زلزله را می‌توان به عنوان یکی از فجیع‌ترین و مرگبارترین بلایای طبیعی شناخت. این پدیده که هر ساله در نقاط مختلفی از کره زمین رخ می‌دهد، گاهی می‌تواند تهدیدکننده جان انسان نیز باشد. در این مقاله قصد داریم با پدیده زلزله بیشتر آشنا شویم. علل این پدیده و ایمن‌سازی در برابر آن را توضیح می‌دهیم و بررسی می‌کنیم که آیا زلزله در سیارات دیگر نیز رخ می‌دهد یا خیر.
زمین لرزه چیست؟
پدیده زلزله که با نام « زمین لرزه » نیز شناخته می‌شود، درحقیقت لرزش پوسته زمین در نتیجه آزاد شدن ناگهانی انرژی در لایه‌ای از زمین به نام « لیتوسفر » است. شدت زمین لرزه می‌تواند متفاوت باشد، از زمین لرزه‌های ضعیف که نمی‌توان آن‌ها را احساس کرد تا آن دسته زمین لرزه‌هایی که به اندازه کافی شدید هستند تا یک شهر را تخریب کنند.
هر ساله حدود بیست هزار زمین‌لرزه در زمین رخ می‌دهد که براساس گزارش سازمان زمین‌شناسی ایالات‌متحده (USGS) معادل با 55 زلزله در هر روز سال است! خوشبختانه تعداد زیادی از این موارد آن‌قدر ناچیز هستند که نه‌تنها هیچ خسارتی وارد نمی‌کنند، بلکه ما هم آن‌ها را احساس نمی‌کنیم.
زلزله چگونه رخ می‌دهد؟
زلزله زمانی رخ می‌دهد که مقدار زیادی انرژی ذخیره‌شده در مرکز زمین به شکل امواج لرزه‌ای در پوسته زمین آزاد می‌شود. درحقیقت این امواج از مرکزی با نام « hypocenter » به‌سمت لایه‌های بیرونی می‌آیند و درنتیجه پوسته زمین شروع به ارتعاش یا لرزیدن می‌کند. اما این انرژی از کجا می‌آید؟
علت زلزله چیست؟
زمین‌لرزه‌ها توسط فرایندهای مختلفی ایجاد می‌شوند که معروف‌ترین آن‌ها عبارتند از: فوران‌های آتشفشانی، رانش زمین و حتی برخورد شهاب‌ها با زمین. اما شایع‌ترین علت زمین‌لرزه برخورد صفحات پوسته زمین یا « صفحات تکتونیک » با یکدیگر است.
همان‌طور که می‌دانید، زمین از چند لایه تشکیل شده است که به‌ترتیب از داخلی‌ترین لایه به بیرونی‌ترین عبارتند از: هسته، گوشته و پوسته. هرکدام از این نواحی قطر مخصوص به خود را دارند و از مواد متفاوتی تشکیل شده‌اند. گوشته و پوسته نیز خود از لایه‌های مختلف تشکیل شده‌اند. در مرکز زمین که هسته در آن قرار دارد، دما به‌حدی بالاست که تمام مواد در حالت مذاب قرار دارند. به‌تدریج با حرکت به‌سمت پوسته، دما کاهش می‌یابد و مواد فرصت سفت‌وسخت شدن دارند.
در حد فاصل گوشته و پوسته، میان لایه « استنوسفر » که به‌عنوان آخرین لایه گوشته که به پوسته متصل است، شناخته می‌شود و همچنین « لیتوسفر » که بیرونی‌ترین لایه پوسته زمین است – همان لایه‌ای که ما روی آن قدم می‌گذاریم – صفحاتی قرار دارند که شبیه به تکه‌های یک پازل هستند. این صفحات همواره در اثر انرژی واردشده از گرمای هسته زمین که به‌سمت بالا (بیرون) می‌آید، درحال حرکت هستند. به عبارت دیگر، می‌توان گفت این صفحات همواره درحال لیزخوردن روی لایه بیرونی گوشته زمین هستند.
دما در لایه استنوسفر از 1300 تا 1700 درجه سانتی‌گراد متغیر است. اگر سطح زمین را مبدأ اندازه‌گیری ارتفاع در نظر بگیریم، این لایه ارتفاع 100 تا 250 کیلومتر زیر زمین را پوشش می‌دهد. دمای بالا در این لایه سبب می‌شود تا علی‌رغم جامد‌بودن مواد تشکیل‌دهنده، خاصیت ارتجاعی افزایش یابد و استنوسفر به یک لایه جاری تبدیل شود! این لایه انعطاف‌پذیر می‌تواند به‌آرامی تحت همرفت گرما جریان یابد و به حرکت ماگما و سنگ‌ها در زمین کمک کند. همین مسئله سبب حرکت صفحات تکتونیک نیز می‌شود.
هنگامی که دو صفحه سعی می‌کنند از کنار یکدیگر عبور کنند، اصطکاک مانع این می‌شود که بتوانند به‌راحتی سر بخورند و درنتیجه تنش میان صفحات در نقطه تماس ایجاد می‌شود. بااین‌حال، این مسئله سبب توقف صفحات نمی‌شود و صفحات درنهایت به حرکت خود در چنین شرایطی ادامه می‌دهند. اما میزان انرژی این تنش به‌صورت امواج آزاد شده و از درون زمین به سطح می‌آید که در اثر آن زلزله رخ می‌دهد. نقطه‌ای از سطح زمین که مستقیماً بالای کانون یا مرکز زمین‌لرزه قرار دارد، به‌عنوان کانون زمین‌لرزه شناخته می‌شود.
طبق گزارش‌های منتشرشده از سوی USGS، زلزله می‌تواند در هر نقطه‌ای بین سطح زمین و حدود 700 کیلومتری عمق زمین ایجاد شود. زمین‌لرزه در امتداد لبه‌های صفحه‌های تکتونیک شایع است و براساس اطلاعات سازمان زمین‌شناسی بریتانیا، بیش از 80 درصد زلزله‌ها در اطراف منطقه‌ای به نام « حلقه آتش » در اطراف اقیانوس آرام رخ می‌دهند. بااین‌حال، برخی از زلزله‌ها می‌توانند دور از لبه و درست در وسط صفحه تکتونیک ظاهر شوند. این دسته از زمین‌لرزه‌ها با عنوان « زلزله‌های درون‌صفحه‌ای » شناخته می‌شوند و اگرچه اطلاعات کمی در مورد آن‌ها موجود است، اما برخی دانشمندان معتقدند که این زلزله‌ها ناشی از گسل‌هایی هستند که از قبل وجود داشته‌اند و مدت‌ها پیش در پوسته زمین شکل گرفته و حال فعال شده‌اند.
زلزله چگونه اندازه گرفته می‌شود؟
شاخه‌ای از علم مربوط به زلزله و رویدادهای مرتبط با آن را با عنوان « زلزله‌شناسی » تعریف می‌کنند. دانشمندان فعال در این حوزه، به بررسی ویژگی‌های مرتبط با زلزله می‌پردازند. « لرزه‌نگار » ابزاری است که برای تشخیص و اندازه‌گیری حرکات زمین ناشی از فعالیت لرزه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. براساس گزارش سازمان زمین‌شناسی بریتانیا، لرزه‌‌نگاری ثبت حرکات زمین به کمک ابزار مذکور است. یک لرزه‌سنج ساده شامل قلمی است که به یک جرم متصل شده. هنگامی که زلزله رخ می‌دهد و زمین حرکت می‌کند، این جسم نیز حرکت کرده و حرکات خود را روی یک پوسته کاغذی درحال چرخش ثبت می‌کند. این یک روش ثبت زمین‌لرزه به‌صورت دوبعدی است. لرزه‌نگارهای پیشرفته‌تر حرکات زمین را در سه بعد ثبت می‌کنند: بالا و پایین، شرق به غرب و شمال به جنوب. دانشمندان با کمک داده‌هایی که به این صورت ثبت می‌شوند، می‌توانند اندازه زلزله رخ‌داده را محاسبه کنند که به آن (به‌صورت تخصصی) « بزرگی زلزله » نیز گفته می‌شود.
مقیاس ریشتر شاید شناخته‌شده‌‌ترین روش برای اندازه‌گیری بزرگی زمین‌لرزه باشد. این مقیاس لگاریتمی که در سال 1935 توسط « چارلز اف ریشتر » ساخته شد، اولین‌بار برای مقایسه اندازه زمین‌لرزه‌ها در کالیفرنیا مورد استفاده قرار گرفت.
مقیاس ریشتر از 1 تا 10 تقسیم‌بندی می‌شود و افزایش آن به‌صورت لگاریتمی است. به بیان دیگر، افزایش به‌اندازه یک مقدار برابر با افزایش 10 برابری در میزان بزرگی زلزله است. بزرگی زمین‌لرزه ثبت‌شده نیز مربوط به دامنه امواج ثبت‌شده توسط لرزه‌نگار است. در این اندازه‌گیری، فاصله از خط مرکز موج تا قله موج یا قعر موج مورد‌توجه است.
یکی از مشکلات این تکنیک این است که دامنه امواج زمین‌لرزه نه‌تنها تحت تأثیر خود زلزله است، بلکه از فاصله بین لرزه‌سنج و مرکز زلزله و حتی نوع سنگی که امواج از آن عبور می‌کنند نیز تأثیر می‌پذیرد. به‌این‌ترتیب، برای محاسبه تغییرات شرایط در هر زلزله، باید تنظیمات مختلفی در داده‌های لرزه‌سنج انجام شود، به‌طوری که بزرگی محاسبه‌شده صرف‌نظر از جایی که زلزله در آن اندازه‌گیری شده است، یکسان باشد.
به گفته USGS، از آنجایی که با پیشرفت تکنولوژی لرزه‌سنج‌های بیشتری در سراسر جهان نصب می‌شدند تا میزان بزرگی زلزله را در نواحی مختلف در طول سال اندازه بگیرند، تنظیم لرزه‌سنج با مقیاس ریشتر با هدف به‌دست‌آوردن نتایج یکسان در اندازه‌گیری دشوار شد و دانشمندان دریافتند این مقیاس فقط برای محدوده‌های خاصی از فرکانس و مسافت کارایی دارد.
بنابراین دانشمندان مقیاس جدیدی را ارائه دادند که می‌تواند بدون این مشکلات در سراسر جهان مورد استفاده قرار گیرد. این مقیاس جدید « قدر لحظه » نام دارد. لحظه به میزان مقدار انرژی آزاد‌شده در زمان زمین‌لرزه مربوط است که در مساحت سطح گسل ضرب می‌شود. این مقیاس را می‌توان با استفاده از لرزه‌نگارها تخمین زد و مربوط به کل انرژی آزاد‌شده در زلزله است. درواقع بزرگی یا قدر لحظه‌ای قابل اطمینان‌ترین روش تخمین اندازه زمین‌لرزه است.
مقیاس دیگری که در مطالعات مرتبط با زلزله به‌کار گرفته می‌شود، مقیاس « شدت مرکالی اصلاح‌شده » یا « MM » است. این مقیاس میزان تأثیر زلزله بر سطح زمین را بیان می‌کند و مقیاسی مبهم است؛ زیرا براساس مقادیر عددی نیست، بلکه یک رتبه‌بندی براساس اثرات قابل مشاهده در سطح زمین است. این مقیاس می‌تواند اندکی گمراه‌کننده باشد، زیرا رتبه‌ای که دو منطقه آسیب‌دیده با شدت یکسان دریافت می‌کنند، نهایتاً متفاوت است و این بستگی به سطوح مختلف آمادگی دو ناحیه در برابر زلزله، مقاومت سازه‌ها و زیرساخت‌هایشان دارد.
آیا می‌توان زلزله را پیش‌بینی کرد؟
پیش‌بینی زلزله یکی از شاخه‌های علم لرزه‌شناسی است که در آن به تعیین زمان، مکان و بزرگی زمین‌لرزه‌های آینده می‌پردازند.
در دهه ۱۹۷۰، دانشمندان باور داشتند که پیشرفت تکنولوژی به آن‌ها کمک خواهد کرد تا با استفاده از روشی بتوانند زمین لرزه را پیش‌بینی کنند. اما در دهه ۱۹۸۰ شکست‌های پی در پی در پیش‌بینی این رخداد سبب شد تا دانشمندان به این سوال فکر کنند که آیا واقعا می‌توان زلزله را پیش‌بینی کرد یا خیر؟
با گذشت دهه‌ها از زمان مذکور، اما هنوز دانشمندان نتوانسته‌اند روشی موثق و دقیق برای پیش‌بینی زلزله ارایٔه دهند. دانشمندان حالا باور دارند که پیش‌بینی این رخداد ذاتا غیرممکن است.
چگونه در برابر زلزله ایمن شویم؟
دانشمندان با مطالعه گزارش‌ها و داده‌های جمع‌آوری‌شده از زلزله از سال 1900 تاکنون، دریافته‌اند سالانه تقریباً 16 زلزله بزرگ در زمین رخ می‌دهد. زلزله بزرگ به آن دسته زلزله‌ها با مقیاس 7 ریشتر یا بیشتر گفته می‌شود. طبق گزارش USGS، در 40 تا 50 سال گذشته، تعداد زلزله‌ها تقریباً 12 برابر بیشتر از این مقدار بوده که امری نگران‌کننده است.
قوانین ساخت‌وساز در بسیاری از مناطقی که مستعد زمین‌لرزه هستند، به‌شدت سختگیرانه است تا اطمینان حاصل شود که سازه جدید با به‌کارگیری تکنولوژی‌های جدید در برابر زلزله مقاوم است. نمونه‌های بیشماری از پیشرفت‌های ساختمانی در این مورد وجود دارد که از میان آن‌ها می‌توان به ضربه‌گیرهای لاستیکی در پایه‌ها برای کمک به جذب لرزش یا قاب‌های فولادی با ساختار ویژه برای جلوگیری از پیچ‌وتاب‌خوردن ساختمان و حفظ یکپارچگی چهارچوب ساختمان اشاره کرد.
نکته قابل‌توجه این است که تکنولوژی ساخت به‌اندازه‌ای پیشرفت کرده که آسمان‌خراش‌های بزرگ نیز می‌توانند در برابر زمین‌لرزه مقاوم شوند. در ساخت برخی از آسمان خراش‌ها از توپ‌های تثبیت‌کننده بزرگی استفاده می‌شود که « دمپر » نام دارند و اساساً به‌عنوان آونگ‌های غول‌پیکری عمل می‌کنند که ضربه را جذب کرده و انرژی آن را به‌صورت انرژی حرکتی در خود تخلیه می‌کنند تا از آسیب‌رسیدن به سازه جلوگیری شود. این دمپرها علاوه بر آنکه در زمان زلزله از ساختمان محافظت می‌کنند، درصورت وزش باد شدید یا طوفان نیز اجازه نمی‌دهند آسیبی ناشی از حرکت یا ارتعاش به ساختمان وارد شود.
بزرگ‌ترین زمین‌لرزه ثبت‌شده
بزرگ‌ترین زلزله‌ای که تاکنون ثبت شده است، در سال 1960 رخ داد که بزرگی آن 9.6 ریشتر بود و در شیلی اتفاق افتاد. براساس گزارش‌های منتشرشده، مرکز این زمین‌لرزه در نزدیکی منطقه « لوماکو » در جنوب سانتیاگو بود که منطقه « والدیویا » با تخریب خانه 2 میلیون نفر، 3 هزار زخمی و 1655 کشته بیشترین آسیب را از این زلزله دید.
این زلزله در تاریخ 22 می در ساعت 19:11 دقیقه رخ داد و چنان قدرتمند بود که حدود ده دقیقه طول کشید. امواج سونامی ناشی از این زلزله تا 25 متر ارتفاع داشتند و سواحل شیلی را نابود کردند.
دانشمندان در توضیح علل این زلزله این‌طور توضیح داده‌اند که شیلی در امتداد حلقه آتش اقیانوس آرام قرار دارد؛ منطقه‌ای شناخته‌شده با لرزه‌خیزی بالا. امروزه شیلی را (به‌دلیل موقعیت جغرافیایی‌اش) به‌عنوان یکی از فعال‌ترین کشورهای جهان از نظر لرزه‌ای می‌شناسند.
آیا زلزله فایده‌ای دارد؟
شاید تعجب‌آور باشد اگر بشنوید که زمین‌لرزه می‌تواند فوایدی را نیز با خود به‌همراه داشته باشد. زمین‌لرزه می‌تواند اطلاعات بسیار مفیدی از فضای داخلی زمین، ساختار لایه‌ها و جنس مواد در اختیار دانشمندان قرار دهد. آن‌ها به کمک اطلاعاتی که از زلزله به‌دست می‌آورند، قادر هستند ارتفاع لایه‌های مختلف زمین را تخمین بزنند و جنس مواد تشکیل‌دهنده آن را بررسی کنند.
هنگامی که لرزه‌سنج‌ها در سراسر جهان امواج لرزه‌ای را ثبت می‌کنند، درحقیقت اطلاعات مرتبط با ویژگی‌های آن‌ها همانند سرعت امواج را ثبت می‌کنند که سرعت به‌خودی‌خود می‌تواند اطلاعات ارزشمندی را در مورد ترکیب ساختار درونی زمین، دما و فشار موادی که امواج از آن عبور کرده‌اند، در اختیار دانشمندان قرار دهد.
مکان و بزرگی یک زلزله همچنین می‌تواند دریچه‌ای برای درک فرایندهای تکتونیکی زمین باشد. به گفته مؤسسه اقیانوس‌شناسی « Woods Hole »، افزایش دانش زمین‌شناختی به دانشمندان کمک می‌کند که محاسبات خود را در مورد احتمال رخداد زلزله در امتداد گسل‌های خاص افزایش دهند.
آیا زلزله در سیارات دیگر هم رخ می‌دهد؟
اطلاعات دانشمندان تاکنون بیان کرده است که سیاره دیگری را نمی‌شناسیم که دارای یک لیتوسفر تقسیم‌شده به صفحات واقعی باشد که تحت فرایندهای تکتونیکی قرار بگیرد. البته این بدان معنا نیست که زمین‌لرزه هیچ‌جای دیگری در منظومه شمسی وجود ندارد، بلکه تنها راه ایجاد آن از طریق برخورد صفحات تکتونیک نیست.
ماه‌لرزه‌ها و مریخ‌لرزه‌ها هر دو شناسایی شده‌اند و به محققان این امکان را می‌دهند که در داخل این سیارات دوردست کاوش کنند. به گفته دانشمندان، ماه‌لرزه‌ها ناشی از موارد زیر هستند:
- برخورد شهاب‌سنگ‌ها به سطح ماه
- کشش گرانشی زمین که باعث کشیده‌شدن و فشردگی مواد درونی ماه می‌شود
- تغییرات شدید دما در سطح ماه که سبب شکستن پوسته می‌شود
- و درنهایت گرمایش خورشید که سبب زمین‌لرزه‌های حرارتی می‌شود
به گزارش مجله تحقیقات و نوآوری اتحادیه اروپا، اولین لرزه‌سنج در طول مأموریت « آپولو ۱۱ » روی ماه قرار گرفت و توسط « باز آلدرین » که پای خود را برای اثبات حضورش بر سطح ماه می‌کوبید، مورد آزمایش قرار گرفت. چندین لرزه‌سنج دیگر در مأموریت‌های بعدی آپولو روی ماه قرار گرفتند تا داده‌های ارزشمند زلزله در سطح قمر زمین را ثبت کنند.
لرزه‌سنج‌ها تا سال ۱۹۷۷ فعال بودند. دانشمندان هنوز درحال تجزیه‌وتحلیل داده‌های جمع‌آوری‌شده از این ابزار هستند. متأسفانه هم‌اکنون هیچ لرزه‌سنج فعالی روی ماه وجود ندارد.
دانشمندان امیدوارند در مأموریت‌های آینده ماه (مأموریت‌های آرتمیس ) بتوانند لرزه‌سنج‌های پیشرفته‌تر امروزی را روی ماه مستقر کنند تا اطلاعات بیشتری در مورد ساختار درونی آن به‌دست آورند.
از سوی دیگر، برای آنکه اطلاعات خود را از زلزله‌های سیاره سرخ کامل کنیم، احتمالاً باید بیشتر منتظر بمانیم. اولین مریخ‌لرزه توسط کاوشگر مریخ « InSight » ناسا در ۶ آپریل ۲۰۱۹ شناسایی شد. در این کشف، از ابزار « SEIS » استفاده شد. از آن زمان، این کاوشگر بیش از ۱۳۰۰ مریخ‌لرزه را شناسایی کرده که بزرگ‌ترین آن‌ها زلزله‌ای با قدرت ۵ ریشتر بوده است. این زلزله که در ۴ می ۲۰۲۲ رخ داد، بزرگ‌ترین زلزله‌ای بوده که تاکنون در سیاره‌ای غیر از زمین شناسایی شده است.
چند نکته جالب!
- طولانی‌ترین زلزله ثبت‌شده در تاریخ در حدود ده دقیقه طول کشید. این زلزله در سال ۱۸۶۱ در جزیره‌ای در اندونزی رخ داد و بزرگی ۸.۵ ریشتری داشت.
- یک زلزله متوسط (حدود ۴ تا ۶ ریشتر) حدود یک دقیقه طول می‌کشد.
- حداقل پانصد هزار زلزله در هر سال در کره زمین رخ می‌دهد.
- زمین‌لرزه‌هایی که در زیر اقیانوس رخ می‌دهند، می‌توانند سبب سونامی شوند.
- حداقل در هر سال یک زلزله با بزرگی ۸ ریشتر یا بیشتر در کره زمین رخ می‌دهد.
- بیشتر زمین‌لرزه‌ها در عمق حدود ۸۰ کیلومتری از سطح زمین رخ می‌دهند.
خلاصه: زلزله چیست؛ به زبان ساده
پدیده زلزله درحقیقت لرزش پوسته زمین در نتیجه آزاد شدن ناگهانی انرژی در لایه‌ای از زمین به نام لیتوسفر است. هر ساله حدود بیست هزار زمین‌لرزه در زمین رخ می‌دهد که براساس گزارش سازمان زمین‌شناسی ایالات‌متحده (USGS) معادل با 55 زلزله در هر روز سال است! خوشبختانه تعداد زیادی از این موارد آن‌قدر ناچیز هستند که نه‌تنها هیچ خسارتی وارد نمی‌کنند، بلکه ما هم آن‌ها را احساس نمی‌کنیم. زمین‌لرزه‌ها توسط فرایندهای مختلفی ایجاد می‌شوند که معروف‌ترین آن‌ها عبارتند از: فوران‌های آتشفشانی، رانش زمین و حتی برخورد شهاب‌ها با زمین. اما شایع‌ترین علت زمین‌لرزه برخورد صفحات پوسته زمین یا صفحات تکتونیک با یکدیگر است.
