مراقبة الزلازل وقياس قاع المحيط والزلازل الدقيقة

قياسات زلازل قاع المحيط:

إنه ونظراً لأن 70 في المائة من سطح الأرض مغطى بالمياه فهناك حاجة لمقاييس الزلازل في قاع المحيط، لزيادة النظام الأرضي العالمي لمحطات التسجيل، وأثبتت الاختبارات الميدانية جدوى التسجيل الموسع طويل الأجل بواسطة الأجهزة الموجودة في قاع البحر، كما تمتلك اليابان بالفعل نظاماً شبه دائم لرسم الزلازل من هذا النوع تم وضعه في قاع البحر قبالة ساحل المحيط الهادئ في وسط هونشو في عام 1978 عن طريق كابل.

ونظراً للصعوبات الميكانيكية المتمثلة في الحفاظ على أجهزة دائمة في قاع المحيط فقد تم النظر في أنظمة مختلفة، وهي كلها تنطوي على وضع أدوات في قاع المحيط، على الرغم من أنها تستخدم آليات مختلفة لنقل البيانات، كما يمكن إرسال الإشارات إلى سطح المحيط لإعادة إرسالها بواسطة جهاز مساعد أو نقلها عبر الكابل إلى محطة على الشاطئ، وتم تصميم نظام آخر لتحرير جهاز التسجيل الخاص به تلقائياً مما يسمح له بالطفو على السطح لاستعادته لاحقاً.

يجب أن يؤدي استخدام أجهزة قياس الزلازل في قاع المحيط إلى تغطية عالمية أفضل بكثير للموجات الزلزالية وتوفير معلومات جديدة عن الزلزالية في المناطق المحيطية، وستمكّن أجهزة قياس الزلازل في قاع المحيط الباحثين من تحديد تفاصيل بنية القشرة في قاع البحر، وبسبب النحافة النسبية لقشرة المحيط يجب أن تتيح جمع معلومات زلزالية واضحة حول الوشاح العلوي، ومن المتوقع أيضاً أن توفر هذه الأنظمة بيانات جديدة عن حدود الصفائح وعن أصل وانتشار الكائنات الدقيقة وعن طبيعة حواف قارة المحيط.

قياس الزلازل الدقيقة:

عادة ما يتم تسجيل الحركات الأرضية الصغيرة المعروفة باسم (micro seism) بواسطة أجهزة قياس الزلازل، حيث لا تتولد حركات الموجة الضعيفة هذه عن طريق الزلازل وهي تعقد التسجيل الدقيق للأخيرة، ومع ذلك فهي ذات أهمية علمية لأن شكلها مرتبط ببنية سطح الأرض.

بعض الكائنات الحية الدقيقة لها أسباب محلية فعلى سبيل المثال تلك الناجمة عن حركة المرور أو الآلات أو بسبب تأثيرات الرياح المحلية والعواصف وتأثير الأمواج العاتية ضد ساحل شديد الانحدار، كما تُظهر فئة أخرى من (micro seisms) ميزات متشابهة جداً في السجلات التي تم تتبعها في مراصد الزلازل المنفصلة على نطاق واسع، بما في ذلك الحدوث المتزامن تقريباً للسعات القصوى وترددات الموجة المماثلة.

قد تستمر هذه النزعات الدقيقة لعدة ساعات ولها فترات منتظمة أكثر أو أقل من حوالي خمس إلى ثماني ثوان، إن أكبر السعات لمثل هذه الكائنات الدقيقة تكون في حدود 10 أو 3 سانتي متر (0.0004 بوصة) وتحدث في المناطق الساحلية، كما تعتمد السعات أيضاً إلى حد ما على البنية الجيولوجية المحلية، يتم إنتاج بعض الكائنات الدقيقة عندما تتشكل موجات المياه الراكدة الكبيرة بعيداً في البحر، فترة هذا النوع من (micro seism) هي نصف فترة الموجة الدائمة.

ما هي مراصد الزلازل التي تراقب الزلازل؟

في جميع أنحاء العالم خلال أواخر الخمسينيات من القرن الماضي لم يكن هناك سوى حوالي 700 محطة لرصد الزلازل، والتي تم تجهيزها بأجهزة قياس الزلازل من مختلف الأنواع والاستجابات الترددية، وقد تمت معايرة عدد قليل من الأدوات، ولا يمكن قياس الحركات الأرضية الفعلية وكانت أخطاء التوقيت لعدة ثوان شائعة، ثم تم إنشاء شبكة رصد الزلازل الموحدة العالمية (WWSSN)، وهي أول نظام قياسي عالمي حديث للمساعدة في علاج هذا الموقف.

تحتوي كل محطة من محطات (WWSSN) على ستة أجهزة قياس زلازل (ثلاثة أجهزة قياس زلازل منها تكون قصيرة الأمد وثلاثة أجهزة قياس زلازل طويلة الأمد)، تم الحفاظ على التوقيت والدقة بواسطة الساعات البلورية، وتم وضع نبضة معايرة يوميًا في كل سجل، وبحلول عام 1967 كانت شبكة (WWSSN) تتكون من حوالي 120 محطة موزعة على 60 دولة، قدمت البيانات الناتجة أساساً للتقدم الكبير في البحث حول آليات الزلازل والتكتونية العالمية وهيكل باطن الأرض.

بحلول الثمانينيات بدأ تحديث إضافي لمحطات قياس الزلازل الدائمة بتركيب معدات رقمية من قبل عدد من المنظمات، ومن بين الشبكات العالمية لمحطات قياس الزلازل الرقمية العاملة الآن مراصد البحوث الزلزالية في الآبار العميقة 100 متر (330 قدم) والمراصد السطحية المعدلة عالية الكسب وطويلة الأمد، وتتمتع شبكة رصد الزلازل الرقمية العالمية على وجه الخصوص بقدرات رائعة حيث تسجل جميع الحركات من المد الأرضي إلى الحركات الأرضية الدقيقة على مستوى ضوضاء الأرض المحلية، يوجد حالياً حوالي 128 موقعاً.

وباستخدام هذا النظام سيكون الهدف من علم الزلازل على المدى الطويل قد تحقق لتزويد المراصد العالمية بأجهزة قياس الزلازل، التي يمكنها تسجيل كل زلزال صغير في أي مكان عبر نطاق واسع من الترددات.

آلية تحديد مراكز الزلزال الأرضي:

تقوم العديد من المراصد بعمل تقديرات مؤقتة لمراكز الزلازل المهمة، وتوفر هذه التقديرات معلومات أولية محلياً حول زلازل معينة وتكون بمثابة تقديرات تقريبية أولية للحسابات التي يتم إجراؤها لاحقاً بواسطة مراكز التنسيق الكبيرة.

فإذا كان مركز الزلزال على بعد أقل من 105 درجة من المرصد فغالباً ما يمكن تقدير موقع الزلزال من خلال قراءات ثلاثة مخططات زلزالية تسجل المكونات العمودية للحركة الأرضية، أما بالنسبة للزلزال الضحل تتم الإشارة إلى المسافة المركزية من خلال الفاصل الزمني بين أوقات وصول الموجات (P و S)؛ لذلك يشار إلى السمت وزاوية ظهور الموجة على السطح من خلال مقارنة أحجام واتجاهات الحركات الأولى الموضحة في مخططات الزلازل والأحجام النسبية للموجات اللاحقة وخاصة الموجات السطحية.

وتجدر الإشارة مع ذلك إلى أنه في مناطق معينة تأتي حركة الموجة الأولى في محطة من اتجاه يختلف عن السمت نحو مركز الزلزال، وعادة ما يتم تفسير هذا الشذوذ من خلال الاختلافات القوية في الهياكل الجيولوجية.

عندما تتوفر بيانات من أكثر من مرصد واحد يمكن تقدير مركز الزلزال من أوقات انتقال موجات (P و S) من المصدر إلى المسجل، وفي العديد من المناطق النشطة زلزالياً تعد شبكات أجهزة قياس الزلازل مع إرسال القياس عن بُعد والتوقيت المركزي والتسجيل شائعة، وسواء تم استخدام التسجيل التناظري أو الرقمي فإن هذه الأنظمة المتكاملة تبسط إلى حد كبير عمل المرصد، حيث تجعل عروض الإشارات متعددة القنوات تحديد وتوقيت بدايات المرحلة أسهل وأكثر موثوقية.

علاوة على ذلك يمكن برمجة المعالجات الدقيقة عبر الإنترنت لتنتقي تلقائياً بدرجة معينة من الثقة بداية مرحلة مشتركة مهمة مثل الموجات الأولية (P) من خلال ارتباط أشكال الموجة من قنوات الشبكة المتوازية، وبمساعدة برامج الكمبيوتر المصممة خصيصاً يمكن لعلماء الزلازل بعد ذلك تحديد موقع الزلازل البعيدة في نطاق حوالي 10 كيلو مترات (6 أميال) ومركز الزلزال المحلي في غضون بضعة كيلو مترات.

وظهرت فهارس الزلازل التي شعر بها البشر وملاحظات الزلازل بشكل متقطع لعدة قرون، كما أن أقدم قائمة معروفة للزلازل المُسجَّلة آلياً مع الأوقات المحسوبة للمنشأ ومراكز الزلازل هي للفترة من 1899 إلى 1903، وفي السنوات اللاحقة أصبحت فهرسة الزلازل أكثر اتساقاً واكتمالاً، إن القيمة بشكل خاص هي الخدمة التي يقدمها المركز الدولي لرصد الزلازل (ISC) في نيوبري.

يتلقى كل شهر أكثر من مليون قراءة من أكثر من 2000 محطة حول العالم وتقديرات أولية لمواقع حوالي 1600 زلزال من الوكالات والمراصد الوطنية والإقليمية، ينشر مركز الدراسات الدولي نشرة شهرية (مع تأخير لمدة عامين تقريباً) توفر جميع المعلومات المتاحة عن كل من أكثر من 5000 زلزال.

تتحكم المراكز الوطنية والإقليمية المختلفة في شبكات المحطات وتعمل كوسطاء بين المحطات الفردية والمنظمات الدولية، وتشمل الأمثلة على المراكز الوطنية القديمة العهد وكالة الأرصاد الجوية اليابانية ومركز معلومات الزلازل الوطني بالولايات المتحدة في كولورادو (أحد أقسام هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية)، كما تقوم هذه المراكز عادة بعمل تقديرات لمقاييس الزلازل المحلية ومراكزها وأوقاتها الأصلية والأعماق البؤرية للزلازل المحلية، وعلى الإنترنت يمكن الوصول باستمرار إلى البيانات الخاصة بالزلازل العالمية من خلال موقع الويب الخاص بمؤسسات البحث المدمجة لعلم الزلازل (IRIS).

تتمثل إحدى تقنيات البحث المهمة في استنتاج طبيعة الخطأ في الزلزال من مخططات الزلازل المسجلة، فعلى سبيل المثال تم استخدام التوزيعات المرصودة لاتجاهات المجموعات الأولى في الموجات التي تصل إلى سطح الأرض بشكل فعال، وتسمى المجموعات ضغطية أو توسعية وفقاً لما إذا كان الاتجاه بعيداً عن التركيز أو باتجاهه على التوالي.

ويصبح نمط القطبية قابلاً للتمييز عندما يتم رسم اتجاهات بدايات الموجة (P) على خريطة (توجد مناطق واسعة تكون فيها المجموعات الأولى عبارة عن ضغطات في الغالب)، مفصولة عن المناطق المتوسعة في الغالب بواسطة المنحنيات العقدية التي تكون سعات الموجة (P) بالقرب منها غير طبيعية صغير.

في عام 1926 استخدم العالم الجيوفيزيائي الأمريكي بيري إي بايرلي أنماطاً من مجموعات (P) على الكرة الأرضية بأكملها لاستنتاج اتجاه مستوى الصدع في زلزال كبير، وينتج عن طريقة القطبية منحنيان (P-nodal) على سطح الأرض؛ لذلك يوجد منحنى في المستوى الذي يحتوي على الخطأ المفترض والآخر في المستوى (يسمى المستوى الإضافي) الذي يمر عبر التركيز ويكون عمودياً على قوى المستوى.