پیش بینی زلزله

[Amir R. Haddadi 9,164]

پیش بینی زلزله

پیشرفت های حاصل در زمینه زلزله شناسی موجب کسب اطلاعات و آگاهی ارزنده در مورد چگونگی حدوث زلزله و علائم قبل و بعد و همراه با آن شده ا ست. به ویژه به کمک وسائل و تجهیزات جدید هر روز شناخت انسان از وضعیت زمین و داخل آن افزایش می یابد.

آگاهی انسان از علائم قبل از وقوع زلزله این امید را به وجود آورده است که روزی بتوان با پیش بینی زمان، محل وقوع و بزرگی همه زلزله ها، از خسارات جانی و مالی آن کاست.

پیش بینی موفقیت آمیز زلزله 1975 در منطقه ((های چانگ)) چین، نور امیدی در راستای تحقق این آرزوی بزرگ بشریت بوده است. گر چه پیش بینی های ناموفق متعدد بعدی تا حدودی در خوش بینی اولیه کاست و تبعات اجتماعی و اقتصادی ناگوار چند مورد پیش بینی ناموفق در جنوب کالیفرنیا در سال 1976 و در پرو در سال 1980 موجب بروز تردیدهایی در سودمندی پیش بینی زلزله بویژه درنزدمهندسين زلزله گرديد،ليكن حداقل تا انجاكه به زمين شناسي وزلزله شناسی ارتباط داشت، نتایج بسیار سودمند و امید آفرین حاصل گردید.

روز به روز روش های پیش بینی زلزله توسط کارشناسان بهتر شده و کارشناسان در انتظار تکنیک های جدیدتر و دقیق تر بوده تا به کمک آنها بتوانند با اطمینان بیشتر، زمان و محل و همینطور شدت و قدرت زلزله های متحمل آن را پیش بینی نمایند. با تحقّق این امر مسلماً،مردم می توانند در محلهای ایمن قرار گرفته و با قطع لوله های گاز و برق، خسارات مالی به حداقل ممکن برسد.

در ضمن با پیش بینی بزرگی و دوره بازگشت هر زلزله به مهندسین طراح کمک خواهد شد تا ابنیه فنی را به صورت مناسب و اقتصادی در برابر زلزله طراحی و محاسبه نمایند.

امکان پیش بینی زلزله

در طول دهه شصت میلادی پیش بینی زلزله حتی برای زلزله شناسان با وجود تحقیقات گسترده و مشاهدات عینی بیشمار در مورد چندین زلزله امر ناشناخته به حساب می آمد. در هر حال متخصصین زلزله شناسی به تدریج از وجود وقایع معینی که قبل از وقوع زلزله رخ می دهد آگاه شدند.

کارشناسان ژاپنی اولین کسانی بودند که با مسئله پیش بینی زلزله بطور اصولی و با تشکیل کمیته پیش بینی زلزله برخورد نمودند. ( طی سالهای 1960تا 1963) همکاری این کشور و امریکا در سال 1961 در این زمینه پایه گذاری گردید. توجه مسئله پیش بینی زلزله درشوروي سابق نيزدرسال1967 و یا انتشار مقاله ساوارنسکی آغاز گردید و در همین زمان دولت چین سرمایه گذاری درموردچند پروژه دراين زمينه راموردمطالعه قرارداد.

در دسامبر 1974 علائم وقوع زلزله حکایت از وقوع زلزله حکایت از وقوع زلزله در اطراف شهر (( های چانگ)) در سال شرقی کشور چین داشتند. متخصصین اعلام خطر کرده و مردم شهر را ترک کردند و به اطراف گریختند، اما زلزله پیش بینی شده حادث نشد، دو ماه بعد (فوریه 1975) دوباره مردم را از وقوع زلزله آگاه نمودند مردم رغبت به ترک شهر و خانه ها نداشتند و آن علائم را اشتباه تصور می کردند. به هر حال با دخالت پلیس، شهر و نقاط خطرناک تخلیه گردید.

(پنج و نیم ساعت بعد) این بار زمین لرزه شدیدی به بزرگی هفت و نیم ریشتر اتفاق افتاد و چون شهر تخلیه شده بود به کسی آسیب نرسید و سه میلیون نفر از مرگ حتمی نجات یافتند.

قبل از وقوع زلزله سال 1976 نیز علائم وقوع زلزله نمودار شد ولی چون مانند علائم سال 1975 روشن و مشخص نبودند لذا به مردم شهر اعلام نگردید و منجر به مرگ هزاران نفر شد.

موفقیتهای پیشگویی زلزله چینی ها مربوط به شرکت زیاد مردم چینی در این کار بود.یعنی علاوه بر زلزله شناسان و دهقانهای ساده ومعلمان ودانش آموزان و افراد گارد سرخ چین در این کار نقش داشتند یعنی لرزشهای زمینی روی زلزله سنجهای ساده ثبت شده بود تغییرات اختصاصات الکتریکی رادن و حرکات خاک اندازه گیری شده بود. کلیه شواهد اصولی و غیر اصولی مانند حرکات جانوران و حرکت آبهای سطحی و آبهای زیرزمینی را مورد توجه قرار می دادند.

آنها متوجه شدند که از بعضی از حیوانات قبل از زمین لرزه حرکات عجیب و استثنائی سر می زند مرغها که شبها چرت می زنند، بیدار و هوشیار جفت دو پا را بر زمین میخکوب می کنند و و حشت زده به نظر می رسند.

مارها که در سوراخهای زمینی پنهان هستند به سطح زمین می آیند و سگها حتی آنهائیکه به طور عادی ساکت هستند بدون وقفه پارس می کنند.

پرندگان زندانی در قفس مخصوصاً پرندگان آواز خوان رفتاری دگرگونه پیدا می کنند.

خرگوشها و موشها از لونه های خود فرار می کنند و اسبها و خوکها با وضع ناارام وجنون آمیزی پا به زمین می کوبند و دور خود می گردند. مورچه ها نیز به صورت بی هدف در تعدادی از لانه های خود خارج می شوند.

در اینجا چینی ها علم زلزله شناسی و جامعه شناسی را هم ادغام کرده و پدیده های مجهول و حتی اسرار آمیز مانند حرکت جانوران نیز با اهمیت تلقی شده بود.

زلزله شناسان چینی توانستند با اطلاعات بدست آمده و تجزیه و تحلیل آنها زلزله ((های چانگ)) را پیش بینی کنند.

به طور کلی علت واکنش حیوانات قبل و مقارن وقوع زلزله از نظر علمی دقیقاً معلوم نیست شاید حیوانات ارتعشات و امواجی را حس می کنند که آدمی قادر به احساس آن نمی باشد.

حیوانات می توانند صداهائی را بشنوند که از امواج درونی زمین بر می خیزد و بوی گاز رادون را که حاکی از وقوع زلزله است حس می کنند یا تغییرات در حوزه الکتریکی که برای انسانها نامحسوس است برای حیوان قابل شناخت است.

امروزه تقریباً محرز شده است که صدا می تواند یکی از مؤثرترین عوامل در ناراحتی حیوانات باشد با توجه به انتشار امواج با فرکانسهای مختلف از مرکز زلزله در جهات مختلف و مشاهده آنها در لرزه نگار به وجود امواج مافوق صوت و مادون صوت پی برده شده است.

این دو مورد از امواج برای ا نسان قابل شنیدن نبوده ولی بسیاری از حیوانات قادر به شنیدن آن هستند.

اصولی ترین و مطمئن ترین عامل به عنوان پیش آگهی یک زلزله تلقی شود تغییراتی است که قبل از وقوع زلزله در تغییر شکل نسبی زمین ایجاد می شود.

اکثر زلزله های بزرگ در اثر شکستن ناگهانی بخشی از پوسته جامد زمین که مانع از حرکت آزاد صفحات تشکیل دهنده پوسته شده اند به وقوع می پیوندد.

براساس این فرضیه نقاط مشخص در روی زمین به طور طبیعی نسبت به یکدیگر تغییر مکان نسبی می دهند و هر چه به زمان شکستن سنگهای داخلی نزدیکتر می شود در وضعیت این تغییر مکانها دگرگونی هایی رخ می دهد با اندازه گیری دقیق این تغییرات که به کمک دستگاهای موجود با دقت یک دهم میلی متر قابل اندزه گیری هستند می توان وضعیتهای غیر عادی را که در انتظار یک زلزله احتمالی هستند تشخیص داد.

در اكثر مواقع این تغییرات همراه با دگرگونی هایی در میدان مغناطیسی می باشند که با اندزاه گیری منظم و مرتب تغییرات آنها می توان نزدیک بودن زمان زلزله را تشخیص داد.

در این رابطه زمین شناسان در اثر مطالعه به نکاتی توجه نموده اند. وقتی که فشار زمین زیاد شود و صخره به نقطه شکستگی خود برسد، شکافهای کوچک بیشماری در آن ظاهر می شودکه موجب تورم صخره می گردد و زمین اطراف صخره بالا می آید. البته آنچه بعداً اتفاق می افتد کامل مشخص نیست ولی عده ای از محققان بر این عقیده هستند که این پدیده معروف به اتساع(حالت گشادگی زمین) موجب وقوع زلزله می شود. امواج زلزله همچنان که از این نواحی می گذرند،کم شده و فشار ناشی از زلزله وضعیت آب، صخره و کوه را تغییر می دهد. لذا سطح آب در نواحی مزبور بالا می آید و صخره برای جریان الکتریسیته مقاومتر می شود و از آن مقداری گاز بی اثر رادون خارج می گردد. بعد از وقوع زلزله آب شکافهای کوچک کوه برگشته و همه چیز به حالت عادی در می آید و آب حالت اتساع و انبساط صخره را در طول شکستگیها ضعیف می کند. سپس زمین لرزه قطع شده و زمین آرام می گردد.

مراحل پدیده های پیش زلزله

پارامترهای فیزیکی

مرحله 5 مرحله 3 مرحله 2 مرحله 1

کاهش ناگهانی تنش که به دنبال آن پاسخ ها شرو

می شود رسیدن به آب و تغییر شکل ناپایدارمنطقه گسل انبساط و ایجاد درز و ترک افزایش تنش های لاستیکی

سرعت امواج

بالا آمدن خاک

نشت رادان

مقاومت الکتریکی

محور حرکات زلزله

از دیگر امکانات تشخیص نزدیک بودن زمان وقوع زلزله تغییراتی است که در وضعیت آبهای زیرزمینی به وجود می آید. این تغییر در اثر کاهش یا افزایش فشار حفره ای خاک بوده و منجر به پایین رفتن سطح آب داخل چاهها يا فوران آب از داخل آنها و خشکیدن پاره ای از چشمه ها یا جاری شدن آب از نقاطی که قبلاً خشک بوده است، می گردد علاوه بر آن تغییر فشار حفره ای خاکها موجب فرو رفتن یا برآمدن قسمتهایی از زمین می گردد.

قبل از وقوع زلزله عوامل و پدیده های فیزیکی دیگر مشاهده شده اند که عبارتند از تغییراتی در میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی زمین و پتانسیل آن، همچنین انتشار امواج الکترومغناطیسی از زمین که توسط آنتنهای حساس قابل دريافت بوده و در برخی گیاهان جریان الکترومغناطیسی اندازه گیری شده است نیز انتشار امواج با فرکانس کم از یکصدم تا حدود هشت هرتس که توسط گیرنده های حساس و ویژه ای دریافت شده است. از طرفی تغییر دمای زمین و خروج گازهای مختلف از آن که سبب آتشفشان و تغییرات شیمیایی در آب چشمه ها می تواند آثار وقوع زمین لرزه باشد.

اصولاً کارشناسان سعی کرده اند از روی علائم جوی و زمین و فیزیکی و شیمیایی وقوع زمین لرزه را پیش بینی نماید. معمولاً قبل از وقوع زلزله تغییرات شدیدی در ترکیب شیمیایی آبها و گازهای طبیعی رخ می دهد. کشش گسترده و لرزشی که قبل از تکانهای زیرزمینی پدید می آید.

فلوئور اورانیم و گازهایی نظیر رادن، هلیوم و آرگون را به داخل آبهای زیرزمینی می راند و میزان آنها در آبها به سه تا چهار برابر مقدار معمول می رسد.

این امر هنگام وقوع زلزله تاشکند در سال 1966 و زلزله داغستان در سال 1970 توسط دانشمندان شوروی سابق گزارش شده بود.

به طور کلی این تغییرات به کمک ادوات مختلف الکترومکانیکی و گیرنده های ویژه عناصر شیمیایی و گازی و تحلیل کننده ها قابل تشخیص و پیش بینی بوده و می توان دستگاه های هشدار دهنده ای را به کار انداخت. البته به وسیله کامپیوتر می توان این عملیات و تحقیقات را دقیقتر و به طور اتوماتیک در طول سال در نقاط زلزله انجام داد.

یکی دیگر از علائم نزدیک شدن زمان وقوع زلزله تغییراتی است که در نسبت سرعت انتشار امواج طولی به امواج عرضی به وجود می آید. نسبت سرعت انتشار امواج فوق همانطور که در پیش لرزه به آن اشاره شد در شرایط عادی در یک منطقه ثابت است اما تجربه متعددی نشان داده است که قبل از وقوع زلزله ابتدا این نسبت کاهش می یابد و سپس افزایش می یابد. حال اگر بتوان با تکنیکهائی امواج فوق را در داخل منطقه ای که احتمال زلزله در آن در دست بررسی است به طور مصنوعی ایجاد نمود و سرعت رسیدن آنها به سطح زمین را مورد سنجش قرار داد، از طریق تغییرات نسبت این سرعتها می توان در مورد وقوع احتمالی زلزله اظهار نظر نمود. این روش با آنکه نسبتاً نتایج قابل اعتمادی ارائه می دهد.اما اجرای آن به سهولت انجام نیافته و دو مورد مشکل در این ارتباط قابل ذکر می باشد. نخست اینکه ایجاد انفجار مصنوعی برای ثبت سرعت انتشار امواج طولی و عرضی کار ساده واساني نبودبويژه اينكه اين امربايىبطورپيوسته ومداوم انجام و ثبت گردد.

در ثاني حدود منطقه ای که متحمل است زلزله در آن اتفاق می افتد از قبل باید تعیین شده باشد که این امر نیز کار چندان ساده ای نمی باشد.

از علائم و شواهد پیش بینی زلزله ها همانطور که در مورد زلزله منطقه چانگ مورد استفاده قرار گرفت، افزایش تعداد زلزله های کوچک (پیش لرزه) می باشد که یا ثبت آنها و بررسی بزرگی و تکرار آنها می توان وقوع زلزله بزرگتر را پیش بینی نمود.

شایان ذکر می باشد که در حال حاضر بیشتر کشورهای زلزله خیز، آژانس های تحقیقاتی خود را در زمینهای یاد شده پیرامون پیش بینی زلزله تقویت نموده اند و بودجه های عظیمی به این امر اختصاص داده اند.

امروزه کشور ژاپن پیشرفته ترین سیستم پیش بینی زلزله را در اختیار دارد، در حدود هفتاد نقطه مختلف این کشور دستگاه هائی نصب شده که مقدار جاذبه و مغناطیس وتغيير شیب زمین منطقه و تغییرات پوسته زمین را به مرکز کامپوتری ستاد آژانس هواشناسی ژاپن در توکیو مخابره می کنند. متخصصین، این اطلاعات و سایر پدیده ها از قبیل ارتفاع آب دریا، جزرومد و غیره را مورد توجه قرار می دهند و در جدول مخصوص درج می نمایند.

آژانس جلوگیری از حوادث شهر توکیو در حال حاضر فعالیتهای چند گربه ماهی را جهت ثبت در کامپیوتر تحت نظر داشته زیرا عقیده بر این است که این ماهی قبل از وقوع زمین لرزه حرکات غیرعادی دارد. علیرغم آمادگی فراوان ژاپن در مواجه با زلزله هنوز سؤالات فراوانی در پیش بینی قدرت زمین لرزه مطرح است و هنوزبشر در این رابطه نتوانسته قدرتهای بزرگی را بردارد و در حقیقت در ابتدای کار می باشد.

زیرا برای مثال پس از پیش بینی موفقیت آمیز زلزله در ((های چانگ)) در سال 1975 (به کمک حدود ده هزار نفر متخصصین حرفه ای و یک هزار نفر افراد غیر متخصص) هیجده ماه بعد زلزله ((تانک شال)) چین به بزرگی هفت و هشت دهم ((8/7)) ریشتر جان هفتصد و پنجاه هزار نفر را گرفت. البته نباید فراموش کرد که ظرف دو سال از سی و یک پیش بینی که در چین در مورد وقوع زلزله انجام یافته، هیجده فقره آن صحیح از آب درآمد و هفت مورد آن مشکوک و شش مورد آن کاملاً غلط بود.

توجه فوق العاده به امر پیش بینی زلزله و مسائل مرتبط با آن در کشور ژاپن کاملاً توجیه پذیر می باشد. ژاپن زلزله خیزترین کشور جهان به شمار می رود که هر سال حدود ده هزار زمین لرزه این کشور را به لرزه درمی آورد.

از این تعداد قدرت لرزش یک هزارآن طوری است که مردم متوجه می شوند. شهر توکیو پایتخت این کشور آمادگی تحمل لرزشهای به بزرگی شش و نیم ریشتر را دارد.

اما ژاپنی ها به فکر زمین لرزه های شدیدتر هستند و به همین جهت دولت ملت و دانشمندان آن کشور آمادگی های فراوانی را تدارک دیده اند. زمین لرزه ای که برای آن آماده می شوند به بزرگی هشت ریشتر است که صد بار قوی تر از زلزله ای به قدرت شش ریشتر خواهد بود.

در حقیقت مردم توکیو زمین لرزه سال 1923 را که در آن صد هزار ژاپنی کشته شده اند فراموش نمی کنند و این امر بهترین انگیزه برای آمادگی مردم این کشور است.

به همین علت ژاپن پیش از هر کشور زلزله خیز جهان برای زمین لرزه های شدید آمادگی دارد و دولت ژاپن همه ساله بودجه ای برابر بودجه دفاعی صرف آمادگی در برابر زلزله و پیامدهای مخرب آن می نماید.

با توجه به مطالب مورد اشاره، امروز زلزله شناسان معتقد هستند که یک پیش بینی دقیق زلزله در صورتی می تواند با موفقیت همراه باشد که کلیه شرایط فیزیکی پوسته قبل از وقوع زلزله مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد.

به طور کلی شواهدی نظیر بالا آمدگی پوسته، کاهش مقاومت الکتریکی خاک، افزایش تشعشعات رادون در آبهای زیرزمینی تغییرات سرعت امواج ارتجاعی در منطقه میان تراکم پوسته، تغییر وضعیت امواج مغناطیسی زمین و همچنین تغییر شکل سنگها ناشی از حالت اولیه فشار تکتونیکی از جمله پدیده های اصل جهت پیش بینی وقوع زلزله می باشند.

دانشمند چینیSHOU ZHONGHAO بااستفاده از تصاویر ماهواره ای وبررسی حرکت ابرهایش بینی وقوع چندین زلزله در نقاط مختلف دنیا رامدعی شد .این دانشمند چینی اعلام کردزلزله به دلیل ازاد شدن انرﺛ ی زمین مابین صفحات گسل رخ می دهد و وجوداب در محیط گسل عامل کمکی برای حرکت گسل محسوب می شود واب محیط در اثر حرارت زیادبه حالت بخار تبدیل شده وازمیان فضای گسل به فضای بازمی ایدوزنزو ذات وشکل ابرهای زلزله ای باابرهای جوی متفاوت است .

ابر زلزله شکل صفحه گسلی را دارد که از آن خارج شده است و بجای آنکه تجمعی و توده ای باشد، شکلی دراگ و کشیده دارند که این ابرها با استفاده از تصاویر ماهواره ای با دقت خیلی زیاد برسی می شوند.

ﭜﺛ وهشگران دانشگاه صنعتی شریف (دانشکده فیزیک) با تحت فشار قرار دادن گرانیت در یک محیط آزمایشگاهی به این نتیجه رسیدند که این فرایند بصورت ابر یونی تشکیل می شود و این ابر دلیل لازم جهت وقوع و پیشبینی زلزله می باشد .

دانشمندان آ ﺛ انس هوا فضای امریکا (ناسا) اعلام کردند با بکارگیری تکنولو ﺛ ی ماهواره ای زلزله از مدتها (چند هفته )قبل از وقوع قابل پیش بینی است و این نظریه می گوید: هر چند به نظر می رسد که زلزله ناگهانی رخ می دهد ولی انر ﺛ ی متراکمی که از این حادثه طبیعی منتشر می شود ماه ها و بلکه سالها قبل از وقوع زلزله شکل متراکمی زیر پوسته زمین بوجود می آورد و این انر ﺛ ی متراکم دیده و یا تشخیص داده نمی شود که چه زمانی به بالاترین حد فشار می رسد آنها می گویند چندین روش ماهواره ای برای تشخیص نشانه های فعالیت گسلهای زلزله وجود دارد که یک روش موسوم به اینسار(insar) است که دو عکس ماهواره ای از یک قسمت زمین در فرایندی موسوم به ترکیب داده ها با یکدیگر ادغام می شود در این حالت هرگونه تغییری در حرکت پوسته زمین قابل تشخیس است. ان تکنیک به اندازه کافی حساس است که می تواند حرکتهای پوسته زمین را تشخیص دهد و این حساسیت به همراه عکس های ماهواره ای به دانشمندان این اجازه را می دهد که حرکت زمین در اطراف گسل زلزله را با جزئیات بیشتر مشاهده کنند و نقاطی را که انر ﺛ ی متراکم در آنها منجر به وقوع زلزله قریب الوقوع می شود تشخیص دهند .

دانشمندان ایرانی: مطالعات آنها اعلام کرده که ناهنجاری تشعشعات امواج مادون قرمز در لایه های سطحی در فرکانس های مختلف ناهنجاری در میدان مغناطیسی منطقه ایجاد ابرهای خطی شکل ، تغییرات در سطح آبهای زیر زمینی از راههای تشخیص می با شند.

گروهی از دانشمندان به رهبری دیوید پرسون از دانشگاه مکانیک جهت در پاسا دنای کالیفرنیا برای نخستین بار مشاهده کرده اند که اگر هلیوم تحت فشار قرار گیرد و با سرعت متناسب و با تغییر فشار هلیوم 4 به حرکت نوسانی به سمت جلو و عقب و یا بالايا پایین حرکت نوسانی کرده و در واقع اثر وجود جاذبه از بین می رود.

مشاهده موفقیت آمیز این اثر در هلیوم 4 به دانشمندان کمک کرد تا به اندازه گیری بسیار دقیق سرعت دقیق چرخش زمین (حرکت صفحات لیتو سفری) بپردازند کنترل سرعت چرخش زمین می تواند اطلاعاتی درباره حرکت بسیار آهسته صفحه های تکتونیکی زمین پی بردند که این امر پیش بینی زلزله را ممکن می کند.

این روش تازه ترین و دقیق ترین روش پیش بینی زلزله می باشد که می تواند در آینده دستاوردهای مهمی به همراه داشته باشد.

منابع:

1- اصول مهندسی زلزله دکتر خسروبرگی

2- زمین شناسی عمومی حسین مدنی سیروس شفیعی

3- رشد زمین شناسی شماره مجله 12و13و18.

4- خبرنامه بنیاد حریری شماره 17