becker และคณะ (2006) ได้รวบรวมและสรุปกรณีศึกษาที่ความผิดปกติของตะกอนถ้ำนั้นสื่อถึงการเลื่อนตัวของรอยเลื่อนหรือเหตุการณ์แผ่นดินไหวใหญ่ในอดีต

กรณีสุดท้ายที่ Becker และคณะ (2006) เสนอไว้ คือกรณีที่มีรอยเลื่อนตัดผ่านตัวถ้ำ ซึ่งเมื่อมีการเลื่อนตัวของรอยเลื่อน ตำแหน่งของหินย้อยซึ่งบางส่วนหล่นมากลายเป็นหินงอก เลื่อนออกจากตำแหน่งเดิม ทำให้เกิดการพอกของหินงอกในตำแหน่งใหม่ ซึ่งถ้าเราหาอายุชั้นพอกสุดท้ายของหินงอกเดิมและชั้นพอกในสุดของหินงอกใหม่ เราก็จะรู้เวลาการเลื่อนตัวของรอยเลื่อนนั้นได้

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

นี่แหละครับ บางตัวอย่างไอเดีย ที่นักแผ่นดินไหวพยายามนัก พยายามหนาเพื่อให้ได้มาซึ่งประวัติการเกิดแผ่นดินไหว ทำไม่ต้องพยายามกันขนาดนี้หรือครับ ก็เพราะแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นในอดีตนานๆ ส่วนใหญ่เป็นแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ ในระดับที่สามารถส่งผลกระทบต่อเราได้ ดังนั้นการศึกษาประวัติการเกิด คาบอุบัติซ้ำของแผ่นดินไหวเหล่านี้ จะช่ว่ยให้พวกเราเห็นภาพได้ชัดขึ้นว่า แผ่นดินไหวใหญ่ๆ เคยเกิดขึ้นบ้างไหมในพื้นที่ และจะมาอีกทีเมื่อไหร่

ถ้ำมอง อย่างนักธรณีวิทยาแผ่นดินไหว

ถ้ำ กับการศึกษาภูมิอากาศบรรพกาล

ถ้ำ กับการศึกษาแหล่งโบราณคดี และสภาพแวดล้อมโบราณ สะวันนา (แผนที่ ป้าแต๋น อ ด้อม)

[หลักฐานใหม่สนับสนุนว่า “มนุษย์ยุคน้ำแข็ง” ในแม่ฮ่องสอนเคยอาศัยอยู่ในบริเวณที่เป็นทุ่งหญ้าสลับกับป่าฝนบนเขตภูเขาสูง—อัพเดทการค้นพบ]

หลังจากที่มนุษย์สายพันธุ์ปัจจุบัน (Homo sapiens) เดินทางออกจากทวีปแอฟริกาในสมัยไพลสโตซีนตอนปลาย หรือเมื่อประมาณ 126,000 ถึง 12,000 ปีที่ผ่านมา แผ่นดินเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ถือเป็นหนึ่งในเส้นทางการเดินทางของมนุษย์โบราณไปยังทวีปออสเตรเลีย ซึ่งบริเวณไหล่ทวีปซุนด้า (บริเวณอ่าวไทยในปัจจุบัน) กลายเป็นสะพานแผ่นดินเชื่อมต่อระหว่างแผ่นดินใหญ่เอเชียตะวันออกเฉียงใต้เข้ากับหมู่เกาะต่างๆ ของอินโดนีเซีย และเกาะบอร์เนียว นักโบราณคดีพยายามทำความเข้าใจถึงสภาพแวดล้อมในขณะนั้นที่เอื้ออำนวยต่อการกระจายตัวของมนุษย์ในสมัยไพลสโตซีนหรือยุคน้ำแข็งลงไปยังทางตอนใต้หรือไปยังหมู่เกาะต่างๆ ผ่านการศึกษาซากมนุษย์ สัตว์ และพืช (เรณูวิทยา) และหลักฐานเครื่องมือหินในแหล่งโบราณคดี

จวบจนปัจจุบันมีการค้นพบแหล่งโบราณคดีมากมายในทวีปเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ รวมไปถึงในประเทศไทย แหล่งโบราณคดีเพิงผาถ้ำลอด อำเภอปางมะผ้า จังหวัดแม่ฮ่องสอน ถือเป็นหนึ่งในแหล่งโบราณคดีที่สำคัญและมีการสำรวจและขุดค้นมาตั้งแต่เมื่อประมาณเกือบ 20 ปีมาแล้ว โดยทีมนักโบราณคดีจากมหาวิทยาลัยศิลปากร (นำโดย ศาสตราจารย์ ดร. รัศมี ชูทรงเดช) ผลจากสำรวจขุดค้นทำให้ได้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ยุคน้ำแข็ง กลุ่มสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม การใช้เครื่องมือหิน และสภาพแวดล้อมและภูมิอากาศโบราณเมื่อประมาณ 34,000 ถึง 12,000 ปีที่ผ่านมา

ล่าสุดนี้ทีมนักวิจัยไทย (จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยและมหาวิทยาลัยศิลปากร) และเยอรมนี (มหาวิทยาลัยทือบิงเก้น) ทำการวัดค่าไอโซโทปเสถียรของธาตุคาร์บอนและออกซิเจนของฟันมนุษย์โบราณและฟันสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมต่างๆ ที่ค้นพบจากเพิงผาถ้ำลอด พบว่ามนุษย์โบราณปางมะผ้ามีการตั้งถิ่นฐานในบริเวณชายป่า และหากินทั้งในบริเวณป่าปิดและทุ่งหญ้าเปิดเป็นหลัก ผลจากการวิเคราะห์ไอโซโทปเสถียรคาร์บอนยังบ่งบอกว่าสภาพแวดล้อมในพื้นที่ภูเขาสูงทางภาคเหนือของประเทศไทยเป็นแบบทุ่งหญ้ากว้างสลับกับป่าไม้ (ระบบนิเวศแบบทุ่งหญ้าสะวันนา) แตกต่างจากสภาพแวดล้อมในปัจจุบันที่บริเวณเขตภูเขาสูง อำเภอปางมะผ้า ถูกปกคลุมไปด้วยป่าฝนเขตร้อนหรือป่าดิบชื้นเป็นหลัก

งานวิจัยทั้งหมดก่อนหน้าจากแหล่งโบราณคดีในประเทศศรีลังกาและหมู่เกาะเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ต่างก็ระบุว่ามนุษย์โบราณยุคน้ำแข็งดำรงชีวิตในป่าฝนเขตร้อน และมีการปรับตัวเพื่อหากินของป่าเป็นหลัก การค้นพบนี้จึงถือเป็นหลักฐานแรกของมนุษย์โบราณที่เคยอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมผสมระหว่างป่าฝนกับทุ่งหญ้าในทวีปเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และยังสนับสนุนว่า “ทุ่งหญ้าสะวันนา” หรือสภาพแวดล้อมแบบเปิด เคยปกคลุมพื้นที่ภูเขาสูงในประเทศไทยมาก่อนในยุคน้ำแข็ง ซึ่งมนุษย์โบราณอาจจะใช้เส้นทาง “สะวันนา” นี้เองในการเดินทางไปยังทวีปออสเตรเลีย
…………………………………………………………….
ติดตามงานวิจัยได้ที่: https://www.nature.com/articles/s41598-021-96260-4
เครดิตรูปภาพ: Suraprasit et al. (2021) & https://matichon.co.th (รูปภาพโฉมหน้ามนุษย์โบราณปางมะผ้า)
เอกสารอ้างอิง: Suraprasit, K., Shoocongdej, R., Chintakanon, K. & Bocherens, H. (2021). Late Pleistocene human paleoecology in the highland savanna ecosystem of mainland Southeast Asia. Scientific Reports 11: 16756. https://doi.org/10.1038/s41598-021-96260-4

(ที่มา : เพจ Dom Paleoworld)

ภูมิประเทศแบบคาสต์

ภูมิประเทศแบบคาสต์ (karst topography) คือ ลักษณะภูมิประเทศที่เกิดจากการกัดกร่อนหินปูนของน้ำใต้ดิน หลังจากนั้นเมื่อระดับน้ำใต้ดินลดลด เกิดการถล่มและยุบตัวของพื้นที่ ซึ่งเมื่อมีการยุบตัวมากขึ้น พื้นที่ที่แสดงระดับพื้นผิวเดิมลดลง พื้นที่ดังกล่าวจึงกลายเป็น ลักษณะสูง-ต่ำ ตะปุ่มตะป่ำ คล้ายกับภูมิประเทศแบบเตาขนมครกคว่ำ เรียกว่า ภูมิประเทศแบบคาสต์(karst topography)

เอารูปหลุมยุบ และ แม่น้ำหัวตัดมาใส

ภาพมุมสูงแสดงหลักฐานการเกิดหลุมยุบในรัฐฟรอริดาร์ สหรัฐอเมริกา

เพิ่มเติม : ภัยพิบัติการทรุดตัวของพื้นดิน

ลักษณะภูมิประเทศแบบคาสต์ เขื่อนรัชชประภาหรือเขื่อนเชี่ยวหลาน (ที่มา : ณัชชา พรหมจอม)

แผนที่หินปูนของประเทศไทยเพื่อบอกว่าพื้นที่ตรงไหนบ้างมีโอกาสเป็นภูมิประเทศแบบคาสต์แผนที่หินปูนของประเทศไทยเพื่อบอกว่าพื้นที่ตรงไหนบ้างมีโอกาสเป็นภูมิประเทศแบบคาสต์

เขาตะปู ไม่ใช่ sea stack

รูปเขาตะปู + แผนที่ แสดงให้เห็นว่าไม่น่าจะมีกระแสคืนเข้ามาให้ทำให้เกิด tombolo ถ้าเป็น stack ต่อไปต้องได้ tombolo ถ้าไม่งั้น รัชประภา รูปด้านบน ก็ต้องเป็น tombolo ดิ

การสะท้อนของคลื่นตามแนวชายหาดไม่ราบเรียบ และวิวัฒนาการการกัดเซาะบริเวณหัวหาด
ตัวอย่างแบบภูมิลักษณ์ต่างๆ ที่เกิดจากการกัดเซาะชาย ฝั่งบริเวณชายฝั่งคงตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณหัวหาด

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

Share: