كيف تتشكل الزلازل وكيف يتم قياسها وما الذي تشرحه تكتونية الصفائح

الزلازل جزء روتيني من كيفية تصرف القشرة الخارجية للأرض، وليست شذوذاً عشوائياً أو غير متنبأ به. وفقاً للمسح الجيولوجي للولايات المتحدة (USGS)، تنقسم قشرة الكوكب إلى قطع كبيرة تسمى الصفائح التكتونية، والتي تتحرك ببطء وتنزلق فوق بعضها البعض وتصطدم. تحدث معظم الزلازل على طول الصدوع - خطوط الكسور في الصخور - الموجودة عند أو بالقرب من الحدود بين هذه الصفائح.

ما الذي يحدث فعلاً تحت الأرض

يصف المسح الجيولوجي الأمريكي العملية بأنها آلية ثلاثية المراحل تُعرف باسم الارتداد المرن. أولاً، عندما تتحرك الصفائح التكتونية، تعلق الحواف الخشنة والمتعرجة للصدع ببعضها البعض حتى وإن استمر بقية الصفيحة في التحرك، لذا يتراكم الضغط والطاقة في الصخور المحيطة. ثانياً، عندما يتجاوز القوة المتراكمة أخيراً الاحتكاك الذي يثبت حواف الصدع معاً، ينزلق الصخر فجأة. ثالثاً، تُطلق الطاقة المخزنة موجات زلزالية تهز الأرض - وهو الزلزال الذي يشعر به الناس.

غالباً ما يأتي النشاط الزلزالي في تسلسلات. يلاحظ المسح الجيولوجي الأمريكي أن الهزات الأصغر المسماة هزات تمهيدية قد تسبق الهزة الرئيسية الأكبر، لكن يتم تحديدها كهزات تمهيدية فقط بأثر رجعي، وأن الهزات اللاحقة - الزلازل الأصغر التي تتبع الهزة الرئيسية - يمكن أن تستمر لأسابيع أو أشهر أو حتى سنوات. وعلى الرغم من هذا الفهم للآليات، يؤكد المسح الجيولوجي الأمريكي بوضوح أن العلماء لا يستطيعون التنبؤ بموعد حدوث زلزال، حتى في المناطق التي يعلمون أن الزلازل فيها محتملة.

ثلاثة أنواع من حدود الصفائح، وثلاثة أنواع من الزلازل

تتفاعل الصفائح التكتونية بثلاث طرق مختلفة، وكل واحدة تنتج نمطاً زلزالياً مختلفاً، وفقاً لاستكشاف المحيطات بـ NOAA والمسح الجيولوجي الأمريكي. عند الحدود المتباعدة، تنفصل الصفائح وترتفع الحمم البركانية لتشكل قشرة محيطية جديدة؛ الزلازل شائعة هناك، مع ظهير وسط المحيط الأطلسي كمثال. عند الحدود المتقاربة، تصطدم الصفائح - غالباً ما ينزلق أحدها تحت الآخر - مما ينتج عنه زلازل قوية جنباً إلى جنب مع سلاسل جبلية وخنادق عميقة وسلاسل بركانية، وهو نمط مرئي حول حلقة المحيط الهادئ. عند حدود التحول، تتعطل الصفائح بجانب بعضها البعض دون إنشاء أو تدمير القشرة، مما يولد زلازل من خلال الاحتكاك؛ صدع سان أندريس بكاليفورنيا هو المثال القياسي.

كيف يسجل علماء الزلازل ويقيسون الزلزال

يتم الكشف عن الزلازل من خلال شبكة زلزالية عالمية، حيث تقيس كل محطة حركة الأرض في موقعها الخاص، كما يشرح المسح الجيولوجي الأمريكي. الجهاز الأساسي هو جهاز قياس الزلازل - عادة ما يكون بندولاً أو كتلة مثبتة على نابض - موضوع داخل مقياس زلازل يسجل الاهتزازات عند انزلاق الصخر وإشعاع الطاقة في موجات من المركز الزلزالي.

يميز علماء الزلازل بين قياسين منفصلين. الحجم يصف حجم الزلزال في مصدره ويكون نفس الرقم مهما كان المكان الذي يتم قياسه منه. الشدة، المقاسة على مقياس ميركالي المعدل، تصف الاهتزازات والضرر الذي يشعر به في موقع محدد، والذي يتغير تبعاً للمسافة من المصدر والظروف الأرضية المحلية.

مقياس ريختر مقابل حجم العزم

مقياس الحجم الذي سمع به معظم الناس - مقياس ريختر - تم تطويره بواسطة تشارلز ريختر في الثلاثينيات لقياس الزلازل في جنوب كاليفورنيا باستخدام محطات قياس زلازل قريبة؛ كان معروفاً من الناحية الفنية بـ ML، للدلالة على 'الحجم المحلي'، وفقاً للمسح الجيولوجي الأمريكي. يقيس أكبر تموج، أو سعة، مسجلة على جهاز معين يُسمى مقياس زلازل وود-أندرسون.

مع توسع شبكات قياس الزلازل في جميع أنحاء العالم، وجد الباحثون أن طريقة ريختر كانت صالحة فقط لنطاقات تردد ومسافة معينة، وأنها لم تستطع تسجيل الموجات منخفضة التردد التي تنتجها أكبر الزلازل - وهي قيود معروفة باسم التشبع. قدم علماء الزلازل لاحقاً مقياس حجم العزم (Mw)، الذي يقول المسح الجيولوجي الأمريكي إنه يعتمد على الكمية المادية 'للعزم' - مقدار الانزلاق على الصدع مضروباً في منطقة سطح الصدع التي انزلقت - مما يجعله صالحاً عبر النطاق الكامل لأحجام الزلازل. يُبلغ المسح الجيولوجي الأمريكي الآن عن أحجام الزلازل باستخدام حجم العزم.

ما مدى شيوع الزلازل؟

الزلازل أكثر تكراراً بكثير مما يدرك معظم الناس. يقع مركز المعلومات الزلزالية الوطني بالمسح الجيولوجي الأمريكي حوالي 12,000 إلى 14,000 زلزال كل عام. تلاحظ آيريس (مؤسسات البحث المدمجة لعلم الزلازل) أن عدد الزلازل المكتشفة قد زاد بمرور الوقت بشكل أساسي لأن شبكات قياس الزلازل أصبحت أكثر حساسية، وليس لأن الزلازل نفسها أصبحت أكثر تكراراً.

نظراً لأن مقياس حجم العزم لوغاريتمي، تؤكد آيريس أنه مقابل كل خطوة كاملة صعوداً في الحجم، ينخفض العدد السنوي للزلازل المسجلة في جميع أنحاء العالم بحوالي عامل عشرة، بينما تزداد الطاقة المنطلقة بحوالي عامل ثلاثين.

لماذا يهم هذا

إن فهم أن الزلازل هي نتيجة متوقعة للحركة المستمرة للصفائح - وليست أحداثاً معزولة لا يمكن تفسيرها - يشكل أساس خرائط المخاطر والأكواد البناء وأنظمة الإنذار المبكر المستخدمة في جميع أنحاء العالم. إطار حد الصفائح من المسح الجيولوجي الأمريكي و NOAA يشرح أيضاً لماذا تشهد مناطق معينة، مثل حلقة المحيط الهادئ أو منطقة صدع سان أندريس، زلازل متكررة على مدى الوقت الجيولوجي، حتى وإن لم يكن بالإمكان التنبؤ بأي حدث واحد مقدماً.