زلزله چیست؟ آیا پیش بینی زلزله ممکن است؟

در فروردین‌ماه سال ۱۳۹۶ و در مدت‌زمان ۴۸ ساعت، بیش از ۲۰۰ زلزله در استان خراسان رضوی و نزدیکی شهر مشهد ثبت شد؟ اما علت این موضوع چیست؟ چرا پس از گذشت این میزان از لرزش زمین، همچنان شاعد وقوع پس‌لرزه‌ها بودیم؟ اما سؤال اساسی اینجا است که زلزله‌های رخ‌داده، پس‌لرزه هستند یا پیش‌لرزه؛ و آیا نمونه‌ی اصلی هنوز رخ نداده است؟ برای پاسخ به سؤالات بالا نگاهی جامع به پدیده‌ی زمین لرزه خواهیم داشت.

زلزله چیست

لایه‌های بالایی سطح زمین همواره تحت تأثیر نیرو و تنش‌های متعددی هستند. اما زمانی که این تنش‌ها بیش از حد تحمل لایه‌ها شوند، شاهد گسیختگی آن‌ها هستیم. زلزله یا زمین‌لرزه زمانی رخ می‌دهد که دو لایه یا بلوک از سطح زمین روی یکدیگر می‌لغزند. در این حالت معمولا یکی از لایه‌ها ثابت و دیگری متحرک است که به لایه‌ی متحرک، گسل می‌گویند. در این حالت در عمق پایین‌تر از سطح زمان، نقطه‌ای وجود دارد که عامل اصلی ایجاد لرزه است این نقطه‌ را Hypocenter می‌نامند. امتداد این نقطه در سطح زمین، Epicenter نام دارد که عموما از آن به‌عنوان مرکز زمین‌لرزه نام برده می‌شود.

علت زمین‌لرزه

کره‌ی زمین چهار لایه‌ی اصلی دارد؛ هسته‌ی داخلی، هسته‌ی بیرونی، گوشته و پوسته. پوسته و لایه‌ی بالایی گوشته یک تکه نیستند و مانند پازل از بخش‌های متعددی تشکیل شده‌‌اند. اما این تکه‌های پازل مانند، ثابت نیستند و روی یکدیگر می‌لغزند و در برخی مواقع با یکدیگر برخورد می‌کنند. این تکه‌ها که به صفحه‌های تکتونیک معروف هستند، در لبه‌های خود ایجاد گسل می‌کنند و زلزله‌ حول همین مناطق رخ می‌دهد. عموما صفحه‌ها به‌آرامی حرکت‌ می‌کنند؛ درحالی‌که لبه‌های آن‌ها به یکدیگر قفل می‌شوند و جابه‌جا نمی‌شوند. زمانی که این صفحه‌ها به اندازه‌ی کافی حرکت کنند، ناگهان لبه‌ها نیز با سرعت بیشتر جابه‌جا می‌شوند که این موضوع منجر به ایجاد زلزله در اطراف گسل‌ها می‌شود.

حرکت صفحه‌ها نسبت به یکدیگر در سه جهت مختلف رخ می‌دهد؛ از یکدیگر دور می‌شوند که در این حالت مواد بخش گوشته‌ی زمین به سطح زمین فوران می‌کند. به یکدیگر نزدیک می‌شوند که لایه‌ها روی هم قرار می‌گیرند و حرکت می‌کنند. در نهایت، لایه‌ها در کنار یکدیگر می‌لغزند.

پیش‌لرزه و پس‌لرزه

پیش‌لرزه و پس‌لرزه‌ها نمونه‌های ضعیف‌تر زلزله‌ی اصلی هستند که قبل و بعد از آن رخ می‌دهند. البته تا زمانی که لرزش‌های زمین به پایان نرسیده باشد، نمی‌توان با اطمینان پیش و پس‌لرزه‌ها را مشخص کرد. این امکان وجود دارد که زلزله‌های به‌وقوع‌پیوسته همگی پیش‌لرزه باشند و نمونه‌ی اصلی هنوز رخ نداده است.

پیش‌لرزه و پس‌لرزه در منطقه‌ی مشابه با زلزله‌ی اصلی رخ می‌دهند. با این حال حد زمانی مشخصی برای پس‌لرزه‌ها وجود ندارد و ممکن است روزها یا حتی در برخی مواقع ماه‌ها پس از زمین‌لرزه‌ی اصلی رخ دهند.

امکان تعیین قطعی نوع زلزله‌ی رخ‌داده توسط دانشمندان، وجود ندارد. این موضوع بدین معنی است که پس از لرزش زمین، باید همواره آماده‌ی وقوع مجدد زمین‌لرزه باشیم. در صورت گذشتن چندین روز از وقوع آخرین زمین‌لرزه، می‌توان با اطمینان بالا از اتمام لرزش‌ها و نوع هر یک صحبت کرد.

علت لرزش زمین هنگام وقوع زلزله

زمانی که صفحه‌های بالایی زمین در حال حرکت هستند اما لبه‌های آن‌ها به یکدیگر گیر کرده‌‌اند، انرژی موجود به‌آرامی در این لبه‌ها ذخیره می‌شود. زمانی که این انرژی ذخیره‌شده بیش از نیروی اصطکاک بین دو صفحه‌ی مجاور می‌شود، ناگهان رها و به سطح زمین منتقل می‌شود. این انرژی در تمامی جهات و به شکل موج‌های لرزشی پخش و باعث لرزش زمین می‌شود.

بدین ترتیب نتیجه می‌گیریم که وقوع زلزله‌های کوچک و پیاپی، بهتر از رها شدن ناگهانی میزان زیادی از انرژی حول گسل‌ها است.

ثبت زلزله

زمین‌لرزه‌ها توسط دستگاه‌هایی به نام لرزه‌نگار ثبت می‌شوند. این دستگاه دارای یک پایه است که به‌سختی به زمین متصل می‌شود. در لرزه‌نگار‌ها جرم معلقی نیز وجود دارد که وظیفه‌ی اصلی ثبت زلزله را به عهده دارد. زمان وقوع زمین‌لرزه، پایه‌ی لرزه‌نگار جابه‌جا می‌شود؛ درحالی‌که جرم معلق در مکان خود ثابت است. فنر‌های متصل به این بخش از لرزه‌نگار، تمامی نیروهای وارده به آن را جذب می‌کنند تا کوچک‌ترین لرزشی در این جرم معلق رخ ندهد. بدین ترتیب و با توجه به تفاوت جابه‌جایی پایه و جرم معلق، وقوع زمین لرزه و شدت آن اندازه‌گیری می‌شود.

دانشمندان با استفاده از چندین لرزه‌نگار و اطلاعات دریافتی آن‌ها، قادر به تخمین دقیق کانون زلزله هستند.

نحوه اندازه‌گیری شدت زلزله

شدت زلزله به اندازه‌ی گسل و میزان لغزش لایه‌های پیرامون آن بستگی دارد. اما این پارامترها قابل اندازه‌گیری توسط دانشمندان نیستند. در همین راستا شدت زمین‌لرزه از داده‌های ثبت‌شده توسط لرزه‌نگار به دست می‌آید. نمودار‌ لرزه‌ای که توسط لرزه‌نگار ثبت می‌شود، از خطی تشکیل شده است که در هنگام وقوع زمین‌لرزه و با توجه به شدت آن جابه‌جا می‌شود. جابه‌جایی‌های اندک به معنی زمین‌لرزه‌های کوچک و جابه‌جایی‌های بزرگ‌تر به معنی نمونه‌های شدید است.

واحد اندازه‌گیری زلزله، ریشتر نام دارد. مقیاس ریشتر بیانگر میزان انرژی آزادشده در کانون زلزله است. اضافه شدن هر یک درجه به بزرگی زلزله، انرژی آزادشده آن را تقریباً ۳۱٫۶ برابر بیشتر می‌کند. بدین ترتیب و با توجه به رابطه‌ی لگاریتمی ریشتر، شاهد شیب افزایشی زیاد آن در درجات بالا هستیم.

امواج زمین لرزه

پس از وقوع زلزله، امواج آزادشده‌ی انرژی به‌سرعت در محیط اطراف پخش می‌شوند. پس از هر زلزله دو موج اصلی منتشر می‌شوند.

موج اول که موج اصلی (Primary) نام دارد، با سرعت زیاد در محیط منتشر می‌شود (موج P می‌تواند در مدت ۳۰ دقیقه قطر کره‌ی زمین را بپیماید). این موج پس از رسیدن به مناطق مسکونی حالتی مشابه تأثیر انفجار دارد و با فرکانس بالا ایجاد لرزش می‌کند که تشخیص آن از ایجاد لرزش در سطح مایعات یا صدای شیشه‌‌ها ممکن است. اموج اصلی را شاید بتوان اخطار اولیه‌ی وقوع زلزله دانست. موج‌های P به دلیل حرکت ناگهانی لایه‌ی زمین در راستای افقی ایجاد می‌شوند.

اما پس از موج اصلی، موج ثانویه (Secondary) در محیط منتشر می‌شود. این موج حامل انرژی اصلی آزادشده از گسل است و باعث حرکت بالا و پایین یا چپ و راست لایه‌های سطحی زمین می‌شود. بسته به فاصله از کانون زلزله، موج‌های P و S با فاصله‌ی چندثانیه‌ای رخ می‌دهند. درست همانند صاعقه که نور و صدای آن با فاصله‌ی زمانی در محیط منتشر می‌شوند. موج‌های S‌ به دلیل ماهیت خود، قابلیت تخریب زیادی دارند. بدین ترتیب در صورتی که لرزش‌های کوچکی حس کردید، بلافاصله به مکان امن مراجعه کنید و آماده‌ی موج اصلی باشید.

البته دسته‌بندی‌های دیگری نیز برای امواج زمین لرزه‌ها اعم از موج Surface و موج L شکل نیز وجود دارد. با این حال دسته‌های اصلی همان انواع P و S هستند.

در تصویر بالا، تأخیر ۸ ثانیه‌ای موج S نسبت به موج P را در کنار تفاوت میزان لرزش هر یک، مشاهده می‌کنید.

امکان پیش‌بینی زلزله

به‌طور خلاصه، امکان پیش‌بینی وقوع زلزله وجود ندارد. دانشمندان تاکنون روش‌های متعددی به کار گرفته‌اند که البته هیچ یک از آن‌ها توانایی تخمین دقیق زمان، مکان و شدت زلزله را ندارد. در این زمینه دانشمندان تنها با الگوی زلزله‌های رخ‌داده، به‌طور تقریبی سرعت لایه‌ها در اطراف گسل‌ را تخمین می‌زنند و پیش‌بینی حدودی از زمان وقوع زمین‌لرزه‌ی بعدی می‌دهند که خطای زیادی دارد. بدین ترتیب در صورتی که در مقاله‌ یا خبری با پیش‌بینی زلزله مواجه شدید، به هیچ وجه به آن استناد نکنید و با پخش کردن آن باعث ایجاد شایعه نشوید.

در برخی از مدرن‌ترین مراکز دنیا، مطالعاتی در خصوص آب و هوا و درک حیوانات از وقوع زلزله در آینده‌ی نزدیک، در حال انجام است که البته هنوز به هیچ نتیجه‌ای نرسیده است.