เรารู้จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวได้อย่างไร
ภาพแสดงองค์ประกอบสำคัญของการเกิดแผ่นดินไหว แสดงจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหวใต้พื้นโลก จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวและการเคลื่อนที่ของคลื่นพีและคลื่นเอส
เครดิต https://open.maricopa.edu/physicalgeologymaricopa/chapter/10-3/
หลายคนอาจจะยังจำเหตุการณ์เมื่อวันที่ 28 มีนาคม พ.ศ. 2568 ได้ดี เมื่อเกิดแผ่นดินไหวในประเทศพม่า (2025 Myanmar earthquake) ซึ่งสามารถรับรู้แรงสั่นสะเทือนได้ในหลายพื้นที่รวมถึงประเทศไทย ขณะนั้นผู้เขียนกำลังทำงานอยู่ที่มหาวิทยาลัย เมื่อเริ่มสังเกตเห็นความสั่นไหวที่ผิดปกติ ผู้คนภายในอาคารรีบอพยพออกจากอาคารและไปรวมตัวกันในบริเวณด้านนอกอาคารเพื่อความปลอดภัย สำหรับใครหลายคนรวมถึงผู้เขียน เหตุการณ์ครั้งนี้เป็นประสบการณ์การเกิดแผ่นดินไหวครั้งแรกในชีวิตและเป็นประสบการณ์ที่ทำให้เราได้สัมผัสกับปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาที่ปกติแล้วมักพบเห็นผ่านข่าวในโทรทัศน์หรือสารคดีมากกว่าจะได้สัมผัสด้วยตัวเอง เหตุการณ์ครั้งนี้มีความรุนแรงและสร้างความเสียหายอย่างกว้างขวางโดยเฉพาะในประเทศพม่า ซึ่งเป็นพื้นที่ของจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว มีอาคาร บ้านเรือน และสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ จำนวนมากได้รับความเสียหาย อ้างอิงจากรายงานของ AHA Centre เมื่อวันที่ 23 เมษายน ค.ศ. 2025 มีผู้เสียชีวิต 3757 คน และสูญหายอีก 116 คน
นับเป็นความสูญเสียอันมหาศาล สำหรับประเทศไทยก็มีผู้เสียชีวิตและได้รับผลกระทบจากเหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งนี้เช่นกัน แม้ว่าจำนวนผู้เสียชีวิตจะน้อยกว่าประเทศพม่าอย่างมาก เหตุผลสำคัญก็คือประเทศไทยโดยเฉพาะกรุงเทพมหานครที่มีประชากรอาศัยอยู่อย่างหนาแน่นอยู่ห่างจากจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวออกมาอย่างไรก็ตาม คำอธิบายดังกล่าวเพียงอย่างเดียวไม่สามารถอธิบายการเกิดความเสียหายได้ทั้งหมด เนื่องจากผลกระทบของแผ่นดินไหวยังขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นอีกเช่น กับลักษณะทางธรณีวิทยาของพื้นที่และความแข็งแรงของโครงสร้างอาคารก็มีผลเช่นกัน
จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวหรือภาษาอังกฤษคือ epicenter หมายถึงพื้นดินเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวหรือจุดโฟกัส (focus) ซึ่งจุดนี้จะอยู่ใต้พื้นดินลงไป คำถามที่น่าสนใจคือนักวิทยาศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวได้อย่างไร ถ้าจะตอบคำถามเรื่องนี้ ผู้เขียนขอพาย้อนไปสู่ตำราฟิสิกส์ระดับมหาวิทยาลัยที่ผู้เขียนชอบอ่าน
ลักษณะการเคลื่อนที่ของคลื่นเอสและคลื่นพีผ่านตัวกลาง
เครดิต https://byjus.com/physics/p-wave/
ตำราฟิสิกส์ฉบับภาษาอังกฤษระดับมหาวิทยาลัยปี 1 ที่นิยมใช้กันมี 3 เล่มด้วยคือ Fundamentals of Physics เขียนโดย David Halliday, Robert Resnick และ Jearl Walker เล่มต่อมา University Physics เขียนโดย Hugh Young และ Roger Freedman ตำราเล่มสุดท้ายคือ Physics for Scientists and Engineers เขียนโดย Raymond Serway และ John Jewett Jr. ทั้งสามเล่มนี้มีเนื้อหาครอบคลุมฟิสิกส์พื้นฐาน อ่านเข้าใจได้ง่าย โจทย์ปัญหามีตั้งแต่ง่ายไปยันยาก มีโจทย์ที่น่าสนใจมากมายที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่าง ๆ ก่อนที่จะตอบปัญหาว่านักวิทยาศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวได้อย่างไร เราควรถามคำถามที่ง่ายกว่านั้นก่อนคือนักวิทยาศาสตร์สามารถวัดแผ่นดินไหวว่าเกิดห่างจากสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหว (Seismic Station) ได้อย่างไร ซึ่งเรื่องนี้เป็นโจทย์ปัญหาเรื่องการวิเคราะห์แผ่นดินไหว เป็นโจทย์ในบทที่ 2 การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ในตำรา University Physics ของ Young โดยจากโจทย์สรุปได้ว่า แผ่นดินไหวก่อให้เกิดคลื่นไหวสะท้อน (seismic waves) หลายประเภทที่เราอาจคุ้นชื่อกันดีคือ คลื่นพี (P-waves) หรือคลื่นปฐมภูมิ และคลื่นเอส (S-waves) หรือคลื่นทุติยภูมิ โดยสมมติว่าคลื่นพีเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วประมาณ 6.5 km/s ขณะที่คลื่นเอสเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วประมาณ 3.5 km/s (เป็นเพียงค่าสมมติจากโจทย์) ช่วงเวลาที่แตกต่างกันระหว่างการมาถึงของคลื่นทั้งสองที่สถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวจะสามารถช่วยให้นักธรณีวิทยาสามารถคำนวณได้ว่าแผ่นดินไหวเกิดขึ้นห่างไปเท่าใด โดยช่วงเวลาที่แตกต่างกันระหว่างเวลาที่คลื่นพีกับคลื่นเอสมาถึงสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวซึ่งจะถูกวัดโดยอุปกรณ์ที่เรียกว่าเครื่องวัดความไหวสะเทือน (seismograph) จะถูกเรียกว่าเวลาเอส-พี (S–P time) ทำให้ทราบระยะจากศูนย์เกิดแผ่นดินไหวมายังสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหว จากโจทย์กำหนดว่าช่วงเวลาที่คลื่นทั้งสองมาถึงแตกต่างกัน 33 วินาที ให้คำนวณหาว่าแผ่นดินไหวเกิดขึ้นห่างจากสถานีตรวจวัดเป็นระยะทางเท่าใด? ก่อนไปทำโจทย์กันขออธิบายเพิ่มเติมก่อนดังนี้ คลื่นพีเป็นคลื่นที่เดินทางได้เร็วกว่าคลื่นเอส จึงเป็นคลื่นแรกที่เครื่องวัดความไหวสะเทือนตรวจพบ การสั่นของอนุภาคในตัวกลางในคลื่นนี้จะสั่น ไปกลับในแนวเดียวกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่ คล้ายการบีบอัดและคลายตัวสปริง คลื่นพีสามารถเดินทางผ่านได้ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส จึงสามารถเคลื่อนผ่านชั้นต่าง ๆ ของโลกได้หลายบริเวณ ในขณะที่คลื่นเอสเป็นคลื่นไหวสะเทือนที่เดินทางช้ากว่าคลื่นพี จึงมาถึงเครื่องวัดความไหวสะเทือน การสั่นของอนุภาคในคลื่นเอสจะสั่นตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่ ทำให้เกิดการสั่นในลักษณะขึ้นลงหรือซ้ายขวา คลื่นเอสสามารถเดินทางผ่านได้เฉพาะของแข็งเท่านั้น ไม่สามารถเดินทางผ่านของเหลวหรือแก๊สได้ เนื่องจากของเหลวไม่สามารถรับแรงเฉือนแบบที่ทำให้เกิดคลื่นเอสได้
ถ้าใครจะลองฝึกทำโจทย์ข้อนี้ให้ลองทำดูก่อน เพราะต่อไปนี้จะเป็นวิธีการทำโจทย์ข้อนี้ จะเห็นได้ว่าโจทย์ข้อนี้ฝึกให้คิดแก้ปัญหา ตอนแรกอาจจะคิดว่าหาคำตอบไม่ได้เพราะโจทย์ให้ข้อมูลมาไม่เพียงพอ แต่เมื่อพิจารณาให้ดีแล้วโจทย์ข้อนี้สามารถหาคำตอบได้ โดยสมการหลักที่เราต้องใช้ในการแก้โจทย์ข้อนี้คือสมการหาอัตราเร็วในกรณีที่ไม่มีความเร่ง
v=st
เพื่อแก้โจทย์นี้เราต้องตั้งสมการให้ถูกต้องเป็น
tS=tP+33
โดย tS , tP คือเวลาที่คลื่นเอสและคลื่นพีใช้ในการเคลื่อนที่จากศูนย์เกิดแผ่นดินไหวมายังสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวตามลำดับ จากสมการ
v=st
ทำการย้ายตัวแปรเพื่อต้องการคำนวณ t จะได้
t=sv
เมื่อแทนค่าข้อมูลที่โจทย์ให้มาลงในสมการจะได้ ts เป็น
ts=s3.5
และ tp เป็น
tp=s6.5
และจากสมการ
tS=tP+33
เขียนใหม่ได้เป็น
tS-tp=33
สุดท้ายแทนค่าลงในสมการที่เขียนใหม่นี้จะได้เป็น
s3.5-s6.5=33
แก้สมการเพื่อหาค่า s เราก็จะทราบคำตอบสุดท้ายว่าแผ่นดินไหวอยู่ห่างไป 250 กิโลเมตร โจทย์ข้อนี้นอกจากทำให้เราได้ฝึกการแก้ปัญหาโจทย์ทางฟิสิกส์ยังทำให้เราเข้าใจหลักการพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวอีกด้วย
ภาพตัวอย่างวิธีการสามเหลี่ยม (trilateration) ที่สมมติให้มีการเกิดแผ่นดินไหวบริเวณทวีปอเมริกาเหนือ
เครดิต https://www.mtu.edu/geo/community/seismology/learn/earthquake-epicenter/
โดยหลักการแล้วการใช้สถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวเพียงแห่งเดียวจะบอกได้เพียงว่าแผ่นดินไหวอยู่ห่างจากสถานีนั้นเป็นระยะทางเท่าใด แต่ยังไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนได้ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ข้อมูลจากสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวอย่างน้อย 3 แห่งโดยใช้วิธีการสามเหลี่ยม(trilateration) โดยใช้ข้อมูลจากสถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวอย่างน้อย 3 แห่งนี้จะมีที่ตั้งห่างอยู่คนละตำแหน่งกัน แต่ละสถานีจะคำนวณระยะทางจากสถานีไปยังจุดศูนย์เกิดแผ่นดินไหวจากเวลาเอส-พีดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้น แล้วนำระยะทางดังกล่าวมาเขียนเป็นวงกลมรอบสถานีแต่ละแห่ง เมื่อใช้ข้อมูลจากสถานีที่สองจะได้วงกลมอีกวงหนึ่งซึ่งตัดกับวงกลมแรก โดยทั่วไปจะเหลือจุดที่เป็นไปได้สองตำแหน่ง เพื่อแก้ไขความกำกวมดังกล่าว จึงต้องใช้ข้อมูลจากสถานีตรวจวัดแห่งที่สาม โดยคำนวณระยะทางจากสถานีแห่งที่สามไปยังศูนย์เกิดแผ่นดินไหว แล้วสร้างวงกลมวงที่สามขึ้นมา เมื่อวงกลมทั้งสามถูกนำมาพิจารณาร่วมกัน วงกลมทั้งสามจะตัดกันหรือมีบริเวณที่สอดคล้องกันใกล้เคียงกัน ซึ่งช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งของจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวบนพื้นผิวโลกได้อย่างแม่นยำมากขึ้น อันนี้เป็นแค่หลักการพื้นฐานเพราะเมื่อเวลาเกิดแผ่นดินไหวจริง ในทางปฏิบัตินักวิทยาศาสตร์อาจจะไม่ได้ใช้เพียงแค่สถานี 3 แห่งเท่านั้น รวมทั้งยังต้องคำนึงถึงปัจจัยอื่น ๆ เพิ่มขึ้นมาอีก เช่นความแตกต่างของโครงสร้างชั้นหินแต่ละพื้นที่และความเร็วของคลื่นในแต่ละบริเวณ เป็นต้น
การระบุจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวเป็นข้อมูลที่สำคัญเพื่อให้หน่วยงานที่เกี่ยวข้องนำไปใช้ในการบริหารจัดการภัยพิบัติ โดยเฉพาะระบบแจ้งเตือนภัยพิบัติที่ควรมีความรวดเร็วและทันท่วงทีเพื่อช่วยให้ประชาชนในพื้นที่เสี่ยงภัยที่อาจได้รับผลกระทบมีเวลาเตรียมตัวอพยพได้อย่างปลอดภัย อีกสิ่งหนึ่งที่สำคัญก็คือการกำหนดมาตรฐานและบังคับใช้กฎหมายที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบอาคาร สิ่งก่อสร้างต่าง ๆ ให้มีความแข็งแรงทนทาน สามารถรองรับแรงสั่นสะเทือนตามหลักวิศวกรรม ทั้งหมดเหล่านี้ผู้เขียนเชื่อว่าจะสามารถช่วยลดความสูญเสียต่อชีวิตและทรัพย์สินได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเกิดแผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ในปัจจุบันนี้มนุษย์ยังไม่มีเทคโนโลยีที่จะหยุดยั้งไม่ให้เกิดแผ่นดินไหวได้ แต่เราสามารถบริหารจัดการเพื่อลดความสูญเสียที่จะเกิดขึ้นได้
ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์
นักศึกษาระดับปริญญาเอก
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
อ้างอิง
Young, H. D., Freedman, R. A., & Ford, A. L. (2012). Sears and Zemansky's university physics with modern physics (13th ed.). Pearson Education.
ASEAN Coordinating Centre for Humanitarian Assistance on disaster management (AHA Centre). (2025, April 23). Situation Update No. 10 – M7.7 Mandalay Earthquake – 23 April 2025. https://ahacentre.org/situation-update/situation-update-no-10-m7-7-mandalay-earthquake-23-april-2025/
Michigan Technological University. (n.d.). How can I locate the earthquake epicenter? https://www.mtu.edu/geo/community/seismology/learn/earthquake-epicenter/
Maricopa Community Colleges. (n.d.). 10.3 Geological Renaissance of the Mid-20th Century. In Physical Geology: An Arizona Perspective. https://open.maricopa.edu/physicalgeologymaricopa/chapter/10-3/
BYJU'S. (n.d.). P-Wave. https://byjus.com/physics/p-wave/
Michigan Technological University. (2026). How can I locate the earthquake epicenter? UPSeis. https://www.mtu.edu/geo/community/seismology/learn/earthquake-epicenter/
