چرا باید به هزاران سال گذشته نگاه کنیم تا در پیش‌بینی زلزله‌ها ماهرتر شویم؟

زمین‌لرزه یا زلزله به لرزش ناگهانی پوسته‌ی زمین گفته می‌شود. دلیل وقوع زلزله را می‌توان افزایش بیش‌ازحد فشار به طبقات درونی زمین براثر تجمع انرژی در آن دانست. این فشار به گسستگی در سنگ‌های سطح زمین منجر می‌شود. حرکت صفحات زمین در امتداد این گسستگی‌ها با جابه‌جایی توأم است. لایه‌های بالایی سطح زمین همواره تحت‌تأثیر نیرو و تنش‌های متعددی هستند؛ اما زمانی‌که این تنش‌ها بیش‌از‌حد 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 عمق پایین‌تر از سطح زمان، نقطه‌ای وجود دارد که عامل اصلی ایجاد لرزه است و آن‌ را Hypocenter می‌نامند. امتداد این نقطه در سطح زمین Epicenter نام دارد که عموما از آن به‌عنوان مرکز زمین‌لرزه نام برده می‌شود. در تاریخ زندگی انسان روی کره‌ی زمین، زلزله‌های متعددی رخ داده است؛ زلزله‌هایی که به مرگ و خسارت‌های مالی اعجاب‌آوری منجر شده‌اند. در این مقاله، بررسی می‌کنیم که چرا باید به هزاران سال گذشته نگاه کنیم تا در پیش‌بینی زلزله‌ها ماهرتر شویم.

یازده مارس ۲۰۱۱، زمین‌لرزه‌ای ویرانگر در امتداد بخشی از گسل رخ داد که دانشمندان معتقدند بیش از هزار سال بود که از هم گسسته نشده بود. این زمین‌لرزه باعث ایجاد سونامی‌ای شد که مرگ بیش از پانزده‌هزار نفر در ژاپن و حادثه‌ی هسته‌ای جدی در نیروگاه فوکوشیما را به‌دنبال داشت. در پی زلزله‌ی نُه‌ریشتری و سونامی و ازکارافتادن ماشین‌آلات نیروگاه هسته‌ای شماره‌‌یک فوکوشیما متعلق به شرکت نیروی برق توکیو و نشت مواد رادیواکتیو، یکی پس از دیگری حادثه‌ی فجیعی به‌وقوع پیوست. بعد از حادثه‌ی چرنوبیل، متخصصان این حادثه را بزرگ‌ترین فاجعه‌ی اتمی می‌دانند و ازنظر پیچیدگی، آن را در مقام نخست فجایع اتمی جهان قرار می‌دهند؛ چرا‌که تمام رآکتورهای نیروگاه فوکوشیما در‌نتیجه‌ی این رویداد با مشکل مواجه شد.

در زمان وقوع زلزله، رآکتور ۴ خالی از سوخت بود و راکتورهای ۵ و ۶ خاموش و کاملا سرد بودند. باقی رآکتورها با وقوع زلزله به‌طورخودکار خاموش و ژنراتورهای اضطراری برای فعال‌کردن پمپ‌های آب و خنک‌کردن رآکتورها روشن شدند. محوطه‌ی نیروگاه با سدی دریایی محافظت می‌شد که برای مقابله با سونامی ۵٫۷ متری کفایت می‌کرد؛ ولی دربرابر امواج ۱۴ متری بی‌استفاده بودند که ۱۵ دقیقه بعد از زلزله آغاز شدند.

در نتیجه‌ی اتفاق یادشده، محوطه‌ی نیروگاه کاملا در آب غرق شد و ژنراتورها که در ارتفاعی پایین‌تر از سطح دریا و تابلوهای برق که در طبقه‌ی پایین رآکتورها قرار داشتند، همگی به زیر آب رفتند. براثر قطع ارتباط با شبکه‌ی برق و از‌کار‌افتادن پمپ‌ها، کار خنک‌کردن رآکتورها متوقف شد. سپس، دمای رآکتورها از حد مجاز افزایش یافت؛ در‌حالی‌که سیل و زلزله کمک‌رسانی را تقریبا ناممکن کرده بود.

این زلزله در فوکوشیما با بزرگی حدود ۹ درجه بزرگ‌ترین زلزله‌ی ژاپن از سال ۱۹۰۰ بود و در پی آن فجایع بسیاری رقم خورد و تمام محاسبات دقیق محققان ژاپنی و دیگر کشورها را دگرگون کرد. این زلزله در نزدیکی استان سندای در شمال‌شرقی ژاپن روی داد و کانون زلزله در ژرفای ۲۵ کیلومتری محدوده‌ای به مساحت حدود چهارصد در دویست کیلومتر بود و زمان گسیختگی گسل آن ۱۷۳ ثانیه (نزدیک به سه دقیقه) طول کشید.

براساس آمار رسمی کشور ژاپن‌، این زلزله با ۱۵،۶۵۰ نفر کشته، ۶۰۱۱ نفر مجروح و ۳۲۸۷ نفر ناپدید و تخریب یا آسیب به ۱۲۵،۰۰۰ ساختمان، خسارات فراوانی بر دوش این کشور بر جای گذاشت. پس از این زلزله، ۴.۴ میلیون ساختمان با قطع برق و ۱.۵ میلیون ساختمان با قطع آب مواجه شدند. زلزله‌ی فوکوشیما را می‌توان یکی از رویدادهای مخرب لرزه‌ای مهم در ابتدای سده‌ی بیست‌و‌یکمِ دنیای پیشرفته صنعتی دانست.

وقوع زمین‌لرزه در امتداد گسل‌هایی که صدها یا هزاران سال از هم گسسته نشده‌اند، امری متداول است؛ چراکه میزان حرکت تکنوتیکی در طول گسل‌های فردی از کمتر از یک میلی‌متر تا چندین سانتی‌متر در سال متفاوت است. هنگام زلزله‌های آسیب‌رسان، هر گسل می‌تواند چند ثانیه پس از شروع رویداد، یک متر یا بیشتر (بیش از بیست متر در زلزله‌ی ۲۰۱۱ ژاپن) بلغزد. قبل از وقوع چنین اتفاقی، صدها یا هزاران سال طول می‌کشد تا تنش کافی روی گسل ذخیره شود.

این فواصل طولانی میان زلزله‌های آسیب‌رسان ارزیابی خطرهای گسل را به امری دشوار تبدیل می‌کند؛ زیرا بسیاری از داده‌های اطلاع‌رسانی برآورد خطر ما به سوابق تاریخی مربوط است که به حداکثر صدها سال پیش باز می‌گردد. بااین‌حال، زمین اسرار زلزله‌های میلیون‌ها ساله را در صخره‌ها جا داده است. با مطالعه‌ی آن‌ها و گردآوری داده‌ها، می‌توان ایده‌ی بهتری درباره‌ی محل وقوع زلزله بزرگ بعدی مطرح کرد.

در صد سال اخیر، فقط از ابزارهای پیشرفته‌ی علمی برای اندازه‌گیری و پایش زمین‌لرزه‌ها و ثبت داده‌ها استفاده کرده‌ایم. سوابق مکتوب زمین‌لرزه‌ها به چند صد سال پیش بازمی‌گردد؛ اما با‌توجه‌به محاسبات خطر در رویدادهایی که در بازه‌ی زمانی نسبتا کوتاهی درمقایسه‌با متوسط مدت طولانی بین زمین‌لرزه‌ها روی گسل‌های منفرد رخ داده‌، ممکن است باعث شود اطلاعات مربوط به گسل‌های از‌هم‌گسسته‌نشده را از دست بدهیم.

به‌عنوان مثال، در آپنیس مرکزی در ایتالیا زمین‌لرزه‌ی سال ۲۰۱۶ به کشته‌شدن سیصد نفر در امتداد گسل شناخته‌شده‌ای منجر شد که در گذشته، منشأ هیچ‌یک از زلزله‌های تاریخی نبود. بیست‌و‌چهارم آگوست، این زمین‌لرزه‌ به بزرگی ۶٫۲ ریشتر در بخش مرکزی ایتالیا در جنوب پروجا در ۷۶ کیلومتری جنوب‌غربی شهر در عمق ۱۰ کیلومتری روی داد. شدت این زلزله به‌حدی بود که برخی ساختمان‌های رُم نیز چند ثانیه تکان خورده بودند. زمین‌لرزه‌های تاریخی به ما سرنخ می‌دهد چه نوع زلزله‌ای می‌تواند در نقاط خاصی رخ دهد. در همان منطقه‌ی زلزله و سونامی بزرگ ژاپن در سال ۲۰۱۱، زلزله‌ی سانریکو در سال ۸۶۹م رخ داده بود.

داده‌های زمین‌شناسی

اگرچه شواهد بلندمدت‌تری وجود دارد که می‌تواند کمک کند این امر ازطریق تجزیه‌و‌تحلیل زمین‌شناسان روی ساختارهای فیزیکی گسل‌ها و بررسی تغییرات در سطح زمین ناشی از حرکاتی است که در مدت میلیون‌ها سال اتفاق افتاده است. از این داده‌ها می‌توان برای شناسایی تغییر شکل حاصل از چندین زلزله در طول هزاره‌ها استفاده کرد. تکنیک‌ها شامل ردیابی همان سطح یا رسوب یا سازه‌تاریخ مندرج است که از‌طریق یک گسل جابه‌جا شده است و استفاده از آن برای اندازه‌گیری میزان حرکتی به‌کار گرفته می‌شود که در یک دوره‌ی زمانی یا مستقیما اندازه‌گیری یا از‌طریق زمان‌بندی نسبی وقایع مختلف زمین‌شناسی استنباط می‌شود.

همچنین، می‌توانیم از رسوبات برای شناسایی سونامی‌های گذشته استفاده کنیم. در ژاپن، محققان دریافتند کانسارهای سونامی در زیر سواحل و امتداد آن‌ها مدفون شده است که نشان‌دهنده‌ی میزان رسیدن سونامی در گذشته است. این موضوع به ما سرنخ‌هایی درباره‌ی مکان و اندازه‌ی آن‌ها می‌دهد. بنابراین چرا به‌صورت سنتی از چنین داده‌هایی در محاسبات خطر کاملا استفاده نمی‌شود؟ مسئله این است که جمع‌آوری چنین داده‌هایی شاید دشوار باشد و جزئیات کافی برای نشان‌دادن این حقیقت نداشته باشد که کدام گسل‌ها یا قسمت‌های یک گسل سریع‌تر از بقیه حرکت کرده‌اند. درصورت امکان دستیابی به داده‌های مرتبط و دقیق، استفاده از آن برای کسانی آسان نیست که گسل‌ها را مدل‌سازی و برای پیش‌بینی احتمال وقایع جدید تلاش می‌کنند.

گردآوری داده‌ها

دانشمندان برای پیش‌بینی زلزله‌ها راهکارهای مختلفی را مطالعه می‌کنند؛ مثلا جمع‌آوری داده‌های محیطی مناطق زلزله‌خیر و بررسی الگوی محیطی پیش و پس از وقوع زلزله. باوجوداین، فریدمن فرئوند (Friedemann Freund)، کریستال‌شناس دانشگاه سن‌خوزه‌ی کالیفرنیا، نظریه‌ی دیگری برای پیش‌بینی زلزله ارائه داده است. فرئوند عقیده دارد پیش از وقوع زلزله، مجموعه‌ای از موج‌ها دامنه‌ی مغناطیسی زمین را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند که درصورت شناسایی این تغییرات، می‌توان وقوع زلزله‌ها را به‌درستی پیش‌بینی کرد.

پس از مطالعه‌ی چندین زلزله در گوشه‌گوشه‌ی جهان، تیم فرئوند به نتایجی درباره‌ی وجود الگوهایی رسیدند. پیش از وقوع زلزله در مناطقی که این حادثه‌ی طبیعی در آن روی داده‌، پالس‌های منطقی در مرکز زلزله افزایش یافته است. این پالس‌ها قوی‌تر و فاصله‌ی زمانی انتشار آن‌ها نیز نزدیک‌تر شده است. برای مثال، می‌توان به زلزله‌ی ۵/۴ ریشتری روی‌داده در خارج سن‌خوزه اشاره کرد. هفته‌ها پیش از وقوع زلزله‌، دستگاه‌های تعبیه‌شده در این مناطق انتشار پالس‌های غیرمعمول مغناطیسی را در این منطقه ثبت کرده‌اند. ساعاتی پیش از وقوع زلزله نیز شدت این پالس‌ها شدیدتر شده و فاصله‌ی انتشار نیز به حداقل میزان موجود رسیده است. جوانا فاور واکر، مدرس ارشد در کاهش خطر زلزله، نیز به‌نقل از theconversation می‌گوید:

جزوی از گروهی هستم که به‌دنبال رفع این شکاف میان دسترسی است؛ بنابراین، کسانی که ریسک را محاسبه می‌کنند، شواهد موجود در دَه‌ها‌هزار سال را در مدل‌های خود می‌توانند ادغام کنند. گروهی بین‌المللی تشکیل داده‌ایم که از افراد باتجربه در جمع‌آوری داده‌های اولیه در زمین تا متخصصان ماهر در زمینه‌ی مدل‌سازی گسل در آن گرد هم آمده‌اند.

اولین تلاش ما تشکیل پایگاه داده‌ای است که نقشه‌‎برداری از گسل و نرخ لغزش آن را در قالب دسترسی آزاد گرد هم آورد. از این داده‌ها برای شناسایی گسل‌هایی استفاده می‌کنیم که بیشترین خطر را در سایت‌های خاص دارند. به‌عنوان مثال، با نگاهی به شهر لاکوئیلا در ایتالیا که در زلزله‌ی سال ۲۰۰۹ خسارت زیادی دید، یافته‌های اولیه نشان می‌دهد فقط گسل‌های نزدیک به شهر نیستند که به‌عنوان تهدید به شمار می‌روند؛ بلکه خطر فراوان گسل‌های سریع دور از شهر مانند حوزه‌ی فوچینو وجود دارد. این مسئله عامل زلزله‌ی سال ۱۹۱۴ بود که ۳۳ هزار نفر کشته بر جای گذاشت.

برای کاهش خطر زلزله‌ها چه کاری می‌توانیم انجام دهیم؟

زندگی روی کره‌ی زمین و حضور انسان روی آن، با بلایا و حوادث طبیعی متعددی عجین شده است که گریزی از آن نیست؛ بااین‌حال، با مدیریت صحیح و اقدامات پیشگیرانه و آگاه‌سازی جامعه می‌توان اثرهای این بلایا را کاهش داد. براساس آمارهای بین‌المللی، در ۲۷ سال گذشته تقریبا چهار‌میلیون نفر بر‌اثر بلایای طبیعی در جهان جان باخته‌ و بیش از سه‌میلیارد نفر آسیب دیده‌اند و افزون‌بر ۲۴۰ میلیارد دلار خسارت‌های مالی بر ساکنان زمین وارد شده است.

در زمینه‌ی پیش‌بینی زلزله‌ها قطعیتی وجود ندارد. تاکنون، دانشمندان روش‌های متعددی به‌کار گرفته‌اند که البته هیچ‌یک از آن‌ها زمان و مکان و شدت زلزله را نمی‌توانند دقیقا تخمین بزنند. آن‌ها تنها با الگوی زلزله‌های رخ‌داده به‌طور تقریبی سرعت لایه‌ها در اطراف گسل‌ را برآورد می‌کنند و پیش‌بینی حدودی از زمان وقوع زمین‌لرزه‌ی بعدی ارائه می‌دهند که در مواردی نیز خطای زیادی دارد. ازاین‌رو، اگر در مقاله‌ یا خبری با پیش‌بینی زلزله مواجه شدید، به‌هیچ‌وجه به آن استناد نکنید و با انتشارش شایعه نسازید.

در برخی از پیشرفته‌‌ترین مراکز دنیا، مطالعاتی در زمینه‌ی آب‌و‌هوا و درک حیوانات از وقوع زلزله در آینده‌ی نزدیک در حال انجام است که البته به نتیجه‌‌های چندان مطلوبی نرسیده است. بااین‌حال، برای کاهش مخاطرات زلزله در نقاط مختلف دنیا، مطالعات و تحقیقات جامعی درباره‌ی شناخت اثرهای زلزله بر سطوح شهری و تشخیص مناطق با خطر‌پذیری چشمگیر باید انجام شود. برنامه‌ریزی کاهش خسارات ناشی از زلزله در مناطقی با خطر‌پذیری زیاد با کاهش آسیب‌پذیری شهرها، خسارات و مخاطرات ناشی از وقوع زلزله را می‌تواند کاهش دهد. اولین فایده داشتن داده‌های کافی درباره‌ی خطر است تا دولت‌ها، مقام‌های حفاظت مدنی، بیمه‌ها و ساکنان بتوانند منابع را در اولویت قرار دهند.

در‌حال‌حاضر، زمین‌لرزه‌ها را نمی‌توان پیش‌بینی کرد یا تاریخ و زمان وقوع آن را گفت و مشخص نیست هرگز با دقت خواهیم توانست این کار را انجام دهیم یا خیر. باوجوداین، با تعیین مدل احتمالی می‌توان مشخص کرد که در چه مواقعی حوادث بیشتر و سنگین‌ترین خسارت انتظار می‌رود. تلفیق شواهد بلندمدت درک بهتری از علم در‌معرض خطر زلزله درمقایسه‌با استفاده‌ی صرف از سوابق تاریخی نسبتا کوتاه می‌تواند ارائه دهد؛ همان‌طور‌که در اکثر مشکلات زمین‌شناسی باید از هر سر نخ ممکن برای حل معمای وقوع زلزله استفاده کرد.