إن الزلازل هي من أكثر الظواهر الطبيعية قوة وتدميرا على الأرض، ومع ذلك فإن جذورها تكمن في أعماقنا الدينامية، حيث إن القصف الخارجي للأرض، المعروف باسم الغلاف الجوي، ينقسم إلى لوحات تكتونية ضخمة تعمل باستمرار، وإن كانت تُشعر بمعدلات مماثلة لنمو الأظافر البشرية، وعندما يتراكم الإجهاد على طول حدود هذه الزلازل ويتجاوز قوة الصخور.

The Mechanics of Tectonic Plate Movement

وتقود اللوحات التكتونية في المقام الأول تيارات التكتيكية داخل الغلاف الجوي، وشبه طبقة الفلور من أعلى المانح يقع تحت الغلاف الليثيوم الصلب، وتتسبب الحرارة من الأرض في ارتفاع المواد التي تُعد من الأرض إلى السطح، حيث تبرد وتنتشر في وقت لاحق قبل أن تهب إلى أسفل، مما يؤدي إلى استمرار دورة التكديس.

وإلى جانب كونه في شكل من أشكال الرجولة، تقوم قواتان إضافيتان بدور حيوي في حركة الطبق:

  • Ridge Push]: في التلال الوسطى من المحيط، يخلق المغناطيس العالي قاعا بحريا مرتفعا.
  • Slab Pull]: في المناطق الفرعية، الكثافة، لوحات المحيط الباردة تغرق في المعبد تحت وزنها، سحب بقية اللوحة خلفها.

ويؤدي تفاعل هذه القوات إلى تحركات في الصفائح تتراوح بين بضعة مليمترات وعدة سنتيمترات في السنة، غير أن حركة اللوحات نادرا ما تكون سلسة أو موحدة، وتتسبب التباينات في الهندسة الحدودية، والمقاومة الاحتكاكية، والظروف الجيولوجية المحلية في الإجهاد إلى تراكم متفاوت على مر السنين إلى قرون، وعندما يتجاوز هذا الإجهاد المتراكم أخيرا قوة الصخور على طول زلزال، تُطلق الطاقة الكهرمائية المخزنة.

أنواع الحدوديات وخصائصها السيزمية

وتتفاعل لوحات الأرض التكتونية أساسا على ثلاثة أنواع من الحدود، ينتج كل منها أنماط زلازلية متميزة تستند إلى الحركة النسبية لللوحات المعنية، ويعد فهم هذه الأنواع من الحدود أمرا حاسما في تقييم المخاطر السيزمية.

الحدود الدنيا

وتنشأ الحدود المتباعدة حيث تبتعد الصفائح التكتونية عن بعضها البعض، مما يسمح للمغناطيس من المعبد بأن يرتفع ويشكل قشرة محيطية جديدة، وهذه الحدود هي الأكثر بروزا على طول مرتفعات وسط المحيط، مثل حافة منتصف المحيط الأطلسي، ولكن أيضا تظهر على أنها مناطق صدع قارية مثل نظام صدع شرق أفريقيا.

فالزلازل عند الحدود المتباعدة هي عموما سطحية، تحدث في أعماق تقل عن 30 كيلومترا، وتميل إلى أن تكون صغيرة إلى متوسطة الحجم، وذلك لأن القشرة في هذه المناطق رقيقة نسبيا ومثيرة، مما يحد من تراكم الضغوط الكبيرة، غير أن المناطق المتباينة كثيرا ما تعاني من حواف من زلزال صغيرة عديدة حيث تفكك الصفائح باستمرار وتمزقها المادم.

الحدود المشتركة

عند الحدود المتشابكة، تلتونيك لوحات التكتونية تتجمع، مما يسبب بعض النشاط السيزمي الأكثر كثافة على الأرض، ويمكن تقسيم هذه الحدود إلى نوعين رئيسيين:

  • Subduction Zones]: One plate, typically an oceanic plate, is forced beneath another plate into the mantle. This process generates some of the deepest and largest ters, including megathrustزلs exceeding magnitude 9.0. The interface between the subducting and overriding plates can remain locked for century, accumtra strain.
  • Continental Collision Zones]: عندما تتجمع صفائح قارية، يقاوم القشر القاري الباخرة التخصيب، بل إن سمك القشرة وطيورها، تشكل نطاقات جبلية واسعة مثل الهيمالايا، وتوزع الزلازل الأرضية في هذه المناطق على مناطق واسعة النطاق ويمكن أن تلحق أضراراً كبيرة بالقارات القارية.

حوائز التحويل

وتتميز الحدود العابرة بحركة أفقية جانبية جانبية على طول أخطاء عمودية تقريبا، وأشهر مثال على ذلك هو قبو سان أندرياس في كاليفورنيا، الذي يميز الحدود بين صفائح المحيط الهادئ وصحون أمريكا الشمالية، وعادة ما تكون الزلازل هنا سطحية (أقل من 20 كيلومترا في عمقها) ويمكن أن تصل إلى حجم يصل إلى حوالي 8.0 كيلومترات.

وتتراكم الإجهاد على طول أجزاء مغلقة من الخطأ إلى أن يتم إطلاقه في أحداث زلقة مفاجئة تشع الطاقة بصفة رئيسية كموجات قذيفة، لأن هذه الزلازل لا تسبب تشرداً رأسياً كبيراً في قاع البحار، إلا أنها نادراً ما تولد أمواج تسونامي، غير أن قربها من المناطق الكثيفة السكان يجعلها خطرة بوجه خاص.

عملية الزلزال: من تراكم التربة إلى الإنشاءات

إن نظرية الانتكاس المذهلة التي وضعت بعد زلزال سان فرانسيسكو عام 1906، تقدم تفسيرا أساسيا لطريقة حدوث الزلازل، وتزيح القوات التكتونية تدريجيا الصخور على جانبي الخطأ، مما تسبب في تضاؤلها بشكل كبير مثل الربيع الممتد، وعندما يتجاوز القوام الداخلي للصخور، تزول الغلطة فجأة، وتعود الصخور إلى شكلها الأصلي، وتبعث الطاقة الفلكية المخزنة كسيزمتة.

أما نقطة الانزلاق الأولى التي تقع تحت السطح فتسمى نقطة التركيز أو الناقص، في حين أن النقطة التي فوق سطح الأرض مباشرة هي المركز، ويقاس حجم الزلزال بمدى الطول الذي يُلاحظ عند مسافات التدفق (Mw)، الذي يعتبر المنطقة التي تعثرت فيها وحجم التشرد.

ويمكن الشعور بالزلازل الكبيرة على آلاف الكيلومترات المربعة، لا سيما في المناطق التي توجد فيها أحواض رسوبية سميكة تضخ الأمواج السيزمية، وبالإضافة إلى ذلك، كثيرا ما تتبع الأزرار الزلازل الكبرى، التي تحدث مع تكيف القشر مع توزيع الإجهاد الجديد على طول الخطأ.

مناطق الأرض الأكثر نشاطاً من الناحية السيزمية

ويقع أكثر من 90 في المائة من الزلازل في العالم على طول حدود الصفائح التكتونية، حيث ينشط قشر الأرض نشاطا جيولوجيا، والمناطق التالية هي مركز النشاط السيزمي المكثف وشهدت بعض أكبر الزلازل في التاريخ المسجل.

The Pacific Ring of Fire

إن رنين النار في المحيط الهادئ منطقة واسعة النطاق على شكل حصان، تمتد مساحتها حوالي ٠٠٠ ٤٠ كيلومتر، وتدور حول المحيط الهادئ، وتقابل حواف قفص المحيط الهادئ وعدة لوحات أصغر مجاورة مثل بحر الفلبين وخوان دي فوكاس وصحون ناسكا، وتستأثر هذه المنطقة بما يقرب من ٨١ في المائة من أكبر زلزال في العالم وتستضيف العديد من المناطق الفرعية المسؤولة عن ذلك.

وتشمل الزلازل الملحوظة على طول رنين النار زلزال فالديفيا في شيلي في عام 1960، وهو أكبر عدد من الزلازل المسجلة في حجمه 9.5، وزلزال سومطرة - أندامان (الخطوبة 9.1-9.3) الذي أدى إلى حدوث كارثة تسونامي في التاريخ، وزلزال تهووكو في اليابان في عام 2011 (الاحتلال 9-1)، كما أن تصاعد حريق بركاني نشط، حيث تولد الظواهر تصاعد من خلال مناطق فرعية.

وتشمل النقاط الساخنة الرئيسية داخل رنين النار ما يلي:

  • Japan: Located at the convergence of the Pacific and Philippine Sea plates, Japan experiences frequent megathrustزلs and associated tsunamis.
  • Indonesia]: منطقة معقدة تتجمع فيها مناطق فرعية متعددة، مما يؤدي إلى نشاط سيزمي وبركاني مرتفع.
  • Aleutian Islands]: A remote volcanic island arc formed by the subduction of the Pacific Plate beneath the North American Plate.
  • West Coast of the Americas: Extending from Alaska through Central America to the Andes, this region experiences frequent large ters along subduction zones.
  • New Zealand: Situated on the boundary between the Australian and Pacific plates, it experiences both subduction and transform fault ters.

حزام الألبين - الهيماليان السيزمي

إن حزام الألبين - الهيماليان يحتل المرتبة الثانية في أكثر المناطق نشاطا على الصعيد العالمي، ويمتد من منطقة البحر الأبيض المتوسط إلى الشرق الأوسط وجنوب آسيا وجنوب شرق آسيا، وينتج عن هذا الحزام اصطدام قفص الهند مع قفص إيراسي والحركة الشمالية للبطن الأفريقي.

ويتواصل الاصطدام الذي شكل الهيمالايا، مما يجعل هذا النوع من أكثر أنواع الجبال دينامية على الأرض، وتختلف مساحات الأرض في هذه المنطقة اختلافا كبيرا في حجمها وعمقها، وتشمل الأحداث الأخيرة الملحوظة زلزال كشمير لعام 2005 (الاحتلال 7-6)، وزلزال سيشوان لعام 2008 في الصين (الخط العرض 7-9)، وزلزال غورخا لعام 2015 في نيبال (خط العرض 7-8).

كما أن قطاع البحر الأبيض المتوسط نشط للغاية، حيث تعاني بلدان مثل اليونان وتركيا وإيطاليا في كثير من الأحيان من زلازل متوسطة إلى كبيرة تولدت عن الإضراب والإضراب في الإضراب، مما يؤدي إلى مزيج من المخاطر السيزمية، بما في ذلك التمزق السطحي والانهيالات الأرضية وأمواج تسونامي.

نظام سان أندرياس للدفن

إن قبو سان أندرياس هو خط تحول رئيسي تمتد على 200 1 كيلومتر عبر كاليفورنيا، وبدلا من خط خطئ واحد، فهو يضم شبكة من العيوب المتعددة مثل أخطاء سان جاسينتو، وهايوارد، وكالفيراس، وهذه الأخطاء مجتمعة تستوعب معظم الحركة النسبية بين لوحات المحيط الهادئ وصحائح أمريكا الشمالية.

وقد ظل القسم الجنوبي من قصر سان أندرياس مغلقا لعدة قرون، مما يثير القلق إزاء حدوث زلزال كبير في المستقبل يشار إليه غالبا ب " الزلازل الكبيرة " ، وتشمل الزلازل التاريخية على هذا النظام الزلزال المدمر الذي وقع في سان فرانسيسكو في عام ١٩٦٦ )الدرجة ٧-٨( وزلزال لوما بريتا في عام ١٩٨٩ )الخطورة ٦-٩(.

مناطق سيزمية هامة أخرى

وفي حين أن رنة النار في المحيط الهادئ، وحزام الألبين - الهيماليان، وسان أندرياس فوتو يهيمن على السيزمية العالمية، فإن عدة مناطق أخرى تشهد أيضا نشاطا زلازليا ملحوظا:

  • East African Rift System]: A developing divergent boundary where the African continent is slow splitting apart, producing numerous small to moderate terers and volcanic activity.
  • Indiann Ocean Mid-Ocean Ridge: This spreading center experiences frequent but generally smaller magnitudeزلs associated with seafloor spreading.
  • Intraplate Earthquakes: على الرغم من الندرة، فإن الزلازل التي تحدث بعيدا عن حدود الصفائح يمكن أن تكون مدمرة للغاية، ومن الأمثلة على ذلك زلازل مدريد الجديدة التي وقعت في الولايات المتحدة الوسطى وزلزال فرجينيا لعام 2011 المنجمي، ومن المتصور أن هذه الأحداث تحدث على امتداد مناطق قديمة من الضعف القشري التي أعيد تنشيطها في حقول الإجهادية الحالية.

رصد الزلازل وتحدي الأرض

وتستخدم علم الزلازل الحديثة شبكات واسعة من الزلزال، ومحطات النظام العالمي لتحديد المواقع، والتداخل الراداري بواسطة السواتل لرصد النشاط التكتوني، وتقيس هذه الأدوات الحركة الأرضية، ومعدلات الزلق، وتراكم السلالات في الوقت القريب من الوقت الحقيقي، وتسمح البيانات التي توفر نظما سريعة لكشف الزلازل والإنذار المبكر يمكن أن تصدر تنبيهات بعد دقائق من بدء الزلزال، مما يتيح إغلاق الهياكل الأساسية الحيوية.

وعلى الرغم من التقدم المحرز في الرصد، فإن التنبؤ بالزلازل القصير الأجل الموثوق به يقدم معلومات دقيقة عن التوقيت والموقع وساعات العمل أو الأيام التي لا تزال فيها الأحداث غير صالحة، ويمكن للعلماء تحديد المناطق التي تنطوي على زيادة المخاطر الزلزالية الطويلة الأجل استناداً إلى فترات التكرار التاريخية والبيانات الجيولوجية، ولكن تحديد حوادث الزلازل الدقيقة لم يكن ممكناً بعد.

ولا تزال البحوث مستمرة في إشارات سليفة محتملة مثل التغيرات في كيمياء المياه الجوفية، والسلوك الحيواني الشاذ، والانبعاثات الكهرومغناطيسية، ولكن لم يبد أي منها موثوقية ثابتة للاستخدام التشغيلي، بل إن التركيز يظل على تحسين نظم الإنذار المبكر والتأهب العام.

وتشمل المنظمات الرئيسية التي تدعم الرصد والبحوث السيزمية U.S. Geological Survey (USGS)] التي تحتفظ بشبكة شاملة لرصد الزلازل في جميع أنحاء الولايات المتحدة، و مؤسسات البحوث المشتركة لعلم الاهتزاز ، التي تدير أجهزة الإنذار بالزلازل على الصعيد العالمي.

Mitigating Earthquake Risk

ومن الأمور الأساسية في فهم المناطق التي يحتمل أن تحدث فيها زلازل كبيرة الحد من آثارها المدمرة، حيث أن مدونات البناء في المناطق الزلزالية تُلزم الآن تقنيات هندسية متقدمة مثل العزلة الأساسية، والأجهزة المبعثرة للطاقة، والمفاصل المرنة، والمصممة للمساعدة على الصمود في الهياكل، بالإضافة إلى ذلك، فإن التخطيط الدقيق لاستخدام الأراضي يتجنب بناء التربة اللينة واستصلاح الأراضي التي تضخ الأمواج الزلزالية.

وتُعلِّم حملات التثقيف العام السكان كيفية الاستجابة خلال الزلازل من خلال إجراءات بسيطة مثل " الأرض، التغطية، التوقّف، " وتشجع الأسر المعيشية على الاحتفاظ بمجموعات الإمدادات الطارئة، وعلى الرغم من هذه الجهود، فإن العديد من المناطق - خاصة في البلدان النامية - تواجه ضعفاً شديداً بسبب سرعة التحضر، وعدم كفاية الهياكل الأساسية، ومحدودية الموارد المخصصة للتنفيذ.

وتوفر المبادرات الدولية مثل المؤسسة النموذجية العالمية للزلازل ] بيانات عن المخاطر والمخاطر المفتوحة المصدر لدعم الحكومات والمنظمات في جميع أنحاء العالم في تحديد أولويات الاستثمارات في القدرة على مواجهة الزلازل.

ويتطور علم الصفائح التكتونية وتوليد الزلازل تطورا مستمرا، حيث يقدم كل زلزال كبير نظرة قيمة إلى سلوك الخطأ ونقل الإجهاد والحد من القدرة على التنبؤ، ومن خلال إدماج المعارف الجيولوجية، وتكنولوجيات الرصد المتقدمة، واستراتيجيات فعالة للحد من المخاطر، يمكن للمجتمعات أن تتكيف على نحو أفضل مع العيش على كوكب لا يطاق باستمرار.