แผ่นดินไหวที่เกิดจากพายุกับการพิสูจน์ความเชื่อของอริสโตเติล

          ผู้อ่านทุกท่านคงคุ้นเคยกับชื่อของอริสโตเติล (Aristotle) นักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่มีชีวิตอยู่เมื่อราว 2,400 ปีก่อนเป็นอย่างดี เขาเป็นผู้มีความรู้รอบด้านและเขียนตำรามากมายไม่ว่าจะเป็นฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา ดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา อุตุนิยมวิทยา ตรรกศาสตร์ ปรัชญา รัฐศาสตร์ เศรษฐศาสตร์ เทววิทยา และอื่นๆ อีกมากมายแทบทุกสาขาวิชาที่โลกในยุคนั้นรู้จัก นอกจากชื่อเสียงจากการเขียนตำรา เขายังเคยเป็นศิษย์เอกของเพลโต (Plato) และเป็นอาจารย์ของพระเจ้าอเล็กซานเดอร์มหาราช (Alexander the Great) อีกด้วย แต่ปัญหามีอยู่ว่าเนื้อหาทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ในตำราของอริสโตเติลเกิดจากการคิดโดยไม่ผ่านการทดลองที่รัดกุม ทำให้งานเขียนของเขาแทบไม่มีน้ำหนักเมื่อพิจารณาจากมาตรฐานทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน


          ในด้านแผ่นดินไหววิทยา (Seismology) อริสโตเติลมีสมมติฐานที่น่าสนใจอย่างหนึ่ง นั่นคือเรื่องสภาพอากาศแผ่นดินไหว (Earthquake Weather) ซึ่งหมายถึงปัจจัยแวดล้อมที่เอื้ออำนวยให้เกิดแผ่นดินไหว ยกตัวอย่างเช่น กระแสลมแรงที่พัดผ่านช่องว่างของถ้ำใต้ดินแล้วดันผนังกับเพดานถ้ำจนแผ่นดินสั่นสะเทือน หลังจากนั้นเขาก็ขยายแนวคิดออกไปว่าเมฆบางรูปแบบ ลูกไฟในอากาศ และอุกกาบาตก็สามารถทำให้เกิดแผ่นดินไหวได้เช่นกัน ทั้งนี้ สมมติฐานเรื่องเมฆแผ่นดินไหว (Earthquake Clouds) ยังไม่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่น่าเชื่อถือมายืนยันว่าสามารถใช้ทำนายแผ่นดินไหวได้


          ก่อนหน้านี้ นักธรณีฟิสิกส์เชื่อว่าปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยาแทบไม่มีอิทธิพลในการเหนี่ยวนำให้เกิดแผ่นดินไหว ดังนั้นพื้นที่เขตร้อนชื้น เขตอบอุ่น และเขตแห้งแล้งจึงมีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวเท่ากันในทางสถิติ อย่างไรก็ตาม สมมติฐานเรื่องสภาพอากาศแผ่นดินไหวของอริสโตเติลก็อาจมีความเป็นไปได้อยู่บ้างในบางแง่มุม


          เดือนสิงหาคมที่ผ่านมา Christopher Johnson นักธรณีฟิสิกส์จาก Scripps Institution of Oceanography และคณะวิจัยของเขาได้คัดเลือกข้อมูลจากหัววัดการสั่นสะเทือนชนิดจีโอโฟน (Geophone) จำนวน 40 เครื่องซึ่งติดตั้งเอาไว้บริเวณสิ่งก่อสร้างใกล้เขตรอยเลื่อน San Jacinto ตั้งแต่หนึ่งปีก่อนมาวิเคราะห์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการสั่นสะเทือนของพื้นดินที่เกิดจากแรงลมใกล้เขตรอยเลื่อน

            จีโอโฟนเป็นตัวรับคลื่นไหวสะเทือน (Seismic Receiver) ที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของพื้นดินสูงมาก ภายในจีโอโฟนจะประกอบด้วยขดลวดและแม่เหล็ก เมื่อพื้นดินเกิดการสั่นสะเทือน ขดลวดและแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ตัดผ่านกันแล้วจ่ายกระแสไฟฟ้าออกมา ความแรงของสัญญาณไฟฟ้าจึงแปรผันกับแรงสั่นสะเทือนของพื้นดิน แต่เมื่อมีการใช้งานจีโอโฟนในภาคสนาม สิ่งที่เกิดขึ้นคือมีสัญญาณรบกวน (Noise) จากปัจจัยต่างๆ มากมาย ไม่ว่าจะเป็นฟ้าผ่า เครื่องบิน รถยนต์ รวมถึงกระแสลมที่พัดผ่านโครงสร้างบนพื้นดิน

            จากการวัดความเร็วลมด้วยเครื่อง Anemometer คณะวิจัยของ Johnson พบว่าความเร็วลมในพื้นที่ที่พวกเขาศึกษามีค่าอยู่ระหว่าง 2 ถึง 15 เมตรต่อวินาที และความเร็วลมนี้มีความสัมพันธ์กับรูปแบบการสั่นสะเทือนขนาดเล็กของพื้นดินทั้งในแนวตั้งและแนวนอน โดยเฉพาะการสั่นสะเทือนในแนวนอนที่เกิดจากกระแสลมมีการเคลื่อนที่แบบเฉือน (Shearing Motion) ผ่านวัตถุบนพื้นแล้วถ่ายเทพลังงานลงสู่พื้นดิน


          Johnson และคณะไม่ได้วัดการสั่นสะเทือนจากแรงลมบนผิวดินเท่านั้น พวกเขายังศึกษาการถ่ายเทพลังงานของลมลงสู่หลุมเจาะใต้ดินที่ลึก 148 เมตรโดยเครื่องตรวจวัดแผ่นดินไหว (Seismometer) อีกด้วย เพราะการศึกษาการสั่นสะเทือนของพื้นดินจากแรงลมจะทำให้นักธรณีฟิสิกส์เข้าใจรูปแบบของสัญญาณรบกวนในทิศทางและระดับความลึกต่างๆ มากขึ้น


          แต่ถ้าความเร็วลมเพิ่มมากขึ้นจนกลายเป็นพายุ การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจะไม่ใช่แค่สัญญาณรบกวนอีกต่อไป ดังเช่นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติชนิดใหม่ที่เพิ่งถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้


          เดือนตุลาคมที่ผ่านมา คณะวิจัยของ Wenyuan Fan จาก Earth, Ocean and Atmospheric Science แห่ง Florida State University ได้ตีพิมพ์งานวิจัยใหม่ลงในวารสาร Geophysical Research Letters ซึ่งงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างพายุเฮอริเคนกับแผ่นดินไหว โดยคณะวิจัยได้นำข้อมูลการสั่นสะเทือนเนื่องจากพายุเฮอริเคนและพายุที่รุนแรงอื่นๆ ที่เกิดขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ.2006 ถึง 2015 บริเวณรอบชายฝั่งของประเทศสหรัฐอเมริกามาวิเคราะห์ และพบว่าพายุเฮอริเคนที่ทำให้เกิดคลื่นทะเลรุนแรงสามารถส่งพลังงานผ่านน้ำทะเลตื้นๆ ลงไปปะทะกับพื้นทะเล สันเนินกลางมหาสมุทร และไหล่ทวีป แล้วทำให้เกิดคลื่นเรย์ลีห์ที่มีคาบยาว 20 ถึง 50 วินาที ซึ่งการสั่นสะเทือนนี้มีพลังงานเทียบเท่ากับแผ่นดินไหวขนาดประมาณ 3.5 พวกเขาตั้งชื่อปรากฏการณ์นี้ว่า Stormquakes ซึ่งจากข้อมูลกว่าหนึ่งทศวรรษที่พวกเขารวบรวมมาได้แสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นกว่า 14,077 ครั้ง โดยความน่าสนใจของ Stormquakes มีอยู่หลายประการ ได้แก่


          1.    คณะวิจัยใช้ EarthScope USArray ซึ่งเป็นเครือข่ายตรวจวัดแรงสั่นสะเทือนที่ติดตั้งอยู่ทั่วประเทศสหรัฐอเมริกามาเป็นเครื่องมือในการทำงาน นับว่าเป็นการสำรวจพฤติกรรมการสั่นสะเทือนที่กินบริเวณกว้างทั้งประเทศ
          2.    พายุแต่ละลูกไม่ได้ทำให้เกิด Stormquakes แค่หนึ่งครั้ง แต่สามารถทำให้เกิด Stormquakes แบบเป็นกลุ่มซ้ำๆ กันเป็นเวลานาน แต่พายุที่รุนแรงไม่ได้ทำให้เกิด Stormquakes ทุกครั้ง เนื่องจากมีสภาพทางธรณีสัณฐานในทะเลมาเป็นตัวควบคุม
          3.    นักธรณีฟิสิกส์ตรวจพบการสั่นสะเทือนน้อยๆ ของพื้นดินที่มีคาบเวลาต่างกันที่เกิดจากคลื่นลมในทะเลมานานแล้ว เรียกการสั่นสะเทือนที่มีคาบสั้นว่า Microseism และเรียกการสั่นสะเทือนที่มีคาบยาวว่า Earth’s Hum ซึ่งไม่สามารถระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดได้ แต่การสั่นสะเทือนจาก Stormquakes มีคาบอยู่ระหว่างทั้งสองปรากฏการณ์และสามารถระบุตำแหน่งจากการเคลื่อนที่ของพายุได้
          4.    Stormquakes สามารถทำตัวเสมือนแหล่งกำเนิดคลื่นไหวสะเทือนที่ส่งคลื่นแผ่ลงไปใต้โลก ทำให้นักธรณีฟิสิกส์สามารถใช้มันเพื่อศึกษาโครงสร้างภายในโลกได้


          อย่างไรก็ตาม ผลการศึกษานี้จำกัดอยู่แค่ในประเทศสหรัฐอเมริกาเท่านั้น และยังไม่เคยมีการตรวจวัดจริงในประเทศอื่น ซึ่งผู้เขียนคาดว่าจะมีการศึกษาปรากฏการณ์แบบเดียวกันตามมาอีกมากในอนาคตอย่างแน่นอน


          สุดท้ายนี้ หากอริสโตเติลยังมีชีวิตอยู่และได้อ่านงานวิจัยสมัยใหม่เหล่านี้ อริสโตเติลคงรู้สึกดีใจที่อย่างน้อยสมมติฐานของเขาก็มา “เกือบ” ถูกทาง แม้เขาจะคาดเดาไว้ตั้งแต่เกือบ 2,400 ปีที่แล้วก็ตาม

 

อ้างอิง

• https://www.usgs.gov/faqs/there-earthquake-weather?fbclid=IwAR0Z-brFKPDGWmXHJobtvNjsYdo_orW9p3G9H0yvWqe8U6YlkmtyHz39_4I&qt-news_science_products=0#qt-news_science_products
• https://eos.org/articles/wind-triggered-ground-shaking-masks-microseismicity?fbclid=IwAR0ZxddRHZ8WXmt-dLMCpIctWNghZausZhzI1tP_Ta3ipBW1sGPPsHBKFhY
• https://news.agu.org/press-release/strong-storms-can-generate-earthquake-like-seismic-activity/?fbclid=IwAR15-rNY4TJ68l4d5AoK350yIYnjJ_PdFNNg1qO279JCgoC5nCU7_44h83w
• https://www.nationalgeographic.com/science/2019/10/new-seismic-phenomenon-discovered-named-stormquakes/?fbclid=IwAR3ubyaMK0DRU7HemVdg8C29hVENbsKOp3J1zk4DNGZqc--Cov7Y2ypfQzQ
• https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019GL084217