ويأتي هذا النوع من المواد التي تصيب الأرض في المرتبة الأولى، وينتج عن ذلك أن هذه الطاقة التي تصيبها في الأرض، وتتسبب في حدوث أضرار في الموجات السطحية، وتتسبب في حدوث موجة كبيرة من الأرض، وتتسبب في حدوث إجهاد على فترات طويلة، وتزيد من حدة هذه الموجات التي تصيب الأرض من جراء الظواهر التي تصيبها.

ما سبب "زلزاليكس"؟

وتفسر الآلية الرئيسية المسؤولة عن الزلازل بنظرية الانتكاس المفاجئة التي تصيب الأرض، والتي تُظهر أولاً من جانب أخصائي جيولوجي هو. ف. ريد بعد الزلزال المدمر الذي ضرب سان فرانسيسكو، وتُظهر هذه الحالة أن القوات الكترونية تُزيل تدريجياً الصخور من أي من جانبي خطأ، مما يتسبب في تلفها وتخزين الطاقة المتطايرة التي تُعد على امتداد عقود من المطاط.

ويتوقف حجم الطاقة التي تم إطلاقها خلال الزلزال على عدة عوامل: حجم المنطقة التي تنزلق، وحجم التشريد على طول الخطأ، وجمود الصخور التي تنطوي عليها (الثغرة الشديدة) وفي حين أن معظم الزلازل هي منشئة، فإن الأنشطة البشرية مثل التعدين، وملء الخزان، والكسر الهيدروليكي يمكن أن تؤدي أيضا إلى حدوث أحداث زلزالية، وإن كانت هذه الأنشطة أقل تواترا.

فالقصور - الكسور التي تحدث فيها الزلازل - تصنف أساسا على أساس اتجاه الزلق:

  • Strike-slip faults:] Characterized by horizontal motion where blocks slip past each other laterally.
  • Normal faults:] Occur where the crust is being extended, causing one block to move downward relative to another.
  • Thrust (or reverse) faults:] Form under compressional forces where one block is pushed up over another.

وكل نوع من أنواع الأخطاء ينتج أنماطاً مغايرة للإشعاع السيزمي، وخلال التمزق، تنهار الطائرة بشكل تدريجي بسرعة تقارب 3 كيلومترات في الثانية، مما يولد موجات زلزالية تنقل الطاقة إلى الخارج، ويكتسي فهم آليات المصادر هذه أهمية حاسمة للتنبؤ بأنماط الركود الأرضية، وتقييم مخاطر التسونامي، وتصميم استجابات هندسية مناسبة.

أنواع الموجات السيزمية

وتصنف الموجات السيزمية التي تولدها الزلازل تصنيفاً واسعاً إلى مجموعتين على أساس مسارات انتشارها: موجات الجسم ] التي تنتقل عبر داخل الأرض، و] موجات سطحية ، وهي تسافر على سطح الأرض، وتظهر كل نوع من أنواع الموجات على أنواع مختلفة من أنواع المركبات،

موجات الجسم: P-Waves and S-Waves

]P-waves], or primary waves, are compressional waves where particles oscillate parallel to the wave’s direction of travel. They are the fastest seismic waves, traveling approximately 5 to 8 kilometers per second in the Earth’s crust and up to 13 kilometers per second in the denser core.

]S-waves], or secondary waves, are shear or transverse waves where particles move perpendicular to the direction of wave propagation. They travel at roughly 60% of the speed of P-waves, typically 3 to 4 kilometers per second in the crusistic s-waves, S-waves.

موجات السطح: الحب وواصف رايلي

وعندما تصل موجات الجسم إلى سطح الأرض، فإنها تولد موجات سطحية تسافر على طول الحدود بين القشرة والغلاف الجوي، وتسافر موجات سطحية عادة أبطأ من موجات الجسم، ولكنها كثيرا ما تظهر كميات أكبر من الأمواج ومدة أطول، مما يتسبب في حدوث أكبر قدر من الهزات والأضرار خلال الزلزال.

]Love waves consist of horizontal shear motion perpendicular to the direction of wave propagation, they are the fastest surface waves, with velocities slightly less than S-waves. Love waves require a low-velocity surface layer overlying a higher-velocity layer - a common condition in the Earth’stoar buildings.

وتتسبب موجات ريليج في حركة الجسيمات الهجائية الفوقية المشابهة لموجات المحيط، وتنتقل الجسيمات الأرضية عمودياً وأفقياً على السواء في الاتجاه المعاكس للتشغيل الموجي، وتنتج إحساساً متجدداً كثيراً ما يشعر به الناس أثناء الزلازل.

Propagation of Seismic Waves through the Earth

إن سرعة وسلوك الأمواج السيزمية في مسارها الأرضي يتوقفان بشكل حاسم على الخصائص المادية للمواد التي يواجهونها، وتتأثر سرعة الموجات السيزمية بكثافة الصخور وطريقة السخرية، وعلى وجه التحديد الشعارات السائبة التي تحكم الأمواج المضغوطة والشعارات القارئة التي تحكم موجات القار، وبصفة عامة، فإن الصخور الكثيفة والأكثر صلابة تنقل موجات السيزمية بسرعة أكبر.

وعندما تواجه الأمواج السيزمية ترابطا بين مختلف طبقات الصخور - مثل الحدود القشرية - مانتل )قطع موروفيتشيك(، أو " موهو " ( أو الحدود التي تدور حولها في شكل حروف أساسية، وتدور حولها آثار وارتدادات، وتنطوي على موجات ترتدى فيها موجات من التأمل في مسارات مختلفة من حيث أنها تتحول إلى سمات جديدة.

Reflection and Refraction in Detail

وعندما تضرب موجة زلزالية حدوداً عند زاوية، يعكس جزء من طاقتها ظهراً، بينما تعود البقية إلى الطبقات التالية، فعلى سبيل المثال، فإن الغلط الذي ينتقل من القشرة إلى القشرة يصادف زيادة في سرعة الموجات، مما يجعلها تنحني إلى الأسفل، وبسبب التداعيات البهائية للأرض وزلزالياتها السريعة، فإن موجات الظواهر الجليدية تُظهر مسارات مائلة.

مناطق الظلال السيزمية والهيكل الأساسي للأرض

An important consequence of seismic wave behavior is the existence of seismic shadow zones -regions where certain seismic waves do not arrive due to internal Earth structure. because S-waves cannot travel through the liquid outer core, they are absent beyond approximately 103 degrees angular distance from theزل source, creating the S-wave shadow zone .

فبعد ١٤٣ درجة، تجتاز بعض الطاقة التي تستخدم الموجات المسماة " PKP " النواة وتبرز على الجانب المقابل من الأرض، وإن كان ذلك مع تأخيرات، وقد وفر تحديد مناطق الظل هذه وقابليتها للتطور أول دليل مباشر على الهيكل الداخلي للأرض، بما في ذلك لب خارجي سائل ولب داخلي صلب، مما أحدث ثورة في فهمنا للديناميات الأرضية والجيل الميداني المغناطيسي للكوكب.

قياس وتسجيل الموجات السيزمية

ويتم كشف وتسجيل موجات الزلازل باستخدام أدوات تسمى seismographs.() وتتكون الإشارة السيزمية الحديثة عادة من كتلة مع وقفها في مكان خماسي من الربيع في إطار ثابت ملحق بالأرض، وعندما تتسبب الأمواج الزلزالية في الحركة الأرضية، تظل الكتلة المعلَّقة ثابتة تقريباً بين الإيقاع.

ومن خلال تحليل الأشعة السيزمية من محطات متعددة في جميع أنحاء العالم، يمكن لأخصائيي الاهتزازات أن يحددوا مستوى الزلزال، ويحسبوا حجمه، ويصفوا عملية التمزق، وتكتسي أوقات وصول الأشعة P- and S-waves أهمية خاصة لتحديد مصدر الزلزال وتقدير المسافة التي تفصله عن كل محطة.

Earthquake Magnitude Scales

ويشمل حجم الزلازل كمياً مختلفاً من الحجم، حيث إن نطاق حجم الـ Richter scale]، الذي وضع في عام 1935، يقيِّد مدى انتشار الحركة الأرضية القصوى الذي سجله رسم بياني قياسي يقع على بعد 100 كيلومتر من المركز، ورغم أن حجم الثرتر يشبع زلزالاً كبيرة، وهو أقل دقة بالنسبة للأحداث البعيدة أو العميقة.

اليوم، المقياس المفضل هو مقياس حجم الحركة ] (Mw)، الذي يستند إلى اللحظات الزلزالية - كمية مادية محسوبة كمنتج لتصلب الأعطال، ومتوسط التشريد، وتصلب الصخور، ولا يُشبع حجم الزلازل ويُمكن أن يُميزها بشكل موثوق به من جميع الأزرار، من آثار بسيطة إلى ميغا.

استخدام الموجات السيزمية لاستكشاف داخلية الأرض

وتستخدم الأمواج السيزمية كأداة قوية لتصوير داخل الأرض، مثل الصور الطبية فوق الصوتية للجسم البشري، ومن خلال تقنية تسمى ) الترميم السيزمي ، يحلل العلماء فترات السفر لآلاف الأمواج السيزمية التي سجلتها الشبكات العالمية لبناء نماذج ثلاثية الأبعاد للهيكل الداخلي للكواكب.

المناطق التي تسافر فيها الأمواج السيزمية ببطء تشير إلى الحرارة، والمواد الأقل كثافة مثل الأعمدة المتحركة أو المناطق المزروعة جزئيا، وعلى العكس من ذلك، فإن سرعة الموجات السريعة تتطابق مع المبردات والمناطق الكثافة مثل النوافذ التالفة التي تهبط في المنارة، وقد كشفت السمات الاهتزازية عن الجذور العميقة للمناورات البركانية، وحتى عن وجود مناطق فرعية.

وثمة طريقة حاسمة أخرى هي تحليل التشتت الموجات السطحية ]، لأن موجات سطحية من مختلف الأنهار الموجية تخترق بأعماق مختلفة، وقياس سرعة هذه المركبات كوظيفة من وظائف التلويث الموجي (أو الفترة) تسمح للأخصائيين الجيوفيزيائيين بتلقي هيكل سرعة الموجات في موقع السينما والعلو.

أخطار الأرض والتأهب لها

إن فهم فيزياء الأمواج السيزمية أمر أساسي لتقييم مخاطر الزلازل والتخفيف منها، إذ أن شدة الركود الأرضي في أي موقع تتوقف على عوامل متعددة، منها حجم الزلازل، والبعد عن المركز، والظروف الجيولوجية المحلية، واتجاهية انتشار الانزلاق، ويمكن أن تضخ الأمواج السيزمية من التربة الطفيفة والأحواض الرسوبية، مما يزيد من حدة الارتداد والضرر.

ويستخدم المهندسون مطياف الاستجابة [(FLT:0]]، الذي يوجز أقصى استجابات البناء لمختلف ترددات الحركة الأرضية، لتصميم هياكل قادرة على تحمل الزلازل المتوقعة، وهذه المطياف مستمدة من سلسلة التسارع المسجلة - الوقت - التسارع الأرضي أثناء وضع رموز البناء المهتزلة والمزودة بالمعلومات في جميع أنحاء العالم.

وتؤثر نظم الإنذار المبكر، مثل نظام " شاك ألارت " الذي ينفذ في غرب الولايات المتحدة، على أن الإشارات الإلكترونية تسافر بسرعة أكبر من موجات الزلازل، وعندما تكتشف شبكة من الصور الصهرية الموجة الأولى من الزلازل، وتُقدّر الحواسيب بسرعة موقعها وحجمها، وترسل إنذارات إلى المناطق المأهولة بالسكان قبل وصول موجات S-waves والأمواج السطحية الأكثر تضررا، وذلك قبل عشر ثواني البطيئة التي يمكن أن تتوقف عن العمل فيها.

وعلى المستوى الشخصي، ينطوي الاستعداد على معرفة كيفية " دوب وغطاء ومسكن " أثناء الهز وتأمين الأثاث والأجهزة الثقيلة، والحفاظ على مجموعة مواد إمدادات طارئة، وتعتمد المجتمعات المحلية أحكاماً تتعلق بالتصميم السيزمي في رموز البناء لضمان أن تكون عمليات البناء الجديدة قادرة على مقاومة الطلبات الأرضية المتوقعة، وتقليل الخسائر في الأرواح والممتلكات إلى أدنى حد.

خاتمة

إن الموجات الزلازلية تمثل أكثر بكثير من العوامل التي تؤدي إلى هزات مدمرة - وهي نافذة في العمليات الدينامية التي ترسم كوكبنا وأداة حاسمة للحد من مخاطر الزلازل، ومن النبضات المضغوطة السريعة التي تبثها الموجات المتطاولة من الرايلي، فإن كل نوع من أنواع الموجات السيزمية يزود معلومات حيوية عن مصادر الزلازل، ومسارات التصريف، والهيكل الداخلي للقارات الأرضية.