قياس ورصد المحاقن الأرضية: الأدوات والتقنيات التي يستخدمها الجيولوجيون

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

الشبكات الإقليمية والمحلية

وفيما عدا الشبكة العالمية، تعمل بلدان كثيرة على شبكات سيزمية إقليمية ومحلية تركز على المناطق التي يرتفع فيها عدد السكان من حيث المخاطر أو الكثافة، فعلى 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.

كما أن الشبكات المحلية لها أهمية حاسمة في رصد نظم معينة للأخطاء، 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 الزلزال: الطول، الموقع، آليات التنسيق

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

تحديد الصلاحية والأماكن

ويحدَّد 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)

فالغلفة 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 الرعايا 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 التنسيق للزلزال، التي تصف اتجاه الخطأ واتجاه الانزلاق، عن طريق تحليل نمط حركة الموجات الأولى (سواء انتقلت الأرض أو سقطت في محطات مختلفة) ونسب الضخ من أنواع مختلفة من الموجات، يمكن أن تخلق حلاً للطائرات، وهذه المعلومات حاسمة لفهم نظام الإجهاد الناجم عن الزلزال 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 وصول الهزات القوية.

ويعد تنبيه النظام، الذي تديره الوكالة 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 والحجم والقضايا 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 استشعار الضغط في أعماق المحيطات ومراكز السيزم 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 السيزمية 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 المركزي، ويمكن للعلماء، عن طريق مقارنة صور الرادار لنفس المنطقة التي تلتقط في أوقات مختلفة، أن يخلقوا خرائط مفصلة لكيفية تحرك سطح الأرض خلال الزلزال وبعده، وقد أحدثت الدراسة ثورة في تراكم التفككات الأرضية، مما أتاح لأخصائيي الكائنات الحية أن يرتد إلى المدى الكامل.

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

التطوّر السيزمي

إن الترميم السيزمي هو تقنية تستخدم الموجات السيزمية لخلق صور ثلاثية الأبعاد لداخل الأرض، كما يعمل بنفس الطريقة مع المسح الكيميائي الطبي، ولكن بدلا من الأشعة السينية، يستخدم الأمواج المتولدة عن الزلازل، وبقيام أوقات السفر بين الموجات البيرفلورية والموجات S-waves من خلال 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 آثار أخطاء الخرائط الجيولوجية، وقياسات المعالم في صور الأرض، وجمع العينات للمواعدة، وعلم النزعة البالية، ودراسة الزلازل السابقة، تنطوي على الخناق عبر أخطاء نشطة لكشف طبقات مدفونة من الرواسب التي تسجل تمزقات الماضي، وبتاريخ هذه الطبقات، يمكن للعلماء حساب زلزال المعلومات المتكررة بالنسبة لسجلات كبيرة.

وتشمل الأساليب الميدانية الأخرى قياسات التشوهات القشرية التي تستخدمها الشبكة العالمية لتحديد المواقع، ويمكن أن تكشف محطات النظام العالمي لتحديد المواقع التي توضع عبر 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 الخوارزميات التعليمية الآلاتية 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 الفولطية، 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، إذ باستخدام 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 اختبار هذه التكنولوجيا بالفعل في البيئات الحضرية وعلى طول كابلات قاع البحر، مما يوفر حلا مكانيا غير مسبوق لكشف الكواك المصغرة ونظم الرصد.

ويجري أيضا استكشاف أجهزة استشعار الكمي التي تستغل سلوك الذرات لقياس الجاذبية والتناوب بدقة بالغة، لرصد 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 آلية.

خاتمة

وقد حققت الأدوات والتقنيات التي يستخدمها الجيولوجيون لقياس ورصد الزلازل تقدما هائلا منذ الأيام الأولى من السايزموجات الميكانيكية، واليوم، فإن الجمع بين أجهزة الأشعة السيزمية، ومواصف التسارع، والرادار الساتلي، والجهاز العالمي لتحديد المواقع، والملاحظات الميدانية، يقدم صورة شاملة للنشاط السيزمي، وتقدّم 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 لهذا الجهد، ومساعدة المجتمعات المحلية في جميع أنحاء العالم على الاستعداد والاستجابة لإحدى أكثر القوى رعبا في الطبيعة.