ดาวเทียม SAR เผยเหตุผลที่การปะทุของภูเขาไฟ Kilauea ปี 2018 ใน Hawaii รุนแรงที่สุดในรอบ 200 ปี

ภูเขาไฟ Kilauea ที่ Hawaii นั้นเป็นที่ยังคุกรุ่นที่สุดในโลกอันหนึ่ง ด้วยสภาพทางธรณีวิทยาของภูเขาไฟ Kilauea ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ง่าย ทำให้มีหน่วยงานต่าง ๆ เป็นจำนวนมากนำอุปกรณ์สำรวจต่าง ๆ เข้าไปติดตั้งในบริเวณภูเขาไฟเพื่อวัดการเคลื่อนไหวของลาวา แมกมา และการเกิดแผ่นดินไหว รวมถึงการใช้ดาวเทียม SAR หรือ Synthetic Aperture Radar ในการเฝ้าระวังด้วย

ภูเขาไฟ Kilauea ปะทุขึ้นล่าสุดเมื่อปี 2018 ซึ่งเป็นการปะทุที่ใหญ่ที่สุดในรอบ 200 ปีของภูเขาไฟ Kilauea จึงเป็นโอกาสดีที่นักวิทยาศาสตร์จะสำรวจและเก็บข้อมูลการปะทุแบบนี้เพื่อนำไปศึกษาต่อเนื่องจากการปะทุของภูเขาไฟขนาดใหญ่แบบนี้มีน้อยมากและกว่าจะเกิดที่อาจต้องรอเป็น 100 ปีหรืออาจนานถึง 1,000 ปีก็ได้

การปะทุของภูเขาไฟ Kilauea เมื่อปี 2018 ซึ่งทำลายทุกสิ่งบนพื้นผิวบริเวณตะวันออกเฉียงใต้ของเกาะ Hawaii – ที่มา USGS

อย่างไรก็ตามผลการวิเคราะห์ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์พอจะสันนิษฐานได้แล้วว่าเหตุใดการปะทุรอบนี้จึงรุนแรงกว่าครั้งที่ผ่าน ๆ มาถึงขั้นที่ลาวาไหลลงทะเลและแข็งตัวกลายเป็นหินเกิดเป็นแผ่นดินเพิ่มเป็นพื้นที่กว่า 3.54 ตารางกิโลเมตร

การปะทุของภูเขาไฟ Kilauea เมื่อปี 2018 ซึ่งใหญ่ที่สุดในรอบ 200 ปี ระดับที่ลาวาเป็นจำนวนมากครอบคลุมชายฝั่งของเกาะ Hawaii และไหลลงทะเล – ที่มา USGS

อ้างอิงจากงานวิจัย Dynamics of large effusive eruptions driven by caldera collapse นั้น นักวิทยาศาสตร์พบว่าการปะทุอย่างรุนแรงของแมกมาหิน Basalt ที่ภูเขาไฟ Kilauea นั้นเกิดจากการเลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก (Quasi-periodic ground displacement) อย่างรุนแรงบริเวณภูเขาไฟจากแผ่นดินไหวแมกนิจูดกลาง ซึ่งตอนนี้ยังไม่ทราบสาเหตุว่าแผ่นดินไหวดังกล่าวมีหลักการเกิดอย่างไร

แผ่นดินไหวและการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกระหว่างการปะทุ (Topography-generated pressure) ทำให้เกิดความเครียดในหินจนแอ่งหยุบ (Caldera) โดยการหยุบตัวของ Caldera ไม่ได้ทำให้การปะทุรุนแรงขึ้นโดยตรง เพียงแต่มันมีผลโดยทางอ้อม

ภาพแสดงปากปล่องของภูเขาไฟ – ที่มา IRIS

จากการใช้ Synthetic Aperture Radar (SAR) ในการหาพื้นที่ที่เกิดการเปลี่ยนแปลงของแผ่นเปลือกโลกบริเวณภูเขาไฟพบว่าเกิดแผ่นดินไหวระดับกลางเป็นจำนวนมากรอบ ๆ ภูเขาไฟและนำไปสู่การเคลื่อนตัวออกของแผ่นเปลือกโลกในหลาย ๆ บริเวณอย่างรุนแรง ซึ่งการเคลื่อนตัวนี้อยู่ในระดับเซนติเมตรแต่ถือเป็นการเคลื่อนตัวที่รุนแรงมากในนิยามของการแปรธรณีสันฐาน

ผลการวิเคราะห์ Synthetic Aperture Radar ของการปะทุของภูเขาไฟ Kilauea เมื่อปี 2021 – ที่มา NASA/JPL-Caltech

ผลจากการวิเคราะห์ SAR ด้านบนนี้พบว่าการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกบริเวณภูเขาไฟเริ่มต้นในเดือน พฤษภาคม 2018 ต่อมาในช่วงเดือน มิถุนายน 2018 นั้น บริเวณ Caldera ของภูเขาไฟ Kilauea ได้ถล่มลงมา จากวิดีโอแสดงการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกจะเห็นว่าแผนที่สีของภูเขาไฟซึ่งเป็นแผนที่ที่แทนที่การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกนั้น เคลื่อนตัวเป็นกลุ่มก้อนของลูกคลื่นอย่างรุนแรงโดยเฉพาะบริเวณด้านซ้าบล่างของภูเขาไฟ ซึ่งเป็นผลทางอ้อมมาจากการถล่มของ Caldera

นักวิทยาศาสตร์พบว่าแมกมาจำนวนมากที่ไหลออกมาครอบคลุมพื้นที่โดยรอบของภูเขาไฟนั้นไม่ได้มาจากปากปล่องอย่างเดียว แต่มาจาก “Vent” หรือ “Secondary Vent” ซึ่งเป็นช่องว่างที่ทำหน้าที่เป็นเหมือนท่อบริเวณรอบ ๆ ภูเขาไฟเป็นจำนวนมาก โดยเกิดจากแมกมาในปล่องหลัก (Main Vent) ภูเขาไฟที่จะค่อย ๆ เซาะผนังข้างภูเขาไฟไปเรื่อย ๆ เกิดเป็นท่อขึ้นมานั่นเอง

ภาพจำลองโครงสร้างของภูเขาไฟ

เมื่อแมกมายิงกัดเซาะผนังข้างเกิดเป็นท่อ Secondary Vent ใหม่ขึ้นเรื่อย ๆ แต่แมกมาในปล่องยังมีปริมาณเท่าเดิม หมายความว่าแมกมาที่อยู่เหนือสุดซึ่งก็คือบริเวณปากปล่องก็จะลดลง และถ้ามันลดลงมากเกินไป นั้นหมายความว่าบริเวณแอ่งยุบตรงปากปล่อง (Caldera) จะไม่มีแมกมามารองรับน้ำหนักทำให้ในที่สุด Caldera ก็จะถล่มลงมา

ภาพปริมาณของลาวาเหนือพื้นผิวของภูเขาไฟ Kilauea ในการปะทุเมื่อปี 2018 ก่อนที่ Caldera จะถล่ม – ที่มา NASA/JPL-Caltech

เมื่อ Caldera ถล่มลงมามันก็จะสไลด์เอาผิวของภูเขาไฟบริเวณปากปล่องลงไปในปล่องภูเขาไฟด้วย เมื่อหินมหาศาลจากปากปล่องตกลงไปในปล่องภูเขาไฟมันจะไม่จมเหมือนที่เราคิดกันไว้แต่มันจะลอยเพราะแมกมานั้นมีความหนาแน่นสูงมาก แต่หินพวกนี้จะสร้างแรงดันกดลงไปที่แมกมาแทนซึ่งแรงดันที่เพิ่มขึ้นของแมกมานี่เองที่ไปดันผิวของภูเขาไฟบริเวณที่มี Secondary Vent อยู่จนมันแยกตัวออกเกิดเป็นลาวาไหลออกมาจากผิวภูเขาไฟ

ภาพปริมาณของลาวาเหนือพื้นผิวของภูเขาไฟ Kilauea ในการปะทุเมื่อปี 2018 หลัง Caldera ถล่ม – ที่มา NASA/JPL-Caltech

หลังจากที่ Caldera ถล่มนั้นเกิดการไหลของลาวาเป็นจำนวนมากจากบริเวณที่เป็นนอกเหนือจากบริเวณของปากปล่องเนื่องจากการปะทุส่วนใหญ่เมื่อปี 2018 ของ Kilauea นั้นเกิดจากการปะทุของ Secondary Vent แบบ Effusive (ลาวาค่อย ๆ ไหลออกจากภูเขาไฟอย่างช้า ๆ และอย่างต่อเนื่อง) เป็นส่วนใหญ่โดยเฉพาะบริเวณ Rift Zone ทางฝั่งตะวันออกของภูเขาไฟที่ถูกปกคลุมด้วยลาวาทั้งหมดจนลาวาไหลลงทะเล ทำลายสิ่งปลูกสร้างทั้งหมดรอบ ๆ ทิศตะวันออกของเกาะ Hawaii

Animation แสดงการไหลของลาวาระหว่างการปะทุของภูเขาไฟ Kalauea เมื่อปี 2018 – ที่มา WikiCommons

เมื่อนำข้อมูลการไหลของลาวาไปทำการเปรียบเทียบกับการปะทุคล้าย ๆ กันในภูเขาไฟลูกอื่นที่มีการถล่มของ Caldera ก็พบว่าการไหลของลาวานั้นมีแนวโน้มเช่นเดิม คือปะทุออกมาจาก Secondary Vent ครอบคลุมพื้นที่รอบ ๆ ภูเขาไฟ

ซึ่งก็ค้นพบความเกี่ยวข้องของการถล่มของปากปล่องกับการไหลของลาวานั้นจะทำให้เราสามารถสร้างแบบจำลองการปะทุของภูเขาไฟในอนาคตได้เพื่อประมาณการความรุนแรงของการปะทุได้ร่วมกับการใช้ SAR ในการ Monitor การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกเพื่อเฝ้าระวังการปะทุจาก Secondart Vent อย่างไรก็ตามโมเดลเหล่านี้จะยังไม่สามารถทำนายการปะทุของภูเขาไฟล่วงหน้าได้ ทำได้เพียงเฝ้าระวังอย่างใกล้ชิดเพื่อเตือนการปะทุอย่างรุนแรงเท่านั้น

สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับ Synthetic Aperture Radar ได้ที่นี่ – เจาะลึก InSAR เทคโนโลยีการเตือนแผ่นดินไหวจากอวกาศ

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Caldera Collapse Increases the Size and Duration of Volcanic Eruptions

Dynamics of large effusive eruptions driven by caldera collapse