M

MLOG

ไทย

สำรวจวิทยาศาสตร์ของการพยากรณ์แผ่นดินไหว เจาะลึกเทคนิคการเฝ้าระวัง ข้อจำกัด และความพยายามในการวิจัยทั่วโลกเพื่อลดความเสี่ยงจากแผ่นดินไหว

การพยากรณ์แผ่นดินไหว: ไขปริศนาวิทยาศาสตร์เบื้องหลังการเฝ้าระวังความเคลื่อนไหวของเปลือกโลก

แผ่นดินไหวเป็นหนึ่งในภัยธรรมชาติที่สร้างความเสียหายรุนแรงที่สุด สามารถก่อให้เกิดการทำลายล้างและความสูญเสียชีวิตอย่างกว้างขวาง ความสามารถในการพยากรณ์ว่าแผ่นดินไหวจะเกิดขึ้นเมื่อใดและที่ไหนเป็นเป้าหมายสูงสุดของนักแผ่นดินไหววิทยามาอย่างยาวนาน แม้ว่าการระบุเวลาและขนาดของแผ่นดินไหวที่แน่นอนยังคงเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก แต่ความก้าวหน้าที่สำคัญในการเฝ้าระวังความเคลื่อนไหวของเปลือกโลกได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าเกี่ยวกับกระบวนการของแผ่นดินไหว และปรับปรุงความสามารถของเราในการประเมินความเสี่ยงและออกคำเตือนได้อย่างทันท่วงที

การทำความเข้าใจกระบวนการเปลี่ยนแปลงของโลก

แผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (tectonic plates) ซึ่งเป็นแผ่นหินขนาดมหึมาที่ประกอบกันเป็นเปลือกโลกชั้นนอก แผ่นเปลือกโลกเหล่านี้มีการปฏิสัมพันธ์กันตลอดเวลา ทั้งการชนกัน การเลื่อนผ่านกัน หรือการมุดตัว (แผ่นหนึ่งเลื่อนลงใต้แผ่นหนึ่ง) ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้สร้างความเค้นสะสมตามแนวรอยเลื่อน ซึ่งเป็นรอยแตกในเปลือกโลกที่เกิดการเคลื่อนที่ เมื่อความเค้นมีค่าเกินกว่าความแข็งแรงของหิน มันจะถูกปลดปล่อยออกมาอย่างฉับพลันในรูปแบบของแผ่นดินไหว

ขนาดของแผ่นดินไหวเป็นการวัดพลังงานที่ปล่อยออกมา โดยทั่วไปวัดโดยใช้มาตราริกเตอร์หรือมาตราขนาดโมเมนต์ ตำแหน่งของแผ่นดินไหวถูกกำหนดโดยจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (epicenter) ซึ่งเป็นจุดบนพื้นผิวโลกที่อยู่เหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวโดยตรง และศูนย์เกิดแผ่นดินไหว (focus) ซึ่งเป็นจุดภายในโลกที่แผ่นดินไหวเริ่มต้นขึ้น

การเฝ้าระวังความเคลื่อนไหวของเปลือกโลก: กุญแจสู่ความเข้าใจแผ่นดินไหว

การเฝ้าระวังความเคลื่อนไหวของเปลือกโลกเกี่ยวข้องกับการบันทึกและวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของพื้นดินอย่างต่อเนื่องโดยใช้เครือข่ายของเครื่องมือที่เรียกว่าเครื่องวัดความไหวสะเทือน (seismometers) เครื่องมือเหล่านี้ตรวจจับการสั่นสะเทือนที่เกิดจากแผ่นดินไหวและเหตุการณ์ทางธรณีวิทยาอื่นๆ เช่น การปะทุของภูเขาไฟและการระเบิด

เครื่องวัดความไหวสะเทือน: หูของโลก

เครื่องวัดความไหวสะเทือนเป็นเครื่องมือที่มีความไวสูง สามารถตรวจจับการเคลื่อนที่ของพื้นดินได้แม้เพียงเล็กน้อย โดยทั่วไปประกอบด้วยมวลที่แขวนอยู่ภายในกรอบ พร้อมด้วยกลไกในการวัดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างมวลกับกรอบ การเคลื่อนที่นี้จะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าซึ่งจะถูกบันทึกแบบดิจิทัล

เครื่องวัดความไหวสะเทือนสมัยใหม่มักเป็นเครื่องมือแบบบรอดแบนด์ ซึ่งหมายความว่าสามารถตรวจจับคลื่นความถี่ได้หลากหลาย ทำให้สามารถตรวจจับได้ทั้งคลื่นความถี่สูงที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวขนาดเล็กในพื้นที่ และคลื่นความถี่ต่ำที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างไกล

เครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหว: การเฝ้าระวังทั่วโลก

เครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวคือการรวบรวมเครื่องวัดความไหวสะเทือนที่ติดตั้งตามจุดยุทธศาสตร์ทั่วโลก เครือข่ายเหล่านี้ดำเนินการโดยองค์กรต่างๆ รวมถึงหน่วยงานของรัฐ มหาวิทยาลัย และสถาบันวิจัย ข้อมูลที่รวบรวมโดยเครือข่ายเหล่านี้จะถูกแบ่งปันทั่วโลก ทำให้นักแผ่นดินไหววิทยาสามารถศึกษาแผ่นดินไหวและปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาอื่นๆ ในระดับโลกได้

ตัวอย่างของเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวที่สำคัญทั่วโลก ได้แก่:

การวิเคราะห์ข้อมูลแผ่นดินไหว: ไขความลับของแผ่นดินไหว

ข้อมูลที่รวบรวมโดยเครือข่ายตรวจวัดแผ่นดินไหวจะถูกวิเคราะห์โดยใช้อัลกอริทึมคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนเพื่อกำหนดตำแหน่ง ขนาด และลักษณะอื่นๆ ของแผ่นดินไหว การวิเคราะห์นี้ประกอบด้วย:

นอกเหนือจากคลื่นไหวสะเทือน: การสำรวจสัญญาณบอกเหตุล่วงหน้าอื่นๆ ที่อาจเป็นไปได้

แม้ว่าการเฝ้าระวังความเคลื่อนไหวของเปลือกโลกจะเป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาแผ่นดินไหว แต่นักวิจัยยังสำรวจสัญญาณบอกเหตุล่วงหน้าอื่นๆ ที่อาจให้เบาะแสเกี่ยวกับแผ่นดินไหวที่กำลังจะเกิดขึ้น ซึ่งรวมถึง:

การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพื้นดิน

พื้นผิวโลกสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้เพื่อตอบสนองต่อการสะสมความเค้นตามแนวรอยเลื่อน การเปลี่ยนแปลงรูปร่างนี้สามารถวัดได้โดยใช้เทคนิคต่างๆ ได้แก่:

ตัวอย่างเช่น ในประเทศญี่ปุ่น มีการใช้เครือข่าย GPS ที่หนาแน่นอย่างกว้างขวางเพื่อเฝ้าระวังการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเปลือกโลกในภูมิภาคที่ทราบกันดีว่ามีการเกิดแผ่นดินไหวบ่อยครั้ง การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในรูปแบบการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพื้นดินจะถูกตรวจสอบอย่างใกล้ชิดเพื่อเป็นตัวบ่งชี้ความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของแผ่นดินไหว

การเปลี่ยนแปลงระดับน้ำใต้ดิน

งานวิจัยบางชิ้นชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำใต้ดินอาจเกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหว ทฤษฎีคือการเปลี่ยนแปลงความเค้นในเปลือกโลกสามารถส่งผลกระทบต่อความสามารถในการซึมผ่านของหิน ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงการไหลของน้ำใต้ดิน

การเฝ้าระวังระดับน้ำใต้ดินอาจเป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากยังได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณน้ำฝนและการสูบน้ำ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยบางคนกำลังใช้เทคนิคทางสถิติที่ซับซ้อนเพื่อแยกสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวออกจากสัญญาณรบกวน

สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า

อีกหนึ่งสาขาการวิจัยเกี่ยวข้องกับการตรวจจับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่อาจถูกสร้างขึ้นโดยหินที่อยู่ภายใต้ความเค้นก่อนเกิดแผ่นดินไหว สัญญาณเหล่านี้อาจถูกตรวจจับได้โดยใช้เซ็นเซอร์บนพื้นดินหรือบนดาวเทียม

ความเชื่อมโยงระหว่างสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าและแผ่นดินไหวยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน และจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อยืนยันว่าสัญญาณเหล่านี้สามารถใช้ในการพยากรณ์แผ่นดินไหวได้อย่างน่าเชื่อถือหรือไม่ อย่างไรก็ตาม มีงานวิจัยบางชิ้นที่รายงานผลลัพธ์ที่น่าพอใจ

แผ่นดินไหวนำ (Foreshocks)

แผ่นดินไหวนำคือแผ่นดินไหวขนาดเล็กที่บางครั้งเกิดขึ้นก่อนแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ แม้ว่าไม่ใช่แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ทุกครั้งจะมีแผ่นดินไหวนำ แต่การเกิดแผ่นดินไหวนำบางครั้งสามารถเพิ่มความน่าจะเป็นที่จะเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ตามมาได้

การระบุแผ่นดินไหวนำแบบเรียลไทม์อาจเป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากเป็นการยากที่จะแยกแยะออกจากแผ่นดินไหวปกติ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในด้านการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning) กำลังปรับปรุงความสามารถของเราในการตรวจจับแผ่นดินไหวนำและประเมินศักยภาพในการกระตุ้นให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ขึ้น

ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า: มอบเวลาอันมีค่า

แม้ว่าการพยากรณ์เวลาและขนาดที่แน่นอนของแผ่นดินไหวยังคงเป็นเรื่องท้าทาย แต่ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า (Earthquake Early Warning - EEW) สามารถให้เวลาเตือนภัยอันมีค่าได้หลายวินาทีถึงหลายสิบวินาทีก่อนที่การสั่นสะเทือนรุนแรงจะมาถึง ระบบเหล่านี้ทำงานโดยการตรวจจับคลื่น P ที่เดินทางเร็วและออกคำเตือนก่อนที่คลื่น S ที่เดินทางช้ากว่าจะมาถึง ซึ่งเป็นคลื่นที่รับผิดชอบต่อการสั่นสะเทือนที่สร้างความเสียหายมากที่สุด

ระบบ EEW ทำงานอย่างไร

ระบบ EEW โดยทั่วไปประกอบด้วยเครือข่ายของเครื่องวัดความไหวสะเทือนที่ตั้งอยู่ใกล้กับรอยเลื่อนมีพลัง เมื่อเกิดแผ่นดินไหว เครื่องวัดที่อยู่ใกล้จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวที่สุดจะตรวจจับคลื่น P และส่งสัญญาณไปยังศูนย์ประมวลผลกลาง ศูนย์ประมวลผลจะวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อกำหนดตำแหน่งและขนาดของแผ่นดินไหว และออกคำเตือนไปยังพื้นที่ที่น่าจะประสบกับการสั่นสะเทือนรุนแรง

ประโยชน์ของระบบ EEW

ระบบ EEW สามารถให้เวลาอันมีค่าแก่ผู้คนในการดำเนินการป้องกันตนเอง เช่น:

ตัวอย่างระบบ EEW ทั่วโลก

หลายประเทศได้นำระบบ EEW มาใช้ ได้แก่:

ประสิทธิภาพของระบบ EEW ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงความหนาแน่นของเครือข่ายเครื่องวัดความไหวสะเทือน ความเร็วของระบบการสื่อสาร และความตระหนักรู้ของประชาชนเกี่ยวกับระบบและวิธีการตอบสนองต่อการแจ้งเตือน

ความท้าทายของการพยากรณ์แผ่นดินไหว

แม้จะมีความก้าวหน้าในการเฝ้าระวังความเคลื่อนไหวของเปลือกโลกและการเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า แต่การพยากรณ์เวลาและขนาดที่แน่นอนของแผ่นดินไหวยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ มีสาเหตุหลายประการสำหรับเรื่องนี้:

โดยทั่วไปแล้ว ชุมชนวิทยาศาสตร์เห็นพ้องต้องกันว่าการพยากรณ์แผ่นดินไหวระยะสั้น (การพยากรณ์เวลา สถานที่ และขนาดของแผ่นดินไหวภายในสองสามวันหรือสัปดาห์) ยังไม่สามารถทำได้ในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม การคาดการณ์แผ่นดินไหวระยะยาว (การประเมินความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวในพื้นที่ที่กำหนดในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น เช่น หลายปีหรือหลายสิบปี) สามารถทำได้และใช้สำหรับการประเมินภัยพิบัติและการลดความเสี่ยง

การคาดการณ์แผ่นดินไหว: การประเมินความเสี่ยงจากแผ่นดินไหวในระยะยาว

การคาดการณ์แผ่นดินไหวเกี่ยวข้องกับการประเมินความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวในพื้นที่ที่กำหนดในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปทำได้โดยการวิเคราะห์ข้อมูลแผ่นดินไหวในอดีต ข้อมูลทางธรณีวิทยา และปัจจัยอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

แผนที่ความเสี่ยงภัยจากแผ่นดินไหว

แผนที่ความเสี่ยงภัยจากแผ่นดินไหวแสดงระดับการสั่นสะเทือนของพื้นดินที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในพื้นที่ต่างๆ ระหว่างเกิดแผ่นดินไหว แผนที่เหล่านี้ถูกใช้โดยวิศวกรในการออกแบบอาคารที่สามารถทนต่อแผ่นดินไหว และโดยผู้จัดการภาวะฉุกเฉินเพื่อวางแผนการรับมือแผ่นดินไหว

การประเมินความเสี่ยงภัยจากแผ่นดินไหวเชิงความน่าจะเป็น (PSHA)

การประเมินความเสี่ยงภัยจากแผ่นดินไหวเชิงความน่าจะเป็น (PSHA) เป็นวิธีการประเมินความน่าจะเป็นของระดับการสั่นสะเทือนของพื้นดินต่างๆ ที่จะเกิดขึ้นในพื้นที่ที่กำหนด PSHA คำนึงถึงความไม่แน่นอนในพารามิเตอร์ของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว เช่น ตำแหน่ง ขนาด และความถี่ของแผ่นดินไหว

PSHA ถูกใช้เพื่อพัฒนาแผนที่ความเสี่ยงภัยจากแผ่นดินไหวและเพื่อประเมินความเสี่ยงของความเสียหายจากแผ่นดินไหวต่ออาคารและโครงสร้างพื้นฐานอื่นๆ

ตัวอย่าง: แบบจำลองการคาดการณ์การแตกของรอยเลื่อนในแคลิฟอร์เนีย (UCERF)

แบบจำลองการคาดการณ์การแตกของรอยเลื่อนในแคลิฟอร์เนีย (UCERF) เป็นการคาดการณ์แผ่นดินไหวระยะยาวสำหรับแคลิฟอร์เนีย UCERF รวมข้อมูลจากแหล่งต่างๆ รวมถึงข้อมูลแผ่นดินไหวในอดีต ข้อมูลทางธรณีวิทยา และการวัดด้วย GPS เพื่อประเมินความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวบนรอยเลื่อนต่างๆ ในแคลิฟอร์เนีย

UCERF ถูกใช้โดยหน่วยงานของรัฐ ธุรกิจ และบุคคลทั่วไปเพื่อตัดสินใจอย่างมีข้อมูลเกี่ยวกับการเตรียมความพร้อมรับมือแผ่นดินไหวและการลดความเสี่ยง

การลดความเสี่ยงจากแผ่นดินไหว: การสร้างความยืดหยุ่น

แม้ว่าเราจะไม่สามารถป้องกันไม่ให้แผ่นดินไหวเกิดขึ้นได้ แต่เราสามารถดำเนินการเพื่อลดผลกระทบของมันได้ ขั้นตอนเหล่านี้รวมถึง:

การลดความเสี่ยงจากแผ่นดินไหวที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยความพยายามร่วมกันของรัฐบาล ธุรกิจ และบุคคลทั่วไป

อนาคตของการวิจัยการพยากรณ์แผ่นดินไหว

การวิจัยการพยากรณ์แผ่นดินไหวเป็นกระบวนการที่ดำเนินอยู่อย่างต่อเนื่อง และนักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานอย่างไม่หยุดยั้งเพื่อปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับแผ่นดินไหวและความสามารถในการประเมินความเสี่ยงและออกคำเตือน การวิจัยในอนาคตน่าจะมุ่งเน้นไปที่:

บทสรุป

แม้ว่าการพยากรณ์แผ่นดินไหวด้วยความแม่นยำสูงยังคงเป็นเป้าหมายที่ห่างไกล แต่ความก้าวหน้าในการเฝ้าระวังความเคลื่อนไหวของเปลือกโลก ระบบเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า และการคาดการณ์แผ่นดินไหว กำลังปรับปรุงความสามารถของเราในการประเมินความเสี่ยงจากแผ่นดินไหวและลดผลกระทบของภัยธรรมชาติที่ทำลายล้างเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ การวิจัยและการลงทุนอย่างต่อเนื่องในด้านเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างชุมชนที่ยืดหยุ่นมากขึ้นทั่วโลก

การเดินทางเพื่อไขปริศนาของแผ่นดินไหวเป็นเส้นทางที่ยาวไกลและซับซ้อน แต่ด้วยการค้นพบใหม่และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีแต่ละครั้ง เราเข้าใกล้สู่อนาคตที่เราสามารถป้องกันตนเองจากพลังธรรมชาติอันทรงพลังเหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้น