การเกิด สึนามิ (tsunami)

Written by puangroi on . Posted in ธรณีวิทยา, ลับสมอง




หน้าที่ 1 - สึนามิ คืออะไร
สึนามิ เป็นภาษาญี่ปุ่นแปลว่า Harbour Wave คำแรก สึ แปลว่า harbour คำที่สอง นามิ แปลว่า คลื่น ปัจจุบันใช้เป็นคำเรียก กลุ่มคลื่นที่มีความยาวคลื่นมากๆขนาดหลายร้อยไมล์ นับจากยอดคลื่นที่ไล่ตามกันไป เกิดขึ้นจากการที่น้ำทะเลในปริมาตรเป็นจำนวนมากมายมหาศาล ถูกผลักดันให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่ง ด้วยเหตุมาจากการเคลื่อนไหวของเปลือกโลกส่วนที่อยู่ใต้ทะเลลึก บางครั้งก็เรียกว่า seismic wave เพราะส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนไหวดังกล่าว เรามักจะสับสนกับคำว่า สึนามิ กับ tidal wave ซึ่งเกิดจากน้ำขึ้นน้ำลง แต่ สึนามิ ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องอะไรกับการขึ้นลงของน้ำเลย

สึนามิ ส่วนใหญ่ เกิดจากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกใต้ทะเลอย่างฉับพลัน อาจจะเป็นการเกิดแผ่นดินถล่มยุบตัวลง หรือเปลือกโลกถูกดันขึ้นหรือยุบตัวลง ทำให้มีน้ำทะเลปริมาตรมหาศาลถูกดันขึ้นหรือทรุดตัวลงอย่างฉับพลัน พลังงานจำนวนมหาศาลก็ถ่ายเทไปให้เกิดการเคลื่อนตัวของน้ำทะเลเป็น คลื่นสึนามิ ที่เหนือทะเลลึก จะดูไม่ต่างไปจากคลื่นทั่วๆไปเลย จึงไม่สามารถสังเกตได้ด้วยวิธีปกติ แม้แต่คนบนเรือเหนือทะเลลึกที่ คลื่นสึนามิ เคลื่อนผ่านใต้ท้องเรือไป ก็จะไม่รู้สึกอะไร เพราะเหนือทะเลลึก คลื่นนี้ สูงจากระดับน้ำทะเลปกติเพียงไม่กี่ฟุตเท่านั้น จึงไม่สามารถแม้แต่จะบอกได้ด้วยภาพถ่ายจากเครื่องบิน หรือยานอวกาศ

นอกจากนี้แล้ว สึนามิ ยังเกิดได้จากการเกิดแผ่นดินถล่มใต้ทะเล หรือใกล้ฝั่งที่ทำให้มวลของดินและหิน ไปเคลื่อนย้ายแทนที่มวลน้ำทะเล หรือภูเขาไฟระเบิดใกล้ทะเล ส่งผลให้เกิดการโยนสาดดินหินลงน้ำ จนเกิดเป็นคลื่น สึนามิ ได้ ดังเช่น การระเบิดของภูเขาไฟ คระคะตัว ในปี ค.ศ. ๑๘๘๓ ซึ่งส่งคลื่น สึนามิ ออกไปทำลายล้างชีวิตและทรัพย์สินของผู้คนในเอเชีย มีจำนวนผู้ตายถึงประมาณ ๓๖,๐๐๐ ชีวิต

นอกเหนือไปจากนั้น ในกรณีที่มีความเป็นไปได้ไม่สูงมากนัก คือการที่เกิดอุกกาบาตตกใส่โลก ดังเช่นที่เกิดขึ้นเมื่อ ๖๕ ล้านปีมาแล้ว ทำลายล้างชีวิตบนโลกเป็นส่วนใหญ่ สรุปแล้วก็คือ สึนามิ จะเกิดขึ้นเมื่อ น้ำทะเลในปริมาตรมหาศาล ถูกผลักดันให้เคลื่อนออกจากตำแหน่งเดิมในแนวดิ่ง อย่างฉับพลันกระทันหันชั่วพริบตา ด้วยพลังงานมหาศาล น้ำทะเลก็จะกระจายตัวออกเป็นคลื่น สึนามิ ที่เมื่อไปถึงฝั่งใด ความพินาศสูญเสียก็จะตามมาอย่างตั้งตัวไม่ติด

ภาพโดย ศจ. Stephen A. Nelson
ลักษณะทางกายภาพของคลื่นสึนามิ

l ความยาวคลื่น คือระยะห่างจากยอดคลื่นหนึ่งไปยังยอดคลื่นถัดไป
P คือคาบเวลาระหว่างยอดคลื่นหนึ่งเดินทางมาถึงที่ที่ยอดคลื่นก่อนหน้าเพิ่งผ่านไป
Amplitude ของคลื่น คือความสูงของยอดคลื่นนับจากระดับน้ำทะเล
ความเร็วของคลื่น (velocity - V) คลื่นทะเลทั่วๆไปมีความเร็วประมาณ ๙๐ กม./ชั่วโมง แต่ คลื่น สึนามิ อาจจะมีความเร็วได้ถึง ๙๕๐ กม./ชั่วโมง ซึ่งก็พอๆกับความเร็วของเครื่องบินพาณิชย์ทีเดียว โดยจะขึ้นอยู่กับความลึกที่เกิดแผ่นดินถล่มใต้ทะเล ถ้าแผ่นดินไหวยิ่งเกิดที่ก้นทะเลลึกเท่าไหร่ ความเร็วของ สึนามิ ก็จะสูงขึ้นมากเท่านั้น เพราะปริมาตรน้ำที่ถูกเคลื่อนออกจากที่เดิม จะมีมากขึ้นไปตามความลึก คลื่น สึนามิ จึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านท้องทะเลอันกว้างใหญ่ได้ภายในเวลาไม่นาน


ภาพโดย ศจ. Stephen A. Nelson
คลื่น สึนามิ ต่างจากคลื่นทะเลทั่วๆไป คลื่นทะเลทั่วไปเกิดจากลมพัดผลักดันน้ำส่วนที่อยู่ติดผิว จะมีคาบการเดินทางเพียง ๒๐-๓๐ วินาทีจากยอดคลื่นหนึ่งไปยังอีกยอดหนึ่ง และระยะห่างระหว่างยอดคลื่น หรือความยาวคลื่น มีเพียง ๑๐๐-๒๐๐ เมตร

แต่คลื่น สึนามิ มีคาบตั้งแต่ สิบนาทีไปจนถึงสองชั่วโมง และ ความยาวคลื่นมากกว่า ๕๐๐ กิโลเมตรขึ้นไป คลื่น สึนามิ ถูกจัดว่า เป็นคลื่นน้ำตื้น คลื่นที่ถูกจัดว่าเป็น คลื่นน้ำตื้น คือ คลื่นที่ ค่าอัตราส่วนระหว่าง ความลึกของน้ำ และ ความยาวคลื่น ต่ำมาก

อัตราการสูญเสียพลังงานของคลื่น จะผกผันกับความยาวคลื่น(ระยะห่างระหว่างยอดคลื่น)ยกกำลังสอง เนื่องจาก สึนามี มีความยาวคลื่นมากๆ ยิ่งยกกำลังสองเข้าไปอีก จึงสูญเสียพลังงานไปน้อยมากๆในขณะที่มันเคลื่อนตัวผ่านผืนสมุทร

และเนื่องจาก สึนามิ เป็น คลื่นน้ำตื้น จะมีความเร็วเท่ากับ V = g * d

g คืออัตราเร่งของแรงโน้มถ่วงโลก ซึ่งมีค่า 9.8 เมตร/วินาที2 และ d คือความลึกของพื้นทะเล

สมมติว่า แผ่นดินไหวเกิดที่ท้องทะเลลึก ๖,๑๐๐ เมตร สึนามิจะเดินทางด้วยความเร็วประมาณ ๘๘๐ กม./ชม. จะสามารถเดินทางข้ามฝั่งมหาสมุทรแปซิฟิคด้วยเวลาน้อยกว่า ๒๔ ชั่วโมงเสียอีก

ภาพโดย BBC
เมื่อ สึนามิ เดินทางมาถึงชายฝั่ง ก้นทะเลที่ตื้นขึ้นก็จะทำให้ความเร็วของคลื่นลดลง เพราะความเร็วของคลื่นสัมพันธ์กับค่าความลึกโดยตรง แต่คาบยังคงที่ พลังงานรวมที่มีค่าคงที่ ก็ถูกถ่ายเทไปดันตัวให้คลื่นสูงขึ้น

จาก ค่าความเร็ว V = l/P

ค่า V ลดลง, P คงที่ ค่า l ก็ต้องลดลง ผลก็คือ น้ำทะเลถูกอัดเข้ามาทำให้คลื่นสูงขึ้น ขึ้นอยู่กับสภาพชายฝั่งว่าเป็นอ่าวแคบหรือกว้าง ในชายฝั่งที่แคบ คลื่นสึนามิ จะมีความสูงได้หลายๆเมตรทีเดียว

ถ้ายอดคลื่นเข้าถึงฝั่งก่อน ก็จะเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า dragdown คือดูเหมือนระดับน้ำจะลดลงอย่างกระทันหัน ขอบน้ำทะเลจะหดตัวออกจากฝั่งไปเป็นร้อยๆเมตรอย่างฉับพลัน และในทันที่ที่ยอดคลื่นต่อมาไล่มาถึง ก็จะเป็นกำแพงคลื่นสูงมาก ขึ้นอยู่กับโครงร่างของชายหาด จะมีความสูงของคลื่นต่างกัน ดังนั้น คลื่นสึนามิ จากแหล่งเดียวกัน จะเกิดผลที่ต่างกันกับชายหาดที่ไม่เหมือนกันได้ น้ำที่ท่วมเข้าฝั่งกระทันหัน อาจไปไกลได้ถึง ๓๐๐ เมตร แต่คลื่น สึนามิ สามารถเดินทางขึ้นไปตามปากแม่น้ำหรือลำคลองที่ไหลลงทะเลตรงนั้นได้ด้วย หากรู้ตัวว่าจะมีคลื่นสึนามิ ผู้คนเพียงแต่อพยพออกไปจากฝั่งเพียงแค่เดิน ๑๕ นาที และให้อยู่ห่างจากแหล่งน้ำที่ไหลลงทะเลเข้าไว้ ก็จะปลอดภัยแล้ว

การเคลื่อนที่ของเปลือกโลกที่เรียกว่า Subduction (ภาพโดย USGS)
การเกิดแผ่นดินถล่มใต้ท้องทะเลลึก มักจะมาจากการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นที่ดันเข้าหากัน แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนเมื่อถึงจุดที่แรงปะทะจากแผ่นเปลือกโลกมีเหนือค่าแรงเสียดทานแล้ว ก็จะเกิดการเคลื่อนตัวอย่างฉับพลัน การเคลื่อนตัวที่แผ่นหนึ่งมุดเข้าใต้อีกแผ่น เรียกว่า Subduction ทำให้เปลือกโลกตรงรอยต่อ ถูกหนุนสูงขึ้นหรือทรุดฮวบยวบตัวลง น้ำทะเลเหนือส่วนนั้นก็ถูกดันหรือดูดเข้ามาแทนที่อย่างฉับพลัน การเคลื่อนตัวของน้ำในปริมาตรหลายๆล้านตัน ทำให้เกิดคลื่นสะท้อนออกไปทุกทิศ เป็นแหล่งกำเนิดของ คลื่นสึนามิ นั่นเอง


หน้าที่ 2 - The Ring of Fire
ภาพโดย กรมธรณีวิทยาสหรัฐ U.S. Geological Surveys
พื้นโลกที่เราอาศัยอยู่นี้ ไม่ได้ต่อกันสนิทเหมือนเปลือกลูกกอล์ฟ แต่เป็นแผ่นๆใหญ่น้อยต่อๆกัน ตรงรอยต่อของแผ่นต่างๆเหล่านี้ ก็มีการเคลื่อนตัวที่แตกต่างกันไปแบ่งได้คร่าวๆดังนี้

Divergent Boundaries คือแนวขอบที่แผ่นเปลือกโลกสองแผ่น เคลื่อนตัวห่างจากกัน

Convergent Boundaries คือแนวขอบที่แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนเข้าหากัน เกิดการชนกันและทำลายซึ่งกันและกัน

Transform Boundaries คือแนวขอบส่วนที่แผ่นเปลือกโลกสองแผ่นเสียดสีผ่านกันด้านข้าง

Plate Boundary Zones คือคำจำกัดความกว้างๆให้กับแนวขอบเปลือกโลกสองแผ่นที่ให้คำจำกัดความได้ไม่ชัด เพราะการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกส่วนนั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจดี

จะเห็นได้ว่า แนวใต้หมู่เกาะประเทศอินโดนีเซีย มีลักษณะการเคลื่อนที่สองแผ่นชนเข้าหากันในลักษณะที่เรียกว่า Subduction ดังที่อธิบายไว้ในหน้าแรก
ภาพโดย USGS
ตามรอบมหาสมุทรแปซิฟิคมาจนถึงแถวหมู่เกาะสุมาตรานั้น มีการเกิดแผ่นดินไหว และ ภูเขาไฟระเบิดอยู่ตลอดมาในประวัติศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์จึงเรียกว่า วงแหวนไฟ หรือ Ring of Fire มาตั้งแต่ก่อนที่จะมีความเข้าใจเรื่องการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเสียอีก แม้เราจะเรียนรู้เรื่องการเคลื่อนไหวของแผ่นเปลือกโลกแล้ว นักธรณีวิทยาก็ยังเรียกภูมิภาคส่วนนี้ว่า Ring Of Fire เช่นเดิม เพราะเป็นชื่อที่เหมาะสมมาก


หน้าที่ 3 - สาเหตุการเกิด คลื่น สึนามิ ในประเทศอินโดนีเซีย เมื่อวันที่ ๒๖ ธันวาคม ๒๕๔๗
ข้อมูลจากกรมธรณีวิทยา สหรัฐ USGS
แผ่นดินไหวอย่างรุนแรงในวันที่ ๒๖ ธค. ที่ผ่านมานั้น เกิดจากการที่เปลือกโลกสองแผ่น คือแผ่นอินเดียและแผ่นพม่าเคลื่อนตัวเข้าหากัน โดยแผ่นอินเดีย ถูกผลักดันให้เบียดผ่านแผ่นพม่า เมื่อแรงกดดันมีสูงเหนือแรงเสียดทานที่แผ่นดินสองแผ่นครูดเข้าใส่กัน ก็สปริงตัวเคลื่อนไหวอย่างฉับพลัน เพื่อผ่อนคลายแรงเครียดที่สองแผ่นอั้นมานาน

แผ่นอินเดียมุดลงตรงแนวที่เรียกว่า Sunda trench ซึ่งอยู่ทางตะวันตกของจุดศูนย์กลางที่เกิดแผ่นดินไหว Sunda Trench คือแนวร่องที่เปลือกโลกสามแผ่นมาชนกัน คือ แผ่นอินเดียกับแผ่นออสเตรเลีย และแผ่นพม่า เกิดเป็นร่องเป็นแนวยาวที่ภาษาทางธรณีวิทยาเรียกว่า trench

บริเวณที่เกิดแผ่นดินไหวนั้น แผ่นอินเดียเคลื่อนตัวด้วยความเร็ว ๖ เซ็นติเมตรต่อปี หากถือให้แผ่นพม่าอยู่นิ่งๆ ผลก็คือตรงที่แผ่นเคลื่อนเข้าหากันนั้น ชนกันเป็นแนวเฉียงทแยงขึ้น แรงดันนั้นทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกที่แตกออก ห่างไปทางตะวันตก หลายร้อยกิโลเมตร ซึ่งแตกเป็นแนวยาวขนานกับ Sunda Trench การเกิดแผ่นดินไหวครั้งนี้เป็นกระบวนการที่เรียกว่า trust-faulting
 

การปะทะกันของเปลือกโลกที่เรียกว่า oblique thrust-falulting ดังที่เป็นสาเหตุของแผ่นดินไหวใต้ทะเลจนเกิด สึนามิ ดังกล่าว (ภาพโดย กรมธรณีวิทยา สหรัฐ)
อนิเมชั่นของการเกิด คลื่นสึนามิ จากประเทศอินโดนีเซียในวันที่ ๒๖ ธค. ที่ผ่านมา โดย Kenji Satake แห่ง National Institute of Advanced Industrial Science and Technology ของประเทศญี่ปุ่น แสดงให้เห็นถึงการแคลื่อนตัวของ คลื่นสึนามิ ส่วนสีแดงคือส่วนที่มีพลังงานมากที่สุด

อ้างอิง

1. The National Tsunami Hazard Mitigation Program
2. NOAA's Tsunami Research Program
3.
Class Notes: "Earth & Environmental Sciences 204 & 605; Tsunami" by Prof. Stephen A. Nelson
4. USGS: The Dynamic Earth
5. CNN.com
6. MSNBC.com
7. the Los Angeles Times

ติดตามอ่านตอนต่อไปที่ ธรณีวิทยาของ สึนามิมรณะ ค่ะ



แสดงความคิดเห็น