นักธรณีฟิสิกส์ใช้เสาหินไขปริศนาแผ่นดินไหวในยุคโบราณ

         นักธรณีฟิสิกส์และนักวิทยาแผ่นดินไหวทุกคนต่างรู้ดีว่าแผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ที่ยากจะคาดเดา เพราะการทำนายแผ่นดินไหว(Earthquake Prediction) ต้องระบุว่าแผ่นดินไหวจะเกิดขึ้นที่ไหน เวลาใด และมีขนาดเท่าไร ซึ่งในปัจจุบันยังไม่มีใครสามารถหาวิธีทำนายได้ครบทั้งสามตัวแปร แม้การทำนายแผ่นดินไหวล่วงหน้าจะยังทำไม่ได้ แต่ถือเป็นโชคดีของนักธรณีฟิสิกส์ที่สามารถใช้หลักฐานแวดล้อมที่หลงเหลืออยู่เป็นตัวบ่งชี้ว่าแผ่นดินไหวบรรพกาล(Paleoseismology) เกิดขึ้นเมื่อใด โดยอาศัยการวิเคราะห์ชั้นตะกอนบนรอยเลื่อน หาอายุของหินงอกหินย้อยในถ้ำหินปูนที่แตกหักแล้วงอกใหม่(Speleoseismology) สำรวจการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำทะเลอย่างกะทันหันที่ชายฝั่ง สืบค้นจากบันทึกทางประวัติศาสตร์ รวมถึงศึกษาร่องรอยความเสียหายของโบราณสถาน เป็นต้น


         ในบางพื้นที่ การสำรวจแผ่นดินไหวยุคบรรพกาลก็ใช้วิธีที่จำเพาะเจาะจงเป็นพิเศษ เช่นเดียวกับหัวข้อวิจัยชื่อ Precariously Balanced Rocks Reveal Earthquake History in Israel ที่ถูกเผยแพร่ที่ General Assembly of the European Geosciences Union ณ กรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย เมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 2019 ที่ผ่านมา งานวิจัยชิ้นดังกล่าวได้เปิดเผยข้อมูลแผ่นดินไหวยุคบรรพกาลในทะเลทรายของประเทศอิสราเอลโดยใช้เสาหินโบราณที่ตั้งอยู่กับที่มานานนับพันปีเป็นกุญแจไขปริศนา!


         เรื่องราวมีอยู่ว่าระหว่างปี ค.ศ. 2015 ถึง 2018 นักธรณีฟิสิกส์นามว่า Yaron Finzi แห่ง Dead Sea-Arava Science Center ที่ Mitzpe Ramon ประเทศอิสราเอล และคณะวิจัยของเขาได้ทำการศึกษาสภาพทางธรณีวิทยาและหินตะกอนในทะเลทราย Negev ซึ่งตั้งอยู่ทางตอนใต้ของประเทศอิสราเอล ในทะเลทรายแห่งนั้นพวกเขาพบเสาหินปูนที่ตั้งอยู่อย่างหมิ่นเหม่จำนวนกว่า 80 แท่งกระจัดกระจายอยู่ตลอดระยะทาง 50 ถึง 70 กิโลเมตร อีกทั้งพื้นที่ดังกล่าวยังเต็มไปด้วยแนวรอยเลื่อนอีกหลายแห่ง ชุมชนหมู่บ้าน โรงงานกำจัดวัตถุอันตราย และศูนย์วิจัยทางนิวเคลียร์
 
         เพื่อหาคำตอบ นักวิจัยจึงใช้เสาหินปูนที่เกือบจะล้มแต่ยังไม่ล้มเหล่านี้มาวิเคราะห์ว่าแผ่นดินไหวในอดีตมีขนาดเท่าใดและเกิดขึ้นเมื่อใด โดยคณะของ Finzi ได้วิเคราะห์การขยับตัวของพื้นดิน(Ground Motion) จากข้อมูลแนวพังทลายของแผ่นดินไหว(Earthquake’s Rupture) กับกลศาสตร์ของเสาหินปูน ว่าแผ่นดินไหวต้องมีขนาดสูงสุดเท่าใดเสาหินปูนจึงจะไม่ล้มคว่ำลงมา ซึ่งผลวิเคราะห์พบว่าในพื้นที่ดังกล่าวไม่เคยเกิดแผ่นดินไหวขนาดมากกว่า 5 มาเป็นเวลานานแล้ว คำถามต่อมาคือคำว่า “นาน” ในที่นี้ มันนานเท่าไรกันแน่?


         เพื่อตอบคำถามนี้ คณะของ Finzi ได้คำนวณอายุของแร่ภายในเสาหินปูนด้วยวิธีที่เรียกว่า Optically Stimulated Luminescence(OSL) เนื่องจากแร่บางชนิด เช่น Quartz หรือ Feldspar ในหินตะกอนมักจะสะสมอิเล็กตรอนเอาไว้ภายในโครงสร้างที่บกพร่องของผลึกแร่ โดยแร่บนพื้นผิวของเสาหินซึ่งสัมผัสแสงแดดมาเป็นเวลานานจะมีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าแร่ที่อยู่ภายในเนื้อของเสาหิน (ยิ่งไม่ได้สัมผัสกับแสงหรือความร้อนนานเท่าไร จำนวนอิเล็กตรอนในแร่ก็จะยิ่งมากเท่านั้น) เมื่อนำตัวอย่างหินไปเข้ากระบวนการวิเคราะห์โดยใช้แสงที่มีความถี่เหมาะสมเป็นตัวกระตุ้น อิเล็กตรอนที่สะสมอยู่ในเนื้อหินก็จะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของการแผ่รังสีหรือโฟตอน(Equivalent Dose) และเมื่อนำค่ารังสีดังกล่าวหารด้วยอัตราการแผ่รังสีในธรรมชาติต่อปี(Dose Rate) ผลลัพธ์ที่ได้ก็คือจำนวนปีที่แร่ถูกฝังเอาไว้ในเสาหินนั่นเอง ซึ่งผลการวิเคราะห์พบว่าทะเลทราย Negev ไม่เคยเกิดแผ่นดินไหวขนาดมากกว่า 5 มานานถึง 1,300 ปีแล้ว
 

         โดยรวมแล้ว วิธีไขปริศนาแผ่นดินไหวยุคบรรพกาลในแบบของคุณ Finzi เป็นวิธีการที่ไม่ได้อาศัยทฤษฎีทางฟิสิกส์หรือเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูง แต่เป็นการอาศัยความรู้ทางกลศาสตร์พื้นฐาน ข้อมูลทางธรณีวิทยา และเครื่องมือที่มีอยู่ในห้องปฏิบัติการณ์ แล้วใส่ความคิดสร้างสรรค์เข้าไปในกระบวนการหาคำตอบ หากย้อนกลับมาพิจารณาสภาพทางธรณีวิทยาของประเทศไทย เราจะพบว่าประเทศของเราก็มีเสาหินตะกอนอยู่ในถ้ำหินปูนเป็นจำนวนมาก ถ้านิสิตนักศึกษาสาขาฟิสิกส์ ธรณีวิทยา หรือวิทยาศาสตร์พื้นพิภพคนไหนยังไม่มีหัวข้องานวิจัย ลองสร้างสรรค์วิธีการหาอายุของแผ่นดินไหวยุคโบราณในแบบของตัวเองบ้างก็เป็นหัวข้อที่น่าสนใจไม่น้อยนะครับ
 
อ้างอิง

• https://eos.org/articles/precariously-balanced-rocks-reveal-earthquake-history-in-israel?fbclid=IwAR2eKr10DucKZ0PClroU1Lbpn_Rao-z3AOcPvgdPvq6XNm_TtopvuUCVXsM
• https://www.usu.edu/geo/luminlab/whatis.html
• http://core.ecu.edu/geology/mallinsond/OSL.htm