تأثیر زیرزمینی زلزله و آتشفشان و عملکرد آن‌ها

بیشتر آن چیزی که در مورد زلزله و آتشفشان می‌دانیم، بر مبنای چیزی است که در سطح زمین مشاهده می‌کنیم. با این حال بیشتر اتفاقات، مخصوصا فعالیت‌های اولیه که می‌تواند به ما در پیش‌بینی فاجعه و آمادگی برای آن کمک کند، در زیر زمین اتفاق می‌افتد.

توسعه‌ی تصویری واضح‌تر از تغییرات شرایط زیر زمین در کنار نظارت مداوم، اطلاعاتی ارزشمند فراهم می‌کند که می‌تواند به نجات جان‌های بسیاری در شرایط فاجعه منجر شود. در کشورهای زلزله‌خیزی مانند ژاپن و ایران، به ابزاری مؤثر برای پیش‌بینی فعالیت‌های لرزه‌ای نیاز است.

انستیتوی ملی پژوهش علوم زمینی و پیشگیری از فجایع در ژاپن (NIED) شبکه‌ای سطح بالا از صدها حسگر لرزه‌ی فوق‌العاده حساس، موسوم به‌ های-نت (Hi-net) در سرتاسر کشور توسعه داده است. این شبکه اطلاعات لرزه‌ای با دقت بالا از فعالیت‌های لرزه‌ای در اعماق بسیار زیاد زمین را در اختیار ما قرار داده است. یکی از منبع‌های اطلاعاتی کلیدی ‌های-نت، سرعت امواج لرزه‌ای بین ایستگاه‌های حسگرهای مختلف است. نقص‌ها و شکست‌های زیر زمین در کنار دیگر عوامل، بر سرعت امواج لرزه‌ای تأثیر می‌گذارند. بنابراین تغییر سرعت امواج لرزه‌ای نشان‌دهنده‌ی تغییرات زیرزمین است که هنوز روی سطح زمین قابل مشاهده نیستند.

تا همین اواخر، تغییراتی کوچک در سرعت امواج لرزه‌ای در مرکز کیوشو (جنوبی‌ترین جزیره‌ی ژاپن) شناسایی شد. در آوریل ۲۰۱۶، زلزله‌ای با بزرگای گشتاوری ۷.۰ پس از پیش‌لرزه‌ای با بزرگای گشتاوری ۶.۲ این منطقه را لرزاند. به دنبال این زلزله‌های مخرب، بزرگ‌ترین آتشفشان فعال ژاپن، کوه آسو، در آوریل، می و اکتبر همان سال فوران کرد.

سه نفر از پژوهشگران دانشگاه کیوشو و انستیتوی بین‌المللی پژوهش‌های انرژی‌های بدون کربن (I2CNER) اطلاعات سرعت امواج لرزه‌ای که توسط های-نت جمع‌آوری شده بود بررسی کردند تا شرایط زیرزمینی مرتبط با این فجایع را بیشتر درک کنند. این اطلاعات از دسامبر ۲۰۱۵ تا نوامبر ۲۰۱۶ جمع‌آوری شده بود. نتایج پژوهش‌های آن‌ها در Science Advances منتشر شد.

تاتسونوری ایکیدا توضیح می‌دهد:

ما از تداخل‌سنجی امواج لرزه‌ای با صدای محیط که در ۳۶ ایستگاه های-نت ثبت شده بود، استفاده کردیم. ما دریافتیم که در طول زلزله، سرعت امواج لرزه‌ای به‌نحو قابل توجهی کاهش یافته است که احتمالا به صدمه و تغییرات فشاری اطراف گسل مربوط است. در طی ماه‌های بعد، گسل بهبود پیدا می‌کرد و البته مناطق مختلف با سرعت‌های مختلفی بهبود پیدا می‌کردند.

این زلزله احتمالا جریان‌های اطراف بدنه‌ی ماگمای کوه آسو را تسهیل کرده است. در زمان وقوع زلزله، سرعت زیر کالدرا کاهش یافت؛ اما پس از فوران به‌سرعت به حالت عادی خود بازگشت. این رویداد به آزاد شدن فشار منجر شده است.

تاکشی سوجی، نویسنده‌ی همکار می‌گوید:

پژوهش‌های پیشین از رویکردهای مشابهی برای تخمین سرعت استفاده کرده‌اند؛ اما ما به دقت فضایی بالاتری در سطحی وسیع‌تر دست یافتیم. این کار به ما امکان داد توزیع فضایی منطقه تخریب یا مکان فشار را مشخص کنیم. استقرار انبوه‌تر این ایستگاه‌ها باعث می‌شود ناهنجاری‌ها را دقیق‌تر شناسایی کنیم. شناسایی تغییرات سرعت می‌تواند در تخمین زلزله‌های آتی و فعالیت‌های آتشفشانی مؤثر باشد.