استخدام نظام تحديد المواقع لدراسة حركة البلاستيك التكتوني والرسوم البدنية للأرض

Understanding GPS Technology in Geoscience

إن تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع، التي يشار إليها الآن على نطاق أوسع باسم النظم العالمية لسواتل الملاحة، أحدثت ثورة في فهمنا لسطح الأرض الدينامي وحركة لوحات التكتونية، وتساعدنا الشبكة في فهم كوكبنا على نحو أفضل، وذلك بالسماح لنا بقياس كيفية تحرك سطح الأرض، مع وجود الكثير من هذه الحركة التي تسبب الزلازل، وبناء الجبال، وخلق عمليات غير مباشرة لتتبع البراكين.

نظام تحديد المواقع العالمي يتألف من أسطول من 30 ساتلا مدار حول الأرض على بعد حوالي 20 ألف كيلومتر فوق سطح الكوكب، مع جهاز استقبال للشبكة العالمية لتحديد المواقع على الأرض يلتقط إشارات من هذه السواتل ويعالجها لتحديد موقعها من خلال شكل متطور من أشكال التثليث باستخدام إشارات من أربعة سواتل على الأقل للتقليل من الأخطاء، وقد أصبح نظام القياس الجيوديسي الذي يرتكز على السواتل أداة لا غنى عنها لدراسة تحركات الأرض القشرية.

دقة تكنولوجيا المواقع في التطبيقات الجيولوجية رائعة، يمكن للجهاز تحديد المواقع على سطح الأرض في بضعة مليمترات، وهذه الدقة حاسمة لكشف تحركات لوحات دقيقة، بينما جهاز استقبال مصفحة يدوي لديه دقة من 10 إلى 20 متراً، مع نظام مرسّم، يمكن أن تكون الدقة في المليمترات، وهذا المستوى من الدقة يمكن العلماء من اكتشاف التحركات التي من شأنها أن تكون غير قابلة للفهم.

قياسات أجهزة قياس المواقع ذات الوجهة العلمية

طرائق التركيب وجمع البيانات

محطات تحديد المواقع المستخدمة في الجيوديسيا مثبتة في الأرض بحيث يقترن الصك بشدة بخزان السرير، والتغييرات في موقع محطة GPS سببها حركة سطح الأرض، مما يسمح للعلماء بالكشف عن حركة لوحات التكتونية وتشوه القشرة الأرضية عن طريق مقارنة حركة عدة محطات لتحديد المواقع في منطقة على مر الزمن.

ولدراسة طلبات الحصول على أرقام اليوم، يمكن للعلماء أن يرسيوا أجهزة النظام العالمي لتحديد المواقع بشكل راسخ في حجر الأساس ويقيّمون كيف ينتقلون إلى جانب لوحة التكتون، وتتطلب عملية التركيب اختيار موقع دقيق وإعداد لضمان وضع أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع على أساس ثابت من التربة أو الرواسب، مما يمكن أن يستحدث أخطاء قياسية لا تتصل بحركة التكتون.

أجهزة استقبال أحدث للنظام العالمي لتحديد المواقع المستخدمة في الدراسات التيكتونية هي أدوات متطورة، وينشئ العلماء شبكات كبيرة من أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع على مقربة من حدود اللوحات، حيث يوجد لدى أجهزة استقبال ذات سياج صغير للحماية وجهاز شمسي لتوليد الطاقة، توضع على أساس الصخرة إذا أمكن، ويمكن أن تكون سلكية مع هوائي صغير، حيث يُستخدم جهاز استقبال أحدث للنظام العالمي لتحديد المواقع بواسطة العلماء تقريباً في الوقت الحقيقي بحيث يمكن مشاهدة الحركة في ثوانٍ حقيقية في المختبر.

فهم المرحلة من خلال بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع

ويُقسم سطح الأرض إلى لوحات تكتونية تتحرك في اتجاهات وسرعة مختلفة، مع لوحات الغلاف الجوي المتكون من القشرة والجزء الأعظم الصلب من المهد، تتحرك بشكل صارم كقطعة صلبة واحدة وتركب على طبقة تحتها تسمى الغلاف الجوي، وهي أكثر حرارة ودقة بدلا من الكسرات.

الرياضيات من حركة الصفيح يمكن أن تكون معقدة ولكن مفهومة، كل لوحة تدور حول القطب وكل لوحة لها سرعة مختلفة، مع أبعد ما تكون عن عمود التناوب، سرعة محطة تحديد المواقع، هذه العلاقة بين المسافة من القطب التناوبي والسرعة هي أساسية لفهم كيفية انتقال اللوحات عبر سطح الأرض.

السرعة التي ينتقل بها طبق من خلال تقسيم المسافة التي تقطعها اللوحة خلال الفترة الزمنية التي استغرقها السفر إلى تلك المسافة، مع قياس السرعة عادة في الملليمترات في السنة لللوحات التكتونية، وهذه القياسات، وإن كانت تبدو صغيرة، تتراكم على الوقت الجيولوجي لإحداث تغييرات كبيرة في تشكيلة سطح الأرض.

تطبيقات النظام العالمي لتحديد المواقع في دراسة حركة الطوابق التكتونية

قياس مواقع وتوجهات الطرف

ويمكن أن يتفاوت متوسط معدلات فصل الصفائح على نطاق واسع، حيث أن معدل التصفيق في منطقة القطب الشمالي أقل من 2.5 سم/الر، وتصل منطقة شرق المحيط الهادئ إلى جزيرة إيستر أسرع معدل، وقد مكّنت تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع العلماء من قياس هذه المعدلات المتباينة بدقة عبر حدود مختلفة للطبقات في جميع أنحاء العالم.

وتظهر تحركات الطوابق التي كشفتها نظرية تيكتونية لجهاز تحديد المواقع، والتي تبين أن اللوحات التي تنتشر بعيدا عن بعضها البعض في الحافة المحيطية وتتجمع في مناطق التخضير، وتنزلق بعضها البعض عند تغيير الحدود، وتسجل بدقة الاصطدام كما هو الحال في هيمالايا، وقد أدى هذا التثبت التجريبي من نظرية التكتونية من خلال قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع إلى تعزيز فهمنا للعمليات الدينامية للأرض.

ويظهر مثال محدد دقة قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع، ففي عيب سان أندرياس، تزحف صحون التكتون المحيط الهادئ في اتجاه شمال غربي على طول لوحة أمريكا الشمالية، وبسبب تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع، نعرف أن معدل الزاحف في خطأ سان أندرياس يتراوح بين 28 و 34 ميلا، أو أكثر قليلا من بوصة واحدة في السنة، وهذا المستوى من التفاصيل يسمح للعلماء بأن يُظهروا سلوكاً خاطئاً وتقييماً أكثر دقة.

نظام تحديد المواقع الشبكي للحملة مقابل النظام العالمي لتحديد المواقع المستمر

وهناك طريقتان أوليتان لجمع بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع في الدراسات التي تكتونية، وفي الحملة العالمية لتحديد المواقع، أنشأ العلماء أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع لفترة زمنية لتقديم ملاحظات، ثم يعودون مرة أخرى بعد سنة إلى إعادة رصد نفس العلامة، مما تراكم ما يكفي من القياسات عبر الزمن لتتبع تحركات التكتون التي تعمل على أفضل وجه لقياس الحركة المترابطة، وهذه الطريقة فعالة من حيث التكلفة ولكنها لا توفر سوى صورا دورية للحركة القشرية.

وفي إطار النظام العالمي لتحديد المواقع أو النظام العالمي لتحديد المواقع، يستخدم الباحثون شبكات أجهزة استقبال ثابتة بشكل دائم في النظام العالمي لتحديد المواقع لجمع بيانات مستمرة على فترات متقطعة حتى لحظة واحدة أو أقل، مما يوفر بيانات كثيفة زمنيا تتيح قياس التشريد أثناء وقوع زلزال وبعده، وقد فتحت هذه القدرة المستمرة للرصد سبلا جديدة لفهم العمليات الزلزالية وتشوه القشر.

وفي الآونة الأخيرة، مكّنت التقنيات المستمرة للنظام العالمي لتحديد المواقع العلماء من دراسة نوع مختلف من الحركة القشرية: حركة البطء على طول الخطأ، وكانت هذه الأحداث البطيئة التي تُطلق الطاقة على مدى ساعات إلى أسابيع بدلا من ثوان إلى دقائق، غير معروفة إلى حد كبير قبل ظهور الرصد المستمر للنظام العالمي لتحديد المواقع وتمثل جزءا هاما من أحجية دورة الزلازل.

رصد الآثار المادية للأرض مع تكنولوجيا نظام تحديد المواقع

رصد التشهير البركاني

بالنظر إلى وضع النقاط على سطح الأرض المقيسة بجهاز تحديد المواقع، يمكن للعلماء اكتشاف بداية تشويه القشرة، مثل بركان ماونا لوا في أيار/مايو 2002 عندما بدأت محطات النظام العالمي لتحديد المواقع على الجانبين المقابلين للقمة تتحرك بعيدا عن بعضها البعض، مما يشير إلى أن البركان كان يتضخم، وهذه القدرة على كشف التضخم البركاني توفر إنذارا مبكرا بالغ الأهمية بالثورات المحتملة.

وقد أصبح رصد البركان مع النظام العالمي لتحديد المواقع ممارسة معيارية في العديد من المراكز البركانية النشطة في جميع أنحاء العالم، ويمكن للتكنولوجيا أن تكشف التغيرات الخفية في شكل بركان ناجم عن حركة الماما تحت سطح الأرض، وغالبا ما تكون أسابيع أو أشهر قبل حدوث انفجار، وهذه المعلومات، إلى جانب تقنيات الرصد الأخرى مثل قياسات السيزم والغاز، تساعد علماء البركان على تقييم المخاطر البركانية وتصدر إنذارات في الوقت المناسب للمجتمعات المجاورة.

رصد الأرض والبحث

أول اختبار كبير لجهاز تحديد المواقع لدراسات الزلازل جاء في تشرين الأول/أكتوبر 1989 عندما ضرب زلزال لوما بريتا سان فرانسيسكو، وبعد فترة وجيزة من الحجارة، تزامن الباحثون على منطقة الكوكيز مع علامات التطهير، مع أطباء جيروس يقارنون بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع قبل وقوع الزلزال وبعده، ليكشفوا عن اتجاه وسرعات الحركات السطحية، و في أدنى نمط من النزلاق على الطائرة التي تمزقت بشكل دقيق

ويمكن للعلماء تحديد مواقع الزلازل وفهمها على نحو أكثر دقة باستخدام بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع، وقد يساعدون حتى في إنشاء نظم للإنذار المبكر بالزلازل، وبينما لا يتوقعون حدوث الزلازل، يمكنهم أن يساعدوا في تحديد أي أخطاء يحتمل أن تكون لها زلزال، ولتطبيق تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع آثار هامة على السلامة العامة والتأهب للكوارث.

ويمكن للشبكة العالمية لسواتل الملاحة أن تحل الموجات السيزمية القوية عن طريق توفير عمليات تشرد على مستوى المليمتر بمعدلات عالية تبلغ 1 هز أو أكثر، وبالتالي فإنها تؤدي دورا هاما في رصد الزلازل بالقرب من المركز، وقد أدت هذه القدرة العالية على النظم العالمية لسواتل الملاحة إلى نشوء ميدان السايزوغ، الذي يجمع بين الجيوديسيا الساتلية وعلم الزلازل لتوفير رصد شامل للزلازل.

الخط الافتراضي ودراسات التشهير الصدرية

بملاحظة الحركة التكتيكية مع أجهزة النظام العالمي لتحديد المواقع يمكن للعلماء معرفة ما الذي يدفع ويسحبونه على سطح الأرض وما يحدث عندما يحدث ذلك، وهذا الفهم حاسم لتقييم المخاطر الزلزالية وفهم ميكانيكيي نظم الأخطاء.

إن القدرة على قياس الحركة الرأسية والأفقية توفر معلومات إضافية، وإذا كانت محطة النظام العالمي لتحديد المواقع على الجزء الجامد من لوحة التكتون، فلا ينبغي أن يكون هناك أي حركة عمودية، وإذا كان هناك اقتراح عمودي، فإن ذلك يعني أن هناك شيئا آخر يحدث، وهذا المبدأ يساعد العلماء على تحديد المناطق التي لا تتحرك فيها اللوحات بشكل صارم، مع الإشارة إلى مناطق التشوه النشط أو الضغط أو التمديد.

وفي تجهيز الشبكات، يتم تجهيز عدد كبير من أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع معا لتحقيق مواقع نسبية دقيقة جدا، وهذه المواقع النسبية مرتبطة بإطار مرجعي مطلق لإعطاء إحداثيات فيما يتعلق بسطح الأرض نفسها، ويكفل هذا النهج المتطور لتجهيز البيانات إمكانية المقارنة الدقيقة بين القياسات المستمدة من مختلف محطات النظام العالمي لتحديد المواقع وإدماجها في نماذج شاملة لتشويه القشرة.

التطبيقات المتقدمة والتكنولوجيات الناشئة

النظم العالمية لسواتل الملاحة والسيزوغوديسيا ذات الصلة

وتستفيد الشبكة العالمية لسواتل الملاحة العالية بشكل خاص في رصد الزلازل، حيث أن التشريدات الكنسية يمكن أن تحدث عادة في غضون عشرات ثوان، وهناك محتويات ذات تردد ثري داخل هذه التشريدات، وهذه القدرة على استخلاص حركة أرضية سريعة خلال الزلازل تكمل الزلازل التقليدية وتوفر مزايا فريدة.

وبالمقارنة مع أجهزة الاستشعار السيزمية، فإن عمليات التشريد بدلا من السرعة أو التسريع التي يتم الحصول عليها مباشرة عن طريق تجهيز إشارات السواتل التابعة لشبكة النظم العالمية لسواتل الملاحة، ومن المزايا الحاسمة التي ينطوي عليها هذا الساتل في الجيوديسيا أن هذه النظم قادرة على استيعاب حالات التشرد الدائمة، في حين أن الظواهر السيزمية لا يمكن أن تستردها بصورة موضوعية عن طريق إدماج العوامل المسببة للتوترات والتسارعات.

ويمثل إدماج النظم العالمية لسواتل الملاحة في قياسات الزلازل تقدماً كبيراً في رصد الزلازل، ويمكن للنظم العالمية لسواتل الملاحة أن تكتشف التغيرات الطويلة الأجل على مستوى المناطق الفرعية - المتوسط في السنة، والحركات السريعة ذات الدقة في المنطقة دون الإقليمية، مما يجعلها ضرورية لرصد التكتونيات والزلازل وثبات المياه في الغلاف الجوي، والاضطرابات في الغلاف الأيوني، مما يجعل من جوانب علوم الأرض المتعددة.

تنظيم مناسبات للسحب البطيئة والمناطق الفرعية

إن حركة البطء هي حركة ملحمية عبر خطأ أن تُطلق الطاقة على فترات زمنية تتراوح بين ساعات و أسابيع بدلا من ثواني إلى دقائق كما يحدث في الزلازل، ونظراً إلى أن أحداثاً بطيئة الشحوم قد اكتشفت لأول مرة، فإن تركيب نظام تحديد المواقع المستمر في مناطق فرعية حول الكوكب أدى إلى انفجار ملاحظات على هذا الشكل من زلزال الخطأ، وقد كانت هذه الأحداث غير معروفة تقريباً قبل أن يصبح الرصد المستمر للنظام العالمي لتحديد المواقع واسع الانتشار.

وقد اقترح بعض الباحثين أن تباطؤ الزلقة قد يسبب في الواقع زيادات في الضغط على أجزاء من الغلط القريبة التي يمكن أن تؤدي إلى حدوث زلزال أكبر، حيث وجد الباحثون اليابانيون أدلة على أن حدثاً بطيئاً قريب قد يكون قد سبق التمزق الرئيسي في زلزال توهوكو في شمال اليابان في عام 2011 وأن هذه الصلة المحتملة بين أحداث السحب البطيئة والزلازل الكبرى تجعل من اكتشافها ورصدها أمراً بالغ الأهمية لتقييم المخاطر الزلزالية.

تحليل البيانات المتعلقة بالتعلم والتعلم في مجال الآلات

وقد أتاح التطور السريع للتكنولوجيا الجيوديسية فرصة لمراقبة سطح الأرض في وقت واحد مع منابر النظم العالمية لسواتل الملاحة من عدد من المواقع، وعلى أساس هذه التكنولوجيا، تم تطوير طرق لكشف سلائف التشهير المحلية التي قد تكون بمثابة مُسبق للزلازل القوية، ويمثل تكامل التعلم الآلي مع بيانات النظم العالمية لسواتل الملاحة حدوداً في رصد الزلازل وبحوث التنبؤ بها.

ويستغل العلماء مختلف البيانات الجيوديسية لتأثير الهيكل العازلي المتأصل للضوضاء على النظم العالمية لسواتل الملاحة، والإشارة المستهدفة المرتبطة بتزييف الزلازل، واستخدام السلسلة الزمنية والصور وسلسلة الصور الزمنية لحصر السمات الزمنية والمكانية والمسارية الزمنية على التوالي، مع تحليل يبين أن سلسلة الصور الزمنية للزلازل الجيوديسية يمكن أن تكون محاسبة فعالة للبيانات،

مزايا وفوائد تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع في الدراسات التكتونية

الدقة والدقة

والدقة الاستثنائية لقياسات مصادر القدرة على إحداث الاحتباس الحراري هي واحدة من أكبر مزاياها بالنسبة للدراسات التكتونية، حيث يمكن أن تكون الدقة في نظام مثبت، حيث تكون أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع أدق درجة في نطاق الأرز، وهذا المستوى من الدقة يتيح الكشف عن التحركات التي قد تكون مستحيلة قياسها باستخدام تقنيات المسح التقليدية.

وقد تحسنت دقة قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع بشكل كبير على مدى العقود منذ تطبيق التكنولوجيا لأول مرة على الدراسات التكتونية، وأسهمت تقنيات المعالجة الحديثة، وتحسين فهم مصادر الأخطاء، وتحسين مجموعات السواتل في تعزيز الدقة في القياس، ولا يزال هذا التحسن المستمر يوسع نطاق الظواهر الجيولوجية التي يمكن دراستها باستخدام تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع.

قدرات رصد الوقت الحقيقي

وتمثل القدرة على رصد التحركات القشرية في الوقت الحقيقي قدرة تحولية لعلوم الأرض، ويمكن لشبكات النظام العالمي لتحديد المواقع الحديثة أن تكتشف وترسل معلومات عن التحركات الأرضية في غضون ثوان من حدوثها، مما يتيح الاستجابة السريعة للأحداث التي تكتونية، وهذه القدرة على الوقت الحقيقي قيمة خاصة بالنسبة لنظم الإنذار المبكر بالزلازل ورصد الانفجار البركاني.

وقد ثبت أن تحديد نقطة التكوين في الوقت الحقيقي وإدماج النظم العالمية لسواتل الملاحة بمواد شديدة الفعالية في توفير قياسات دقيقة ومناسبة للظواهر السيزمية، وتمكين الإنذار المبكر في الزلزال، ويمكن لهذه النظم أن توفر ثواني للتحذير قبل وصول الركود القوي، مع إعطاء الناس الوقت لاتخاذ إجراءات وقائية وتوقيت للنظم الآلية لإغلاق الهياكل الأساسية الحيوية.

الرصد المستمر للبيانات

وتظهر بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع مواقع محطات يومية مقارنة بالمواقع المرجعية، مع مجموعة البيانات التي تشمل مواقع مقاسة في الشمال والشرق، والاتجاهات العمودية من الموقع المرجعي، وترسم موقع المحطة في الاتجاهين الشمالي والشرقي بمرور الوقت، تكشف عن الاتجاه العام ومتوسط المعدل الذي تتحرك فيه المحطة، مع ظهور خطوط حركة من الشمال والقطع الأرضية المستخدمة في توليد نقطة زمنية مركبة.

إن استمرار قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع على مدى فترات طويلة يسمح للعلماء بالتمييز بين التقلبات القصيرة الأجل والاتجاهات الطويلة الأجل في الحركة القشرية، وهذا المنظور الزمني أساسي لفهم دورة الزلازل، التي تشمل فترات تراكم الإجهاد بين الزلازل والتشرد المفاجئ خلال الزلازل، والتكيف بعد الزلزالي عقب أحداث رئيسية.

التغطية العالمية وكثافة الشبكات

وقد بنيت الشبكات الداخلية والجيوديسية الموجودة إلى حد كبير وتواصل العمل بشكل مستقل، كما أن إدراج كلا النوعين من أجهزة الاستشعار يزيد من كثافة عمليات رصد الحركة الأرضية، حيث أن كثافة هذه العمليات ذات قيمة خاصة في المناطق المتفرقة نسبيا مثل ألاسكا، ولكنها تضيف أيضا زيادة في عدد الشبكات المتداخلة القائمة وقدرتنا على فهم العمليات التي تستخدم فيها الكزاز على الصعيدين الإقليمي والعالمي.

ويوفر التوزيع العالمي لمحطات النظام العالمي لتحديد المواقع تغطية مكانية غير مسبوقة لدراسة التكتونات، حيث تتسع شبكات أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع للقارات وأحواض المحيطات بأكملها، مما يوفر نظرة شاملة عن كيفية تفكك سطح الأرض، وهذا المنظور العالمي أساسي لفهم حركة اللوحات، التي هي بطبيعتها ظاهرة على نطاق كوكبي.

التحديات والحدود التي تواجه النظام العالمي لتحديد المواقع في الدراسات التكتونية

تعقيدات النظام المنسق

ويؤثر الطلب على اللوحة التكتونية على إحداثيات ناتجة عن قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع، وعن اعادة تحديد الصور الجوية والسواتل، مما يؤثر على الاستخدام الطويل الأجل لنظم التنسيق العالمية، حيث انقطعت اللوحات التكتونية عن بعضها البعض، وأصبح التنسيق متجاوزا، مما يخلق تحديات في الحفاظ على أطر مرجعية متسقة على مدى فترات طويلة.

وتؤثر عدة عوامل تكتونية على الطرق التي تتحرك بها اللوحات، مع بعض هذه العوامل المؤدية إلى الفرز والتناوب، مما يؤدي إلى حدوث خلل في سرعة اللوحات غير المتجانسة، مما يؤدي إلى اتجاهات وسرعة مختلفة من حيث المكان، وتتطلب هذه التعقيدات نُهجاً متطورة في النماذج لتمثيل التشوهات القشرية بدقة.

حدود الأرض البحرية

وتميل النماذج إلى التقليل من القدرة على التنبؤ بالزلازل الواقعة في الخارج بالقرب من الخندق بعيدا عن شبكة القياس الموجودة في الداخل، وهذه ميزة معروفة لدى دراسة الزلازل البحرية التي لها جيوديسيا بسبب الهندسة الجيولوجية لشبكة القياس، وهذا التقييد يبرز أهمية تطوير شبكات جيوديسية قاع البحار لتكملة محطات النظام العالمي لتحديد المواقع البرية.

وقد أدى التحدي المتمثل في رصد النشاط التكتوني البحري إلى تطوير أدوات جيوديسية قاع البحار، بما في ذلك النظم الصوتية للنظام العالمي لتحديد المواقع التي تجمع بين قياسات المواقع السطحية وبين النقاط المرجعية الصوتية التي تتراوح بين قاع البحار، وفي حين أن هذه النظم أكثر تعقيداً وأكثر تكلفة من النظام العالمي لتحديد المواقع البرية، فإنها أساسية لدراسة مناطق التخضّص وغيرها من السمات التكتونية البحرية التي تحدث فيها أعداد كبيرة من الزلازل الأرضية.

سيناء الإشارة والمصانع البيئية

إن تأثير حركة اللوحات هو أكثر من ذي قبل مع التقلبات السنوية ونصف السنوية في قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع التي تطرحها الظروف الجغرافية، ويجب فصل هذه الإشارات البيئية بعناية عن الإشارات التكتونية للحصول على قياسات دقيقة للتشوهات القشرية، ويمكن أن تُحدث عوامل مثل التحميل الموسمي من الثلج والمياه، والآثار الجوية، وعدم الاستقرار في الغلاف الجوي، كلها ضوضاء في قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع.

وقد وضع العلماء تقنيات معالجة متطورة للتخفيف من هذه المصادر الخاطئة، ويمكن أن يساعد تصفية الطرائق المشتركة التي تزيل الإشارات المشتركة إلى محطات قريبة متعددة على إزالة الآثار الجوية الإقليمية، وأن يؤدي اختيار المواقع بعناية وتصميم النصب التذكاري إلى التقليل إلى أدنى حد من الآثار البيئية المحلية، وعلى الرغم من هذه التحديات، فإن التقنيات الحديثة لتجهيز النظام العالمي لتحديد المواقع يمكن أن تحقق بصورة روتينية دقة على مستوى المليمتر في تقديرات المواقع.

التكامل مع تكنولوجيات الرصد الأخرى

الجمع بين النظام العالمي لتحديد المواقع وعلم الازمات

ويمكن تحديد التشوهات السطحية والتغيرات في الجيود والجاذبية بدقة عالية بواسطة التقنيات الجيوديسية الحديثة، ويمكن مواصلة تحليل هذه القياسات إلى جانب القياسات السيزمية والجيولوجية التقليدية لدراسة خصائص الزلازل والهيكل الداخلي للأرض، التي تشكل المفهوم المحدد للديوديسيا الأرضية السيزمية، مع الجمع بين الجيوديسيا الحديثة وعلم الزلازل الذي يتيح فرصة لدراسة الظواهر الدينامية الداخلية والعالمية.

فالطبيعة التكميلية لبيانات النظام العالمي لتحديد المواقع والزلازل تجعل اندماجها قوياً بشكل خاص، إذ أن الكائنات الحية تتفوق في اكتشاف حركة أرضية عالية التردد ويمكن أن تشع الزلازل على مسافات كبيرة، بينما توفر الشبكة قياسات دقيقة للتشرد البري الدائم ويمكن أن تعمل دون أن تنزلق حتى أثناء الركود الأرضي الأقوى، وهذه التكنولوجيات توفر معاً نظرة شاملة لعمليات الزلازل من خلال بدء عملياتها بعد تسلسلها.

ملاحظات على نطاق منطقة البحث والسواتل

ومنذ الخمسينات، ومع التطوير المتطور لتقنيات محددة، تم تحديث الجيوديسيا التقليدية في وجود النظم العالمية لسواتل الملاحة، والتداخل بين خطوط الأساس، وربط لازر بواسطة السواتل، والرادار ذو الفتحة الاصطناعية المتقاطعة، ومقياس التألق الفضائي، ومقياس سواتل الملاحة، وكل من هذه التكنولوجيات يوفر قدرات فريدة لدراسة سطح الأرض وداخلها.

(د) يكمِّل جهاز الرادار الاصطناعي المتداخل نظام تحديد المواقع عن طريق توفير قياسات الكثافة المكانية للتشوهات الأرضية على المناطق الكبيرة، وفي حين أن النظام العالمي لتحديد المواقع يوفر قياسات دقيقة في نقاط متفاوتة، يمكن أن يرسم الفريق معلومات عن التشوهات في جميع المناطق بالقرارات المكانية لعشرات من المترات، بينما يؤدي الجمع بين النظام العالمي لتحديد المواقع ونظام إنسار إلى زيادة مواطن قوة كلا النوعين:

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

رصد المنطقة الفرعية

وتكمن نيوزيلندا على خط حدود للطبقات يشمل منطقتين فرعيتين موجهتين عكسيا وخطأ تحول كبير، حيث توفر شبكة من محطات النظام العالمي لتحديد المواقع ملاحظات مستمرة للجزر الشمالية والجنوبية، وقد كشفت شبكة الرصد الشاملة عن أنماط معقدة من التشهير القشري والأحداث البطيئة الشظايا التي كانت غير معروفة في السابق.

ومن المجالات التي تبين أنها تشهد مجموعة متنوعة من التحركات البطيئة السحب منطقة هيكورانغي الفرعية الواقعة خارج جزيرة نيوزيلندية الشمالية، حيث تغطس قفص المحيط الهادئ أسفل الصفحة الأسترالية، وقد وفرت الملاحظات المفصلة التي قدمتها شبكات النظام العالمي لتحديد المواقع في هذه المنطقة معلومات أساسية عن عمليات المناطق الفرعية ومخاطر الزلازل.

مناطق التصادم القاري

وقد أحدثت قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع ثورة في فهمنا لمناطق التصادم القارية، مثل منطقة الهيمالايا حيث تواصل المجموعة الهندية الضغط على قفص إيراسي، وتكشف شبكات محطات النظام العالمي لتحديد المواقع في جميع أنحاء هذه المنطقة عن كيفية توزيع التشوهات القشرية على مئات الكيلومترات، مع وجود بعض المناطق التي تشهد ارتفاعا سريعا بينما تخضع مناطق أخرى للحركة الجانبية على امتداد نظم الخطأ الرئيسية.

وهذه القياسات لها تطبيقات عملية لتقييم المخاطر السيزمية في المناطق الكثيفة السكان، وبتحديد المناطق التي تتراكم فيها الضغوط بسرعة أكبر، يمكن للعلماء أن يقيّموا على نحو أفضل المناطق التي يحتمل أن تحدث فيها زلزال كبيرة في المستقبل، وهذه المعلومات حاسمة بالنسبة للتأهب للزلازل ولوضع مدونة للبناء في المناطق الضعيفة.

نظم الخزنة التحويلية

إن أخطاء التحول، حيث تنزلق الصفائح أفقيا بعضها البعض، تتناسب بشكل خاص مع رصد النظام العالمي لتحديد المواقع، وقد درس نظام الخزنة في سان أندرياس في كاليفورنيا دراسة واسعة النطاق باستخدام النظام العالمي لتحديد المواقع، مما يكشف عن أنماط معقدة من تراكم الإجهاد والإفراج عنه، وبعض أجزاء من الاضطرابات التي تزحف باستمرار، وتطلق السلالة تدريجيا، بينما تظل الأقسام الأخرى مغلقة وتتراكم في نهاية المطاف تحت الزلازل.

وتساعد قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع على طول الأخطاء العلماء على فهم ميكانيكيات الأخطاء وتواتر الزلازل، وبقياس مدى سرعة تراكم الإجهاد على أجزاء من الأخطاء المقفلة، يمكن للباحثين تقدير مدى الوقت الذي قد يمضي قبل وقوع الزلزال الرئيسي المقبل، رغم أن التنبؤ الدقيق بتوقيت الزلازل لا يزال يتجاوز القدرات الحالية.

الاتجاهات المستقبلية والتقدم التكنولوجي

المحسَّنة للسواتل

إن مستقبل تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع في الدراسات التيكتونية يبدو واعداً بشكل متزايد بتوسيع النظم العالمية لسواتل الملاحة بالإضافة إلى نظام تحديد المواقع بالولايات المتحدة، قامت دول أخرى بنشر أو نشر نظم الملاحة الساتلية الخاصة بها، بما في ذلك نظام GLONASS الروسي، وGLAleo الأوروبي، وBiDou الصيني، ويوفر الجمع بين هذه النظم سواتل أكثر وضوحاً من أي موقع على الأرض، مما يحسن دقة الموقع وموثوقيته.

وتتيح هذه التشكيلات الموسعة قياسات أكثر قوة، لا سيما في البيئات الصعبة مثل الوديان العميقة أو المناطق ذات السعة العالية التي يمكن أن يكون فيها إبراز السواتل محدودا بمجموعات واحدة، كما أن زيادة عدد السواتل تحسن أيضا قوة التحليل الأرضية للمواقع، مما يؤدي إلى تحسين الدقة في العناصر الثلاثة للتنسيق.

تكنولوجيا النظم العالمية لسواتل الملاحة المنخفضة

وتمثل التطورات الأخيرة في تكنولوجيا النظم العالمية لسواتل الملاحة والتعلم الآلي من حيث التكلفة المنخفضة لرصد المخاطر تقدما هاما، إذ أن توافر أجهزة استقبال أقل تكلفة من النظم العالمية لسواتل الملاحة يجعل من الممكن اقتصاديا نشر شبكات الكثافة في محطات الرصد، مما قد يؤدي إلى تحسين الحل المكاني لقياسات التشوهات القشرية.

وفي حين أن أجهزة الاستقبال المنخفضة التكلفة قد لا تحقق نفس الدقة التي تحققها المعدات الجيوديسية، فإنها لا تزال تقدم بيانات قيمة للعديد من التطبيقات، فالشبكات الكثيفة من أدوات أقل دقة يمكن أن توفر في بعض الأحيان تغطية عامة أفضل من شبكات الشفافة من الأدوات العالية الدقة، ولا سيما لكشف أنماط التشوه على الصعيد الإقليمي.

الاستخبارات الفنية وتجهيز البيانات

ويمثل إدماج المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلاتي في عملية تجهيز بيانات النظم العالمية لسواتل الملاحة حدوداً في الرصد التكتوني، ويمكن لهذه التقنيات أن تساعد على تحديد الإشارات الخفية في البيانات المزعجة، وكشف الأنماط الشاذة التي قد تشير إلى أحداث تكتلية وشيكة، وتشغيل تجهيز كميات كبيرة من البيانات من الشبكات العالمية لسواتل الملاحة.

ويمكن تدريب خوارزميات التعلم الماكنة على التعرف على الأنماط المرتبطة بمختلف أنواع الأحداث التي تكتونية، مما يمكن من تحديد خصائص الزلازل وغيرها من الظواهر على نحو أسرع، وقد تسهم هذه التقنيات، مع نضوجها، في تحسين نظم الإنذار المبكر وتحسين فهم الإشارات السليفة التي تسبق الأحداث التكتونية الرئيسية.

الآثار العملية للمجتمع

نظم الإنذار المبكر

وتؤدي تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع دورا متزايد الأهمية في نظم الإنذار المبكر بالزلازل، إذ يمكن للنظم القائمة على النظام العالمي لتحديد حجمها وموقعها أن توفر ثواني لعشرات ثوان من الإنذار قبل وصول الهزات القوية إلى مواقع أبعد، وفي حين أن ذلك قد يبدو وقتا قصيرا، فإنه يمكن أن يكفي لنظم آلية لإغلاق القطارات، ووصلات الغاز القريبة، وتنبيه الناس إلى التغطية.

وتكمن ميزة النظام العالمي لتحديد المواقع في مجال الإنذار المبكر في قدرته على قياس التشريد البري بصورة مباشرة دون الحلق، حتى أثناء الركود الأقوى، مما يتيح تقديرا سريعا ودقيقا للحجم، وهو أمر حاسم لتحديد الاستجابة المناسبة، ويمكن للسيزمات التقليدية أن تشبع خلال زلازل كبيرة جدا، مما قد يؤدي إلى التقليل من حجمها في الثواني الأولى الحرجة التي تلي وقوع الحدث.

تخطيط الهياكل الأساسية وتقييم المخاطر

وتُسترشد في قياسات النظام العالمي لتحديد المواقع لتشوه القشريات بالتخطيط للهياكل الأساسية وتقييم المخاطر السيزمية، ففهم أين وكيف يتم التراكم بسرعة يساعد المهندسين على تصميم هياكل قادرة على تحمل الطلبات الأرضية المتوقعة، وتساعد بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع أيضا على تحديد الأخطاء النشطة وتحديد معدلات الانزلاق، والمعلومات الضرورية لخرائط الأخطار السيزمية المستخدمة في رموز البناء.

وبالنسبة للبنية التحتية الحيوية مثل السدود، ونباتات الطاقة النووية، والجسور الرئيسية، يمكن للرصد المستمر للنظام العالمي لتحديد المواقع أن يكشف عن تحركات أرضية غير متوقعة قد تشير إلى مشاكل هيكلية أو تزيد من المخاطر السيزمية، وتتيح هذه القدرة على الرصد الصيانة الاستباقية والتخفيف من المخاطر قبل حدوث حالات الفشل المأساوية.

تخفيف حدة الأخطار البركانية

ويوفر رصد النظام العالمي لتحديد المواقع للتشوهات البركانية معلومات حاسمة لتقييم المخاطر والتنبؤ بالانفجار، ويمكن أن تشير التغييرات في شكل بركان اكتشفه النظام العالمي لتحديد المواقع إلى حركة المغناطيس تحت السطح، التي كثيرا ما توفر أسابيع أو أشهر من الإنذار قبل حدوث انفجار، وهذا الانذار المسبق يسمح للسلطات بإخلاء السكان الضعفاء وتنفيذ تدابير وقائية أخرى.

ويوفر الجمع بين النظام العالمي لتحديد المواقع وتقنيات الرصد الأخرى مثل علم الزلازل وقياس الغاز والتصوير الحراري صورة شاملة للنشاط البركاني، وقد وفر هذا النهج المتعدد المستويات لرصد البركان حياة لا تحصى عن طريق التمكين من الإجلاء في الوقت المناسب قبل حدوث انفجارات كبرى.

موارد التعليم والبحث

إن ثروة بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع المتاحة لدراسة التكتونيكات للطبقات قد خلقت فرصا تعليمية قيمة، كما أن منظمات مثل UNAVCO ] توفر إمكانية الحصول على بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع والمواد التعليمية التي تتيح للطلاب والباحثين استكشاف أمثلة حقيقية للحركة الهضمية والتشوهات القشرية، وهذه الموارد تتيح للمتعلمين على جميع المستويات المشاركة في البيانات العلمية الحقيقية وتطوير فهمهم للعمليات الدينامية للأرض.

وتتيح البوابات الإلكترونية إمكانية الوصول إلى بيانات السلسلة الزمنية للنظام العالمي لتحديد المواقع، وميادين السرعة، وأدوات التصوير التي تجعل البيانات الجيوديسية المعقدة متاحة لغير المتخصصين، وتدعم هذه الموارد التعليم الرسمي والتوعية العامة على السواء، وتساعد على زيادة فهم مخاطر التكتون والزلازل.

وتحتفظ مؤسسات البحوث في جميع أنحاء العالم بشبكات محطات النظام العالمي لتحديد المواقع وتجعل بياناتها متاحة مجاناً للمجتمع العلمي، وقد عجلت هذه السياسة العامة المفتوحة في مجال البيانات من التقدم العلمي من خلال تمكين الباحثين في كل مكان من الحصول على ملاحظات جيوديسية عالية الجودة، وتوفر U.S. Geological Survey ) ووكالات مماثلة في بلدان أخرى محفوظات وتحليلات واسعة النطاق للبيانات التي تدعم البحوث الأساسية والتطبيقات العملية في مجال تقييم المخاطر.

خاتمة

إن تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع قد أحدثت تحولا جوهريا في قدرتنا على دراسة حركة اللوحات التكتونية وخصائص الأرض المادية، وقد أتاح الدقة والاستمرارية والتغطية العالمية التي توفرها شبكات النظام العالمي لتحديد المواقع اكتشافات مستحيلة في التكنولوجيات السابقة، ومن الكشف عن وجود أحداث بطيئة في مجال النسيج لتمكين رصد الزلازل في الوقت الحقيقي، فتحت الشبكة العالمية لسواتل الملاحة نوافذ جديدة في العمليات الدينامية للأرض.

إن مزايا النظام العالمي لتحديد المواقع بالنسبة للدراسات التكتونية عديدة ومهمة، فالدقة العالية في قياس المواقع تسمح بكشف تحركات الألياف، كما أن جمع البيانات في الوقت الحقيقي يتيح الاستجابة السريعة للأحداث التي تكتونية، كما أن القدرة على كشف الحركات الصغيرة على مدى فترات طويلة تدعم الدراسات الشاملة لدورة الزلازل، وتوفر قدرات الرصد الطويلة الأجل المنظور الزمني اللازم لفهم العمليات التي تدوم على مر السنين.

ومع استمرار التكنولوجيا في التقدم، فإن دور النظام العالمي لتحديد المواقع في علوم الأرض لن ينمو إلا، وتعزيز تشكيلات السواتل، وتحسين أساليب التجهيز، والتكامل مع تكنولوجيات الرصد الأخرى، وتطبيق وعد الاستخبارات الاصطناعية لزيادة توسيع قدراتنا على دراسة وفهم العمليات التي تكتونية للأرض، وستسهم هذه التطورات في تحسين تقييم المخاطر، وتحسين نظم الإنذار المبكر، وزيادة الفهم العلمي للكوكب الذي نعيش فيه.

إن دمج تكنولوجيا المواقع العالمية مع الأساليب الجيولوجية والجيوفيزيائية التقليدية يجسد كيف أن الابتكار التكنولوجي يدفع إلى التقدم العلمي، من خلال توفير قياسات دقيقة ومستمرة للحركات السطحية للأرض، تأكدت الشبكة العالمية لسواتل الملاحة من فهمنا للطبقات التي تكتونية ونقحته، مع الكشف عن ظواهر جديدة تحدّ النظريات القائمة ومدّتها، وبينما نتطلع إلى المستقبل، ستستمر الشبكة العالمية للطبيعة والتكنولوجيات ذات الصلة في القيام بدور مركزي في إزالة التعقيدات.