เรียนรู้

ถ้ำ และ ภูมิประเทศแบบคาสต์

การเกิดถ้ำ

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

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

การผุพังของหินจากกระบวนการคาร์บอเนชัน ของป้ายหลุมศพที่ทำมาจากหินปูน
กระบวนการกัดกร่อนของน้ำใต้ดิน และการเกิดถ้ำ

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

ตะกอนถ้ำ (speleothem) รูปแบบต่างๆ

ถ้ำ กับการศึกษาแผ่นดินไหว

ปัจจุบันในแวดวงวิชาการมี การศึกษาแผ่นดินไหวจากตะกอนถ้ำ (Speleoseismology) โดยอาศัยหลักการสืบค้นความผิดปกติ ในการสะสมตัวของตะกอนถ้ำ อันเป็นผลมาจากแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ซึ่งจากประสบการณ์ในการสำรวจถ้ำมายาวนาน Becker และคณะ (2006) ได้รวบรวมและสรุปกรณีศึกษาที่ความผิดปกติของตะกอนถ้ำนั้นสื่อถึงการเลื่อนตัวของรอยเลื่อน หรือเหตุการณ์แผ่นดินไหวใหญ่ในอดีต เช่น ในกรณีที่มีรอยเลื่อนตัดผ่านตัวถ้ำ ซึ่งเมื่อมีการเลื่อนตัวของรอยเลื่อน ตำแหน่งของหินย้อยซึ่งบางส่วนหล่นมากลายเป็นหินงอก เลื่อนออกจากตำแหน่งเดิม ทำให้เกิดการพอกของหินงอกในตำแหน่งใหม่ ซึ่งถ้าเราสามารถหาอายุชั้นพอกสุดท้ายของหินงอกเดิมและชั้นพอกในสุดของหินงอกใหม่ เราก็จะรู้เวลาการเลื่อนตัวของรอยเลื่อนนั้นได้

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

เพิ่มเติม : ถ้ำมอง อย่างนักธรณีวิทยาแผ่นดินไหว

ถ้ำ กับการศึกษาแหล่งโบราณคดี

จากการสำรวจและขุดค้นทางโบราณคดีบริเวณ เพิงผาถ้ำลอด อำเภอปางมะผ้า จังหวัดแม่ฮ่องสอน ทีมนักโบราณคดีจากมหาวิทยาลัยศิลปากร ได้พบหลักฐานสำคัญที่แสดงถึงการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ในช่วง 34,000 – 12,000 ปีก่อน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ตรงกับ ยุคน้ำแข็ง (ice age) ในทางธรณีวิทยา (สมัยไพลสโตซีนตอนปลาย)

โดยจากหลุมขุดค้นในถ้ำลอด นักวิจัยพบหลักฐานของเครื่องมือเครื่องใช้ที่ทำมาจากหิน พบเศษกระดูกของสัตว์หลากหลายชนิด ที่ทีมนักวิจัยในขณะนั้นแปลความว่า น่าจะเป็นอาหารที่คนโบราณในถ้ำลอด ออกไปล่าและนำมากินภายในถ้ำ ซึ่งจากการวิเคราะห์ในรายละเอียด พบว่าเศษชิ้นส่วนกระดูกส่วนใหญ่เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ต่อมา Suraprasit และคณะ (2021) ได้คัดเลือกตัวอย่างชิ้นส่วนฟันของมนุษย์ถ้ำ และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ที่พบในถ้ำ เพื่อนำไปวิเคราะห์และประเมินสภาพแวดล้อมในอดีต ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ผลการศึกษาบ่งชี้ว่า ถ้ำลอด ณ วันนั้น เป็นพื้นที่ริมหรือรอยต่อระหว่างป่าทึบและทุ่งหญ้าเปิดโล่ง และชาวถ้ำลอดก็ทำมาหากินทั้งในบริเวณป่าทึบและทุ่งหญ้าดังกล่าว รวมทั้งยังอนุมานจากผลวิจัยว่า ในอดีตเมื่อ 34,000 – 12,000 ปีก่อน ภาคเหนือของไทย มีสภาพภูมิประเทศแบบ ป่าฝนบนเขตเขาสูง สลับกับ ทุ่งหญ้าสะวันนา ซึ่งแตกต่างกับสภาพแวดล้อมที่เราเห็นในปัจจุบัน

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 ณ เขื่อนรัชชประภา หรือ เขื่อนเชี่ยวหลาน จังหวัดสุราษฏร์ธานี ซึ่งปัจจุบันหลังจากสร้างเขื่อนทำให้บางส่วนจมอยู่ใต้น้ำ (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 ได้ตรงไปตรงมา และหากนิยามไม่ถูกต้องก็จะทำให้การแปลความทางธรณีวิทยาผิดแผกไป

เขาตาปู สถานที่ท่องเที่ยวชื่อดังของจังหวัดพังงา

ในทาง ธรณีวิทยาชายฝั่ง (coastal geology) คำว่า โขดทะเล (sea stack) คือ ภูมิลักษณ์ที่เกิดจากการกัดกร่อนโดยกระแสคลื่นน้ำริมทะเล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกัดกร่อนบริเวณ หัวหาด (head land) ด้วยความที่หัวหาดมักมีลักษณะเป็นแหลมยื่นเข้าไปในทะเล ดังนั้นหัวหาดจึงได้รับผลกระทบจากคลื่นทะเลมากที่สุด 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 จะเป็นแค่ ภูมิประเทศแบบคาสต์ (karst topography) ที่จมน้ำ 🙂

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

Share: