مهندس كاليفورنيا السيزمي: القوات التكتونية التي تتقاسم مخاطر الزلزال

إن كاليفورنيا من أكثر المناطق نشاطاً في العالم، والحقيقة متأصلة في حقيقة جيولوجية أساسية: فالدولة تقف مباشرة على خط حدود لوحة رئيسية، ويولد الاصطدام البطيء وانهيار الصفائح التكتونية ضغوطاً تنتج كل شيء من خيارات غير قابلة للتصور للضرب بالزلازل الكارثية، ويفهم كيف تؤدي هذه الحركات إلى خطر الزلازل، ولكن لا بد منه بالنسبة للعلماء.

The primary driver of California’s seismicity is the boundary between the Pacific Plate and the North American Plate. The Pacific Plate is moving northwest relative to the North American Plateters at a rate of roughly 30 to 50 millimeters per year-about the same speed

نظام سان أندرياس للخنازير: حيث قُبلت بلاستيكين

إن قبو سان أندرياس هو أكثر سمات التكتون شهرة في أمريكا الشمالية، ولسبب وجيه، فهو يشكل الحدود الرئيسية بين لوحات المحيط الهادئ وشمال أمريكا، حيث يبلغ طولها نحو 200 1 كيلومتر من خليج كاليفورنيا إلى ميندوشينو ثلاثيبانشن في عرض البحر في شمال كاليفورنيا، وهذا الخطأ ليس حلا نظيفا واحدا في قشرة الأرض؛ وهو منطقة تضم أغلفة متعددة متصلة بالأخطاء تستوعبها معا.

إن منطقة المحيط الهادئ تتحرك شمال غرباً، وتطحن ضد قفص أمريكا الشمالية على طول سان أندرياس، والخطأ نفسه هو خطئ في الإضراب الجانبي ، مما يعني أنه إذا وقفت على جانب واحد وبحثت عن الخطأ، فإن الجانب الآخر ينتقل إلى اليمين، وقد عوض هذا الاقتراح عن المسافات الجيولوجية التي كانت مفصولة في الأصل على ملايين السنين.

"سان أندرياس" ليس متماثلاً في سلوكه، الجيوفيزيائيون يقسمونه إلى عدة قطاعات بناءاً على تاريخ الزلازل ومعدل الزلازل:

  • Northern Segment] - From the Mendocino Triple Junction south to Parkfield. This section has a history of large terers, including the 1906 magnitude 7.9 San Franciscoزل. The segment is locked in some sections and running in others.
  • Central (Creeping) Segment] - From Parkfield down to just south of Hollister. Here, the fault slips steadily and continuously, producing many small ters but rarely storing enough energy for a major rupture. This aseismic pro reduces hazard locally.
  • Southern Segment] - From Parkfield south to the Salton Sea. This section has been locked for more than 300 years and is considered overdue for a largeزلزال. The southern San Andreas has produced repeated major quakes, including the 1857 magnitude 7.9 Fort Tejonزلزال.

ويتصرف كل جزء بطريقة مختلفة بسبب التباينات في نوع الصخور، والضغط السوائل، ومقياس الأرض المسببة للخطأ.() وتقدم صفحة فوتوغرافية [(FLT:0)] من طراز San Andreas Fault page خرائط مفصلة وبيانات الرصد الحديثة لكل جزء.

Elastic Rebound: The Engine of Earthquakes

المفهوم الذي يفسر كيف تولد حركة الطبق الزلازل يُدعى نظرية الارتداد المتينة، أولاً بعد الزلزال الذي ضربه الجيولوجي هاري فيلدنغ ريد عام 1906، ونظرية الارتداد واضحة: فمع مرور الصفائح التكتونية على بعضها البعض، فإن الصخور على جانبي خطأ مُحكم عليه تُشَدُّدُ بشكل كبير مثل قرون الربيع.

وتفسر هذه العملية سبب كون الزلازل دورية بدلاً من استمرارها، فكلما طالت فترة عطلها وتراكمت الضائقة، فإن الزلازل الأكبر حجماً يحتمل أن يكون مع ذلك أن التوقيت الدقيق يعتمد على عوامل عديدة منها معدل التحميل من حركة التلوين، ووجود السوائل، وتأثير الزلازل القريبة التي يمكن أن تنقل الإجهاد.

ما وراء سان أندرياس: نظم الدفن الرئيسية الأخرى في كاليفورنيا

وفي حين أن سان أندرياس تحظى باهتمام كبير، فإن كاليفورنيا تعانق بمئات الأخطاء النشطة، التي يمكن أن يُحدث الكثير منها زلازل مدمرة، وهذه الأخطاء تستوعب الضائقة التي توزع عبر منطقة تتسع فيها مئات الكيلومترات، ولا تتركز على هيكل واحد.

Hayward Fault

وقد صادفت مدينة هيوارد فوتو على طول القاعدة الشرقية من خليج سان فرانسيسكو، حيث عبرت مباشرة مدن أوكلاند، وبركلي، وفرمونت، وسان خوسيه، حيث اعتبرت إحدى أخطر الأخطاء في الولايات المتحدة لأنها تمر بمناطق حضرية مكتظة بالسكان، وقد دمر هاوارد فوتو، وهو خطأ آخر يميني، وينتقل إلى نحو ٩ ملليمترات في السنة)٨(.

سان جاسينتو فو

هذا النظام الغائب في جنوب كاليفورنيا هو الأكثر نشاطاً في الولاية، حيث يمتد من بحر سالتون شمال غربي سان برناردينو وريفرسايد قبل الاندماج مع ممر سان أندرياس قرب ممر سيجون، ويتحرك قبو سان جاسينتو في حوالي 12 إلى 20 ميليميتر سنوياً وينتج زلازلاً معتدلة متكررة، ويمكنه أن يمزق في منطقة الحجم 7 إلى 7.5.

Calaveras Fault

تقع شرق خليج سان فرانسيسكو، ويربط قبو كاليفيراس بسان أندرياس في نهايته الشمالية ويمر جنوبا عبر بلايسانتون، وليفرمور، وهوليستر، وتتحرك في حوالي 6 إلى 10 ملليمترات سنويا، وتنتج زلزال في حجم يتراوح بين 6 و 6.5 مدى تاريخيا، وحدث الزلزال الذي وقع في مورغان هيل (ماجنتي 6.2) في هذا الخطأ.

Elsinore and Garlock Faults

ويمر الزورق في سان دييغو، ريفرسايد، ومقاطعات أورانج، مما يمثل خطرا كبيرا في جنوب كاليفورنيا، ويشكل قبو غارلوك حدودا بين ديسرت الموجاف وسييرا نيفادا، وهو خطأ يساري - الشعور العكسي بالحركة من معظم أخطاء كاليفورنيا، ويمكن أن ينتج زلزالا من الحجم ٧-٠ إلى ٧,٥ ويُعتقد أنه يتفاعل آليا مع نظام سان وكايلاند.

قياسات الجيولوجيا والخسائر الثانوية

إن موقع كاليفورنيا التكتوني أكثر تعقيدا من مجرد حدود القصف، كما يشمل حدود اللوحة مناطق التقارب والتمديد، التي تنتج أنواعا إضافية من الزلازل ومخاطر ثانوية.

قوارب ثروست وثروت الأعمى

وفي المناطق التي تضغط فيها صحون المحيط الهادئ وأمريكا الشمالية معاً بشكل غير عادي في حوض لوس أنجلوس والقوات الكسادية المعبرة التي تخلق أخطاء صدئة ، وهي عيوب تسبب فيها حفنة من القشرة في إصابة أخرى، وكثير من هذه الأخطاء " الزلازل، " ، مما يجعلها غير معروفة.

وتنتج هذه الأخطاء في الدفع عن حركة أرضية عمودية قوية يمكن أن تضر بالمباني بشكل خاص، ويمكنها أن تولد أمواج تسونامي إذا ما قامت بتشريد قاع البحر بالقرب من الساحل.

الوصف

وأثناء الزلزال، يمكن أن تتصرف التربة الرملية المشبع بالمياه مثل عملية سائلة تسمى liquefaction] وهذه الظاهرة خطيرة بوجه خاص في المناطق التي تقام على مدافن القمامة أو الرواسب النهرية أو الرواسب الساحلية، وقد تسبب زلزال لوما برييتا في عام 1989 في حدوث تسمم شديد في مقاطعة مارينا في سان فرانسيسكو، حيث تُهدرت المباني.

الأراضي

وقد أدى زلزال سان فرناندو لعام ١٩٧١ الى سقوط آلاف من الانهيالات الأرضية في جبال سان غابرييل، وزلزال نورثوريدج الذي وقع في منطقة سان غابرييل، وزاد زلزال نورثريدج عام ١٩٩٤ من استقرار التلال، وأرسل صخور وأرضا وحوادث الحطام الى أسفله.

كواشف الأرض والزوارق المتكررة

ويستخدم العلماء علم التشحيم - دراسة الزلازل السابقة للتاريخ التي تُحفظ في السجل الجيولوجي - لتقدير تواتر الزلازل الماضية على خطأ معين، وبحفر الخنادق عبر خطوط الخطأ وبتوعية طبقات الرواسب المشردة، يمكن للباحثين إعادة بناء تاريخ خطأ في التمزقات، وتُبلغ هذه البيانات بفترات الزلازل [الإطار الزمني الكبير].

فعلى سبيل المثال، فإن قصر سان أندرياس الجنوبي قرب رايتوود يبلغ متوسط فترات التكرار ما بين 100 و 150 سنة، مع حدوث آخر تمزق كبير في عام 1857، وترجع فترة الثوران في هايوارد إلى 140 و 180 سنة، وكان آخر حدث لها في عام 1868، وتشير هذه الإحصاءات إلى أن كلا الخطأين يقتربان من نوافذهما العادية المتكررة، أو في حدودها، على الرغم من أن العلماء يؤكدون أن هذه التكرار.

3- تُعبَّر عن احتمالات حدوث الزلزال باستخدام نموذج احتمال حدوث الزلازل المعتمد على الزمن [(FLT:0)] الذي يُمثِّل وقت حدوث الزلزال الأخير ومعدل التحميل من حركة اللوحات، ويظل الخطأ صمتاً، ويتراكم أكثر من الضلوع، ويزداد احتمال الفشل.

Subduction Zone Hazards: The Cascadia Connection

وعلى الرغم من أن معظم مخاطر زلزال كاليفورنيا تأتي من الحدود بين المحيط الهادئ وأمريكا الشمالية، فإن الجزء الشمالي من الولاية يواجه تهديدا مختلفا: منطقة كاسكاديا الفرعية ، وهي منطقة تقع في شمال كاليفورنيا إلى كولومبيا البريطانية، فإن منطقة خوان دي فوكاتي تهب تحت قلعة أمريكا الشمالية، وتولد هذه المنطقة الفرعية أكبر زلزال في ٩.

وحدث الزلزال الأخير الذي وقع في كاسكاديا في عام 1700 وأسفر عن كارثة تسونامي أصابت اليابان وكذلك الساحل الشمالي الغربي للمحيط الهادئ، وشمال الساحل كاليفورنيا، بما في ذلك مدينة الهلال ويوريكا، معرضة للهز وتلقي أمواج تسونامي من حدث كاسكاديا، وفترة التكرار لهذه الزلازل العملاقة تتراوح بين 400 و 600 سنة، مما يعني أن الفترة القادمة يمكن أن تحدث في أي وقت.

الرصد والإنذار المبكر

وقد استثمرت كاليفورنيا بشدة في البنية الأساسية لرصد الاهتزازات، وتقوم ] شبكة السيزم المتكاملة لرابطة كاليفورنيا ، وهي شراكة بين نظام الإنذار بالزلزالي، ونظام كالتكس، وشركة UC Berkeley، ومؤسسات أخرى، بتشغيل مئات من أجهزة الإنذار بالزلازل عبر الولاية، وتكشف هذه الأدوات الزلازل في غضون ثوان، وترسل نظم الإنذار بالزل.

ويستخدم نظام " شاكي ألير " حقيقة أن الإشارات الإلكترونية تسافر بسرعة أكبر من الموجات السيزمية، وعندما يبدأ الزلزال، تكشف الشبكة عن الموجات الأولى من الموجات P (التي تكون سريعة ولكنها أقل ضررا) وتحسب موقع الزلزال وحجمه وكثافة الهزات المتوقعة، ويمكن أن تصل الإنذارات إلى عشرات ثوان قبل وصول الهياكل الأساسية ذات الموجات السريعة (البطيئة والموجات المحطمة) إلى المناطق المأهات المأهية.

GPS and InSAR Monitoring

وفيما وراء الظواهر السيزمية، يستخدم العلماء شبكات النظام العالمي لتحديد المواقع لقياس التحلل البطيء لقشرة الأرض بين الزلازل، وتستعمل مئات محطات النظام العالمي لتحديد المواقع عبر مقياس قياسي كاليفورنيا للتحركات الأرضية، وتكشف عن الأماكن التي تتراكم فيها الرادارات والتي تغلق فيها أجزاء من التسميات الأرضية مقابل الاختناق [FT].

وهذه القياسات حاسمة في تحديث نماذج احتمالات وقوع الزلزال وتحديد هياكل الأخطاء التي لم تكن معروفة في السابق.

العيش مع مخاطر الزلزال: التأهب والتخفيف

إن حركة الصفائح التكتونية هي حقيقة لا مفر منها في كاليفورنيا، كما أن القوى نفسها التي أنشأت المناظر الطبيعية المأساوية للدولة - النطاقات الساحلية، والوادي الوسطى، وسييرا نيفادا - هي القوى التي تنتج زلازلها، وفي حين لا يمكن وقف هذه الصفائح، يمكن الحد من الأضرار الناجمة عن الزلازل عن طريق التخطيط والهندسة والتعليم العام.

مدونات المباني وإعادة استخدامها

وتوجد في كاليفورنيا بعض أكثر مدونات البناء السيزمية صرامة في العالم، إذ أن المباني التي شُيدت بعد السبعينات مصممة عموماً لتحمل الركود المعتدل إلى الركود الشديد دون انهيار، غير أن الهياكل القديمة - ولا سيما المباني غير المقوى، ومباني الشق غير المجهزة بالنسيج (مع وجود طوابق أرضية ضعيفة تستخدم لوقوف السيارات أو التجزئة)، ومباني ثابتة، قد أوفت الدولة بأن تعزز العديد من برامج الملكية.

الاستعداد الشخصي

وبالنسبة للأفراد، فإن الخطوة الأكثر فعالية هي أعمال التحضير مقدماً . ويوصي الفريق الحكومي الدولي المعني بخدمات الطوارئ الحكومية بضمان الأثاث والأجهزة الثقيلة للجدارات، مع معرفة كيفية إغلاق خطوط الغاز، وجمع مجموعات الإمدادات الطارئة بالمياه والغذاء والإمدادات الطبية، ووضع خطة للاتصال الأسري.

قدرة المجتمع على التكيف

وبالإضافة إلى الإجراءات الفردية، يتعين على المجتمعات المحلية تعزيز الهياكل الأساسية - الطرق والجسور، وخطوط الأنابيب المائية، وشبكات الطاقة وشبكات الاتصالات - بحيث يمكن استعادة الخدمات الأساسية بسرعة بعد وقوع زلزال كبير، وتوفر هيئة كاليفورنيا للتيار سياسات تأمين على الزلازل، كما أن العديد من المرافق نفذت نظماً لإغلاق الزلازل وأدوات تقييم الأضرار الآلية.

المستقبل الجيولوجي

وعلى مدى ملايين السنين، سيعيد تشكيل جغرافيا منطقة المحيط الهادئ بالنسبة لأمريكا الشمالية، وسينتقل الجزء من كاليفورنيا غرب قصر سان أندرياس شمال غربا بمعدل يتراوح بين ٣٠ و ٥٠ ميليميتر سنويا، وفي ١٥ و ٢٠ مليون سنة، ستكون لوس أنجليس غواصا في سان فرانسيسكو، وفي ٦٠ مليون سنة، سينقل سفح كاليفورنيا غربي الخطيئة.

وعلى النطاق الزمني البشري، يتمثل التحدي المباشر في التعايش مع كوكب لا يزال نشطاً من الناحية الجيولوجية، كما أن نفس المحرك التكتوني الذي يبني الجبال ويوسع المحيطات ويخلق رواسب معدنية يولد أيضاً زلازل، كما أن نهج كاليفورنيا - العلوم الغامضة والهندسة المدروسة - التعليم العام الواسع النطاق يمثل نموذجاً للعيش في انسجام مع أرض لا تحصى.

إن المخاطر حقيقية، ولكنها قابلة للقياس والإدارة، وكلما زاد فهمنا لطريقة تشكيل لوحات التكتونية لمخاطر زلزال كاليفورنيا، كلما كان ذلك أفضل تجهيزا للحد من التكاليف البشرية والاقتصادية للزلزال الكبير المقبل الذي لا مفر منه، فإن البقاء على علم، والاستمرار في إعداده، ودعم استمرار الاستثمار في الرصد والتخفيف، هي أكثر الاستراتيجيات فعالية للصمود في مواجهة القوى الجيولوجية في الكوكب.