قياس ورصد المحاقن الأرضية: الأدوات والتقنيات التي يستخدمها الجيولوجيون

وشبكة الأمن العام أساسية لكشف الزلازل ذات الحجم 4.0 والحجم في أي مكان على الكوكب، وتستخدم البيانات المستمدة من الشبكة لتوليد تنبيهات برنامج المخاطر الأرضية التابع لوكالة USGS، والإنذارات بأمواج تسونامي، والفهرس العالمي الذي يستخدمه الباحثون لدراسة أنماط الزلازل وتركيب الصفائح.

الشبكات الإقليمية والمحلية

وفيما عدا الشبكة العالمية، تعمل بلدان كثيرة شبكات سيزمية إقليمية ومحلية تركز على المناطق التي يرتفع فيها عدد السكان من السكان الخطرين أو الكثافة، وعلى سبيل المثال تجمع شبكة سيزمية كاليفورنيا المتكاملة بين البيانات المستمدة من وكالات متعددة لتوفير معلومات سريعة عن الزلازل في كاليفورنيا، حيث عادة ما تكون لهذه الشبكات كثافة أكبر من المحطات، حيث تتسع أجهزة الاستشعار كل 10 إلى 20 كيلومترا في المناطق الحضرية، مما يتيح زيادة دقة الموقع والتقديرات الأرضية.

كما أن الشبكات المحلية لها أهمية حاسمة في رصد نظم معينة للخطأ، والبراكين، والسيزمية المستحثة من الأنشطة البشرية مثل التعدين، وزرع الخزانات، والكسر الهيدروليكي، وفي هذه الظروف، قد تشمل المحطات السيزمية أجهزة استشعار متخصصة لكشف الزلازل الصغيرة جدا التي قد لا تلاحظها الشبكات الأوسع نطاقا.

التقنيات الخاصة بتحليل زلزال: الطول، الموقع، آليات التنسيق

ولا يشكل جمع البيانات السيزمية الخام إلا الخطوة الأولى، ويستخدم علماء الجيولوجيا مجموعة متنوعة من التقنيات التحليلية لتفسير البيانات وفهم طبيعة الزلزال.

تحديد الصلاحية والأماكن

ويحدّد موقع الزلزال بتثبيت فترات وصول الموجات البدائية والموجات S في محطات سيزمية متعددة، ولأن الموجات P تسافر بسرعة أكبر من الموجات S، فإن الفرق الزمني بين وصولها (الفصل بين S-P) يزيد بمسافة من المركز، وبجمع القراءات من ثلاث محطات على الأقل، يمكن للعلماء تحديد نقطة التركيز على الزلزال (نقطة الانطلاق)

إن الصلاحية هي مقياس للطاقة التي تُطلق في المصدر، حيث إن حجم اللحظات (Mw) هو أكثر سعة تستخدم اليوم لأنه يستوعب بدقة حجم الزلازل عبر النطاق الكامل، من الرطوبة الصغيرة إلى أحداث صدئة كبيرة، وقد يُحسب من لحظة الزلازل التي تتوقف على مساحة الارتطام، ومتوسط التشريد على طول المقياس، والزلزال، وجمود الصخور.

آليات التنسيق وحلول خطط الدفن

كما يحدد علماء الازمات آلية الوصل للزلزال، التي تصف اتجاه الخطأ وتوجه الانزلاق، عن طريق تحليل نمط حركة الموجات الأولى (سواء انتقلت الأرض أو سقطت في محطات مختلفة) ونسب الكم من مختلف أنواع الموجات، يمكن أن تخلق حلاً خاطئاً، وهذه المعلومات حاسمة لفهم نظام الإجهاد الزلزالي في منطقة ما ولتقدير إمكانيات المستقبل القريب.

نظم الإنذار المبكر ورصد الوقت الحقيقي

ومن أكثر التطبيقات تأثيرا في رصد الزلازل الحديثة تطوير نظم الإنذار المبكر، حيث تستخدم هذه النظم أن الإشارات الإلكترونية تسافر بسرعة أكبر بكثير من موجات الزلازل، وعندما تكتشف شبكة من أجهزة الاستشعار قرب المركز الزلزالي، يمكن إرسال إنذار آلي إلى المناطق أبعد من ذلك قبل أن يصل الهزات القوية.

ويعد تنبيه النظام، الذي يديره الاتحاد بالتعاون مع شركاء الدولة والجامعة، مثالاً رئيسياً، ويستخدم النظام بيانات من أكثر من 700 1 محطة سيزمية عبر الساحل الغربي للولايات المتحدة، وعندما يكتشف النظام زلزالاً كبيراً، فإنه يحسب بسرعة الموقع وحجمه والمسائل التي تنبه إلى حالات الطوارئ اللاسلكية، ونظم العبور، والمرافق، والمرافق، والمرافق الصناعية، ويمكن أن يتراوح وقتها من بضع ثوان إلى عشرات.

كما أن الرصد في الوقت الحقيقي يمتد إلى الكشف عن أمواج تسونامي، وتعمل أجهزة الاستشعار في أعماق المحيطات والمراكز السيزمية الساحلية معاً على كشف تشرد قاع البحر خلال زلزال غواصة كبير، وتُدرَج البيانات في نماذج التنبؤ بأمواج تسونامي التي تنبئ بمراحل وطول موجات، مما يتيح عمليات الإجلاء في الوقت المناسب.

الأدوات والأساليب الإضافية: الاستشعار عن بعد والرصد الميداني

إنّ الرواسب اللزامية ومقاييس التسارع ضرورية، لكنّها ليست الأدوات الوحيدة في مجموعة أدوات الجيولوجيا، كما أنّ رصد الزلازل الحديث يعتمد اعتماداً كبيراً على تكنولوجيات الاستشعار عن بعد والقياسات الميدانية.

التصوير الساتلي والإنسار

(أ) الرادار الاصطناعي المتداخل هو تقنية ساتلية يمكن أن تقيس التشوهات الأرضية بالدقة على مستوى المقاس سنتيمتر، ويمكن للعلماء، من خلال مقارنة صور الرادار لنفس المنطقة التي تلتقط في أوقات مختلفة، أن يخلقوا خرائط مفصلة لكيفية تحرك سطح الأرض خلال وبعد وقوع زلزال، وقد أحدثت الدراسة ثورة في تراكم التفشي في الزلازل، مما أتاح لأخصائيي النمط الحساس أن يشاهدوا النطاق الكامل

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الصور الساتلية البصرية في رسم خرائط لتمزق سطح الأرض، والانهيالات الأرضية، والضرر في البناء بعد وقوع زلزال كبير، وهذه الصور تساعد المستجيبين لحالات الطوارئ على تقييم أثر جهود الإغاثة والتخطيط لها.

الترجيمة السيزمية

إن التخصيب السيزمي هو تقنية تستخدم الأمواج السيزمية لخلق صور ثلاثية الأبعاد لداخل الأرض، كما يعمل بنفس الطريقة مع المسح الكيميائي الطبي، ولكن بدلا من الأشعة السينية، يستخدم الأمواج المتولدة من الزلازل، من خلال قياس أوقات السفر بين الموجات البيرفلورية والأشعة السينية عبر الأرض، يمكن للعلماء أن يكشفوا عن تغيرات في ظروف الزلازل التي تتطابق مع سوائل التكوين

الدراسات الاستقصائية الجيولوجية وعلم الظواهر البالية

ولا تزال الدراسات الاستقصائية الجيولوجية الميدانية تشكل جزءا أساسيا من رصد الزلازل، إذ أن علماء الخرائط الجيولوجية يتعقبون آثار أخطاء في التراب، ويجمعون العينات للمواعدة، وعلم النزعة البالية، ودراسة الزلازل السابقة، تنطوي على الخناق عبر أخطاء نشطة لكشف طبقات مدفونة من الرواسب التي تسجل تمزقات في الماضي، وبتاريخ هذه الطبقات، يمكن للعلماء حساب زلزال المعلومات المتكررة بالنسبة لسجلات كبيرة.

ومن بين الأساليب الميدانية الأخرى قياسات التشوهات القشرية التي تستخدمها الشبكة العالمية لتحديد المواقع، ويمكن أن تكشف محطات النظام العالمي لتحديد المواقع التي تُوضع في مناطق الخطأ عن التكديس البطيء للإجهاد بين الزلازل، وتساعد هذه البيانات على صقل نماذج السلوك الخاطئ وتحسين دقة خرائط المخاطر السيزمية.

مستقبل رصد الزلزال: التعلم في مجال الآلات والاستشعارات الموزعة

إن مجال رصد الزلازل يمضي قدما سريعا، حيث يجري تدريب خوارزميات التعلم الآلاتي على الكشف عن الإشارات السيزمية وتصنيفها بصورة تلقائية، مما يقلل كثيرا من الوقت اللازم لتجهيز كميات كبيرة من البيانات، ويمكن لهذه الخوارزميات أن تحدد هوية الوافدين من الموجات البيرفلورية، وتحديد أماكن الأحداث، وتقدير حجمها بدقة عالية، وهي مفيدة بصفة خاصة في كشف الزلازل الصغيرة أو الطرق التقليدية غير الفولطية التي ستفتقدها.

والاستشعار الصوتي الموزع هو تكنولوجيا ناشئة أخرى، وباستخدام الكابلات الألياف البصرية القياسية كصفائف كثيفة من أجهزة الاستشعار عن الاهتزاز، يمكن أن تحول دائرة المستخلصات الكيميائية عشرات كيلومترات من الهياكل الأساسية الحالية للاتصالات السلكية واللاسلكية إلى شبكة سيزمية، وقد تم بالفعل اختبار هذه التكنولوجيا في البيئات الحضرية وعلى طول كابلات قاع البحار، مما يوفر حلا مكانيا غير مسبوق لكشف الكواك الميكروميك ونظم الرصد.

كما يجري استكشاف أجهزة استشعار الكمي التي تستغل سلوك الذرات لقياس الجاذبية والتناوب بدقة قصوى، من أجل رصد الزلازل، وعلى الرغم من أن هذه أجهزة الاستشعار لا تزال في مرحلة البحث، فإنها يمكن أن توفر في نهاية المطاف قياسات دقيقة للغاية للحركة الأرضية دون الحاجة إلى عناصر ميكانيكية.

خاتمة

وقد حققت الأدوات والتقنيات التي يستخدمها الجيولوجيون لقياس ورصد الزلازل تقدما هائلا منذ الأيام الأولى من السايزموغرافيا الميكانيكية، واليوم، فإن الجمع بين أجهزة السايزموم، ومواصفات التسارع، والرادار الساتلي، والجهاز العالمي لتحديد المواقع، والملاحظات الميدانية، يقدم صورة شاملة للنشاط السيزمي، وتُقدم الشبكات العالمية والمحلية بيانات آنية تستخدم في الإنذار المبكر، وتقييم المخاطر، والاكتشاف العلمي.

فهم كيفية عمل الزلازل وتعقبها في الوقت الحقيقي هو أحد أكثر الطرق فعالية للحد من المخاطر التي تشكلها الأدوات والأساليب الموصوفة في هذه المادة تشكل العمود الفقري لذلك الجهد، ومساعدة المجتمعات المحلية في جميع أنحاء العالم على الاستعداد والاستجابة لواحدة من أكثر قوى الطبيعة فسادا.