پيش‌بينی زلزله از رويا تا واقعيت

پنجم‌دی، روز ملی كاهش بلايای طبيعی

کد خبر: ۲۱۳۷۶۹

تاریخ: ۰۵ دی ۱۳۹۰ - ۰۸:۴۰

وقوع زلزله يكي از مخرب‌ترين و هراس انگيزترين پديده‌هاي طبيعي است كه از ديرباز دامنگير بشر بوده است. تفكر و تعقل در باره كاهش خسارات و مرگ و مير ناشي از آن نيز همواره يكي از قديمي ترين دغدغه‌هاي بشر بوده و هست. در اين ميان، مقوله پيش‌بيني زلزله بيش از هر موضوع ديگر توجه انسان را به خود جلب كرده است.

متخصصان و محققان در زمينه‌هاي مختلف بويژه پيش نشانگرها، مشغول تحقيق و تفحص هستند. نظرات متعدد و متناقض فراواني در اين حوزه مطرح است.

عده‌اي پيش‌بيني را غيرعملي و غيرواقع مي‌دانند و در مقابل، عده‌اي ديگر ضمن تمركز بر يك يا چند پيش نشانگر، پيش‌بيني وقوع زلزله را شدني مي‌دانند و حتي عده‌اي ديگر با اتكا به اين پيش نشانگرها، مدعي پيش‌بيني برخي زلزله‌هاي رخ داده شدند؛ از جمله پيش‌بيني زلزله آوريل سال جاري «آكوئيلا»ي ايتاليا توسط جيانپائولو جولياني با اتكا بر پيش نشانگر گاز رادون يا ادعاي پيش‌بيني زلزله بم توسط ژونگ هواشو، محقق چيني با اتكا بر مولفه ابرهاي زلزله و... اما اين‌كه بررسي اين پيش نشانگر‌ها در پيش‌بيني زلزله تا چه حد دقيق عمل مي‌كنند و قابل اتكا هستند، موضوعي است كه بايد از لابه‌لاي صفحات تحقيقات پژوهشگران يا از زبان متخصصان اين رشته شنيد.

پيش‌بيني زلزله

پيش‌بيني زلزله به معناي پيش‌بيني مكان، بزرگا و زمان وقوع زلزله است كه بر اساس پارامترهاي متعدد و متفاوتي انجام مي‌شود.

از لحاظ نظري كاملاً واضح است كه اگر پارامترهاي موثر در تنش‌هاي پوسته زمين را بدانيم، بايد بتوانيم زلزله‌ها را پيش‌بيني كنيم.

عقيده عمومي در دهه‌هاي 1960 و 1970 اين بود كه با بررسي دقيق سابقه حركات گسل‌ها، الگوهايي قابل پيش‌بيني به دست خواهند آمد. علاوه بر اين تصور مي‌شد الگوهاي غيرعادي كوتاه‌مدت رفتار حركات گسل‌ها پيش از زمين‌لرزه قابل پيش‌بيني هستند.

در نتيجه مي‌توان ساعت‌ها و روزها پيش از وقوع زمين‌لرزه به مردم اطلاع داد تا نواحي خطرناك را تخليه كنند اما امروز كاملاً روشن شده است كه پيش‌بيني وقوع زمين‌لرزه بسيار پيچيده‌تر از آن است كه ابتدا تصور مي‌شد.

امروزه مي‌دانيم زلزله‌ها چه از لحاظ زماني و چه از لحاظ مكاني پراكنده هستند.
امروز كاملاً روشن شده است كه پيش‌بيني وقوع زمين‌لرزه بسيار پيچيده‌تر از آن است كه ابتدا تصور مي‌شد زيرا زلزله‌ها چه از لحاظ زماني و چه از لحاظ مكاني پراكنده هستند.

به اعتقاد محمد ياسر رادان، دانشجوي دوره دكتري زلزله ‌شناسي پژوهشگاه بين‌المللي زلزله‌شناسي و مهندسي زلزله، اساساً دو ديدگاه كلي در بحث پيش‌بيني زلزله وجود دارد: اول، روش‌هاي آماري مبتني بر تاريخچه لرزه‌خيزي، مشخصات آماري زلزله‌ها و الگوهاي آماري وقوع زمين‌لرزه و دوم، روش‌هاي پيش نشانگري مبتني بر پايش تغييرات برخي پارامترهاي ژئوفيزيكي در نواحي زلزله‌خيز و بعضي موارد ديگر مثل رفتار حيوانات منطقه.

به طور كلي تقسيم‌بندي‌هاي متفاوتي از منظر گوناگون براي زلزله متصور است كه از بعد مقياس زمان مي‌توان پيش‌بيني را به چهار گروه بلند مدت، ميان مدت، كوتاه‌مدت و آني طبقه‌بندي كرد.

به اين ترتيب اگر پيش‌بيني زلزله حداكثر تا يك دهه انجام شود، پيش‌بيني بلندمدت تلقي مي‌شود، اگر پيش‌بيني براي بازه زماني چند هفته تا يك سال انجام گيرد، ميان‌مدت و اگر براي بازه زماني چند ساعت تا كمتر از يك ماه باشد، كوتاه‌مدت محسوب مي‌شود.

پيش‌بيني‌هاي بلندمدت و ميان‌مدت زلزله با استفاده از روش‌هاي آماري و پيش‌بيني زلزله‌هاي كوتاه مدت و آني با استفاده از روش‌هاي پيش نشانگري صورت مي‌گيرد.

فرضيه پيش‌بيني درازمدت

در اين حوزه دانشمندان از روش‌ها و رويكردهايي استفاده مي‌كنند تا زمان تقريبي وقوع (حداكثر تا يك دهه) زمين‌لرزه‌ها را در آينده درازمدت تخمين بزنند.

هيچ كدام از اين روش‌ها نمي‌توانند لحظه دقيق زماني يا بزرگاي دقيق زلزله را معين كنند، اما مي‌توانند تقريبي از آنها به دست دهند بنابراين اطلاعات مفيدي در اختيار خواهد بود كه احتياطات لازم در مواردي مانند مقاوم‌سازي ساختار بناها انجام شود.

به طور كلي، هدف از پيش‌بيني بلندمدت ارائه مدل بلندمدت رخ دادن زمين‌لرزه‌هاي بزرگ بر مبناي داده‌هاي زلزله‌شناسي، زمين‌شناسي و ژئودزي است.

كاربرد اين دسته از پيش‌بيني‌ها علاوه بر مقاوم‌سازي سازه‌ها، به انتشار آيين‌نامه‌هاي جديد ساختماني براي سازه‌هاي آينده، تنظيم طرح‌هاي امداد و كمك‌رساني، ملاحظات سياسي، اجتماعي و اقتصادي در برنامه‌هاي توسعه كشوري و شناسايي مناطق داراي خطرپذيري زياد به منظور احداث ايستگاه‌هاي پايش پيش‌نشانگرهاي زلزله كمك چشمگيري مي‌‌كند.

يافتن گسل‌هاي جديد

يافتن گسل‌هاي جديد علاوه بر گسل‌هاي از قبل فعال مي‌تواند به دانشمندان در پيش‌بيني بروز بالقوه زلزله‌ها در مكان‌هاي غيرمنتظره كمك كند.

شواهد متعددي در يك منطقه مي‌تواند به وجود گسل‌هايي دلالت كند كه براي مدت‌هاي بسياري در زمان‌هاي اخير حركت نكرده‌اند.

ازجمله اين گسل‌ها در چشم‌انداز منطقه برجستگي‌هاي مستقيم طولاني‌اي تشكيل مي‌دهند كه مي‌توانند توپوگرافي محلي و زهكشي طبيعي را تغيير دهند بنابراين آنها زمين‌هايي اعوجاج يافته و درياچه و حوضچه‌هايي تشكيل شده از انحناي زمين به سمت پايين به جاي مي‌گذارند.

آنها مي‌توانند محل ظهور چشمه‌ها باشند و به خاطر زهكشي طبيعي اغلب در طول مسيرشان از پوشش گياهي انبوهي پوشيده شده‌اند.

گسل‌ها را مي‌توان به وسيله بررسي‌هاي انعكاس امواج شناسايي كرد كه از طريق ثبت امواج انعكاس يافته كه يك شوك انفجاري از حد مرزهاي لايه‌هاي پوسته زمين انجام مي‌شود.

صخره‌هاي موجود در طول خطوط گسل گاهي به علت زلزله‌ها متلاشي مي‌شوند. همه يخچال‌ها و نهرها در طول شكاف‌هاي حاصل به راه مي‌افتند و ممكن است دره‌هاي بزرگي در طول يك گسل پوسته زمين به وجود آيد.

علائم زلزله قريب‌الوقوع

انواع بسيار متفاوتي از فعاليت‌هاي كوتاه‌مدت كه طول آنها از چند روز تا چند سال تغيير مي‌كند، قبل از زلزله‌هاي بزرگ ذكر شده‌اند. زلزله‌شناسان به دنبال الگوهاي منظم در چنين پيش‌درآمدهاي كوتاه مدتي هستند.

به طور كلي هر پارامتري كه قبل از وقوع زمين‌لرزه تغييراتي در آن پديد آيد، به گونه‌اي كه بتوان با بررسي دقيق اين تغييرات، زمين‌لرزه را پيش‌بيني كرد پيش‌نشانگر گفته مي‌شود.

تاكنون بيش از 30 پيش نشانگر شناخته شده است كه اهم آنها عبارتند از: تغيير شكل پوسته زمين، تغيير در تراز دريا، كج‌شدگي، تنجيدگي و تنجش‌هاي پوسته‌اي، پيش‌نشانگرهاي زمين مغناطيسي و ژئوالكتريكي، تغيير در ميدان گرانشي، پيش‌لرزه‌ها، انتشار گاز رادن، تغيير در دبي و ارتفاع آب‌هاي زيرزميني، رفتار حيوانات و... .

مقدمه‌اي براي وقوع يك زمين‌لرزه

محمدياسر رادان، پيش‌نشانگر را پديده‌اي به عنوان مقدمه وقوع يك زمين‌لرزه مي‌داند و از مشاهدات GPS InSAR و تغيير پارامترهاي فيزيكي پوسته در كانون زمين‌لرزه (شامل تغييرات سرعت امواج لرزه‌اي، تغييرات ناهمسانگردي امواج لرزه‌اي، تغييرات ميزان تضعيف امواج لرزه‌اي و تغييرات ساز و كار چشمه) را به عنوان پيش‌نشانگرهاي بلند و ميان‌مدت در پيش‌بيني زلزله ياد مي‌كند.

وي همچنين پيش‌لرزه‌ها، پيش‌نشانگرهاي زمين آبي (ميزان خروج گاز رادون از پوسته، ميزان خروج و انتشار گازهاي غيررادون از پوسته، تغيير در دبي چشمه‌ها و سطح آب‌هاي زيرزميني، تغيير در تركيب شيميايي و دماي آب‌هاي زيرزميني)، پيش‌نشانگرهاي ژئوفيزيكي (ژئومغناطيسي، ژئوالكتريكي، تشعشعات الكترومغناطيسي و اغتشاشات يونسفري و TEC)‌، پيش‌نشانگرهاي بيولوژيكي (نظير تغيير رفتار حيوانات، تغيير رنگ و ريزش برگ درختان و تغيير رفتار تك‌سلولي‌ها) و نيز پيش‌نشانگرهاي ژئودتيكي (ميزان خزش، ميزان لغزش، ميزان كرنش و ميزان كج‌شدگي) را ازجمله پيش‌نشانگرهاي كوتاه‌مدت در پيش‌بيني زلزله مي‌داند.

البته بنا بر ارزيابي IASPEI، انجمن بين‌المللي زلزله‌شناسي و فيزيك دروني زمين، از بين پيش‌نشانگرهاي مذكور ، پنج پيش‌نشانگر پيش‌لرزه، سكون لرزه‌اي، لرزش‌هاي قبلي، افزايش غلظت گاز رادن و كاهش دماي آب‌هاي زيرزميني و نيز تعيين سطح آب‌هاي زيرزميني بر اثر تغيير شكل پوسته داراي شرايط لازم براي صحت عملكرد هستند.

در اين ميان، استفاده از پيش‌نشانگرها در پيش‌بيني زلزله داراي نواقص و كاستي‌هايي است.

به عنوان مثال از يك طرف امواج ضربه‌اي پيشيني (foreshocks)‌، مجموعه‌اي از لرزه‌هاي خفيف يا دوره‌هاي بدون لرزه پيش از زلزله‌هاي بزرگ گزارش شده‌اند، در حالي كه آنها لزوما هميشه رخ نمي‌دهند.

رفتارهاي غيرعادي حيوانات نيز كه به عنوان پيش‌بيني‌كننده زلزله ذكر شده است، هميشگي نيست.

از طرف ديگر، تنش بسيار زياد صخره‌ها كه در شرف جابه‌جايي هستند، باعث گرم شدن، تغيير شكل و انبساط آنها پيش از زلزله مي‌شود، بنابراين شماري از تغييرات در پوسته زمين پيش از زلزله رخ مي‌دهد و دانشمندان از وسايل گوناگوني براي اندازه‌گيري و ثبت اين تغييرات استفاده مي‌كنند؛ هرچند هيچ كدام از اين موارد نيز پيش‌بيني‌كننده قطعي و دقيق زلزله نيستند.

گاهي زمين ممكن است در حد چند ميلي‌متر يا سانتي‌متر پيش از زلزله انحنا پيدا كند. انحناسنج‌هايي (Tiltmeter)‌ كه در سوراخ‌هاي عميق و با دقت حفر شده قرار داشته باشند، مي‌توانند اين پديده را كشف كنند.

تغييراتي در سرعت امواج لرزه‌اي در صخره‌هاي تحت تنش قرار گرفته نزديك به گسل يافت شده است. شكاف‌هاي ذره‌بيني در صخره تحت تنش قرار گرفته نسبت به جهتي كه تنش بر آنها وارد مي‌شود، به هم مي‌پيوندند و اين امر مي‌تواند بر چگونگي عبور لرزه‌هاي خفيف از ميان آنها تاثير بگذارد.

گاز رادون ممكن است از اين شكاف‌هاي ريز تازه به وجود آمده در يك صخره تحت فشار ساطع شود. آبي كه به درون صخره نفوذ مي‌كند، مواد شيميايي ازجمله رادون را از صخره جذب مي‌كند و در نتيجه محتواي شيميايي چنين موادي در آب چاه‌هاي منطقه افزايش مي‌يابد.

جريان يافتن آب‌هاي زيرزميني به درون شكاف‌هاي صخره‌ها ممكن است باعث كاهش سطح سفره آب زيرزميني منطقه شود. در بعضي صخره‌هاي نزديك به نقطه جابه‌جايي گسل ممكن است تغيير رسانايي الكتريكي ثبت شود.

دكتر مهدي زارع، معاون پژوهشي و رئيس مركز ملي پيش‌بيني زلزله پژوهشگاه بين‌المللي زلزله‌شناسي و مهندسي زلزله، درباره پيش‌بيني وقوع زلزله در آكويلاي ايتاليا توسط جولياني به استناد مولفه گاز رادون گفت: تغييرات گاز رادون در منطقه وي را از وقوع زلزله آگاه كرده بود، اما مكان و زمان دقيق آن را نتوانست بخوبي پيش‌بيني كند.

به اعتقاد رئيس مركز ملي پيش‌بيني زلزله تصاعد اين گازها نشان مي‌دهد با استفاده از اطلاعات و داده‌هاي طبيعي مي‌توان وقوع اين پديده را پيش‌بيني كرد كه به طور يقين در نسل‌هاي آتي با ساخت دستگاه‌هاي پيشرفته امكان‌پذير خواهد بود.

اگرچه در برخي مناطق اين گاز با توجه به شرايط زمين منطقه زياد است و در برخي مناطق اصلا وجود ندارد، ولي اندازه‌گيري آن بايد در شرايط خاص و با تجهيزات ويژه انجام شود و نمي‌توان در تمام نقاط يك شهر آن را انجام داد.

نمونه‌اي از پيش نشانه‌هاي طبيعي

اندازه‌گيري گازها زماني امكانپذير است كه از لايه‌هاي دروني به سطح زمين متصاعد شود.

به گفته دكتر زارع، در زلزله اخير در آكويلا در مركز ايتاليا، جيانپائولو جولياني اواسط ماه ژانويه 2009 براساس رصد تغييرات گاز رادون در آزمايشگاه ملي فيزيك برآورد كرد كه زمين لرزه‌اي احتمالا شديد در منطقه عمومي سولمونا (واقع در 50 كيلومتري آكويلا) حدود 30 ماه مارس (هشت روز قبل از وقوع) رخ خواهد داد.

البته در روز ياد شده اتفاق مهمي در سولمونا رخ نمي‌دهد، اما هشت روز بعد زمين‌لرزه اتفاق مي‌افتد كه بلافاصله پس از آن جولياني ادعا مي‌كند اين زمين‌لرزه همان پيش‌بيني اوست كه با تاخير رخ داده است. پس از اعلان اين خبر در سطح منطقه، بررسي‌هايي از سوي كميته ريسك ايتاليا انجام شد، اما كارشناسان اعلام كردند اين ميزان تغييرات گاز رادون در مناطق لرزه‌خيز معمول است و الزاما نشانه رخداد زلزله‌اي شديد نيست.

به دنبال اين خبر، دولت ايتاليا از جولياني خواست به گفتن چنين هشدارهايي خاتمه دهد، اما پس از رخداد زلزله آكويلا، مطبوعات و رسانه‌هاي خبري توجه بيشتري به پيش‌بيني جولياني كردند، اما موضع دولت و موسسه ژئوفيزيك رم اين بود كه اساسا پيش‌بيني درستي از سوي جولياني صورت نگرفته است.

زمين‌لرزه 6.3 ريشتري روز دوشنبه 17 ارديبهشت در آكويلاي ايتاليا اتفاق افتاد كه بر اثر آن حدود 250 نفر كشته و بيش از 17 هزار تن بي‌خانمان شده‌اند.

اين جمله اشتباه كه از اساس زلزله قابل پيش‌بيني نيست. معمولا براي كم كردن هراس و هيجان مردم در مواقع بحراني اين جمله بيان مي‌شود.

البته به نظر مي‌رسد وي دقت زيادي در پيش‌بيني محل كانون زلزله نداشته است. اما آنچه بايد در اين رخداد مورد توجه خاص قرار گيرد، آن كه اين زلزله با بزرگاي بيش از شش ريشتر در رده‌بندي‌هاي زلزله‌شناختي زلزله‌اي شديد تلقي مي‌شود و مهم‌تر اين است كه پيش‌نشانگري طبيعي در منطقه عمومي زلزله آكويلا (تغييرات گاز رادون) از حدود سه ماه قبل احتمالا نمايانگر فعاليت و جنبايي زمين ساختي اين ناحيه بوده است و نشان از موثر بودن رصد چنين پيش‌نشانگري حداقل در مواردي خاص از زمين‌لرزه‌ها دارد.

به اعتقاد دكتر زارع، زلزله ‌اخير در ايتاليا نمايانگر آن است كه شواهد پيش‌نشانگر زمين‌لرزه‌ها حتي اگر با دقت در حال حاضر قابل رصد نباشد، ولي وجود دارد و واقعيتي است كه امكان مطالعه دقيق آن بايد مورد بررسي بيشتر قرار گيرد.

سنجش دائمي تغييرات گاز رادون با استفاده از فيلم‌هاي راديولوژي در نقاط متعدد در داخل و نزديك شهرها و پيش‌بيني زلزله كار بزرگي است كه حتي موفقيت نسبي در آن ارزش پرداختن به موضوع را دارد. با توجه به اين‌كه اين گاز در همه مناطق وجود ندارد، نمي‌توان گفت وجود آن نشانه‌اي حتمي از وقوع زلزله است.

به گفته دكتر غلام جوان دولوئي، اين گاز با توجه به نوع سنگ و خواص آتشفشاني سنگ‌هاي هر منطقه با مناطق ديگر متفاوت است. اين گاز، حاصل از نوعي مواد مذاب آتشفشاني است.

رييس پژوهشكده زلزله‌شناسي پژوهشگاه زلزله‌شناسي و مهندسي زلزله مي‌افزايد: پيش‌بيني دانشمند ايتاليايي از وقوع زلزله اخير و هشدارهاي وي در حوالي آكويلاي ايتاليا از يك هفته قبل از وقوع فاجعه را نمي‌توان ناديده گرفت.

در واقع تا زمان آزادسازي انرژي برخي شواهد قابل مشاهده خواهد بود كه با اندازه‌گيري گازهاي متصاعد شده در منطقه با تجهيزات ويژه مي‌توان از وقوع زلزله آگاه شد اما اين نكته حائز اهميت است كه بايد در مناطق زلزله خيز تجهيزات اندازه‌گيري و آزمايشگاهي براي بررسي‌هاي اوليه وجود داشته باشد.

سال‌ها پيش در كوبه ژاپن نيز زلزله‌اي قوي رخ داد و قبل از اين حادثه از وجود گازهاي رادون به ميزان زياد خبر داده شده بود، اما شايد سيستم مديريت كشور به گونه‌اي بوده كه نخواسته با اعلام اين خبر نظم عمومي و امنيت اجتماعي برهم زده شود.

موانع اصلي در پيش‌بيني زلزله

متخصصان معتقدند يكي از موانع عمده در پيش‌بيني دقيق زلزله اين است كه گسل‌ها جدا از هم عمل نمي‌كنند. وقتي در يك گسل شكستي ايجاد مي‌شود، تنش حاصل مي‌تواند به گسل ديگري منتقل شود و اين مساله ادامه مي‌يابد.

تغيير كشش درون پوسته زمين الگوهايي با تغيير تدريجي دارد كه دانشمندان اطلاع دقيقي از آن ندارند.

همچنين مشكل اصلي در استفاده از پيش نشانگرها، نياز به ثبت مداوم و مستمر آنها و بررسي تغييرات حاصل است.

از طرف ديگر، به دليل دخيل بودن عوامل ديگر در پارامترهاي موجود، پيش‌بيني دقيق دچار اخلال مي‌شود و لازم است تا چند عامل پيش نشانگر به صورت همزمان مورد بررسي قرار گيرد.

با اين حال تلاش‌ها براي پيش‌بيني زلزله‌ها همچنان از راه‌هاي مختلف ادامه پيدا كرده است. اين تلاش‌ها در دو دهه گذشته عمدتا در سه حوزه متمركز بوده است.

منبع: جام جم