النظام العالمي لتحديد المواقع وتشكيل الهيمالايا: المنظور الجغرافي

من الفضاء إلى القمة: كيف أن النظام العالمي لتحديد المواقع يصلح للحركات الهيمالايا المخفية

إن ذروة جبال الهيمالايا التي ترتفع منذ زمن طويل، ولكن في العقود الأخيرة فقط توجد التكنولوجيا اللازمة لمشاهدتها تنمو في وقت قريب من الواقع، وقد أصبحت أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع، التي كانت مصممة أصلا للملاحة، أدوات أساسية لقياس التحركات الخفية لقشر الأرض، وبنشر شبكات كثيفة من محطات قياس المواقع الجغرافية الدائمة عبر القطب الشمالي، يمكن للعلماء الآن أن يكشفوا عن وجود مطياف لم يسبق له مثيل.

The Technology Behind GPS and Tectonic Monitoring

ويستخدم جهاز استقبال على الأرض موقعه بتوقيت مدى اقتراب الإشارات من سواتل متعددة، ويستخدم العلماء في الدراسات التيكتونية أجهزة استقبال متخصصة من نوع جيوبسي يمكن قياسها في غضون بضعة مليمترات، وكثيرا ما تكون هذه الأدوات مثبتة على آثار ضوئية ثابتة على أرضية متوقفة عن إزالة الآثار المتكررة الناجمة عن عمليات الغلاف الجوي.

وفي الهيمالايا، تم تركيب مئات من هذه المحطات منذ التسعينات، وهي تشكل شبكات مثل شبكة الشبكة العالمية لتحديد المواقع (Nepal GPS) ) و] Tibetan Plateau GPS Survey . وتوفر هذه المحطات سلسلة زمنية من المواقف التي تكشف عن وجود موجات ثابتة طويلة الأجل من الترددات وأجهزة قياس الترددات.

قياس معدل الإصابة بمرض التراكم الملليمي

To track tectonic plate movements, GPS stations are often placed on both sides of major faults. For example, stations on the Indian Plate in southern Nepal move steadily northward relative to stations on the Eurasian Plate in southern Tibet. Over years of observation, the convergence rate at which India is pushing into Asia-has been measured at roughly 4-5 centimeters per year.

The Indian-Eurasian Plate Collision: A Geological Framework

إن الهمالايا هي نتاج اصطدام بدأ منذ حوالي ٥٠ مليون سنة، عندما بدأت الطاسة الهندية تتحرك شمالا على مسار اصطدام مع أوراسيا، وهي تقدم إلى القشرة القارية دون أن تصيبها، وهذه العملية مستمرة منذ ذلك الحين، حيث كانت تبنى أعلى الجبال على الأرض، وقبل أن يُقدر معدل التقارب من معدلات انتشار القاع في المنطقة البحرية، والبيانات النازية الكبيرة.

تاريخ الاصطدام: من Paleogene إلى Present

وتقول النماذج الجيوفيزيائية للاصطدام إن التقارب المبكر قد تم استيعابه بإخضاع قشرة تيتيان المحيطية، ثم تعطل القشرة القارية بعد انفصال الرقعة المحيطية، ومع تصادم القارات، فإن الصخور تتكثف من خلال الطلاء والدفع والإضافة المغنطة، ونتيجة لذلك تُظهر معدلات سميكية مرتان في سميكها (حوالي 70 كيلومترا) تدعم التضاريس العالي.

المعدلات الحالية للالتقاء من النظام العالمي لتحديد المواقع: الأرقام

ويستخدم الباحثون صفيفة من نوع GPS تشمل نيبال، وتبتة الجنوب، وبوتان، معدل تقارب دقيق بين 18، و، في اتجاه شمالي - جنوبي عبر الهمالايا الوسطى، ويقل هذا المعدل قليلاً إلى الطرف الشرقي والغربي من القطب الشمالي.

GPS Insights into Himalayan Uplift and Deformation

وبخلاف معدلات التقارب البسيطة، كشفت الشبكة عن النمط التفصيلي لكيفية تفكك الهمالايا داخليا، ولا يرتفع نطاق الجبال بشكل موحد؛ وبدلا من ذلك، فإن الأقسام المختلفة تشهد تحركات عمودية مختلفة تبعا لقربها من الأخطاء النشطة، ومقياس هيملايان ثروس الرئيسي المستقر، وتظهر محطات النظام العالمي لتحديد المواقع على مرتفع هيمالايا في وسط نيبال رفعا بطيئا لحوالي ٦-٨ ملم.

الحركة الفلكية و النسيج: مشاهدة الجبال

إن قياسات التشريد الرأسي أكثر صعوبة من الحلول الأفقية لأن حلول الارتفاع في النظام العالمي لتحديد المواقع تتأثر بالأخطاء في الغلاف الجوي والتعددية، ومع ذلك، فإن الباحثين، بمتوسط سلسلة طويلة )سبعة سنوات أو أكثر( وباستخدام نماذج تروبوسفيرية دقيقة، قد استقطبوا مجالات عمودية قوية، وتبين أن أعلى معدلات الارتفاع تحدث في حزام ضيق تحت الطرف الجنوبي من منطقة الهمالينديز العليا.

كما أن المعدلات الرأسية للنظام العالمي لتحديد المواقع تفرض قيودا على التعويض الظاهري، كما أن القشرة السماكة التي تحت طاسة التبت تستجيب لتفريغ التحات في واجهة النطاق، مما يؤدي إلى ارتفاع الصخور من خلال التدفق الفلكي في القشرة الأدنى، وهذه العملية المعروفة الآن باسم معدلات الأوعية الدموية الطويلة الأجل أو تدفق القنوات، توضح معدلات التطهير القصوى لبعض البيانات المتعلقة بمقياسات الحرارية.

تراكم الحبوب وقاع الأرض

ومن أهم التطبيقات التي تطبقها الشبكة العالمية لتحديد المواقع في الهيمالايا رصد تراكم الضغط الفاحش الذي سيطلق في نهاية المطاف في زلازل كبيرة، حيث تشير منطقة الاصطدام بشكل ملحوظ إلى حدوث ظواهر سطحية تبلغ قيمتها ٨+ كل قرون، وتظهر محطات النظام العالمي لتحديد المواقع التي تقع على امتداد الجزء المغلق من منطقة MHT أن الغليان يتراكم على مساحة تعادل كامل الطبق.

وباستخدام معدل تراكم الإجهاد ومعدل الانزلاق المعروف من النظام العالمي لتحديد المواقع، يمكن لأخصائيي الاهتزازات أن يحسبوا الحجم المحتمل للزلزال في المستقبل إذا تمزقت المنطقة المقفلة بأكملها، وبالنسبة لوسط هيمالايا، فإن هذه الإمكانية عالية إلى حد ما Mw 8.5-9.0[FLT:PS].

دراسات الحالة: شبكات النظام العالمي لتحديد المواقع في هيمالايا

وقد تم نشر عدة حملات واسعة النطاق لشبكة تحديد المواقع وشبكات دائمة في هيمالايا خلال العقود الثلاثة الماضية، وقد أسهم كل منها ببيانات فريدة عن قطاعات محددة من القوس.

شبكة نظام تحديد المواقع في نيبال

وقد أنشئت هذه الشبكة في التسعينات وتوسعت على مر السنين، وهي تضم الآن أكثر من 40 محطة مستمرة ومئات من نقاط الحملة، وقد وفرت تغطية مكثفة لأي منطقة هيمالايا، واستخدمت البيانات المستمدة من هذه الشبكة لوضع أول خريطة مفصلة لتشويه الأعضاء في قطاع من طقس الهيمالايا، واستولت الشبكة على زلزال غورخا لعام 2015 (المصدر 7-8) وتخفف من حدة الانسداد في المنطقة الشرقية.

The Tibetan Plateau GPS Survey

وعلى الجانب الشمالي من النطاق، قام تعاون بين العلماء الصينيين والأمريكيين بتشغيل شبكة من محطات النظام العالمي لتحديد المواقع عبر التبت الجنوبي منذ أوائل العقد الأول من القرن الماضي، وتتتبع هذه المحطات حركة " إيراسيان بلايت " المتعلقة بالهند وتكشف عن كيفية تشويه الهضبة نفسها، وتظهر البيانات أن التبت الجنوبي يمتد إلى الشرق الغربي (بحوالي 1 إلى 2 ملم/يتر) بينما ينتقل أيضا إلى الشمال القريب من إيراسال.

الآثار المترتبة على تقييم الأخطار السيزمية

وتُبلغ الخرائط التفصيلية من النظام العالمي لتحديد المواقع مباشرة نماذج مخاطر الزلازل، فبتحديد المكان الذي يُغلق فيه جهاز الإنذار المبكر، ومدى سرعة تراكمه، يمكن للمهندسين والمخططين تحديد سيناريوهات التمزق المحتملة وطولات الحركة الأرضية، وفي أعقاب زلزال عام 2015، ساعدت بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع على توضيح سبب حدوث أسوأ حالات الهز في وادي كاتماندو حيث تُحدَّد آثار الحوض.

نظم الإنذار المبكر باستخدام البيانات الجيوديسية

ويمكن إدماج بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع في الوقت الحقيقي في نظم الإنذار المبكر بالزلازل، فخلافا للشبكات السيزمية التي تكشف عن الهز بعد بدء التمزق، يمكن للنظام العالمي لتحديد المواقع أن يكتشف التشريد السيزمي الأولي في غضون ثوان، مما يتيح إنذارات أسرع للمدن البعيدة، وفي نيوزيلندا واليابان، يجري بالفعل تشغيل هذه النظم، وبالنسبة للهيمالايا، يجري اختبار شبكة مؤقتة من محطات النجاح ذات المعدلات العالية على طول الحدود بين النيبال والهند

استراتيجيات التخفيف التي استُخدمت في نظام تحديد المواقع

فالمعرفة بمكان تراكم السلالات أسرع ما يمكن السلطات من إعادة تشكيل الهياكل الضعيفة في المناطق الأكثر خطورة، فعلى سبيل المثال، تؤدي المدارس والمستشفيات في منطقة وسط نيبال حيث تعطى الأولوية للمنطقة المغلقة للارتقاءات السيزمية، كما تساعد بيانات النظام العالمي لتحديد المدونات الأساسية لتحديد الارتفاع المتوقع في خطي الإجلاء الأرضية من أسوأ سيناريو يمزق القطبية الأرضية الهزلية بأكملها.

الاتجاهات المستقبلية: إدماج النظام العالمي لتحديد المواقع مع التقنيات الجيوديسية الأخرى

وفي حين أن النظام العالمي لتحديد المواقع لا يزال هو مجموعة العمل المتعلقة بدراسات التشوهات القشرية، فإنه يقترن بصورة متزايدة بتقنيات فضائية أخرى، ويمكن للرادار الاصطناعي المكوني المتداخل أن يرسم خرائط لتشوه سطح الأرض مع حل مكاني مرتفع (عشرات مترات) ولكن تحلل مؤقت أقل (يمرر التكرار كل 12-24 يوما) ويمكن للباحثين، عن طريق إدخال نماذج بيانات عن النظام العالمي لتحديد المواقع وزلزال عام 2015، أن ينتجوا نماذجاً متماسكاً مكثفاًاًاً.

ومن التقنيات الناشئة الأخرى استخدام الشبكة العالمية لسواتل الملاحة (النظم العالمية لسواتل الملاحة) التي تتضمن إشارات من النظام العالمي لتحديد المواقع، ونظام غلوناس، وجيلو، وبيدو، كما أن زيادة عدد السواتل تحسن دقة الموقع، لا سيما في الطبقات الجغرافية العميقة التي تكون فيها الرؤية في السماء محدودة.

The promise of Continuous Monitoring

ومع انخفاض تكلفة معدات الشبكة العالمية لتحديد المواقع وتحسين التغطية الساتلية، يصبح من الممكن تركيب مئات المحطات الدائمة على امتداد الهمالايا ومحطة التيبيتا، مما سيسمح بكشف إشارات عابرة صغيرة مثل الأحداث البطيئة الشحوم والزهور الهزلاني، التي قد تسبق حدوث زلزال كبير في أيام إلى سنوات، مع وجود صفائح للتعلم الآلي والزلازل الكثيفة، مما يؤدي إلى تحسين المستقبل "

---

For further reading on GPS applications in tectonics, see the U.S. Geological Survey’s ]Geodetic Monitoring program], NASA’s ] Space Geodesy Project, and the article “[FLT constraints on:6]