كيف تساهم الأنشطة البشرية في حدوث الهزات الأرضية؟

مفهوم  الزلزال

هو عبارة عن اهتزاز مفاجئ يُصيب الأرض، والذي ينتج نتيجة مرور الموجات الزلزالية عبر صخور الأرض، حيث تنتج هذه الموجات نتيجة إطلاق إحدى أشكال الطاقة المخزنة داخل القشرة الأرضية بشكلٍ مفاجئ، كما أنها قد تنتج بفعل تصدع وانزلاق كتل الصخور ضد بعضها البعض بشكلٍ مفاجئ.

كما تحدث الزلازل في أغلب الأحيان على طول الصدوع الجيولوجية، وهي عبارة عن مناطق ضيقة، حيث تتحرك كتل الصخور فيما يتعلق ببعضها البعض، إلى جانب ذلك فقد تقع خطوط الصدع الرئيسية في العالم على أطراف الصفائح التكتونية الضخمة، والمسؤولة عن تشكل قشرة الأرض.

كيف تساهم الأنشطة البشرية في حدوث الهزات الأرضية؟

غالبًا ما يُنظر إلى الزلازل على أنها قوى طبيعية تمامًا، حيث لا يمكن التنبؤ بها إلى حد كبير ولكن هذا قد يتغير، إذ حددت دراسة نُشرت في مجلة (Seismological Research Letter) 730موقعًا تسبب فيها النشاط البشري في حدوث الزلازل على مدار الـ 150 عامًا الماضية، كما أنه تم الوصول إلى أن الناس يمكن أن يؤثروا على النشاط الزلزالي، فقد فوجئ الباحثون عندما اكتشفوا أن النشاط البشري تسبب في حدوث زلازل تصل قوتها إلى 7.9 درجة، وأن عدد الزلازل آخذةً في الارتفاع بشكل واضح في بعض مناطق العالم.

وتمامًا مثل الزلازل التي تسببها الطبيعة فمن المحتمل أن تكون الزلازل التي يسببها الإنسان خطيرة، بل ومميتة، حيث قد بدأ علماء الجيولوجيا للتو في فهم تداعيات هذه الزلازل على الناس والبيئة.

ما نوع النشاط البشري الذي يسبب الزلازل؟

قد تكون تأثيرات الزلازل التي يسببها الإنسان مشابهة لتلك التي تحدثها الطبيعة، ولكن غالبًا ما تُرى في المناطق ذات النشاط الزلزالي السابق أو ليس لديها نشاط، حيث قد تحدث معظم الزلازل الطبيعية على طول خطوط الصدع، والتي توجد بشكل شائع (ولكن ليس حصريًا) حيث تتلاقى الصفائح التكتونية، لكن الزلازل الناتجة عن النشاط البشري يمكن أن تحدث بعيدًا عن حواف الصفائح التكتونية.

ووفقًا للبيانات الصادرة عن إحدى التقارير والموجودة في قاعدة بيانات متاحة للجمهور، فإن التعدين يمثل أكبر عدد من الزلازل التي يسببها الإنسان في جميع أنحاء العالم، كما يمكن أن تؤدي إزالة المواد من الأرض إلى عدم الاستقرار، مما يؤدي إلى الانهيارات المفاجئة التي تؤدي إلى حدوث الزلازل.

حيث إنه في عام 2008 للميلاد توفي أو فُقد ما يقدر بنحو 80 ألف شخص في أعقاب زلزال 7.9 في مقاطعة سيتشوان الصينية، كما يعتقد العلماء أنه نتج عن وزن 320 مليون طن من المياه التي تم جمعها في خزان (Zipingpu) على خط صدع معروف.

وفي الولايات المتحدة تركز الحديث حول الزلازل التي يسببها الإنسان إلى حد كبير حول التكسير للنفط والغاز الطبيعي؛ وذلك نظرًا للانتشار السريع للتكنولوجيا في العديد من الدول. ووفقًا للمسح الجيولوجي الأمريكي فإنه يمكن أن يؤدي التكسير إلى نشاط زلزالي، سواء كان ذلك بشكل مباشر أو نتيجة التخلص من مياه الصرف الصحي المستخدمة في العملية؛ كالمنتج الثانوي للمياه والرمل والمواد الكيميائية المستخدمة في تكسير الهيدروكربونات من الصخور هيدروليكيًا، كما يمكن لمياه الصرف الصحي عالية الضغط تكسير الصخور وتزييت الأعطال.

كما شهد وسط الولايات المتحدة زيادة كبيرة في النشاط الزلزالي على مدى السنوات الست الماضية، حيث بدأ ذلك من عام 1973 إلى عام 2008 للميلاد، كما كان هناك ما متوسطه 24 زلزالًا بقوة 3 درجات وأكبر سنويًا، ومن عام 2009 إلى 2014 للميلاد ارتفع المعدل بشكل مطرد، حيث بلغ متوسطه 193 زلزالًا سنويًا وبلغ ذروته في عام 2014 مع 688 زلزالًا، وحتى في عام 2015 للميلاد كان هناك 430 زلزالًا بهذا الحجم في منطقة وسط الولايات المتحدة حتى نهاية مايو.

وفي إحدى الدراسات التي أجراها الباحثون تم الحصول على ما يقارب 29 موقعًا حدثت فيها الزلازل عن طريق التكسير نفسه، و 36 موقعًا حدثت فيها الزلازل عن طريق التخلص من مياه الصرف الصحي بعد التكسير وما يقارب 12 موقعًا بها هزات ناتجة عن التخلص من مياه الصرف الصحي غير المحددة للنفط والغاز.

كما قال مايلز ويلسون؛ وهو عالم الجيوفيزياء بجامعة دورهام الذي جمع بيانات عن أسباب حدوث الزلازل: “تؤثر جميع المشاريع بشرية المنشأ على القوى المؤثرة في قشرة الأرض، على سبيل المثال، من خلال إضافة الكتلة أو إزالتها، لذلك لا ينبغي أن نتفاجأ من استجابة الأرض لهذه التغييرات بحدوث هزة أرضية”.

كيف يمكن أن يسبب حقن السوائل الزلازل؟

يمكن أن يؤدي حقن السوائل تحت الأرض إلى حدوث زلازل، وهي حقيقة تم تأسيسها منذ عقود من قبل علماء هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، حيث تزيد هذه العملية من ضغط السوائل داخل مناطق الصدع، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تخفيف مناطق الصدع وجعلها أكثر عرضة للفشل في الزلزال، وعند حقنها بالسوائل حتى الأعطال التي لم تتحرك في العصور التاريخية يمكن أن تتسبب في الانزلاق والتسبب في حدوث زلزال إذا كانت الظروف تحت الأرض مناسبة.

كما ان هناك عدة أغراض لحقن السوائل تحت الأرض، والتي تظهر في الأسباب الثلاثة الرئيسية التالية وهي؛ حقن مياه الصرف الصحي والتكسير الهيدروليكي واستخلاص الزيت المحسن، ففي داخل الولايات المتحدة، تسببت كل من هذه الأنشطة الثلاثة في حدوث زلازل بدرجات متفاوتة في السنوات القليلة الماضية.

كما يتم تنظيم جميع أنواع الآبار الثلاثة المستخدمة لهذه الأغراض بموجب قانون مياه الشرب الآمنة مع الحد الأدنى من المعايير التي وضعتها وكالة حماية البيئة الأمريكية، هذا وقد تختلف اللوائح الإضافية حسب الولاية والبلدية، إذ تشمل الأغراض الأخرى لحقن السوائل تحت الأرض أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة وعزل الكربون الجيولوجي.

كما يجب التخلص من المياه المالحة أو الملوثة بالمواد الكيميائية بطريقة تمنعها من تلويث مصادر المياه العذبة، حيث إنه وعادة ما يكون عزله وحقنه في آبار عميقة تحت الأرض، تحت أي طبقة من طبقات المياه الجوفية والتي توفر مياه الشرب، حيث تُعرف هذه العملية بحقن مياه الصرف الصحي، كما تعمل آبار حقن المياه العادمة عادة لسنوات أو عقود.

معظم مياه الصرف الصحي التي يتم التخلص منها حاليًا هي المياه المالحة الموجودة في نفس التكوينات الصخرية مثل النفط والغاز، حيث يأتي هذا الماء المالح كمنتج ثانوي أثناء عملية إنتاج النفط والغاز، وغالباً ما يكون بكميات كبيرة وهو مالح جدًا أو يحتوي على معادن ومواد كيميائية أخرى، تمنعه ​​اقتصاديًا من التنظيف وإطلاقه على السطح أو إعادة استخدامه.

مكون آخر لمياه الصرف هو مائع التكسير الهيدروليكي الذي لم يتم إعادة استخدامه، ومع ذلك فإنها تشكل عادة أقل من 10 في المائة من مياه الصرف الصحي في معظم المواقع في الولايات المتحدة.

التكسير الهيدروليكي والذي يشار إليه عادةً باسم التكسير، هو الذي يضخ الماء عند ضغوط عالية لتكسير التكوينات الصخرية، مما يسمح بتدفق أسهل للسوائل واستخراج أكثر اكتمالاً للنفط والغاز، وفي حين أن عملية التكسير الهيدروليكي نفسها غالبًا ما تكون مصحوبة بـ “زلازل دقيقة” صغيرة جدًا، إلا أنها في الغالب أصغر من أن يتم الشعور بها، حيث تستغرق عمليات التكسير الهيدروليكي عادةً بضع ساعات، وتمتد أكبر العمليات حتى بضعة أيام.

وبمجرد اكتمال التكسير الهيدروليكي فقد يقوم مهندسو الحفر باستخراج السوائل المتبقية في البئر، كما يتم استخدام مائع التكسير الهيدروليكي المستعاد في عمليات التكسير اللاحقة، بينما يتم التخلص من بعضه في الآبار العميقة من خلال حقن المياه العادمة.

كما يتضمن الاستخلاص المعزز للنفط حقن الماء أو البخار أو ثاني أكسيد الكربون في التكوين الذي يستخرج منه النفط والغاز، حيث تحاول هذه العمليات كنس النفط والغاز باتجاه الآبار التي تستخرجهما، وعادة ما تعمل آبار الاستخلاص المعزز للنفط لسنوات أو عقود، ويمكن أن تنتج كميات كبيرة من مياه الصرف الصحي.

6 حقائق عن الزلازل المستحثة

• في الولايات المتحدة التكسير الهيدروليكي لا يسبب معظم الزلازل المستحثة، حيث إن التخلص من مياه الصرف الصحي هو السبب الرئيسي للزيادة الأخيرة في الزلازل في وسط الولايات المتحدة، كما تعمل آبار التخلص من مياه الصرف الصحي عادةً لفترات أطول وتحقن سوائل أكثر بكثير من التكسير الهيدروليكي، مما يجعلها أكثر عرضة للتسبب في الزلازل.

يقوم الاستخلاص المعزز للنفط بحقن السوائل في طبقات الصخور، حيث تم بالفعل استخراج النفط والغاز، بينما يحدث حقن المياه العادمة غالبًا في الصخور التي لم يتم لمسها من قبل، لذلك يمكن أن يؤدي حقن المياه العادمة إلى رفع مستويات الضغط أكثر من الاستخراج المعزز للنفط، وبالتالي يزيد من احتمالية حدوث زلازل.

• ليست كل آبار حقن المياه العادمة تسبب زلازل محسوسة، حيث لا تؤدي معظم آبار الحقن إلى حدوث زلازل محسوسة، كما أن هناك مزيج من العديد من العوامل ضروري للحقن لإحداث زلازل محسوسة، وتشمل هذه معدل الحقن والحجم الكلي للحقن، إلى جانب وجود صدوع كبيرة بما يكفي لإحداث زلازل محسوسة وضغوط كبيرة بما يكفي لإحداث الزلازل ووجود ممرات لضغط السائل للانتقال من نقطة الحقن إلى الأعطال.

• يتم إنتاج المياه العادمة في كل بئر نفط وغاز تقريبًا، وليس فقط في مواقع التكسير الهيدروليكي، حيث إن معظم مياه الصرف الصحي التي يتم التخلص منها حاليًا في جميع أنحاء البلاد هي المياه المالحة التي هي منتج ثانوي لعملية استخراج النفط والغاز، كما توجد المياه المالحة في كل بئر إنتاج للنفط والغاز تقريبًا، بغض النظر عما إذا كان البئر قد تم كسره هيدروليكيًا أم لا.

• محتوى المياه العادمة المحقونة في آبار التصريف متغير بدرجة كبيرة، وفي العديد من المواقع لا علاقة لمياه الصرف الصحي بالتكسير الهيدروليكي، على سبيل المثال في أوكلاهوما يتم استخدام سائل التكسير الهيدروليكي أقل من 10 في المائة من المياه المحقونة في آبار التخلص من المياه العادمة، وفي بعض أجزاء أوكلاهوما، حيث يتم حقن كميات كبيرة جدًا من مياه الصرف الصحي، فإنه لا يحدث أي تصدع هيدروليكي على الإطلاق، وبالتالي فإن مياه الصرف هي مياه مالحة بحتة تأتي مع الزيت في عملية الاستخراج.

على النقيض من ذلك فإن السائل الذي تم التخلص منه بالقرب من تسلسل الزلزال الذي حدث في يونجستاون وأوهايو وجاي أركنساس يتكون إلى حد كبير من سائل التكسير الهيدروليكي المستهلك.

كما يتسبب التخلص من مياه الصرف الناتجة عن عملية التكسير في حدوث زلازل، حيث إن مياه الصرف هذه هي المنتج الثانوي للرمل والماء والمواد الكيميائية المستخدمة في تكسير الهيدروكربونات من الصخور، كما يمكن أن يؤدي الضغط العالي الذي يسببه إلى تشحيم الأعطال الموجودة وكسر الصخور، مما يؤدي إلى حدوث الزلازل.

• يمكن أن تحدث الزلازل المستحثة على مسافات كبيرة من آبار الحقن وعلى أعماق مختلفة، كما يمكن إحداث الزلازل على مسافة 10 أميال أو أكثر من نقطة الحقن وعلى أعماق أكبر بكثير من نقطة الحقن.

• الآبار التي لا تتطلب ضغطًا سطحيًا لحقن مياه الصرف يمكن أن تسبب الزلازل، ففي العمليات التي يصب فيها المهندسون السائل في البئر دون ضغط إضافي عند فوهة البئر، لا يزال هناك زيادة في ضغط السائل داخل التكوين وبالتالي يمكن أن يتسبب في حدوث زلازل.

دور التعدين في إحداث الزلازل

إن التعدين هو واحد من الأنشطة القديمة التي كان الإنسان ولا يزال يمارسها بشكلٍ متواصل، حيث تقوم شركات التعدين بعمليات الحفر في داخل القشرة الأرضية بشكل أعمق من أي وقت مضى، كما يتم إزالة الكثير من الصخور والمواد الأخرى من الأرض، بحيث يحدث عدم الاستقرار في الأرض، مما يؤدي إلى حدوث الزلازل.

على سبيل المثال في ولاية يوتا تحدث الغالبية العظمى من الزلازل بسبب النشاط البشري، حيث إن أقل من 2٪ فقط من الهزات التي شعرت بها حقول الفحم في ولاية يوتا تحدث بشكل طبيعي، كما تحدث هذه الزلازل في كثير من الأحيان لدرجة أن عمال المناجم لديهم بالفعل أسماء لهم، في إشارة إلى الموجات الزلزالية على أنها “ارتدادات” و “مطبات”.

بناء السدود ودورها في إحداث الزلازل

إن بناء السدود هو نشاط بشري آخر يمكن أن يتسبب في حدوث زلزال، حيث تسبب بناء السدود في حدوث بعض أكبر وأخطر الزلازل التي تسبب فيها الإنسان في التاريخ، على سبيل المثال كان زلزال الصين عام 2008 في مقاطعة سيتشوان والذي بلغت قوته 7.9 درجة على مقياس ريختر حدثًا مدمرًا، حيث يعتقد العلماء أنه نجم عن إنشاء سد نتج عنه جمع 320 مليون طن من المياه فوق خط صدع معروف تحت خزان زيبينجبو، ونتيجة لذلك فقد توفي حوالي 80.000 شخص أو فقدوا مصيرهم فيما يتعلق بهذه الكارثة.

لسوء الحظ تم بناء العديد من سدود العالم في مناطق معرضة للزلازل؛ وذلك نظراص لأن السدود غالبًا ما تُبنى في الوديان، وتوجد نتيجة التعرية، حيث يمكن لخزانات المياه الكبيرة أن تسبب الزلازل، حيث يتراكم الإجهاد في الأرض بسبب وزن الماء فوقها، كما يمكن أن تتسبب الخزانات أيضًا في حدوث زلازل؛ لأن زيادة ضغط مسام المياه الجوفية تجعل الصخور الموجودة تحت الخزان أضعف، فقد تحدث الزلازل التي تسببها الخزانات بشكل عام فقط في الأماكن التي توجد فيها بالفعل طاقة إجهاد تكتوني تتراكم في الأرض، يؤدي الضغط الإضافي للمياه الزائدة ببساطة إلى إطلاق هذه الطاقة المخزنة في وقت سابق.

دور التفجيرات النووية في إحداث الزلالزل

إلى جانب ذلك فقد تحدث الزلازل أحيانًا أيضًا بسبب الانفجارات النووية، حيث إنه ووفقًا لما صدر عن العلماء الباحثون في مرصد لامونت دوهرتي للأرض بجامعة كولومبيا، فإن اختبار القنبلة النووية لكوريا الشمالية لعام 2017 للميلاد كان قد تسبب في هزات ارتدادية استمرت لنحو ثمانية أشهر بعد الانفجار.

كما تم تفجير القنبلة بالقرب من خط صدع لم يتم تعيينه من قبل، حيث أدى الزلزال الأول إلى زلزال بقوة 6.3 درجة، تلاه بعد ذلك زلزال بقوة 4 درجات بعد دقائق فقط، كما سجلت مقاييس الزلازل الموجودة في جميع أنحاء العالم الزلزالين، وتلك الموجودة في الصين، والتقطت كوريا الجنوبية التوابع العشر، كما يقال إن العلماء في الولايات المتحدة يقومون حاليًا بتحليل الاختلاف بين الحركة الأرضية الناتجة عن زلزال يحدث بشكل طبيعي وتلك الناجمة عن انفجار نووي، حيث يمكن أن يكون الاثنان متشابهين جدًا.