رسم خرائط أرضية: كيف يساعد جيز على التأهّل وفهم النشاط السيزمي

أولاً - الدور الحاسم لنظام المعلومات الجغرافية في علوم الزلازل

وقد أصبحت نظم المعلومات الجغرافية لا غنى عنها بالنسبة للعلماء الجيولوجيين ومديري الطوارئ وواضعي السياسات الذين يسعون إلى فهم الزلازل والتنبؤ بها والاستجابة لها، ومن خلال وضع خطوط بيانات واسعة النطاق، وتراكمات تاريخية، وعلمية، وكثافة سكانية - نظام المعلومات الجغرافية، تحول الأرقام الأولية إلى معلومات مكانية قابلة للتنفيذ، ولا تقتصر هذه التكنولوجيا على خريطة حيث تحدث الزلازل، وتكشف عن أسباب حدوثها في أنماط معينة، وعن كيفية نموها من خلال شبكاتها.

وتدمج برامج نظام المعلومات الجغرافية الحديثة الصور الساتلية، ونماذج الارتفاع في منطقة ليدار، وبيانات التشوهات الأرضية في منطقة إنسار، بل وحتى وسائل الإعلام الاجتماعية التي تغذيها لإيجاد صورة حية للمخاطر السيزمية، ونتيجة لذلك نظام دينامي يساعد العلماء على صقل نماذج التنبؤ، وتصميم المهندسين المبانى الأكثر أمانا، وإنقاذ أول من يكتشفون الطرق المتعددة الجوانب التي يقوم بها نظام المعلومات الجغرافية بإعادة تشكيل علوم الزلزال من نظام الإنذار المبكر.

How GIS Strengthens Earthquake Prediction

ولا يزال تحديد وقت ومكان وقوع الزلزال على وجه الدقة أحد أكبر التحديات التي تواجه الجيولوجيا، غير أن نظام المعلومات الجغرافية يوفر الإطار المكاني اللازم لتحديد المناطق التي تنطوي على مخاطر مرتفعة وتقدير احتمالات وقوع أحداث في المستقبل على مدى سنوات إلى عقود، ومن خلال تحليل العلاقات المكانية بين الشرائح المسببة للأخطاء، والتراكم المضلل، والسيزمية التاريخية، يمكن للباحثين أن ينتجوا خرائط مخاطر سيزمية محتملة تسترشد بها في وضع مدونات البناء وسياسات استخدام الأراضي.

ومن أهم هذه الجهود إدماج طبقات بيانات متعددة في نظام المعلومات الجغرافية، حيث إن خطوط الفشل مرقمة من الدراسات الاستقصائية الميدانية والتصوير الجوي والتصوير الجيوفيزيائي، وهي أكثر غموضاً مع سجلات الزلازل الماضية التي تمتد إلى قرون عديدة، حيث يمكن الكشف عن المجموعات والفجوات وأنماط الهجرة، وعندما تظهر القياسات الجيوديسية من محطات النظام العالمي لتحديد المواقع وسواتل " إنسار " حيث ينهار العلم الوحيد الذي ينهار.

وتكمل الآن خامات التعلم من الآلات التحليل التقليدي لنظام المعلومات الجغرافية بمسح مجموعات كبيرة من البيانات المكانية للسلائف الفرعية، ويمكن للشبكات العصبية التي تم تدريبها على الزلازل السابقة أن تحدد الصلات بين الصخور الصغيرة، وتغيرات المياه الجوفية، والأورام الكهرومغناطيسية التي غالبا ما تسبق تمزقات أكبر، وهذه النماذج، عندما تكون مرئية ومثبتة في بيئة زلزالية، تساعد العلماء على تحديد أولويات موارد التنب والتحسس.

وعلاوة على ذلك، يتيح نظام المعلومات الجغرافية إنشاء نماذج " سيناريو " تُحاكي كيف يمكن أن يُحدث الزلزال في ظروف بداية مختلفة، ومن خلال تعديل متغيرات مثل العمق الناقص، وطول التمزق، ونوع التربة، يمكن للباحثين أن يُنتجوا مجموعة من خرائط الحدة لنفس الخطأ، ومن ثم يستخدم مديرو الطوارئ هذه السيناريوهات لتخطيط طرق الإجلاء، وتعيين مواقع للمأوى، ولوازم ما قبل التكوين.

تقييم التأثير السيزمي في نظام المعلومات الجغرافية وتصوره

وعندما يضرب الزلازل، يبدأ الوقت في الاستجابة لحالات الطوارئ، ويؤدي نظام المعلومات الجغرافية دوراً محورياً في التقييم السريع لمدى الضرر وشدته، في كثير من الأحيان في غضون دقائق من وقوع الحدث، وتحسب الشبكات الزلزالية الحديثة بصورة تلقائية مركز وحجمه، ثم تغذي تلك البيانات في تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية التي تنتج " خرائط مائلة " للكثافة التي ترتج على الأرض.

وبعد تحديد كثافة الهزات، فإن طبقات النظام العالمي للمعلومات الجغرافية من الكثافة السكانية، وعمر البناء، ونوع البناء، تفوق تقدير الخسائر والأضرار الهيكلية، كما أن نظاما U.S. Geological Survey’s PAGER (التقدير الفوري للزلازل العالمية من أجل الاستجابة) يستخدمان هذا النهج تماما.

وتعتمد الأفرقة الميدانية أيضا على نظام المعلومات الجغرافية لتنسيق دراساتها الاستقصائية بعد حدوث مأساة، إذ يقوم المفتشون، باستخدام أجهزة نظام المعلومات الجغرافية المحمولة، بتسجيل الأضرار التي لحقت بالهياكل الفردية، والصور الجغرافية، وتقييمات الأوضاع، وترجع هذه البيانات إلى نظام معلومات جغرافية مركزي حيث يتم تجميعها وعرضها في الوقت الحقيقي، ونتيجة لذلك، توجد لوحة بيانات قائمة على الخرائط تبين المكان الذي تتركز فيه أشد الأضرار، حيث تحجب الطرق، وتستجيب فيها نظم البحث عن تركيا.

وبالإضافة إلى الاستجابة الفورية، تدعم نظم المعلومات الجغرافية الانتعاش الطويل الأجل من خلال وضع نماذج لكيفية إعادة بناء المجتمعات المحلية، وتستخدم المخططات خرائط استغلال الأراضي الافتراضية وبيانات الضرر اللاحقة للأحداث لتحديد المناطق التي ينبغي فيها تقييد إعادة التنمية أو التي يجب فيها تصعيد الهياكل الأساسية، كما أن مخاطر الفيضانات الناجمة عن أمواج تسونامي ذات محاجر محفورة تُمثل في الجمع بين قياسات المياه، والارتقاء بالأرض، وإعادة دمج الأغشيمة في إطار نظام المعلومات الجغرافية.

Core GIS Data Layers for Seismic Analysis

وتستمد قوة نظام المعلومات الجغرافية في علم الزلازل من قدرته على الجمع بين مختلف طبقات البيانات وتحليلها، كما أن هذه الطبقات هي أهم طبقات تستخدم في كل من البحوث والتطبيقات التشغيلية.

خطوط الخزن وقواعد البيانات الافتراضية

وترتكز هذه القواعد على تقييم المخاطر السيزمية، وتحتوي قواعد بيانات نظام المعلومات الجغرافية مثل [(FLT:0]) الخزنة النموذجية وقاعدة البيانات القديمة () على آلاف الأجزاء من الأخطاء، التي تتضمن خصائص مثل معدل الزلازل، والفصل المتكرر، وتاريخ التمزق الأخير.

فصائل السيزمية التاريخية

)أ( سجلات الزلازل السابقة - ذات الأثر الفع َّال والمسبق - ضرورية لتحديد الأنماط المكانية والزمنية، وتشمل فهرس نظم المعلومات الجغرافية مواقع الأحداث، وحجمها، وأعماقها، وآليات التنسيق، ويمكن للباحثين، من خلال رسم خرائط لهذه النقاط، أن يروا المجموعات )مثلاً، تسلسلات الدوائر(، والفجوات )المناطق التي قد تخلق ضغطاً(، والهجرة )التفع الحاد للأخطاء على طول حدود الطبق(.

نماذج التطويق والارتقاء الرقمي

وتؤثر بيانات الارتفاع على مدى سفر موجات الزلازل، وفي المناطق التي يحتمل أن تهبط فيها المنحدرات من الصلبة، ويمكن أن تتضخم الهزات (التضخم الطوبوغرافية) وتحتمل الفشل أثناء الحركة الأرضية القوية، وتجمع تحليلات نظام المعلومات الجغرافية بين نظم الإدارة البيئية وحسابات الزوايا المتخلفة لإنشاء خرائط مخاطر على الأراضي يتم تحديثها بعد كل شجار كبير.

الكثافة السكانية والبيانات الاجتماعية - الاقتصادية

المخاطرة هي وظيفة الخطر المضاعفة نتيجة التعرض لها، إذ إن الشبكات السكانية العالية الاستبانة من مصادر مثل WorldPop تسمح للمحللين بحساب عدد الأشخاص الذين يحتمل أن يتأثروا بكثافة مُحدَّدة، وتصقل المؤشرات الاجتماعية والاقتصادية (مثل معدل الفقر، ونوع البناء، والوصول إلى الرعاية الصحية) تقديرات الضعف وتساعد على توجيه المعونة إلى الفئات الأكثر عرضة للخطر.

القابلية للتأثر بالتربة والتصرف

ويمكن أن تضخم التربة الصالحة موجات الزلازل بشكل كبير، بينما يمكن أن تفقد الرمال المشبع بالمياه القوة أثناء ظاهرة الهزك المعروفة باسم التكسير، كما أن طبقات النظام الجيولوجي السطحي، وعمق المياه الجوفية، وسرعة الموجات المغنطة تسمح للمهندسين بإعداد خرائط لإمكانية التصرف، وهذه الخرائط حاسمة في تصميم المؤسسات وتحديد أولويات إعادة تشكيل المباني القديمة.

بناء المخزون والهياكل الأساسية الحيوية

إن معرفة موقع المباني وعمرها وموادها وشغلها أمر حيوي بالنسبة لتقدير الخسائر، وتشمل قواعد بيانات نظام المعلومات الجغرافية، مثل نموذج إدارة الشؤون الإنسانية في الولايات المتحدة، قوائم تفصيلية بالبناء في الولايات المتحدة، ويجري بذل جهود مماثلة على الصعيد العالمي، وعندما تكون هذه الطبقات مزودة بخارطة مصافحة، فإنها تنتج تقديرات سريعة للوحدات السكنية المتضررة، وإغلاق المستشفيات، وفشل الجسور.

نظم الإنذار المبكر

وتستخدم نظم الإنذار المبكر بالزلازل شبكة من أجهزة الاستشعار السيزمية لكشف أول موجات من الموجات المحتوية على مواد أقل تدميراً وإصدار إنذارات قبل وصول الموجات المقوى، وتؤدي نظم المعلومات الجغرافية دوراً رئيسياً في كل من مرحلتي الكشف والنشر، وعندما يكتشف حدوث حدث، تقوم الخوارزميات التابعة لنظام المعلومات الجغرافية بحساب الكثافة المتوقعة ووقت الوصول في كل موقع داخل منطقة الإنذار.

The resulting alerts are geofenced: only people in areas predicted to experience moderate or greater shaking receive a warning. For example, ShakeAlert] on the U.S. West Coast uses GIS — to trigger alerts on cell phones, to slow trains, and to open firehouse doors before shaking terpol.

وفي جميع أنحاء المحيط الهادئ، يدمج نظام الإنذار المبكر في اليابان نظام المعلومات الجغرافية بطريقة مماثلة، ولكن مع شبكة مستشعرات أكثر كثافة، وتاريخ أطول للتبني العام، وتجمع الوكالة اليابانية للأرصاد الجوية بين بيانات قياس الأنزوم في الوقت الحقيقي مع نموذج هيكل تحت الأرضي ذي ثلاث دي - وهو أساساً نموذج قياسي للحجم - ليضع أوقات الوصول بدقة ملحوظة، وقد أعطى هذا النظام سكان طوكيو مهلة تصل إلى 30 ثانية.

دراسات الحالة: نظام المعلومات الجغرافية أثناء العمليات الرئيسية

2011 Thoku Earthquake and Tsunami

وعندما ضرب الزلزال البالغ 9.0 الساحل الياباني في 11 آذار/مارس 2011، كان نظام المعلومات الجغرافية محورياً في كل من الاستجابة الفورية والتحليل الطويل الأجل، وفي غضون ساعات، أنتجت هيئة المعلومات الجغرافية المكانية في اليابان خرائط المناطق المتقطعة من المناطق المترابطة بين المناطق المتاخمة للرحلات، التي تبين وجود تشرد جماعي - كيف انتقل سطح الأرض إلى أفقياً ورأسياً، وكشفت هذه الخرائط عن أن أجزاء من خط التسونامي قد انخفضت بسبب وجودها على متر.

2010 هايتي

وقد أظهر الزلزال المدمر الذي ضرب هايتي حجمه ٧,٠ قوة وقيود نظام المعلومات الجغرافية في بيئة منخفضة الموارد، واستخدمت الأفرقة الدولية الصور الساتلية والبيانات التي يزود بها الناس بمصادر متعددة )مثلاً، نظام " افتتاح ستريت ميم " ( لوضع خرائط لسلسلة الأضرار في غضون أيام، غير أن عدم وجود جرد للبناء قبل وقوع الأحداث وبيانات سكانية دقيقة قد أعاق تقديرات الخسارة.

2023 Turkey — Syria Earthquakes

وقد أدى القصف المزدوج للزلازل التي ضربت جنوب تركيا وشمال سوريا في ٦ شباط/فبراير ٢٠٢٣ إلى ظهور دفتر للرد على حالات الطوارئ التي يمكن الوصول إليها بواسطة نظام المعلومات الجغرافية، حيث استخدمت السلطات التركية والمنظمات الدولية نظام المعلومات الجغرافية لإدارة أزمة تؤثر على أكثر من ١٣ مليون شخص، وكانت خرائط المزيج من النظام العالمي لرصد الأرض ومرصد كانديلي مغلوطة ببيانات جرد للبناء من أجل إعطاء الأولوية للهياكل الأساسية لمفتشي الخرائط " .

نظام المعلومات الجغرافية لتقييم المخاطر السيزمية والتخطيط الحضري

وفي حين أن الاستجابة لحالات الطوارئ هي أكثر استخداماً لنظام المعلومات الجغرافية فعالية في الحد من المخاطر على المدى الطويل، ويعتمد المخططون والمهندسون الحضريون على خرائط المخاطر السيزمية لكتابة رموز البناء، وتحديد الأراضي لمختلف الاستخدامات، وتحديد أولويات إعادة تصميم الهياكل القائمة، ويتيح النظام العالمي للمعلومات الجغرافية للمخططين الجمع بين طبقات الخطر (مثلاً، القرب من الأخطاء، ومنطقة التحلل، واستقرار الخرائط) مع بيانات التعرض (السكان، والممتلكات).

كما تستخدم شركات التأمين وإعادة التأمين نظام المعلومات الجغرافية في مخاطر الزلازل، وتحفز نماذج الكوارث التي تجري على منابر نظام المعلومات الجغرافية آلاف سيناريوهات الزلازل المحتملة، وكل منها يحتمل أن تكون له تقديرات للخسائر، وتساعد المنحنىات الناتجة شركات التأمين على تحديد أقساط التأمين الخاصة وتقرر الحكومات ما إذا كانت ستدعم التأمين الخاص بإعادة التأمين العام، وتستخدم هيئة الزلزال في كاليفورنيا، على سبيل المثال، نماذج تستند إلى نظام المعلومات الجغرافية لتقييم التعرض للمخاطر وسياسات التكيف الهيكلي.

وربما كان أكثر تطبيق نظام المعلومات الجغرافية تطلعاً في التخطيط الحضري هو تصميم " القدرة على التكيف " ، وبدلاً من مجرد محاولة منع الانهيار، يستخدم المهندسون نظام المعلومات الجغرافية الآن لنموذج كيفية عمل المدينة كنظام: كيف تتفاعل شبكات الكهرباء، وسلاسل الإمداد بالمياه، وشبكات النقل؟ وبتحفيز أثر الزلزال على هذه النظم المترابطة، يمكن للمخططين أن يحددوا مسارات التخزين الحرجة - وهي شبكة واحدة من نظام المعلومات الجغرافية، أو جسر لا مركزي يمكن أن يساعده في ذلك.

الاتجاهات المستقبلية: AI, IoT, and Real-Time GIS

أما الحدود التالية لنظام المعلومات الجغرافية في علوم الزلازل فهي دمج حقيقي في الوقت الحقيقي للبيانات المستمدة من شبكة المعلومات عن الأشياء، حيث يتم الآن نشر آلاف من أجهزة قياس التسارع المنخفضة التكلفة في المباني والجسور والمنازل الخاصة، وتجميع بيانات تسارع مسارات الأشعة المتحركة هذه في مواقع نظام المعلومات الجغرافية التي تسودها السحاب، حيث تسد الثغرات بين أجهزة الاستنشاق المهنية.

وثمة اتجاه آخر ناشئ يتمثل في استخدام نظام المعلومات الجغرافية لدمج وسائط الإعلام الاجتماعية والبيانات التي يُستمد منها الموارد البشرية، وخلال الزلازل التي تُحدث في تركيا في عام 2023، أصبحت المعلومات الجغرافية المتطوعة من منابر مثل " تويتر " (Twitter سابقا) وما يسمح للمستجيبين بتحديد أماكن الأشخاص المحاصرين تحت الأنقاض، وعندما تصبح الخوارزميات التي تترش وتُج هذه الرسائل أكثر تطورا، مما أدى إلى ظهور فجوات ذات قيمة.

وأخيراً، فإن أوجه التقدم في الحوسبة السحابية ونظم المعلومات الجغرافية القائمة على الإنترنت تجعل هذه الأدوات متاحة للمنظمات الأصغر والدول النامية، ومنابر المصادر المفتوحة مثل نظام المعلومات الجغرافية، إلى جانب الصور الساتلية المجانية المستمدة من برامج مثل كوبرنيكوس ولاندسات، تتيح لأي شخص له وصلة الإنترنت أن يقوم بتحليل متطور للمخاطر الناجمة عن الزلزال.

خاتمة

ومن خرائط المخاطر الاحتمالية التي تسترشد بها رموز البناء إلى خرائط الهزات في الوقت الحقيقي التي تنقذ الأرواح أثناء الحدث، برز نظام المعلومات الجغرافية كمنبر أساسي لعلوم الزلازل وإدارتها، وقدرته على إدماج مختلف البيانات الجيولوجية والجيوديسية والديمغرافية والهياكل الأساسية في صورة مكانية متماسكة، مما يتيح التنبؤات الأكثر دقة، والاستجابات الأكثر كفاءة، وإعادة البناء الأكثر مرونة، وتظهر الدراسات المتعلقة بالزلزال من اليابان وهايتي وتركيا أن

ونظراً لأن شبكات الاستشعار تكثف، وتنضج الذكاء الاصطناعي، وتتحول نظم المعلومات الجغرافية القائمة على الغيوم إلى نظام غير متجانس، فإن الفجوة بين استخبارات بدء الأحداث والاستخبارات العملية ستتقلص إلى ثوان، وفي المستقبل، قد لا تظهر نظم المعلومات الجغرافية المكان الذي يحدث فيه الزلزال فحسب، بل ستؤدي تلقائياً إلى إغلاق المباني، وإرسال طائرات بدون طيار للتفتيش على الأضرار، وإعادة توجيه مركبات الطوارئ إلى كل ذلك قبل توقف الهزات الحالية.