แผ่นดินไหวที่ลึกที่สุดเท่าที่เคยมีมา เกิดขึ้นที่ไหนและเมื่อไร

แผ่นดินไหวเป็นสิ่งที่เกิดมาตั้งแต่ผิวโลกเริ่มเย็นตัวลงเป็นของแข็งหลังก่อตัวขึ้นเป็นดาวเคราะห์ แต่มนุษย์ยังมีความเข้าใจปรากฏการณ์นี้น้อยมาก แม้จะมีบันทึกว่ามนุษย์สนใจศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาตินี้มาตั้งแต่ก่อนคริสต์ศักราชก็ตาม แต่กว่าจะเริ่มเข้าใจสาเหตุที่มา ลักษณะการเกิด รวมถึงผลกระทบที่เกิดขึ้น ก็ต้องอาศัยวิทยาการในศตวรรษที่ 20 เข้ามาช่วยในการศึกษาค้นคว้า จึงทำให้เดินหน้าต่อไปได้

สาเหตุที่ความเข้าใจเกี่ยวกับความเป็นมาเป็นไปของแผ่นดินไหวดำเนินไปได้ค่อนข้างช้า ก็เพราะแผ่นดินไหวนั้นเป็นสิ่งที่เกี่ยวข้องกับบริเวณหนึ่งของโลกที่สำรวจได้ยากเป็นอย่างยิ่ง นั่นคือใต้ผิวโลกที่มีความลึกลงไปจากเริ่มต้นกิโลเมตรแรกลงไปจนถึงหลักหลายร้อยกิโลเมตรด้านล่าง

ภาพแสดงคลื่น P (ปฐมภูมิ) และ S (ทุติยภูมิ) ของแผ่นดินไหวที่เดินทางผ่านส่วนต่างๆ ในโลก แล้วปรากฏขึ้นมาที่เครื่องวัดตามสถานีต่างๆ ที่ทำให้เราทราบความเร็วและทิศทาง จนเข้าใจโครงสร้างต่างๆ ภายในโลก

ความลึกนี้เองคืออุปสรรคสำคัญ เพราะเมื่อไม่อาจขุดเจาะลงไปสำรวจได้ด้วยตาตัวเอง (หลุมลึกที่สุดที่ขุดได้คือเพียง 12 กิโลเมตร) มนุษย์ก็จำเป็นต้องอาศัยทางอื่น นั่นคือใช้การสังเกตทิศทางและความเร็วของคลื่นที่เกิดจากแผ่นดินไหว คลื่นนี้จะสะท้อนหักเหไปมาผ่านชั้นต่างๆ ที่เรียงตัวลงไปสู่ใจกลางโลก จนเราสามารถเข้าใจโครงสร้างภายในของดาวเคราะห์ดวงนี้ได้มากขึ้น

สิ่งนี้กลายมาเป็นรากฐานของวิชาการด้านวิทยาแผ่นดินไหว หรือ Seismology ที่แยกต่างหากออกไปจากธรณีวิทยา นักแผ่นดินไหววิทยาจะอาศัยการอ่านค่าและการสังเกตคลื่นแผ่นดินไหวเป็นหลักในรายงานเหตุการณ์แผ่นดินไหวต่างๆ ประจำวัน ตลอดจนใช้ในการสร้างสรรค์ผลงานการค้นพบต่างๆ ออกมาเผยแพร่ให้สาธารณชนได้ทราบกัน

เราจะสนใจค่าความลึกของแผ่นดินไหวไปทำไมกัน

ปกติแล้วเมื่อเกิดแผ่นดินไหว ตัวเลขแรกๆ ที่เราซึ่งเป็นประชาชนทั่วไปสนใจ นอกจากเวลาที่เกิดก็คือขนาดและพิกัดของแผ่นดินไหว เพราะขนาดแผ่นดินไหวที่ใหญ่และพิกัดที่ใกล้เรา หมายถึงแรงสั่นสะเทือนที่ส่งผลต่อเรามากขึ้น แต่ยังมีตัวเลขสำคัญอีกตัวนั่นคือความลึก

ค่าความลึกเป็นอีกส่วนหนึ่งที่สำคัญ เพราะแผ่นดินไหวนั้นยิ่งเกิดลึก แรงสั่นสะเทือนก็จะลดน้อยลง ยิ่งถ้าแผ่นดินไหวครั้งนั้นๆ เกิดลึกกว่า 300 กิโลเมตรลงไปแล้ว แรงสั่นสะเทือนที่ส่งผลต่อเราจะค่อนข้างน้อยจนไม่น่าเป็นห่วง แม้จะเป็นแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ก็ตาม

แต่สำหรับนักแผ่นดินไหววิทยา ความลึกของแผ่นดินไหวยังสำคัญกว่านั้นในแง่ของการค้นคว้า เพื่อให้เข้าใจการพาความร้อนและการปลดปล่อยพลังงานใต้พิภพ การเปลี่ยนเฟสของแร่ที่เป็นเนื้อโลก ไปจนถึงการค้นคว้าหาสาเหตุของแผ่นดินไหวเพิ่มเติมไปจากที่เคยรู้จัก เพราะพฤติกรรมของแผ่นดินไหวโดยทั่วไปที่เกิดบริเวณเปลือกโลกด้านบน จะเกิดขึ้นเพราะการเคลื่อนที่หรือการมุดตัวของเปลือกโลก แต่สำหรับแผ่นดินไหวที่เกิดในบริเวณที่ลึกลงไปถึงเนื้อโลก สาเหตุจะมาจากสิ่งอื่นที่แตกต่างออกไป

แล้วสถิติความลึกที่น่าสนใจคือที่ไหน เท่าไร และเมื่อไร

โดยทั่วไปบริเวณที่เกิดแผ่นดินไหวบ่อยที่สุดคือบริเวณเปลือกโลก แผ่นดินไหวขนาดเล็กขนาด 2.0-2.9 จะเกิดขึ้นบ่อยมากคือปีละนับล้านครั้งทั่วโลก จำนวนครั้งของแผ่นดินไหวจะยิ่งลดลงเมื่อแผ่นดินไหวมีขนาดใหญ่ขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ขนาด 4.0-4.9 เกิดราวปีละ 10,000 ครั้ง, ขนาด 5.0-5.9 เกิดราว 1,000-1,500 ครั้ง หรือแผ่นดินไหวที่มีขนาด 7.0-7.9 จะมีจำนวนราวๆ 10-20 ครั้งต่อปีทั่วโลก

นอกจากเรื่องของขนาดแล้ว ที่บริเวณที่ลึกลงไปจากเปลือกโลก จำนวนครั้งในการเกิดแผ่นดินไหวจะยิ่งลดน้อยลง โดยตลอด 100 ปีที่ผ่านมามีแผ่นดินไหวขนาดใหญ่กว่า 7.0 ที่เกิดที่ระดับความลึกเกินกว่า 300 กิโลเมตรเพียง 89 ครั้งเท่านั้น

สถิติที่น่าสนใจคือแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม 2015 เป็นแผ่นดินไหวขนาด Mw 7.9 บริเวณหมู่เกาะโองาซาวาระ ห่างจากกรุงโตเกียวลงไปทางใต้ราว 1,000 กิโลเมตร นอกชายฝั่งญี่ปุ่น แผ่นดินไหวนี้เกิดที่ระดับความลึก 680 กิโลเมตรในเขตมุดตัวอิซุ-โบนิน

แผ่นดินไหวครั้งดังกล่าวนี้ซึ่งเรียกกันย่อๆ ว่า ‘2015 M7.9 โบนิน’ กลายเป็นประเด็นขึ้นมา เนื่องจากในอดีตนักแผ่นดินไหววิทยายังไม่เคยพบว่ามีแผ่นดินไหวเกิดขึ้นในเนื้อโลกส่วนล่าง หรือ Lower Mantle เกินระดับความลึก 750 กิโลเมตรมาก่อนเลย เนื่องจากเป็นส่วนที่ประกอบด้วยเนื้อแร่โอลิวีนที่มีความนุ่มจากอุณหภูมิและแรงกดดันสูง (สีเขียวในภาพด้านบน) จนกระทั่งมีงานวิจัยของทีมงาน ผศ.อีริก ไคเซอร์ จากมหาวิทยาลัยแอริโซนา ที่ตีพิมพ์เมื่อเดือนมิถุนายน 2021 อ้างว่าพบอาฟเตอร์ช็อกจากแผ่นดินไหว 2015 M7.9 โบนิน เกิดลึกลงไปถึงเนื้อโลกส่วนล่างที่ค่าความลึก 751 กิโลเมตร เท่ากับว่าทีมงานของ ผศ.ไคเซอร์ พบแผ่นดินไหวในเนื้อโลกส่วนล่างเป็นครั้งแรก

ประเด็นก็คือ มีงานวิจัยล่าสุดซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 22 มกราคมที่ผ่านมา โดย จางห่าว จากภาควิชาธรณีศาสตร์ มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย ที่มีความเห็นแย้งงานค้นพบของ ผศ.ไคเซอร์ โดยจางห่าวใช้เทคนิค Backprojection ซึ่งทำได้โดยใช้คลื่นแผ่นดินไหวทั้งคลื่น P (ปฐมภูมิ) และ S (ทุติยภูมิ) ที่ได้จากเครือข่าย Hi-net ของญี่ปุ่น คำนวณย้อนกลับไปหาตำแหน่งจริงของแหล่งกำเนิดคลื่น โดยกำหนดค่าอัตราส่วนระหว่างสัญญาณจริงกับสัญญาณรบกวน หรือ SNR ≥ 5 จนพบอาฟเตอร์ช็อกของแผ่นดินไหว M7.9 โบนิน จำนวน 14 ครั้งที่เกิดในรัศมี 150 กิโลเมตรจากจุดโฟกัสของแผ่นดินไหวหลัก

อาฟเตอร์ช็อกที่เกิดในสัปดาห์แรกเรียงตัวตามระนาบการแตกตัวหลัก แสดงการกระจายความเครียดในแนวลงลึก (Down Dip) อาฟเตอร์ช็อกที่เกิดในสัปดาห์ถัดไปกระจายตัวกว้างขึ้นรอบพื้นที่แตกตัวหลัก ซึ่งอาจเกิดจากความเครียดหรือการแพร่ของของไหล แต่ทั้งหมดทั้งมวลจางห่าวพบอาฟเตอร์ช็อกที่ออกนอกกลุ่มลึกลงไปด้านล่างน้อยมาก ครั้งที่ลึกที่สุดเกิดที่ความลึก 707 กิโลเมตร ไม่ใช่ 751 กิโลเมตรตามงานวิจัยของ ผศ.ไคเซอร์

งานวิจัยของจางห่าวจึงถือเป็นการหักล้างการค้นพบของ ผศ.อีริก ไคเซอร์ ก่อนหน้านี้ และสถิติแผ่นดินไหวที่ลึกที่สุดในโลกก็จะย้อนกลับไปที่สถิติเดิมนั่นคือที่ความลึก 735.8 กิโลเมตรในเหตุการณ์แผ่นดินไหวขนาด mb 4.2 บริเวณหมู่เกาะวานูอาตูเมื่อเดือนเมษายน ปี 2004 ซึ่งบันทึกเอาไว้โดย USGS

ทีมงานของจางห่าวตีพิมพ์งานวิจัยในวารสาร https://phys.org/news/2025-01-aftershock-analysis-world-deepest-earthquake.html#google_vignette

ภาพ: Andrey VP via Shutterstock

อ้างอิง:

FYI

แผ่นดินไหวในระดับลึกกว่า 400 กิโลเมตร จะเกิดจากคนละสาเหตุกับแผ่นดินไหวบริเวณเปลือกโลก แผ่นดินไหวระดับลึกจะเกี่ยวเนื่องกับแร่โอลิวีนสีเขียวเป็นมันเงาที่เป็นส่วนประกอบหลักของเนื้อโลก
แร่นี้เมื่อโดนแรงกดดันถึงจุดหนึ่งจะทำให้อะตอมจัดเรียงขึ้นใหม่เป็นโครงสร้างแร่สีน้ำเงินที่เรียกว่า ‘วาดส์ลีไยต์’ ในระดับความลึกลงไปอีก 100 กิโลเมตร ความกดดันจะทำให้อะตอมแร่วาดส์ลีไยต์จัดเรียงใหม่อีกครั้งเป็น ‘ริงวูดไดต์’ ในที่สุด
เมื่อลึกลงไปในเนื้อโลกราว 680 กิโลเมตร ริงวูดไดต์จะแตกตัวเป็นแร่ธาตุ 2 ชนิด ได้แก่ บริดจ์มาไนต์และเพอริคลาส แน่นอนว่านักธรณีวิทยาไม่สามารถสำรวจโลกได้ไกลขนาดนั้นโดยตรง แต่พวกเขาสามารถใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ เพื่อสร้างแรงกดดันที่รุนแรงและสร้างการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ที่พื้นผิวได้
เนื่องจากคลื่นแผ่นดินไหวเคลื่อนที่ต่างกันไปตามเฟสแร่ต่างๆ นักธรณีฟิสิกส์จึงสามารถเห็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้ โดยการดูการสั่นสะเทือนที่เกิดจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่
แร่โอลิวีนสามารถข้ามเฟสของวาดส์ลีไยต์ไปเป็นริงวูดไดต์โดยตรง และเมื่อเกิดการข้ามเฟสแบบนี้ขึ้นมาภายใต้แรงกดดันที่สูงเพียงพอ ตัวแร่ก็อาจปริแตกได้ แทนที่จะเกิดการโค้งงอ
การปริแตกของแร่เป็นที่มาของแผ่นดินไหว