التنبؤ بالزلازل الأرضية وطرق التقليل من مخاطرها

كيف يتم التنبؤ بالزلازل الأرضية؟

إن البحث عن الدورات الدورية في حدوث الزلزال هو أمر قديم، وبشكل عام لم يتم اكتشاف أو قبول الفترات الزمنية في الزمان والمكان للزلازل الكبرى على نطاق واسع، تتمثل إحدى المشكلات في أن كتالوجات الزلازل طويلة الأجل ليست متجانسة في اختيارها وإعداد التقارير، ويأتي الكتالوج الأكثر شمولاً من هذا النوع من الصين، ويبدأ حوالي 700 قبل الميلاد، كما يحتوي الكتالوج على بعض المعلومات حول حوالي 1000 زلزال مدمر، وقد تم تقييم أحجام هذه الزلازل من خلال تقارير الضرر والشدة والاهتزاز.

ويوجد نهج آخر للوقوع الإحصائي للزلازل يتضمن افتراض قوى الزناد التي تبدأ التمزق، وتُعزى هذه القوى إلى الظروف الجوية القاسية والنشاط البركاني وقوى المد والجزر على سبيل المثال، وعادة ما يتم عمل الارتباطات بين الظواهر الفيزيائية المفترض أنها توفر الزناد وتكرار الزلازل، يجب دائماً إجراء تحقيق لاكتشاف ما إذا كانت هناك صلة سببية موجودة بالفعل، ولكن في أي حال من الأحوال حتى الوقت الحاضر لديها آلية تحريك على الأقل بالنسبة للزلازل المتوسطة إلى الكبيرة، والتي تم العثور عليها بشكل لا لبس فيه، والتي تفي بالمعايير الضرورية المختلفة.

كما تم تجربة الأساليب الإحصائية مع مجموعات الزلازل الإقليمية، ولقد تم اقتراح ولكن لم يتم إثباته بشكل عام أن المنحدر (b) لخط الانحدار بين لوغاريتم عدد الزلازل وحجم المنطقة قد يتغير بشكل مميز مع مرور الوقت، وعلى وجه التحديد فإن الادعاء هو أن قيمة (b) لسكان الهزات الأمامية لزلزال كبير قد تكون أصغر بكثير من متوسط ​​قيمة (b) للمنطقة التي تم تقديرها على مدى فترة زمنية طويلة.

نظرية الارتداد المرن للتنبؤ بالزلازل:

تسمح نظرية الارتداد المرن لمصادر الزلازل بالتنبؤ التقريبي بحدوث زلازل ضحلة كبيرة، وقدم هاري ف. ريد على سبيل المثال تنبؤاً تقريبياً للزلزال العظيم التالي بالقرب من سان فرانسيسكو، (تنبأت النظرية أيضاً بالطبع أن المكان سيكون على طول سان أندرياس أو خطأ مرتبط به)، كما أشارت البيانات الجيوديسية إلى أنه خلال فترة 50 عاماً حدثت عمليات نزوح نسبية تبلغ 3.2 متر (10.5 قدم) في نقاط بعيدة عبر خطأ، وكان الحد الأقصى للارتداد المرن على طول الصدع في زلزال (1906) 6.5 متر.

لذلك (6.5 ÷ 3.2) × 50 أو حوالي 100 سنة سوف تنقضي مرة أخرى، قبل أن تتراكم سلالة كافية لحدوث زلزال مماثل لزلزال عام 1906، والمقدمة هي أن السلالة الإقليمية ستنمو بشكل موحد وأن القيود المختلفة لم تفعل تم تغييره من خلال التمزق العظيم عام 1906 نفسه (مثل بداية الانزلاق البطيء للخطأ)، ويتم الآن قياس معدلات الإجهاد هذه بشكل أكثر ملاءمة على طول عدد من العيوب النشطة مثل سان أندرياس باستخدام شبكات أجهزة استشعار (GPS).

ولسنوات عديدة تأثرت أبحاث التنبؤ بالحجة الأساسية القائلة بأن الإجهاد يتراكم في كتل الصخور بالقرب من الصدع ويؤدي إلى تشوه القشرة الأرضية، كما تم قياس التشوهات في الاتجاه الأفقي على طول العيوب النشطة (عن طريق التثليث والتثليث) وفي الاتجاه الرأسي عن طريق التسوية الدقيقة وأجهزة قياس الإمالة، كما يعتقد بعض الباحثين أن التغيرات في مستوى المياه الجوفية تحدث قبل الزلازل.

وقد تم الإبلاغ عن اختلافات من هذا النوع بشكل رئيسي من الصين، ونظراً لأن مستويات المياه في الآبار تستجيب لمجموعة معقدة من العوامل مثل هطول الأمطار، حيث يجب إزالة هذه العوامل إذا كان من المقرر دراسة التغيرات في مستوى المياه فيما يتعلق بالزلازل.

كانت نظرية التمدد (أي زيادة الحجم) للصخور قبل التمزق احتلت ذات مرة موقعاً مركزياً في المناقشات حول الظواهر المبكرة للزلازل، لكنها الآن تتلقى دعماً أقل، ويعتمد على ملاحظة أن العديد من المواد الصلبة تظهر التمدد أثناء التشوه، أما بالنسبة للتنبؤ بالزلازل تكمن أهمية التمدد إذا كان حقيقياً في تأثيره على الكميات المختلفة القابلة للقياس من قشرة الأرض مثل السرعات الزلزالية والمقاومة الكهربائية ومستويات الأرض والمياه.

يتم تلخيص نتائج التمدد للتنبؤ بالزلازل في جدول إحصاءات جيولوجي، وأفضل نتيجة مدروسة هي التأثير على السرعات الزلزالية، ويمكن إثبات تأثير الشقوق والمسام الداخلية على الخصائص المرنة للصخور بوضوح في القياسات المختبرية لتلك الخصائص كدالة للضغط الهيدروستاتيكي.

وفي حالة الصخور المشبعة تتنبأ التجارب للزلازل الضحلة أن التمدد يحدث عندما يتم الضغط على جزء من القشرة حتى الانهيار، مما يتسبب في انخفاض سرعات الموجات الزلزالية، ويتم استعادة السرعة من خلال الارتفاع اللاحق لضغط المسام للماء، والذي له أيضاً تأثير في إضعاف الصخور وتعزيز انزلاق الصدع.

قد يكون لتراكم الإجهاد في المنطقة البؤرية تأثيرات قابلة للقياس على الخصائص الأخرى، التي يمكن ملاحظتها بما في ذلك التوصيل الكهربائي وتركيز الغاز، نظراً لأن التوصيل الكهربائي للصخور يعتمد بشكل كبير على قنوات المياه المترابطة داخل الصخور فقد تزيد المقاومة قبل أن تصبح الشقوق مشبعة، ومع طرد سائل المسام من الشقوق المغلقة سيرتفع منسوب المياه المحلي، وستزداد تركيزات الغازات مثل الرادون المشع، ولم يتم نشر أي قياسات مؤكدة لا لبس فيها.

كما يتم استكشاف الطرق الجيولوجية لتمديد سجل الزلازل من الوقت الحاضر، وتشير الدراسات الميدانية إلى أنه يمكن في بعض الأحيان بناء تسلسل التمزق السطحي على طول الصدوع النشطة الرئيسية المرتبطة بالزلازل الكبيرة، مثال على ذلك هو سلسلة الزلازل الكبيرة التي حدثت في تركيا في القرن العشرين، والتي نتجت بشكل رئيسي عن التمزقات المتتالية باتجاه الغرب لصدع شمال الأناضول.

قدمت تأثيرات التسييل المحفوظة في طبقات الرمل والجفت دليلاً (عند استخدام طرق التأريخ الإشعاعي) على الزلازل القديمة الكبيرة التي تمتد إلى أكثر من 1000 عام في العديد من المناطق النشطة زلزالياً، بما في ذلك الساحل الشمالي الغربي للمحيط الهادئ للولايات المتحدة.

تجذب الظواهر التمهيدية الأقل ترسخاً وخاصة أضواء الزلازل وسلوك الحيوانات انتباه الجمهور في بعض الأحيان أكثر من السلائف التي نوقشت أعلاه، يعرف علماء الزلازل العديد من التقارير عن وجود أضواء غير عادية في السماء وسلوك غير طبيعي للحيوانات قبل الزلازل ومعظمها في شكل قصص، وعادة ما يتم تفسير هاتين الظاهرتين من حيث إطلاق الغازات قبل الزلازل والمحفزات الكهربائية والصوتية من أنواع مختلفة، وفي الوقت الحالي لا يوجد دليل تجريبي نهائي يدعم الادعاءات القائلة بأن الحيوانات تشعر أحياناً بوقوع زلزال.

طرق تقليل مخاطر الزلازل:

تم القيام بعمل كبير في علم الزلازل لشرح خصائص حركات الأرض المسجلة في الزلازل، وهناك حاجة إلى هذه المعرفة للتنبؤ بالحركات الأرضية في الزلازل المستقبلية، بحيث يمكن تصميم هياكل مقاومة للزلازل، وعلى الرغم من أن الزلازل تسبب الموت والدمار من خلال آثار ثانوية مثل الانهيارات الأرضية وأمواج تسونامي والحرائق وتمزق الأعطال، فإن أكبر الخسائر (سواء في الأرواح أو الممتلكات) تنتج عن انهيار الهياكل التي صنعها الإنسان أثناء الاهتزاز العنيف للأرض.

وفقاً لذلك فإن الطريقة الأكثر فاعلية للتخفيف من أضرار الزلازل من وجهة نظر هندسية، هي تصميم وإنشاء هياكل قادرة على تحمل الحركات الأرضية القوية.

إن معظم الموجات المرنة المسجلة بالقرب من مصدر صدع ممتد معقدة ويصعب تفسيرها بشكل فريد، ويمكن النظر إلى فهم هذه الحركة القريبة من المصدر على أنها مشكلة من ثلاثة أجزاء، فالجزء الأول ينبع من توليد موجات مرنة بواسطة الصدع المنزلق، حيث يكتسح التمزق المتحرك منطقة الانزلاق على طول مستوى الصدع خلال فترة زمنية معينة.

يعتمد نمط الموجات الناتج على عدة عوامل مثل: أبعاد الصدع وسرعة التمزق، وتشع الموجات المرنة بأنواعها المختلفة من محيط التمزق المتحرك في جميع الاتجاهات، كما تؤثر الخصائص الهندسية والاحتكاكية للخطأ بشكل حاسم على نمط الإشعاع منه.

يتعلق الجزء الثاني من المشكلة بمرور الأمواج عبر الصخور المتداخلة إلى الموقع وتأثير الظروف الجيولوجية، كما يتضمن الجزء الثالث الظروف في موقع التسجيل نفسه مثل التضاريس والتربة شديدة التخفيف، لذلك يجب أخذ كل هذه الأسئلة في الاعتبار عند تقدير تأثيرات الزلازل المحتملة في موقع أي هيكل مقترح.

أظهرت التجربة أن تسجيلات الحركة القوية للأرض لها نمط متغير بالتفصيل، ولكن يمكن التنبؤ بأشكالها بشكل عام (باستثناء حالة الزلازل المتعددة القوية)، ويرد مثال على الاهتزاز الفعلي للأرض (التسارع والسرعة والإزاحة) المسجلة أثناء الزلزال في الاهتزاز الأفقي القوي للأرض بالقرب من مصدر الصدع، وهناك جزء أولي من الحركة يتكون أساساً من موجات (P) والتي غالباً ما تظهر بقوة في الحركة الرأسية.

ويتبع ذلك ظهور موجات (S) وغالباً ما ترتبط بنبضة ذات فترة أطول لسرعة الأرض والإزاحة المرتبطة بانزلاق أو انزلاق صدع قريب من الموقع، وغالباً ما يتم تحسين هذا النبض في اتجاه تمزق الصدع ويكون طبيعياً، وبعد بداية (S) يحدث اهتزاز يتكون من مزيج من موجات (S و P)، لكن حركات S تصبح مهيمنة مع زيادة المدة، وفي وقت لاحق في المكون الأفقي تهيمن الموجات السطحية مختلطة ببعض موجات الجسم (S) واعتماداً على مسافة الموقع من الصدع وهيكل الصخور المتداخلة والتربة تنتشر الموجات السطحية في قطارات طويلة.