ธรณีวิทยาว่าด้วยการเกิดถ้ำ - National Geographic Thailand

ธรณีวิทยาว่าด้วยการเกิดถ้ำ

ธรณีวิทยาว่าด้วย การเกิดถ้ำ

เมื่อเอ่ยคำว่า “ถ้ำ” คุณผู้อ่านนึกถึงสิ่งใดเป็นอันดับแรก บางคนอาจนึกถึงความมืดมิด บางคนอาจคิดจินตนาการถึงค้างคาว โดยภาพรวมแล้ว ถ้ำกลายมาเป็นสัญลักษณ์ของความลี้ลับและความน่ากลัว แต่ย้อนไปในอดีตไกลโพ้น ถ้ำคือบ้านของมนุษย์ยุคแรกเริ่มที่ช่วยปกป้องคุ้มครองบรรพบุรุษของเราจากสัตว์ป่าและสภาพอากาศเลวร้าย

ถ้ำ คือโพรงใต้ดินที่ส่วนใหญ่ไม่มีแสงสว่างส่องถึง เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและมีขนาดตั้งแต่ช่องขนาดเล็ก ไปจนถึงขนาดใหญ่โตมโหฬาร ถ้ำเกิดขึ้นได้ในเกือบทุกสภาวะบนผิวโลก จากบริเวณเส้นศูนย์สูตรไปจนถึงขั้วโลก ใต้ทะเล หรือแม้แต่บนภูเขา อีกทั้งยังเกิดขึ้นได้กับหินทุกประเภท ซึ่งในภาคเหนือของไทยนั้น ถ้ำส่วนใหญ่เป็นหินปูน และด้วยภูมิประเทศแบบแนวภูเขาสลับกับหุบเขาที่มีแม่น้ำไหลผ่านจึงก่อให้เกิดถ้ำจำนวนมาก

 

กำเนิดถ้ำ

ในอดีตเคยเชื่อกันว่า ถ้ำเกิดจากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่รุนแรง เช่น แผ่นดินไหว ส่งผลให้เปลือกโลกถูกฉีกออกจนกลายเป็นโพรงถ้ำ หรือเกิดจากน้ำท่วมฉับพลันที่ถล่มทะลุทะลวงพื้นดิน

ทว่าแท้จริงแล้ว การเกิดถ้ำมักมาจากน้ำที่ซึมผ่านเป็นเวลานาน ในตอนแรกจุดกำเนิดของถ้ำเริ่มจากหินปูนที่มีน้ำขังอยู่ ซึ่งเรียกว่าถ้ำจิ๋ว (micro-cave) น้ำที่ซึมผ่านหินจะละลายผนังถ้ำออกช้าๆ จนถ้ำจิ๋วมีขนาดกว้างขึ้น และพัฒนาเป็นโครงข่ายของหลอดเล็กๆ ที่เรียกว่าหลอดเชื่อมโยง (anastomoses) โดยน้ำที่ไหลผ่านหลอดเล็กๆ นี้จะละลายเอาเนื้อหินปูนทีละช้าๆ จากนั้นเมื่อหลอดใดหลอดหนึ่งขยายจนมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 มิลลิเมตร จะส่งผลให้การไหลของน้ำนั้นไม่สม่ำเสมอ และไหลวน ทำให้น้ำสัมผัสกับหินปูนมากยิ่งขึ้น จึงไปเร่งอัตราการละลาย การกัดเซาะผนังให้เร็วขึ้น หลอดดังกล่าวจึงมีขนาดใหญ่ขึ้นตาม และดึงน้ำจากหลอดใกล้เคียงให้ไหลผ่านมากขึ้น และเร็วขึ้น เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ถ้ำเริ่มต้น (proto-cave) และเมื่อเวลาผ่านไปถ้ำเริ่มต้นจึงเริ่มพัฒนาเป็นถ้ำที่ใหญ่ขึ้น

การเกิดถ้ำ
ถ้ำคริสตัล เมืองไนก้า เม็กซิโก
อุณหภูมิภายในถ้ำที่สูงถึง 48 องศาเซลเซียส และความชื้นที่มีมากถึง 90% จะคร่าชีวิตชีวิตของนักสำรวจภายใน 30 นาที หากปราศจากเครื่องป้องกัน (จินตนาการถึงตอนเปิดฝาหม้อหุงข้าว) ถ้ำที่มีความลึกจากพื้นดินราว 300 เมตรนี้อุดมไปด้วยแร่ยิปซัมจำนวนมาก แต่ละผลึกมีความยาวมากถึง 12 เมตร หนักถึง 55 ตัน สันนิษฐานกันว่าผลึกที่ใหญ่ที่สุดมีอายุราว 500,000 ปี
ภาพถ่ายโดย Peter Carston

ทว่ายังมีถ้ำอื่นๆ ที่ไม่ได้เกิดจากการละลายของหินปูน เช่น ถ้ำที่เกิดจากน้ำพุร้อนใต้ดิน เช่น ถ้ำอัญมณี (Jewel cave) ในสหรัฐอเมริกา ถ้ำที่เกิดขึ้นจากสารละลายของกรดซัลฟิวริก เช่น ถ้ำโมไวล์ (Movle) ในโรมาเนีย หรือถ้ำที่เกิดจากลาวาที่เย็นตัวลงแล้ว เช่น ถ้ำคาซามูรา (Kazamura) ในฮาวาย

 

จุดจบของถ้ำ

ธรณีวิทยาของหินรอบๆ ถ้ำจะเป็นตัวกำหนดรูปร่างของถ้ำ รอยเลื่อน (fault) และรอยแยก (joint) มีผลต่อรูปร่างของถ้ำในหลายๆ ทาง หากถ้ำนั้นๆ มีรอยเลื่อน และรอยแยกอยู่ใกล้กันจะส่งผลให้น้ำสามารถไหลได้หลายทาง เกิดเป็นโครงข่ายถ้ำที่สลับซับซ้อน

การแบ่งประเภทของถ้ำจะแบ่งตามตำแหน่งของถ้ำ เมื่อเทียบกับระดับน้ำใต้ดิน เช่น ถ้ำฟรีแอทิก (phreatic cave) เกิดในระดับใต้หรือที่ระดับน้ำใต้ดิน หรือถ้ำวาโดส (vadose cave) ซึ่งเกิดเหนือระดับน้ำใต้ดิน ทั้งนี้ถ้ำที่ยังคงมีการเปลี่ยนแปลง หรือที่เรียกว่ามีการพัฒนาอยู่จะต้องมีน้ำไหล มีความชุ่มชื้นภายใน หากเป็นถ้ำที่แห้งจะเรียกว่าเป็นถ้ำที่หยุดการพัฒนาแล้ว ถ้ำเหล่านี้จะเกิดการผุกร่อน เกิดรอยแยก และผนังถ้ำพังถล่มลงมาจนในที่สุดแสงอาทิตย์ก็จะสาดส่องเข้ามาในถ้ำได้ ซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้ายของชีวิตที่ยาวนานของถ้ำ กระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นได้ตั้งแต่พันปี ไปจนถึงล้านปีหลังถ้ำนั้นๆ หยุดการพัฒนา

(ยลศิลปะข้ามกาลเวลา จากผนังถ้ำในยุโรป)

 

ถ้ำในภาคเหนือของไทยสมัยก่อนประวัติศาสตร์

ในภาคเหนือของไทย หลักฐานที่แสดงให้เห็นว่ามนุษย์เราพึ่งพิงถ้ำในการใช้ชีวิตถูกพิจารณาผ่านหลักฐานประเภท เครื่องมือหินกะเทาะ เศษกระดูกสัตว์ และเปลือกหอย ร่องรอยก่อไฟทำอาหาร ไปจนถึงภาชนะดินเผา ซึ่งคาดว่าสิ่งของเหล่านี้เป็นของกลุ่มคนในสังคมล่าสัตว์หาของป่า หลักฐานลักษณะนี้ถูกพบกระจายอยู่ทั่วไปในหลายจังหวัด มีอายุตั้งแต่สมัยไพลสโตซีนตอนปลาย จนถึงสมัยโฮโลซีนตอนกลาง ในขณะที่บางพื้นที่มีรายงานพบว่าบางถ้ำยังคงถูกใช้งานเมื่อพันกว่าปีมาแล้ว

การเกิดถ้ำ
ภาพแสดงวิถีชีวิตของผู้คนในยุคหินที่ต้องพึ่งพาถ้ำ
ภาพถ่ายโดย crystalinks.com

นอกเหนือจากการใช้เป็นที่พักอาศัย ยังพบหลักฐานอีกว่ามนุษย์ยุคก่อนประวัติศาสตร์ใช้ถ้ำเพื่อประกอบพิธีกรรม ผ่านภาพเขียนและหลุมศพ รวมไปถึงเครื่องประดับโลหะ และเครื่องมือเหล็ก เช่นในอำเภอปางมะผ้า จังหวัดแม่ฮ่องสอน มีการขุดค้นพบหลุมศพซึ่งมีอายุมากกว่า 10,000 ปี แสดงให้เห็นว่าผู้คนโบราณใช้ถ้ำเป็นสถานที่ประกอบพิธีกรรม และฝังศพผู้ตายมานานกว่าที่เคยคิดกันไว้

 

สิ่งมีชีวิตภายในถ้ำ

ระบบนิเวศของถ้ำมีความน่าอัศจรรย์  แต่ขณะเดียวกันก็เป็นระบบนิเวศที่เปราะบางเมื่อเทียบกับระบบนิเวศอื่นๆ ภายนอกถ้ำ เนื่องจากอาหารและพลังงานที่มีอยู่อย่างจำกัด เช่น ถ้ำบางแห่งมีลำธารไหลเฉพาะฤดูฝนเท่านั้น ทว่าการมีแหล่งอาหารที่จำกัดนี้ส่งผลให้สิ่งมีชีวิตในถ้ำต้องพึ่งพาอาศัยกัน ยกตัวอย่างค้างคาว และนกนางแอ่นที่มูลของมันเป็นอาหารให้แก่สัตว์อื่นๆ ในถ้ำ ดังนั้นแล้วหากเกิดการเปลี่ยนแปลง หรือย้ายถิ่นฐานของสัตว์เหล่านี้ ห่วงโซ่อาหารทั้งหมดของถ้ำก็จะได้รับผลกระทบไปด้วย

การเกิดถ้ำ
ปลา Mexican Tetra (Astyanax mexicanus) จากสวนสัตว์ Tulsa
ภาพถ่ายโดย Joel Sartore

สภาพแวดล้อมอันแปลกประหลาดภายในถ้ำเอื้อให้สิ่งมีชีวิตต้องปรับตัวตาม ทั้งการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง และวงจรชีวิต สายตาที่เคยเป็นประโยชน์ไม่มีความหมายในความมืดมิดของถ้ำ ดังนั้นจะพบว่าสัตว์ในถ้ำหลายชนิดจะวิวัฒน์ให้สูญเสียการมองเห็นไป และมีผิวหนังสีขาว ในขณะเดียวกัน ประสาทสัมผัสอื่นๆ กลับถูกพัฒนาขึ้นมาแทนที่ เช่น จิ้งหรีดในถ้ำจะมีหนวดที่ยาวกว่าปกติ หรือปลาถ้ำบางชนิดจะมีปุ่มพิเศษตามตัว ช่วยให้พวกมันสัมผัสความเคลื่อนไหวในน้ำได้

นอกจากนั้นยังพบว่าสัตว์ในถ้ำยังมีแนวโน้มที่จะเจริญเติบโตช้า ผสมพันธุ์น้อยครั้ง และมีอายุยืน เนื่องจากร่างกายจำกัดพลังงานให้น้อยที่สุดเพื่อการเอาตัวรอดในสภาพแวดล้อมอันมหัศจรรย์ของถ้ำ

 

กติกาในการสำรวจถ้ำ

เมื่อถ้ำคือระบบนิเวศที่มีความเปราะบาง ดังนั้นแล้วการสำรวจถ้ำจึงเป็นดั่งดาบสองคมที่อาจสร้างความเสียหายให้แก่สภาพแวดล้อมภายในถ้ำ ในการสำรวจแต่ละครั้ง นักสำรวจจึงต้องคำนึงถึงประเด็นการอนุรักษ์เป็นสำคัญ

และเหล่านี้คือกติกาคร่าวๆ ในการสำรวจถ้ำเพื่อก่อผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด โดยสหพันธ์นักสำรวจถ้ำออสเตรเลีย ปี 2538 (Australian Speleological Federation 1995)

– ระลึกเสมอว่าทุกการสำรวจก่อผลกระทบต่อถ้ำ โดยลดการสำรวจที่ไม่จำเป็นลง

– สำรวจถ้ำอย่างช้าๆ เพลิดเพลินไปกับสิ่งที่เห็น ซึ่งจะช่วยโอกาสที่จะสร้างความเสียหายให้แก่ถ้ำ แทนที่จะสำรวจด้วยความเหนื่อยล้าหรือตื่นเต้น

– ทีมสำรวจที่ดีควรมีขนาดเล็กประมาณ 4 คน

– ระวังศีรษะของตนชนเข้ากับหินงอกหินย้อย

– ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสมาชิกในทีมทุกคนยืนในตำแหน่ง หรือเส้นทางที่กำหนดไว้

– สังเกตลักษณะต่างๆ บนพื้นดิน เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลายด้วยการเหยียบย่ำ หรือคลานทับ

– ล้างเสื้อผ้า และรองเท้าทุกครั้งเมื่อสำรวจถ้ำเสร็จ เพื่อลดการแพร่กระจายของแบคทีเรียและเชื้อรา

– ถ้าจำเป็นต้องเดินบนหินน้ำไหล (flowstone) หรือทำบนหินปูน (rimstone) ควรถอดรองเท้าหรือเสื้อผ้าที่เปื้อนโคลนออกก่อน

– ปฏิบัติและเคารพในสิทธิการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตภายในถ้ำ หลีกเลี่ยงการทำลาย ไม่ว่าจะเป็นการฉีกใยแมงมุม รวมถึงหลีกเลี่ยงการส่องไฟไปที่สัตว์เช่นค้างคาว

– ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่ทำเศษอาหารตกพื้น เพราะจะก่อให้เกิดปัญหาภายในถ้ำได้

การเกิดถ้ำ
ถ้ำนกนางแอ่น เม็กซิโก
ถ้ำนกนางแอ่น หรือถ้ำโกลอนดรีนาสทางตอนกลางของเม็กซิโก สาเหตุที่ได้ชื่อนี้ก็เพราะภายในมีนกนางแอ่นจำนวนมากอาศัยอยู่ ตัวถ้ำเป็นหลุมขนาดใหญ่ความลึกมากกว่า 366 เมตร หรือลึกพอที่จะนำตึกเอ็มไพร์สเตตบรรจุลงไปได้ สถานที่แห่งนี้ยังเป็นที่นิยมสำหรับผู้ชื่นชอบกีฬาเอ็กซ์ตรีมในการกระโดด BASE Jumping อีกด้วย
ภาพถ่ายโดย Stephen Alvarez

 

อ่านเพิ่มเติม

พบภาพวาดผนังถ้ำเก่าแก่ที่สุด ผลงานของมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล

 

ขอบคุณแหล่งข้อมูล

หนังสือ “ถ้ำถิ่นเหนือ”

เรื่องแนะนำ

ไอดินและกลิ่นฝน : กลิ่นหอมจากท้องฟ้าและพื้นดิน

ไอดินและกลิ่นฝน กลิ่นหอมจากธรรมชาติที่เกิดขึ้นในช่วงฝนตก ความทรงจำบางอย่างของคนเรามักเกี่ยวโยงกับประสาทสัมผัสอย่างใดอย่างหนึ่ง แสงแดดยามเย็นในฤดูหนาว อาจนำพาความทรงจำบางอย่างย้อนกลับมา บางครั้งอารมณ์และความรู้สึกในช่วงเวลานั้นยังแจ่มชัดแม้เวลาผ่านไปเนิ่นนาน เช่นเดียวกับช่วงเวลาเปลี่ยนผ่านฤดูร้อนสู่ฤดูฝน ไอดินและกลิ่นฝน อาจนำพาความรู้สึกและความทรงจำเก่าๆ ของเรากลับมาเช่นกัน ความรู้สึกสดชื่นในช่วงเวลาเม็ดฝนโปรยปราย เป็นความรู้สึกดีสำหรับใครหลายคน นักวิทยาศาสตร์สนใจเรื่องนี้มานานแล้ว และเชื่อกันว่า มนุษย์เราถูกถ่ายทอดความรู้สึก “ชื่นชอบ” และ “กระชุ่มกระชวย” ต่อฟ้าฝน มาจากบรรพบุรุษดั้งเดิมในยุคที่มนุษย์ทั้งหลายต้องอาศัยฝนเป็นหลักในการทำเกษตรกรรมเพื่อเลี้ยงชีพ สำหรับฉัน ไอดินและกลิ่นฝนทำให้ความทรงจำในวัยเด็กที่เติบโตในท้องทุ่งชนบทหวนคืนกลับมา หลังจากมาร่ำเรียนและทำงานในเมืองหลวง ทุกครั้งที่ฝนตก ฉันจะนึกถึงบรรยากาศบ้านไร่ปลายนาอยู่ทุกครั้ง ฉันจึงหาข้อมูลของกลิ่นดินและไอฝนที่ฉันรู้สึกประทับใจ จนพบคำตอบว่า กลิ่นทั้งสองชนิดนี้มีปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอยู่เบื้องหลัง กลิ่นฝน ในขณะที่สายฝนสาดกระเซ็นลงมาจากท้องฟ้า นอกจากการควบแน่นของไอน้ำที่หยดลงมาเป็นเม็ดฝน ยังเกิดปรากฏการณ์ฟ้าแลบหรือฟ้าผ้า ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในก้อนเมฆ ส่งผลให้โมเลกุลของก๊าซออกซิเจนบางส่วนในอากาศแตกตัวเป็นอะตอมของออกซิเจน และเกิดปฏิกิริยาขึ้นใหม่กลายเป็นแก๊ซโอโซน กลิ่นของโอโซนที่ลอยมาในอากาศก่อนช่วงฝนตกเป็นตัวบ่งชี้อย่างหนึ่งถึงสายฝนที่กำลังจะมาถึงในไม่ช้า และกลิ่นของแก๊ซโอโซนยังกระตุ้นให้มนุษย์รู้สึกสดชื่นเมื่อได้สูดดม ทำความรู้จักกับ “เมฆ” แต่ละประเภท ไอดิน “หอมกลิ่นดิน” ฉันได้ยินคำนี้จากคนรุ่นพ่อรุ่นแม่พึมพำเวลาฝนตกใหม่ๆ ในภาษาอังกฤษเรียกกลิ่นหอมของดินว่า เพตริเคอร์ (Petrichor) มีที่มาจากการรวมสองคำคือคำว่า “petros” หมายความว่า ก้อนหิน และ “ichor” แปลว่าของเหลวที่ไหลอยู่ในเส้นโลหิตของทวยเทพ โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลียที่ศึกษาเรื่องกลิ่นหลังฝนตก เป็นผู้บัญญัติขึ้น […]

ภาพถ่ายดาวเสาร์ภาพท้ายๆ จากยานกัสซีนี

ภาพถ่ายดาวเสาร์ภาพท้ายๆ จากยานกัสซีนี แพซาดินา, แคลิฟอร์เนีย ไม่กี่ชั่วโมงก่อนรุ่งเช้า (ตามเวลาท้องถิ่นสหรัฐฯ) ของวันศุกร์ที่ 15 กันยายน 2017 ยานกัสซีนี (Cassini) ขององค์การนาซามุ่งหน้าสู่จุดหมายปลายทางสุดท้ายที่มันใช้เวลาสำรวจอยู่นานถึง 13 ปี นั่นคือดาวเสาร์ ขณะที่ยานมุ่งหน้าสู่ดาวเสาร์จุดหมายปลายทาง นักวิทยาศาสตร์ในศูนย์ควบคุมภารกิจที่ห้องปฏิบัติการเครื่องยนต์ขับดัน (Jet Propulsion Laboratory) ในเมืองแพซาดินา ต่างจับตาดูเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น แน่นอนว่า พวกเขารู้ตอนจบของเรื่องทั้งหมด หลังจากใช้เวลาสำรวจดาวเสาร์และดวงจันทร์บริวารอยู่นานกว่าสิบปี ยานกัสซีนีก็มุ่งหน้าเข้าสู่บรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้น เก็บรวบรวมข้อมูลและส่งกลับมายังโลกให้นานที่สุดเท่าที่จะทำได้ จากนั้น จรวดขับดันของยานก็เริ่มล้มเหลวจากแรงกระทำมหาศาลของแรงโน้มถ่วงและการเสียดสีกับบรรยากาศ ยานเริ่มหมุนคว้าง สูญเสียการติดต่อกับโลก ก่อนจะสิ้นเสียงไปตลอดกาล ณ เวลาราว 04.55น. ตามเวลาในสหรัฐฯ แม้นักวิทยาศาสตร์จะไม่สามารถสังเกตการณ์จุดจบนี้ได้ พวกเขาก็รู้ว่าภายในหนึ่งหรือสองนาทีหลังสัญญาณจากยานกัสซีนีขาดหายไป ดาวเสาร์จะฉีกยานออกเป็นชิ้นๆ และลุกไหม้ผ่านบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้น ไม่ต่างอะไรจากดาวตกที่พาดผ่านฟากฟ้า จุดจบนั้นสั้นและรวดเร็ว ยานกัสซีนีที่ช่วยสร้างความกระจ่างมากมายเกี่ยวกับดาวเสาร์ ได้กลายเป็นอดีตอย่างสวยงาม ย้อนหลังไปเมื่อปี 2004 ยานกัสซีนีเริ่มสำรวจระบบดาวเสาร์และดวงจันทร์บริวาร ตลอดระยะเวลา 13 ปี กัสซีนีส่งภาพกลับมายังโลกมากกว่า 450,000 ภาพ ยานกัสซีนียังปล่อยยานลงจอด (lander) […]

ฤาตำนานน้ำท่วมโลกจะมาจากน้ำท่วมใหญ่ในยุคน้ำแข็ง

เป็นไปได้ว่าระดับน้ำทะเลที่เพิ่มสูงขึ้นจากธารน้ำแข็งละลายเมื่อหมื่นปีก่อน คือจุดเริ่มต้นของตำนานน้ำท่วมโลกที่คล้ายคลึงกันในหลายวัฒนธรรม