การหมุนของโลกอาจเป็นสาเหตุของแผ่นดินไหวและภูเขาไฟระเบิด

          โลกของเรามีโครงสร้างเป็นชั้นๆ คล้ายลูกหัวหอม ประกอบด้วยเปลือกโลก (Crust) แมนเทิล (Mantle) แก่นโลกชั้นนอก (Outer Core) และแก่นโลกชั้นใน (Inner Core) พลังงานความร้อนของแก่นโลกเกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ความร้อนดึกดำบรรพ์ที่เกิดขึ้นตั้งแต่โลกก่อตัว รวมถึงความร้อนที่เกิดจากการจมตัวของสสารความหนาแน่นสูงภายในโลก ความร้อนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นแรงขับเคลื่อนวงจรความร้อนของโลหะหลอมเหลวในแก่นโลกชั้นนอกให้เคลื่อนที่หมุนวนไปตามการหมุนของโลกแล้วเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก (Earth’s Magnetic Field) แต่แกนแม่เหล็กโลก (Magnetic Axis) กับแกนหมุนของโลก (Rotational Axis) ที่วางตัวตามแนวแกนภูมิศาสตร์ (Geographical Axis) ไม่ใช่แกนเดียวกัน โดยแกนแม่เหล็กโลกจะมีขั้วเหนืออยู่ทางทิศใต้และมีขั้วใต้อยู่ทางทิศเหนือของโลก ซึ่งแกนแม่เหล็กโลกกับแกนหมุนของโลกจะทำมุมระหว่างกันประมาณ 11.5 องศา           แม้มนุษย์จะมีความเข้าใจเรื่องสนามแม่เหล็กโลกอย่างคร่าวๆ และใช้มันในการทำงานร่วมกับเข็มทิศมาตั้งแต่สมัยจีนโบราณ แต่การทดลองเพื่อแสดงให้เห็นว่าโลกมีการหมุนรอบตัวเองเพิ่งเกิดขึ้นเมื่อราว 170 ปีก่อนนี้เอง เรื่องมีอยู่ว่าในปี ค.ศ.1851 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสนามว่า Jean Bernard Leon Foucault ได้ทำการแขวนลูกตุ้มหนัก 28 กิโลกรัมด้วยเชือกยาว 67 เมตรไว้ที่เพดานของวิหาร Pantheón ในกรุงปารีสที่ไม่มีลมพัดผ่าน การทดลองของเขาทำให้คนที่เข้าชมต่างประหลาดใจเมื่อแนวการแกว่งของลูกตุ้มค่อยๆ เปลี่ยนไปในทิศทวนเข็มนาฬิกาอันเกิดจากอิทธิพลของแรงโคริออลิส (Coriolis) การทดลองนี้เป็นการทดลองครั้งแรกๆ ที่แสดงให้เห็นว่าโลกของเรากำลังหมุนรอบตัวเอง อย่างไรก็ตาม ในยุคนั้นแทบไม่มีนักวิทยาศาสตร์ท่านใดเลยที่ศึกษาผลกระทบจากการหมุนรอบตัวเองของโลกที่มีต่อธรณีพิบัติภัยอย่างแผ่นดินไหวและภูเขาไฟปะทุ

            แผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดจากการถูกบีบอัดและดึงในทิศทางต่างๆ ด้วยแรงมหาศาลจากการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก แรงกระทำดังกล่าวจะทำให้เกิดความเค้น (Stress) และความเครียด (Strain) สะสมในหินทีละนิด กระทั่งรอยเลื่อน (Fault) หรือรอยต่อของแผ่นเปลือกโลก (Boundary) ไม่สามารถทานทนได้ ทำให้เกิดการพังทลายแล้วปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแรงสั่นสะเทือน โดยมีมาตราริกเตอร์ (ML) และมาตราอื่นๆ อีกหลายมาตราที่มีสมบัติต่างกัน เช่น mb Ms และ Mw สำหรับใช้บ่งบอกพลังงานของแผ่นดินไหว

            ส่วนภูเขาไฟปะทุเกิดจากแรงดันมหาศาลของแมกมา (Magma) แก๊ส และไอน้ำที่สะสมอยู่ใต้ภูเขาไฟถูกปลดปล่อยออกมาทางปล่องภูเขาไฟ โดยการปะทุ (Eruption) สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 รูปแบบใหญ่ๆ คือ แบบไม่ระเบิด (Effusive) กับแบบระเบิด (Explosive) และยังสามารถแบ่งออกเป็นอีกหลายลักษณะย่อยๆ อีกหลายแบบ เช่น การปะทุแบบฮาวายเอียน (Hawaiian) สตรอมโบเลียน (Strombolian) วัลเคเนียน (Vulcanian) พลีเนียน (Plinian) และอื่นๆ โดยมีดัชนีการระเบิดของภูเขาไฟ (Volcanic Explosivity Index หรือ VEI) เป็นมาตราสำหรับบ่งบอกปริมาณมวลสาร ความสูงของสสารที่ภูเขาไฟพ่นออกมา รวมถึงระยะเวลาในการปะทุ ซึ่งดัชนีดังกล่าวถูกแบ่งออกเป็น 8 ระดับ ดังรูป
            ไม่กี่ปีก่อนหน้านี้มีผลการศึกษาจำนวนหนึ่งที่คาดการณ์ว่าคาบการหมุนรอบตัวเองของโลกที่กำลังช้าลงทีละนิดเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น กิจกรรมทางธรณีวิทยา การละลายของแผ่นน้ำแข็ง และแรงเสียดทานไทดัล (Tidal Friction) จากปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง “อาจจะ” เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ และเมื่อเดือนธันวาคม ค.ศ.2019 ที่ผ่านมาก็มีงานวิจัยใหม่ของคณะวิจัยด้านธรณีฟิสิกส์นำโดย Sébastien Lambert แห่ง Paris Observatory ที่ตีพิมพ์ลงในวารสาร Geophysical Research Letters ซึ่งแสดงให้เห็นว่า “แรงดึง” ของแผ่นเปลือกโลกเนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของโลกอาจเป็นสาเหตุของการเกิดแผ่นดินไหวและการปะทุของภูเขาไฟในบางพื้นที่ โดยแรงดึงดังกล่าวเกิดจากการแกว่งอย่างน้อยๆ ของขั้วของแกนหมุนที่เบนออกจากแกนภูมิศาสตร์เป็นระยะเวลาสั้นๆ ทุก 6.4 ปี เรียกว่าการเคลื่อนที่ของขั้วโลก (Polar Motion) ซึ่งผลกระทบจะปรากฏชัดที่สุดที่ละติจูด 45 องศาที่แผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ประมาณ 1 เซนติเมตรต่อปี           คณะวิจัยของ Lambert และนักภูเขาไฟวิทยา (Volcanologist) นามว่า Gianluca Sottili จาก Sapienza University ได้เลือกภูเขาไฟเอตนา (Mount Etna) บนเกาะซิซิลี ประเทศอิตาลีเป็นพื้นที่ศึกษา เนื่องจากพื้นที่นี้ถูกสำรวจโดยนักวิจัยมาอย่างยาวนานทำให้มีข้อมูลอ้างอิงจำนวนมากและภูเขาไฟแห่งนี้ยังตั้งอยู่ทางใต้ของละติจูดที่ 45 องศาอีกด้วย โดย Lambert และ Sottili ได้ใช้ข้อมูลบันทึกการไหวสะเทือนจากแผ่นดินไหวจำนวน 11,263 ครั้งในอดีต รวมถึงบันทึกการปะทุของภูเขาไฟเอตนาตั้งแต่ปี ค.ศ.1900 จำนวน 62 ครั้งมาวิเคราะห์ โดยทำการเปรียบเทียบกับระยะห่างระหว่างแกนทางภูมิศาสตร์และแกนหมุนของโลก ผลคือ Lambert และ Sottili พบว่ามีแผ่นดินไหวมากขึ้นเมื่อขั้วของแกนหมุนอยู่ห่างจากแกนภูมิศาสตร์มากที่สุด โดยกิจกรรมทางธรณีวิทยารอบภูเขาไฟเอตนาระหว่างปี ค.ศ.1999 ถึง 2019 มีค่าสูงที่สุดในปี ค.ศ.2002 และ 2009 แต่ในปี ค.ศ.2015 นั้นไม่ปรากฏชัดเนื่องจากเป็นปีที่การเคลื่อนที่ของขั้วโลกมีค่าลดต่ำลง
            แม้คณะวิจัยจะค้นพบเบาะแสที่แสดงให้เห็นว่าแผ่นดินไหวและภูเขาไฟปะทุในบางพื้นที่มีความสัมพันธ์กับการหมุนของโลก แต่การค้นพบนี้ก็ยังไม่สามารถทำนายได้ว่าแผ่นดินไหวจะเกิดขึ้นเมื่อไรและมีขนาดเท่าใด หรือภูเขาไฟจะปะทุเมื่อไรและพ่นลาวาออกมาเท่าใด แต่งานวิจัยนี้ก็เป็นการเปิดมุมมองใหม่ๆ ทางสาขาธรณีดาวเคราะห์วิทยา (Geoplanetology) ทำให้นักธรณีฟิสิกส์สามารถใช้เป็นแนวทางในการศึกษาปรากฏการณ์เดียวกันบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้

 

อ้างอิง

• https://blogs.agu.org/geospace/2019/12/26/forces-from-earths-spin-may-spark-earthquakes-and-volcanic-eruptions-at-mount-etna/?fbclid=IwAR24e7QJEymf3IAfs813FSv2HSNQJpXxtwwsMNPB1QVAktpGYokKgeFWNQw
• http://eqseis.geosc.psu.edu/cammon/HTML/Classes/IntroQuakes/Notes/earthquake_size.html?fbclid=IwAR2ulN4vGaW2JKkHog3dvZhSQda22AWuN3TxKPfM3ehjnL8mjnuPEGSoOmg
• https://www.tulane.edu/~sanelson/eens1110/volcanoes.htm?fbclid=IwAR1-RPpZuDdgDYykZBkjfL4ezPCY46ThpLsWUuCZ1ZJ2CkepyBFOn0Yz8UQ
• https://mgronline.com/science/detail/9550000079694?fbclid=IwAR0GcL4RvemeJmF-EbD9DnbWLWoZ8Ksrh-7KjnxCsAs_Rdej82soi2bqRD0
• https://www.scientificamerican.com/article/why-is-the-earths-core-so/?fbclid=IwAR23A-M9BBhnf-9xO4q7TfSRtDK0lZb4vZyWCJcZ0AzDDzQXnBk7Yg0b-gs