طبيعة وأسباب حدوث الزلازل الأرضية في علم الجيولوجيا

نبذة عن الزلازل الأرضية:

تعرف الزلازل بأنها أي ارتجاج مفاجئ للأرض، حيث يكون الارتجاج ناتج عن مرور الموجات الزلزالية خلال صخور الأرض، كما تنتج الموجات الزلزالية عندما يتم تحرير شكل من أشكال الطاقة المخزنة في قشرة الأرض فجأة، وعادةً عندما تتكسر كتل الصخور ضد بعضها البعض فجأة ثم تنزلق، وتتم الزلازل في أغلب الأحيان على طول الصدوع الجيولوجية وهي مناطق ضيقة، حيث تتحرك كتل الصخور فيما يتعلق ببعضها البعض، كما تقع خطوط الصدع الرئيسية في العالم على أطراف الصفائح التكتونية الضخمة التي تشكل قشرة الأرض.

ولم يكن من المستطاع فهم العديد من الأمور عن الزلازل إلى أن ظهر علم الزلازل الأرضية في بداية القرن العشرين، حيث تمكن علم الزلازل الذي يتضمن الدراسة العلمية لجميع جوانب الزلازل بالإجابة عن الأسئلة طويلة الأمد مثل لماذا وكيف تحدث الزلازل.

حوالي 50000 زلزال كبير بما يكفي ليتم ملاحظتها بدون مساعدة الأدوات تحدث سنوياً على الأرض بأكملها، ومن بين هؤلاء هناك ما يقرب من 100 من الحجم الكافي لإحداث ضرر كبير إذا كانت مراكزهم بالقرب من مناطق السكن، تحدث الزلازل الشديدة جداً في المتوسط ​​مرة واحدة سنوياً، وعلى مر القرون كانوا مسؤولين عن ملايين الوفيات وكمية لا حصر لها من الأضرار التي لحقت بالممتلكات.

أسباب حدوث الزلازل الأرضية؟

تحدث الزلازل الكبرى على الأرض بشكل رئيسي في أحزمة تتزامن مع حواف الصفائح التكتونية، وكان هذا واضحاً منذ فترة طويلة من الفهارس المبكرة للزلازل المحسوسة، ويمكن تمييزه بسهولة أكبر في خرائط الزلازل الحديثة، والتي تُظهر مراكز الزلازل المحددة بشكل آلي، أهم حزام الزلازل هو حزام المحيط الهادئ الذي يؤثر على العديد من المناطق الساحلية المأهولة بالسكان حول المحيط الهادئ، فعلى سبيل المثال تلك الموجودة في نيوزيلندا وغينيا الجديدة واليابان وجزر ألوشيان وألاسكا والسواحل الغربية للشمال والجنوب من أمريكا.

تشير التقديرات إلى أن 80 بالمائة من الطاقة المنبعثة حالياً في الزلازل تأتي من أولئك الذين تقع مراكزهم في هذا الحزام، والنشاط الزلزالي ليس موحداً بأي حال من الأحوال في جميع أنحاء الحزام وهناك عدد من الفروع في نقاط مختلفة، ونظراً لأنه في العديد من الأماكن يرتبط حزام المحيط الهادئ بالنشاط البركاني، فقد أطلق عليه اسم حلقة النار في المحيط الهادئ.

يمر الحزام الثاني المعروف باسم حزام (Alpide) عبر منطقة البحر الأبيض المتوسط ​​باتجاه الشرق عبر آسيا، وينضم إلى الحزام المحيط الهادئ في جزر الهند الشرقية، والطاقة المنبعثة من الزلازل من هذا الحزام تشكل حوالي 15 بالمائة من الإجمالي العالمي، وهناك أيضاً أحزمة متصلة مدهشة للنشاط الزلزالي خاصة على طول التلال المحيطية (بما في ذلك تلك الموجودة في المحيط المتجمد الشمالي والمحيط الأطلسي وغرب المحيط الهندي)، وعلى طول الوديان المتصدعة في شرق إفريقيا، يُفهم التوزيع الزلزالي العالمي هذا على أفضل وجه من حيث الإعداد التكتوني للصفائح.

القوى الطبيعية المسببة للزلازل:

تحدث الزلازل بسبب الإطلاق المفاجئ للطاقة داخل منطقة محدودة من صخور الأرض، ويمكن إطلاق الطاقة عن طريق الإجهاد المرن أو الجاذبية أو التفاعلات الكيميائية أو حتى حركة الأجسام الضخمة، من بين كل هذه الأسباب يعد إطلاق الإجهاد المرن هو السبب الأكثر أهمية؛ لأن هذا النوع من الطاقة هو النوع الوحيد الذي يمكن تخزينه بكميات كافية في الأرض لإحداث اضطرابات كبيرة، والزلازل المرتبطة بهذا النوع من إطلاق الطاقة تسمى الزلازل التكتونية.

يتم تفسير الزلازل التكتونية من خلال ما يسمى بنظرية الارتداد المرن التي صاغها عالم الجيولوجيا الأمريكي هاري فيلدنغ ريد بعد حدوث صدع سان أندرياس في عام 1906، مما أدى إلى حدوث زلزال سان فرانسيسكو العظيم، وفقاً للنظرية يحدث الزلزال التكتوني عندما تتراكم سلالات في كتل الصخور إلى نقطة تتجاوز فيها الضغوط الناتجة قوة الصخور ويحدث التصدع المفاجئ.

تنتشر الكسور بسرعة عبر الصخر وعادة ما تميل في نفس الاتجاه وتمتد أحياناً عدة كيلو مترات على طول منطقة ضعف محلية، وفي عام 1906 على سبيل المثال انزلق صدع سان أندرياس على طول طائرة بطول 430 كيلو متر (270 ميل)، على طول هذا الخط تم إزاحة الأرض أفقياً حتى 6 أمتار (20 قدم).

مع تقدم تمزق الصدع على طول الصدع أو لأعلى تتقلب الكتل الصخرية في اتجاهين متعاكسين، وبالتالي تعود إلى موضع يكون فيه إجهاد أقل، وقد تحدث هذه الحركة في أي وقت ليس دفعة واحدة بل بخطوات غير منتظمة، تؤدي عمليات التباطؤ والعودة المفاجئة هذه إلى ظهور اهتزازات تنتشر على شكل موجات زلزالية، ويتم الآن تضمين هذه الخصائص غير المنتظمة لتمزق الأعطال في نمذجة مصادر الزلازل جسدياً ورياضياً.

يشار إلى الخشونة على طول الصدع على أنها فظاعات، ويقال إن الأماكن التي يتباطأ فيها التمزق أو تتوقف هي حواجز خطأ، يبدأ تمزق الصدع عند بؤرة الزلزال وهي بقعة تكون في كثير من الحالات قريبة من 5 إلى 15 كيلو متر تحت السطح، وينتشر التمزق في أحد أو كلا الاتجاهين فوق مستوى الصدع حتى يتوقف أو يتباطأ عند الحاجز، في بعض الأحيان بدلاً من أن يتم إيقافه عند الحاجز يبدأ التمزق في الجانب الآخر في أوقات أخرى تكسر الضغوط في الصخور الحاجز ويستمر التمزق.

للزلازل خصائص مختلفة اعتماداً على نوع الانزلاق الخاطئ الذي يسببها، نموذج الصدع المعتاد له هو إضراب (أي الاتجاه من الشمال مأخوذ بخط أفقي في مستوى الصدع) وانحدار (الزاوية من الأفقي التي تظهر بأشد انحدار في الصدع)، ويسمى الجدار السفلي للخطأ المائل بجدار القدم، يرقد فوق جدار القدم الجدار المعلق، وعندما تنزلق الكتل الصخرية على بعضها البعض بالتوازي مع الإضراب تُعرف الحركة باسم صدع الانزلاق.

تسمى الحركة الموازية للانحدار تصدع الانزلاق، وتكون أخطاء الانزلاق الضرب هي الجانب الأيمن أو الجانبي الأيسر اعتماداً على ما إذا كانت الكتلة الموجودة على الجانب الآخر من الصدع من المراقب قد تحركت إلى اليمين أو اليسار، وفي عيوب الانزلاق والانزلاق إذا تحركت كتلة الجدار المعلق إلى أسفل بالنسبة إلى كتلة جدار القدم يطلق عليه خطأ عادي؛ أي الحركة المعاكسة مع تحريك الجدار المعلق لأعلى بالنسبة لجدار القدم ينتج عنه خطأ عكسي أو دفع.

يُفترض أن جميع العيوب المعروفة كانت مقراً لواحد أو أكثر من الزلازل في الماضي على الرغم من أن الحركات التكتونية على طول الصدوع غالباً ما تكون بطيئة ومعظم الصدوع الجيولوجية القديمة أصبحت الآن زلزالية (أي أنها لم تعد تسبب الزلازل)، قد يكون التصدع الفعلي المرتبط بالزلزال معقداً، وغالباً ما يكون من غير الواضح ما إذا كانت مشكلات الطاقة الإجمالية من مستوى خطأ واحد في زلزال معين.

تظهر الصدوع الجيولوجية المرصودة في بعض الأحيان نزوحاً نسبياً في حدود مئات الكيلو مترات على مدى الزمن الجيولوجي، في حين أن تعويضات الانزلاق المفاجئ التي تنتج موجات زلزالية قد تتراوح من عدة سانتي مترات فقط إلى عشرات الأمتار، في زلزال تانغشان عام 1976 على سبيل المثال لوحظ انزلاق أرضي يبلغ حوالي متر واحد على طول الصدع المسبب شرق بكين، وفي زلزال تايوان عام 1999 انزلق صدع تشيلونج بو إلى ارتفاع ثمانية أمتار رأسياً.

دور البراكين في حدوث الزلازل:

يرتبط نوع منفصل من الزلازل بالنشاط البركاني ويسمى الزلزال البركاني، ومع ذلك فمن المحتمل أنه حتى في مثل هذه الحالات يكون الاضطراب نتيجة الانزلاق المفاجئ للكتل الصخرية المجاورة للبركان، وما يترتب على ذلك من إطلاق لطاقة الإجهاد المرنة، ومع ذلك قد تكون الطاقة المخزنة جزئيًا من أصل هيدروديناميكي؛ بسبب الحرارة التي توفرها الصهارة التي تتحرك في الخزانات تحت البركان أو لإطلاق الغاز تحت الضغط.

هناك تطابق واضح بين التوزيع الجغرافي للبراكين والزلازل الكبرى خاصة في حزام المحيط الهادئ وعلى طول التلال المحيطية، ومع ذلك فإن الفتحات البركانية عادة ما تكون على بعد عدة مئات من الكيلو مترات من بؤر الزلازل الضحلة الكبرى والعديد من مصادر الزلازل لا تحدث في أي مكان بالقرب من البراكين النشطة، وحتى في الحالات التي يحدث فيها تركيز الزلزال مباشرة أسفل الهياكل المميزة بفتحات بركانية، ربما لا توجد علاقة سببية مباشرة بين النشاطين فعلى الأرجح كلاهما ناتج عن نفس العمليات التكتونية.

الحث الاصطناعي ودوره بحدوث الزلازل:

تحدث الزلازل أحياناً بسبب الأنشطة البشرية، بما في ذلك حقن السوائل في الآبار العميقة وتفجير انفجارات نووية كبيرة تحت الأرض وحفر المناجم وملء خزانات كبيرة، وفي حالة التعدين العميق ينتج عن إزالة الصخور تغييرات في الضغط حول الأنفاق، وقد يحدث الانزلاق على الصدوع المجاورة أو الموجودة مسبقاً أو تحطم الصخور إلى الخارج في التجاويف الجديدة.

في حقن السوائل يُعتقد أن الانزلاق ناتج عن الإطلاق المبكر للضغط المرن، كما في حالة الزلازل التكتونية بعد تشحيم أسطح الصدوع بالسائل، ومن المعروف أن التفجيرات النووية الكبيرة تحت الأرض تسبب انزلاقاً في أعطال متوترة بالفعل بالقرب من أجهزة الاختبار.