แผนดนไหว (Earthquake)

Physical Geology 205103 Dept. of Geology, CMU

• แผนดนไหว เปนภยธรรมชาตทเกดจากการสนสะเทอนของพนดน อนเนองมาจากการปลดปลอยพลงงานเพอลดความเครยดทสะสมไวภายในโลกออกมา เพอปรบสมดลของเปลอกโลกใหคงท

• เกดขนจากการเคลอนทอยางกะทนหนของหนตามแนวรอยเลอน (fault) เปนสวนใหญ

• แผนดนไหวทเกดในมหาสมทรจะท าใหเกดคลนขนาดใหญ เรยกวา สนาม (Tsunami)

• นกวทยาศาสตรทศกษาแผนดนไหวคอ seismologist

• ปจจบนนกวทยาศาสตรยงไมสามารถท านายเวลา สถานท และความรนแรงของแผนดนไหวทจะเกดขนในอนาคตได

• ดงนนการศกษา เรยนร เพอใหเขาใจถงกระบวนการเกดของแผนดนไหวทแทจรง เพอเปนแนวทางในการลดความเสยหายทจะเกดขน

สาเหตของการเกดแผนดนไหว

• 1. เกดจากกระบวนการเคลอนทของเปลอกโลก (Plate tectonics activity) เปลอกโลกเกดการเคลอนไหวจนท าใหเกดชนหนคดโคง รอยเลอน รอยแตก และรอยแยกขนบนพนโลก แลวจงมการปลดปลอยพลงงานออกมาในรปคลนแผนดนไหว

• 2. เกดจากกระบวนการภเขาไฟระเบด (Volcanism) การเคลอนทของหนหนดสปากปลองภเขาไฟ ท าใหเกดการสนสะเทอนของแผนดนได

• 3. เกดจากการกระท าของมนษย เชน การทดลองระเบดปรมาณ เขอนแตก การระเบดหน เปนตน

ทฤษฎของการเกดแผนดนไหว

ทฤษฎทเปนทยอมรบกนอยางกวาขวาง คอทฤษฎวาดวยการคนตวของวตถ (elastic rebound) การสนสะเทอนจากการเคลอนตวของรอยเลอน คอ เมอวตถเคลอนทถงจดหนง วตถจะขาดออกจากกน พรอมกบปลดปลอยพลงงานออกมา ากนนวตถจะคนตวกลบเขารปเดม

Elastic Rebound Theory

แผนดนไหวอาจเปนผลจาก Elastic rebound theory ซงมใจความวา “บางกรณ เมอหนไดรบแรงเคนมากๆ หนจะเกดการโคงงอ (deformed) จนกระทงพลงงานมากเกนกวาพลงงานในการยดเหนยวโมเลกลของแร จงท าใหหนแตกออก เมอหนแตกแลว หนนนกจะคนรปแบบทนททนใด และจะกลบไปเปนรปรางเหมอนเมอยงไมมการเปลยนแปลงใดๆ ผลของการคนรปนจะท าใหหนจะเคลอนทเนองจากการปลดปลอยพลงงานอยางรวดเรว”

เมอสวนของโลกบรเวณนนไดรบแรงเคน และไมสามารถทนตอแรงเคนทมากระท า จนหนแตก (fracture) และเลอนออกจากกนอยางทนททนใด (shock) ซงหนจะปลดปลอยพลงงานออกมาท าใหเกดการสนสะเทอน และอาจสนตดตามมาอกหลายครง เรยกวา Aftershocks จนกวาหนจะหยดเคลอนท

Earth Structures

Earth Structures The structure of Earth can be defined in two ways:

• Mechanical properties such as rheology (flow of matter) – divided into lithosphere, asthenosphere, mesospheric mantle, outer core, and the inner core.

• Chemical composition properties mainly based on seismology data – divided into the crust, upper mantle, lower mantle, outer core, and inner core

8

(เปลอกโลก)

(เนอโลกชนบน)

(เนอโลกชนลาง)

(แกนโลก)

โครงสรางของโลก Earth Structure

โลกแบงออกเปนชนตางๆ ได 3 ชน

1. ชนแกนโลก (core)ประกอบดวย เหลก และนเกลเปนส าคญ อณหภมสงมาก แบงยอยเปน 2 ชน คอ • แกนโลกสวนใน (inner core) เปนของแขง • แกนโลกสวนนอก (outer core) เปนของเหลว

2. ชนเนอโลก (mantle) ประกอบดวยเหลก แมกนเซยม ซลกอน และอออกซเจน เปนส าคญ แบงยอยเปน 3 ชน คอ • ชนเนอโลกสวนลาง (lower mantle) • ชนทรานซชน (transition zone) • ชนเนอโลกสวนบน (upper mantle)

3. ชนเปลอกโลก (crust) ประกอบดวยออกซเจน และซลคอน เปนส าคญ แบงออกเปน 2 ชน คอ • เปลอกทวป (continental crust) หนา 30 – 50 กม. ประกอบดวยซลกอน (Si) และอลมเนยม (Al) ซงเปนองคประกอบแบบหนแกรนต หรอ เรยกกวา SIAL • เปลอกมหาสมทร (oceanic crust) หนา 5-12 กม. ประกอบดวยซลกอน อลมเนยม และแมกนเซยม (มองคประกอบแบบหนบะซอลต) เปนส าคญ เรยกเปลอกสมทรวา SIMA

เรารโครงสรางโลกจากอะไร

ต าแหนงทเกดแผนดนไหว จดก าเนดแผนดนไหว หรอศนยกลางทเกดแผนดนไหว เรยกวา Focus อยบนระนาบรอยเลอน (fault plane) หรอเรยก hypocenter หากยงไมสามารถก าหนดต าแหนงทแนนอน)

ต าแหนงบนผวโลกทอยตรงกบจด Focus = Epicenter

Shallow Focus = เกดทความลกระหวาง 0-70 km. Intermediate Focus = เกดทความลกระหวาง 70-300 km. Deep Focus =เกดทความลกมากกวา 300 km.

ธรณแปรสณฐาน (Tectonics)

การเคลอนทของแผนเปลอกโลก vs แผนดนไหว

Convergent Conservative (Transform)

Divergent

3 Types of Plate Boundaries

การแยกตวของพนทวป

Divergent boundaries

Himalaya

South America

Convergent boundaries

Convergent Boundaries การเขาหากน ของพนทวป

Transform Boundaries การสวนกนของพนทวป

Magmatism and metamorphism at a convergent boundary

รอยเลอนมพลง Active faults

ภเขาไฟเกดอยางไร

แผนดนไหวเกดทไหน

Cenozoic basalt in Thailand

ในป ค.ศ. 1909 Andrija Mohorovicic ไดคนพบรอยชนไมตอเนองระหวาง crust และ Mantle ทเรยกวา Mohorovicic Discontinuity (Moho) ซงมความลก 5-70 km ขนอยกบวาเปนสวนของ Continental หรอ Oceanic crust

การคนพบรอยตอระหวาง Crust และ Mantle

คลนแผนดนไหว (Seismic waves)

เมอหนมการเคลอนทอยางทนททนใดใตพนผวโลก จะเกดคลนทเรยกวา คลนแผนดนไหว ซงจะเคลอนทออกมาจากจดโฟกส คลนแผนดนไหวทเกดขนม 3 แบบ คอ P-body wave S-body wave และ Surface wave

คลนแผนดนไหว Body wave (P& S waves) เคลอนทออกจากจดโฟกสในทกทศทาง สามารถเคลอนทผานชนหนแขงได P-wave = เปนคลนแบบ compressional โดยท าใหอนภาคของหนสนจากดานหลงมาดานหนา ผานไดทกตวกลาง ความเรวสงมาก= 5.7 km/second

S-wave เปนคลนทมความเรวประมาณ 3.3 km/sec ผานไดเฉพาะตวกลางทเปนของแขง

Surface waves (or L-waves) เปนคลนแผนดนไหวทเคลอนทชาทสด โดยเคลอนทอยบนผวโลก จาก epicenter คลนนท าใหเกดความเสยหายบนพนผวโลกมากทสด เพราะเปนคลนทเคลอนทอยบนผวดนของชาๆ

FALL 2004 EASA-130 Seismology and Nuclear Explosions 30

Which animation is showing P and S

wave propagation?

FALL 2004 EASA-130 Seismology and Nuclear Explosions 31

Which animation is showing Rayeigh

wave propagation?

FALL 2004 32

Seismic Wave Types Surface Waves

• Large amplitude more damages • Long wavelength • Wide range of frequencies (large

bandwidth) • Travel slowly • Not produced by deep

earthquakes

Body Waves • Small amplitude • Short wavelength • Narrow frequency band • Travel more quickly • Produced by all

earthquakes

People wave??

การตรวจวดคลนแผนดนไหว คลนแผนดนไหวสามารถตรวจจบไดดวย Seismometer ทเชอมตอกบ Seismograph ซงเปนเครองมอบนทกคลนการสนสะเทอนเนองจากแผนดนไหว ซงจะไดชดของขอมลเรยกวา Seismogram บรเวณทมแผนดนไหวรนแรง อาจตดตง Accelerameter ไวในอาคาร เพอตรวจวดอตราเรงของคลนแผนดนไหว

FALL 2004 EASA-130 Seismology and Nuclear Explosions 34

Seismogram of seismic waves

flutrackers.com Firstly, no one knows where an EQ epicenter is

Wave Propagations

ขนาดของแผนดนไหว (magnitude) มาตราวดขนาดแผนดนไหวใชหนวยเปน “รกเตอร (Richter)” (จากชอของ C. F Richter นกวทยาศาสตรชาวอเมรกา) เปนปรมาณของพลงงานซงปลดปลอยออกมาในรปของการสนสะเทอน ณ จดศนยกลางแผนดนไหว ค านวณไดจากการต ร ว จ ว ด ค า ค ว า ม ส ง ข อ ง ค ล นแผนดนไหว (amplitude) ทตรวจวดไดดวยเครอง seismometer

ความรนแรงแผนดนไหว (Intensity) ความรนแรงแผนดนไหวมดวยกนหลายมาตราแตทนยมใชในประเทศไทยไดแก มาตราเมอรแคลลซงม 12 อนดบ (MM Scale) เรยงล าดบจากเหตการณแผนดนไหวทรนแรงนอยทสดจนถงรนแรงมากทสด

ลกษณะการเกดคลนยกษ

• มคนเจบและตาย • อาคารบานเรอนและสงกอสราง

พงถลม • ไรทอยอาศย • เขอนพง • โครงสรางถนนหนทางพง

เสยหาย • แกสรว /เกดระเบด/ไฟไหม • กอใหเกดสนาม

ความเสยงเมอเกดแผนดนไหว

How is an Epicenter Located? • Seismic wave behavior P waves arrive first,

then S waves, then L and R

• Average speeds for all these waves is known

• After an earthquake, the difference in arrival

times at a seismograph station can be used to

calculate the distance from the seismograph to

the epicenter.

40

How is an Epicenter Located?

• Time-distance graph

showing the average

travel times for P- and S-

waves.

• The farther away a

seismograph is from the

focus of an earthquake.

• The longer the interval

between the arrivals of

the P- and S- waves

41

42

• Three seismograph stations are needed to locate the epicenter

• Circle where the radius equals the distance to the epicenter is drawn

• The intersection of the circles locates the epicenter

Earthquake in Laos PDR

• According to the USGS a magnitude 6.3 earthquake struck the Luang Namtha province of Laos

• There are no reports of damage as of yet, but the USGS reports that damage in the area could be "moderate to heavy

Wednesday, May 16, 2007