แผ่นดินไหว

แผ่นดินไหว เป็นปรากฏการณ์สั่นสะเทือนหรือเขย่าของพื้นผิวโลก เพื่อปรับตัวให้อยู่ในสภาวะสมดุล ซึ่งแผ่นดินไหวสามารถก่อให้เกิดความเสียหายและภัยพิบัติต่อบ้านเมือง ที่อยู่อาศัย สิ่งมีชีวิต ส่วนสาเหตุของการเกิดแผ่นดินไหวนั้นส่วนใหญ่เกิดจากธรรมชาติ โดยแผ่นดินไหวบางลักษณะสามารถเกิดจากการกระทำของมนุษย์ได้ แต่มีความรุนแรงน้อยกว่าที่เกิดขึ้นเองจากธรรมชาติ นักธรณีวิทยาประมาณกันว่าในวันหนึ่ง ๆ จะเกิดแผ่นดินไหวประมาณ 1,000 ครั้ง ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นแผ่นดินไหวที่มีการสั่นสะเทือนเพียงเบา ๆ เท่านั้น คนทั่วไปจะไม่รู้สึกถึงแรงสั่นสะเทือน

แผ่นดินไหวเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (แนวระหว่างรอยต่อธรณีภาค) ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของชั้นหินขนาดใหญ่เลื่อน เคลื่อนที่ หรือแตกหักและเกิดการโอนถ่ายพลังงานศักย์ ผ่านในชั้นหินที่อยู่ติดกัน พลังงานศักย์นี้อยู่ในรูปคลื่นไหวสะเทือน

ศูนย์เกิดแผ่นดินไหวมักเกิดตามรอยเลื่อน อยู่ในระดับความลึกต่าง ๆ ของผิวโลก เท่าที่เคยวัดได้ลึกสุดอยู่ในชั้นแมนเทิล ส่วนจุดที่อยู่ในระดับสูงกว่า ณ ตำแหน่งผิวโลก เรียกว่า จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหว โดยการศึกษาเรื่องแผ่นดินไหวและคลื่นสั่นสะเทือนที่ถูกส่งออกมา เรียกว่า วิทยาแผ่นดินไหว เมื่อจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวของแผ่นดินไหวขนาดใหญ่อยู่นอกชายฝั่ง อาจเกิดคลื่นสึนามิตามมาได้ นอกจากนี้ แผ่นดินไหวยังอาจก่อให้เกิดดินถล่ม และบางครั้งกิจกรรมภูเขาไฟตามมาได้

แผ่นดินไหววัดโดยใช้การสังเกตจากไซสโมมิเตอร์ (seismometer) มาตราขนาดโมเมนต์เป็นมาตราที่ใช้มากที่สุดซึ่งทั่วโลกรายงานแผ่นดินไหวที่มีขนาดมากกว่าประมาณ 5 สำหรับแผ่นดินไหวอีกจำนวนมากที่ขนาดเล็กกว่า 5 แมกนิจูด สำนักเฝ้าระวังแผ่นดินไหวแต่ละประเทศจะวัดด้วยมาตราขนาดท้องถิ่นเป็นส่วนใหญ่ หรือเรียก มาตราริกเตอร์ สองมาตรานี้มีพิสัยความถูกต้องคล้ายกันในเชิงตัวเลข แผ่นดินไหวขนาด 3 หรือต่ำกว่าส่วนใหญ่แทบไม่รู้สึกหรือรู้สึกได้เบามาก ขณะที่แผ่นดินไหวตั้งแต่ขนาด 7 อาจก่อความเสียหายรุนแรงเป็นบริเวณกว้าง ขึ้นอยู่กับความลึก แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์มีขนาดมากกว่า 9 เล็กน้อย แม้จะไม่มีขีดจำกัดว่าขนาดจะมีได้ถึงเท่าใด แผ่นดินไหวใหญ่ล่าสุดที่มีขนาด 9.0 หรือมากกว่า คือ แผ่นดินไหวขนาด 9.0 ที่ประเทศญี่ปุ่นเมื่อปี 2554 และเป็นแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีการบันทึกในญี่ปุ่น ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนวัดโดยมาตราเมร์กัลลีที่ถูกดัดแปลง หากตัวแปรอื่นคงที่ แผ่นดินไหวที่อยู่ตื้นกว่าจะสร้างความเสียหายแก่สิ่งก่อสร้างมากกว่าแผ่นดินไหวที่อยู่ลึกกว่า

แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวหรือบริเวณตำแหน่งศูนย์กลางแผ่นดินไหวส่วนใหญ่จะอยู่ตรงบริเวณ ขอบของแผ่นเปลือกโลก แนวรอยเลื่อนต่างๆ และบริเวณที่มนุษย์มีกิจกรรมกระตุ้นให้เกิดแผ่นดินไหว เช่น เหมือง เขื่อน บ่อน้ำมัน บริเวณที่มีการฉีดของเหลวลงใต้พื้นดิน บริเวณที่มีการเก็บกากรังสีเป็นต้น

แผ่นดินไหวจากธรรมชาติเป็นธรณีภัยพิบัติ

ชนิดหนึ่ง ส่วนมากเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของพื้นดิน อันเนื่องมาจากการปลดปล่อยพลังงานเพื่อระบายความร้อน ที่สะสมไว้ภายในโลกออกมาอย่างฉับพลันเพื่อปรับสมดุลของเปลือกโลกให้คงที่ โดยปกติเกิดจากการเคลื่อนไหวของรอยเลื่อน ภายในชั้นเปลือกโลกที่อยู่ด้านนอกสุดของโครงสร้างของโลก มีการเคลื่อนที่หรือเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ อยู่เสมอ (ดู การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก) แผ่นดินไหวจะเกิดขึ้นเมื่อความเค้นอันเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงมีมากเกินไป ภาวะนี้เกิดขึ้นบ่อยในบริเวณขอบเขตของแผ่นเปลือกโลก ที่ที่แบ่งชั้นเปลือกโลกออกเป็นธรณีภาค (lithosphere) เรียกแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นบริเวณขอบเขตของแผ่นเปลือกโลกนี้ว่า แผ่นดินไหวระหว่างแผ่น (interplate earthquake) ซึ่งเกิดได้บ่อยและรุนแรงกว่า แผ่นดินไหวภายในแผ่น (intraplate earthquake)

มีทั้งทางตรงและทางอ้อม เช่น การระเบิด การทำเหมือง สร้างอ่างเก็บน้ำหรือเขื่อนใกล้รอยเลื่อน การทำงานของเครื่องจักรกล การจราจร รวมถึงการเก็บขยะนิวเคลียร์ไว้ใต้ดิน เป็นต้น

คลื่นแผ่นดินไหว หรือคลื่นไหวสะเทือน () ถูกแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ 
ขนาดของแผ่นดินไหว หมายถึง จำนวนหรือปริมาณของพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจากศูนย์กลางแผ่นดินไหวในแต่ละครั้ง การหาค่าขนาดของแผ่นดินไหวทำได้โดยวัดความสูงของคลื่นแผ่นดินไหวที่บันทึกได้ด้วยเครื่องตรวดวัดแผ่นดินไหว แล้วคำนวณจากสูตรการหาขนาด ตัวอย่างสูตรการคำนวณขนาดแผ่นดินไหวแบบท้องถิ่น (ML-Local Magnitude) ซึ่งคิดค้นโดย ชาลส์ ฟรานซิส ริกเตอร์ มีสูตรการคำนวณในยุคแรกดังนี้

กำหนดให้

โดยขนาดของแผ่นดินไหว ในแต่ละระดับจะปล่อยพลังงานมากกว่า 32 เท่าของขนาดก่อนหน้า เช่นแผ่นดินไหวแมกนิจูด 5 จะปล่อยพลังงานออกมามากกว่าแมกนิจูด 4 ราว 32 เท่า เป็นต้น

สูตรของขนาดแผ่นดินไหวยังมีอีกมากมายหลายสูตร แต่ละสูตรจะมีใช้วิธีวัดและคำนวณแตกต่างกันออกไป เช่น mb วัดจากคลื่น body wave หรือ MS วัดจากคลื่น surface wave เป็นต้น โดยมาตราวัดขนาดโมเมนต์ หรือ Mw จะเป็นมาตราวัดขนาดแผ่นดินไหวที่วัดได้แม่นยำที่สุดโดยไม่ขึ้นอยู่กับข้อจำกัดใดๆ

ความรุนแรงของแผ่นดินไหว () ต่างจากขนาดแผ่นดินไหว เนื่องจากความรุนแรงของแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นในแต่ละครั้งนั้นขึ้นอยู่กับระยะทางจากศูนย์กลางแผ่นดินไหวมาถึงผู้สังเกตว่าห่างมากน้อยเพียงใด ความเสียหายจะเกิดมากที่สุดบริเวณใกล้จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวและค่อยๆลดทอนออกมาตามระยะทาง โดยมาตราวัดความรุนแรงมีหลายมาตรา เช่น มาตราชินโดะ มาตราเมร์กัลลี เป็นต้น

แผ่นดินไหวเป็นภัยธรรมชาติที่ยังไม่สามารถพยากรณ์ได้อย่างแม่นยำ ทั้งตำแหน่ง ขนาด และเวลาเกิด แม้ว่าในปัจจุบันจะมีเทคโนโลยี เครื่องมือตรวจวัดที่ทันสมัย แต่อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์พยายามศึกษา วิเคราะห์ถึงลักษณะต่าง ๆ ของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว โดยอาศัยจากการสังเกตสิ่งต่อไปนี้

ผลกระทบจากแผ่นดินไหว มีทั้งทางตรงและทางอ้อม เช่น ทำให้เกิดพื้นดินแตกแยก ภูเขาไฟระเบิด อาคารสิ่งก่อสร้างพังทลาย ไฟไหม้ แก๊สรั่ว ท่อระบายน้ำและท่อประปาแตก คลื่นสึนามิ แผ่นดินถล่ม เส้นทางการคมนาคมเสียหายและถูกตัดขาด ถนนและทางรถไฟบิดเบี้ยวโค้งงอ เกิดโรคระบาด ปัญหาด้านสุขภาพจิตของผู้ประสบภัย ความสูญเสียในชีวิตและทรัพย์สิน รวมถึงทางเศรษฐกิจ เช่น การสื่อสารโทรคมนาคมขาดช่วง ระบบคอมพิวเตอร์ขัดข้อง การคมนาคมทั้งทางบก ทางน้ำ ทางอากาศหยุดชะงัก ประชาชนตื่นตระหนก ซึ่งมีผลต่อการลงทุน การประกันภัย และในกรณีที่แผ่นดินไหวมีความรุนแรงมาก เมืองทั้งเมืองอาจถูกทำลายหมด และมีผู้เสียชีวิตเป็นจำนวนมาก

ถ้าแผ่นดินไหวเกิดขึ้นใต้ทะเล แรงสั่นสะเทือนอาจจะทำให้เกิดเป็นคลื่นขนาดใหญ่ที่เรียกว่า "สึนามิ" (, Tsunami) มีความเร็วคลื่น 600-800 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในทะเลเปิด ส่วนใหญ่คลื่นจะมีความสูงไม่เกิน 1 เมตร และสังเกตได้ยาก แต่จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อเคลื่อนถึงใกล้ชายฝั่ง โดยอาจมีความสูงถึง 60 เมตร สามารถก่อให้เกิดน้ำท่วม สร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงกับสิ่งก่อสร้างที่ติดอยู่ชายฝั่งทะเล

ในปัจจุบันมีการสร้างอาคาร ตึกระฟ้าใหม่ ๆ บนหินแข็งในเขตแผ่นดินไหว อาคารเหล่านั้นจะใช้โครงสร้างเหล็กกล้าที่แข็งแรงและขยับเขยื้อนได้ มีประตูและหน้าต่างน้อยแห่ง บางแห่งก็มุงหลังคาด้วยแผ่นยางหรือพลาสติกแทนกระเบื้อง ป้องกันการตกลงมาของกระเบื้องแข็งทำให้ผู้คนบาดเจ็บ ถนนมักจะสร้างให้กว้างเพื่อว่าเมื่อเวลาตึกพังลงมาจะได้ไม่กีดขวางทางจราจร และยังมีการสร้างที่ว่างต่าง ๆ ในเมือง เช่น สวนสาธารณะ ซึ่งผู้คนสามารถจะไปหลบภัยให้พ้นจากการถล่มของอาคารบ้านเรือนได้
คนในสมัยโบราณมีความเชื่อว่าแผ่นดินไหวหรือภูเขาไฟระเบิด เกิดจากฝีมือของเทพเจ้าหรือสิ่งเหนือธรรมชาติ เช่น ชาวโรมันโบราณคิดว่าเทพเจ้าที่ชื่อว่า วัลแคน อาศัยอยู่ในภูเขาไฟ เทพองค์นี้ทรงเป็นช่างตีเหล็กให้กับเทพเจ้าองค์อื่น ๆ เมื่อใดที่มีควันและเปลวไฟพุ่งออกมาจากภูเขาไฟ ชาวโรมันก็คิดว่าเทพเจ้าวัลแคนกำลังติดไฟในเตาหลอมอยู่ และเมื่อแผ่นดินสั่นสะเทือนก็หมายถึงว่าเทพเจ้าวัลแคนกำลังตีเหล็กหลอมอยู่บนทั่ง

ชาวกรีกโบราณเชื่อว่าเทพเจ้าองค์หนึ่ง มีชื่อว่า โพไซดอน เป็นผู้ที่ก่อให้เกิดแผ่นดินไหว เทพเจ้าโพไซดอนมีรูปร่างขนาดใหญ่ เมื่อพิโรธก็จะกระทืบเท้า ทำให้เกิดแผ่นดินไหว ส่วนชาวฮินดูในประเทศอินเดียเชื่อว่าโลกของเราตั้งอยู่บนถาดทองคำซึ่งวางอยู่บนหลังช้างหลายเชือกติดกัน เมื่อใดที่ช้างเคลื่อนไหว โลกก็จะสั่นสะเทือนไปด้วย และเกิดเป็นแผ่นดินไหว ส่วนคนญี่ปุ่นเชื่อกันมาตั้งแต่สมัยโบราณว่า มีปลาดุกยักษ์อยู่ใต้พื้นดิน และเมื่อใดที่ปลาดุกยักษ์พลิกตัวหรือขยับเขยื้อนแต่ละครั้ง ก็จะทำให้เกิดแผ่นดินไหวความเชื่อของคนไทยโบราณคล้ายคลึงกับคนญี่ปุ่นแต่เปลี่ยนเป็นปลาอานนท์ใต้เขาพระสุเมรุพลิกตัว