นักฟิสิกส์กับภารกิจช่วยหมูป่าออกจากถ้ำ
(ภาพจาก https://www.iihr.uiowa.edu/igs/programs/geophysics/?doing_wp_cron=1536767431.8095960617065429687500)
ภารกิจกู้ภัยเพื่อช่วยเหลือทีมฟุตบอลเยาวชนหมูป่าอะคาเดมีทั้ง 13 ชีวิตซึ่งติดอยู่ภายในถ้ำหลวง-ขุนน้ำนางนอน อำเภอแม่สาย จังหวัดเชียงราย เมื่อช่วงปลายเดือนมิถุนายนจนถึงต้นเดือนกรกฎาคม พ.ศ.2561 ที่ผ่านมาได้กลายเป็นเหตุการณ์สำคัญที่ได้รับความสนใจจากทั่วโลก ภารกิจดังกล่าวนับว่าเป็นภารกิจใหญ่ที่ต้องอาศัยความร่วมมือจากหลากหลายอาชีพ ไม่ว่าจะเป็นนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร นักธรณีวิทยา นักภูมิศาสตร์ นักดำน้ำ ทหาร ตำรวจ หน่วยกู้ภัย และอื่น ๆ อีกมากมายนับไม่ถ้วน
ในเหตุการณ์ครั้งนั้นผู้เขียนและเพื่อนร่วมทีมได้มีโอกาสเป็นส่วนหนึ่งในการวิเคราะห์และรายงานสภาพอากาศเพื่อแจ้งเตือนกลุ่มฝนรายชั่วโมงร่วมกับทีมกู้ภัยอำเภอแม่สาย จังหวัดเชียงราย การได้มีส่วนร่วมในเหตุการณ์ดังกล่าวเป็นเวลานับสิบวันทำให้ผู้เขียนสังเกตเห็นว่าองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความสำคัญต่อภารกิจครั้งนั้นมากกว่าที่ผู้เขียนเคยคาดไว้ ดังนั้นในบทความนี้ผู้เขียนจึงอยากถ่ายทอดประสบการณ์และบอกเล่าความรู้พื้นฐานวิชาธรณีฟิสิกส์และอุตุนิยมวิทยาว่ามีความสำคัญต่อภารกิจนี้อย่างไร
เนื่องจากถ้ำหลวงเป็นถ้ำหินปูนขนาดใหญ่และมีทางน้ำธรรมชาติไหลเข้ามาตามจุดต่าง ๆ ของถ้ำ หัวใจหลักของการสำรวจจึงเป็นการสร้างแบบจำลองโครงสร้างของถ้ำเพื่อระบุตำแหน่งของโพรงถ้ำและทางน้ำในถ้ำ การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ที่ถูกนำมาใช้มีอยู่ 2 วิธี คือ การสำรวจด้วยวิธีความต้านทานไฟฟ้า และการสำรวจด้วยวิธีคลื่นไหวสะเทือน ซึ่งผู้เขียนจะขออธิบายพื้นฐานทางทฤษฎีดังนี้
การสำรวจด้วยวิธีความต้านทานไฟฟ้า (Resistivity Survey) เป็นการประยุกต์ใช้กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) หรือ V = IR ในการสำรวจสภาพใต้ดิน เพราะวัตถุหรือสภาพใต้ดินที่ต่างกันจะมีค่าความต้านทานไฟฟ้าต่างกัน หลักการของวิธีนี้คือใช้แท่งอิเล็กโทรดหลาย ๆ แท่งเป็นตัวปล่อยไฟฟ้ากระแสตรงลงสู่ดิน เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัตถุก็จะทำให้เกิดความต่างศักย์ จากนั้นจึงวัดค่าความต้านทานไฟฟ้าของวัตถุหรือสภาพใต้ดินแล้วนำข้อมูลไปวิเคราะห์ผลเพื่อสร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์ หากต้องการสำรวจสภาพใต้ดินในระดับลึกลงไปก็ต้องทำการเพิ่มระยะห่างของขั้วอิเล็กโทรดแต่ละขั้ว รวมถึงเพิ่มการจ่ายกระแสไฟฟ้าด้วย การสำรวจด้วยวิธีนี้ถูกใช้มากที่สุดบริเวณรอบถ้ำหลวงเพื่อหาทางน้ำและโครงสร้างของถ้ำ
(ภาพจาก https://water.usgs.gov/ogw/bgas/toxics/index.html)
การสำรวจด้วยวิธีคลื่นไหวสะเทือน (Seismic Survey) เป็นการสำรวจที่มีพื้นฐานมาจากการประยุกต์สมการคลื่น (Wave Equation) และคุณสมบัติของคลื่นเพื่อใช้สำรวจสภาพใต้ผิวดิน ซึ่งการสำรวจด้วยวิธีนี้มีการพัฒนาอย่างมากเพราะนำไปประยุกต์ใช้ในการหาแหล่งปิโตรเลียมและแผ่นดินไหวได้ หลักการพื้นฐานของวิธีนี้คือทำการปล่อยคลื่นออกจากแหล่งกำเนิดลงไปใต้ดินแล้วรอดักจับสัญญาณคลื่นที่เคลื่อนที่กลับมาเพื่อนำไปวิเคราะห์หารอยต่อหรือโพรงใต้ดิน การสำรวจวิธีนี้ถูกแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ การสำรวจโดยใช้หลักการหักเห (Refraction) และการสำรวจโดยใช้หลักการสะท้อน (Reflection) ความแตกต่างที่สำคัญของทั้งสองแบบคือ วิธีสำรวจโดยใช้การหักเหของคลื่นจะสามารถทำได้ก็ต่อเมื่อความเร็วคลื่นในชั้นดินหรือชั้นหินด้านล่างมีค่ามากกว่าชั้นที่อยู่ด้านบน
(ภาพจาก http://www.enviroscan.com/home/seismic-refraction-versus-reflection)
นอกจากความยากเนื่องจากสภาพทางภูมิประเทศและธรณีวิทยาของถ้ำแล้ว อุปสรรคอีกอย่างหนึ่งที่ทำให้การกู้ภัยและการสำรวจปล่องถ้ำล่าช้าก็คือฝน เนื่องจากดอยนางนอนเป็นแนวเขาที่วางตัวขวางทิศทางของลมมรสุม จึงส่งผลให้อากาศที่เข้าปะทะแนวเขาเกิดการยกตัวและตกลงมาเป็นฝน ผนวกกับพื้นที่รอบถ้ำมีต้นไม้จำนวนมากจึงทำให้มีความชื้นมากด้วย ดังนั้นจึงไม่แปลกเลยที่จะมีฝนตกลงมาบ่อยครั้งและทำให้การสูบน้ำกับการเดินสำรวจล่าช้า เนื่องจากทีมอาสากู้ภัยไม่สามารถคาดคะเนเวลาที่ฝนจะตกได้ ปัญหาดังกล่าวทำให้ทีมของผู้เขียนตัดสินใจประสานงานกับทีมกู้ภัยแล้วทำการวิเคราะห์การเคลื่อนตัวของเมฆฝนอย่างละเอียดโดยใช้โปรแกรม Google Earth โปรแกรมในกลุ่ม GIS ข้อมูลจากเรดาร์ตรวจอากาศ (Weather Radar) ของกรมอุตุนิยมวิทยา และการสังเกตในพื้นที่จริง เพื่อคำนวณเวลาที่เมฆฝนจะเดินทางเข้ามาในพื้นที่ถ้ำหลวง รวมถึงมีการรายงานว่าฝนจะตกเบาหรือตกหนักร่วมด้วยเพื่อให้ทีมกู้ภัยและอาสาสมัครเดินสำรวจปล่องถ้ำสามารถวางแผนการทำงานได้สะดวกขึ้น ซึ่งการรายงานข้อมูลเหล่านี้จะไม่สามารถทำได้เลยหากไม่มีระบบเรดาร์ตรวจอากาศ เพราะเรดาร์ตรวจอากาศจะใช้การส่งคลื่นวิทยุออกไปปะทะกับกลุ่มหยาดน้ำฟ้า (Precipitation) ซึ่งความยาวคลื่นจะต้องเหมาะสมกับขนาดของหยาดน้ำฟ้า คลื่นบางส่วนจึงจะสะท้อนกลับมาตามกฎการกระเจิงของเรย์ลี (Rayleigh’s Scattering Law) การสะท้อนของสัญญาณคลื่นจะเรียกว่า Radar Reflectivity ซึ่งสามารถนำไปคำนวณเป็นความเข้มฝนได้ตามสมการ Z-R Relationship
(ภาพจาก http://weather.tmd.go.th/)
สิ่งที่ผู้เขียนกล่าวมาเป็นเพียงส่วนหนึ่งของภารกิจ เพราะผู้เขียนรับรู้มาว่ายังมีผู้คนอีกจำนวนมากที่อยู่เบื้องหลังภารกิจนี้ ยกตัวอย่างเช่นในกลุ่มนักคณิตศาสตร์และนักภูมิศาสตร์ได้มีการใช้โปรแกรม Digital Elevation Model หรือ DEM ซึ่งเป็นแบบจำลองข้อมูลเชิงตัวเลขเพื่อสร้างภาพจำลองของถ้ำในคอมพิวเตอร์ ทางด้านข้าราชการ นักศึกษา และประชาชนทั่วไปก็มีการจัดตั้งเครือข่ายจัดหาโดรน ปั๊มน้ำ และอุปกรณ์ที่จำเป็นเข้าไปช่วยเหลืออย่างต่อเนื่องเช่นกัน
ถึงแม้เราจะมีเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์สุดไฮเทคซึ่งต่อยอดมาจากสมการทางวิทยาศาสตร์ที่สวยงาม แต่ผู้เขียนเชื่อว่าสิ่งที่สวยงามยิ่งกว่าคือภาพแห่งความประทับใจที่ได้เห็นผู้คนมากหน้าหลายตาที่ร่วมแรงร่วมใจฝ่าฟันอุปสรรคไปด้วยกัน ไม่มีการแบ่งแยกเพศ เชื้อชาติ ศาสนา หรือความเชื่อทางการเมือง สิ่งที่ปรากฏอยู่หน้าถ้ำหลวงในวันนั้นคือการแสดงออกถึงความรักในเพื่อนมนุษย์ ความรักที่อยู่ในรูปของการช่วยเหลือซึ่งกันและกันจนสามารถเอาชนะอุปสรรคทางธรรมชาติได้ในที่สุด
เรียบเรียงโดย
สมาธิ ธรรมศร
ภาควิชาวิทยาศาสตร์พื้นพิภพ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
อ้างอิง
หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์ ตอนที่ 2
29-02-2024
หอสังเกตการณ์นิวทริโนไอซ์คิวบ์ ตอนที่ 1
09-02-2024
