زمین لرزه یکی از وحشتناک ترین پدیده های طبیعت محسوب می شود. اغلب زمینی را که روی آن ایستاده ایم، به صورت تخته سنگ های صلب و محکمی تصور می کنیم که از استحکام زیادی برخوردار است. هنگامی که زمین لرزه ای روی می دهد برای لحظه ای این تصور بر هم می ریزد، اما طی همان لحظه کوتاه خسارت های شدیدی وارد می شود. با توجه به پیشرفت هایی که در حوزه علوم مختلف صورت گرفته است، دانشمندان توانسته اند نیروهایی را که باعث زمین لرزه می شود، شناسایی کنند. علاوه بر آن با استفاده از فناوری های نوین می توان شدت یک زلزله و مکان آن را حدس زد. مهم ترین کار باقی مانده آن است که راهی برای پیش گویی زمین لرزه بیابیم تا مردم هنگام وقوع آن غافلگیر نشوند.
تکان های زمین:
زمین لرزه در واقع ارتعاشی است که در طول پوسته زمین به حرکت در می آید. اگر یک کامیون بزرگ از نزدیکی منزل شما عبور کند، خیابان را به لرزه می آورد و شما احتمالاً لرزه های خانه را احساس می کنید، در این حالت می توان گفت که زمین لرزه کوچکی رخ داده است، اما کلمه زمین لرزه معمولی به حوادثی اطلاق می شود که در آن منطقه بزرگی همانند یک شهر تحت تأثیر این لرزش قرار گیرد.
برای وقوع یک زمین لرزه چند دلیل می توان ذکر کرد:
- فوران گدازه های آتشفشانی
- برخورد یک شهاب سنگ
- انفجارهای زیرزمینی (برای مثال یک آزمایش هسته ای زیرزمینی(
- فرو ریختن یک سازه (همانند تخریب یک معدن(
اما اصلی ترین دلیل وقوع زمین لرزه را می توان حرکات صفحه های (Plates) زمین دانست.هر از گاهی در اخبار می شنویم که زمین لرزه ای روی داده است، اما باید دانست که زمین لرزه پدیده ای است که هر روز در کره زمین روی می دهد. براساس تحقیقات جدید هرساله حدود سه میلیون زمین لرزه روی می دهد، یعنی هشت هزار زمین لرزه در روز یا هر 11 ثانیه یک زمین لرزه.
- حرکت صفحه ها در خلاف جهت یکدیگر و دور شدن از هم.
- ضمن حرکت در خلاف جهت به همدیگر بمالند.
اگر دو صفحه از یکدیگر دور شوند گدازه هایی که از سنگ های مذاب تشکیل شده اند، از بین صفحه های پوسته زمین خارج می شوند (این عمل اغلب در کف اقیانوس ها روی می دهد) هنگامی که این گدازه ها سرد شوند، سخت شده و به شکل پوسته های جدید در می آیند که فاصله بین دو صفحه را پر می کنند. اگر دو صفحه به سمت یکدیگر به حرکت درآیند، معمولاً یک صفحه به زیر صفحه دیگر می خزد. در بعضی موارد، هنگامی که دو صفحه به یکدیگر فشار می آورند، برای هیچ کدام از صفحه ها امکان ندارد که به زیر صفحه دیگر برود، در این صورت این دو صفحه ضمن فشار آوردن به همدیگر یک رشته کوه را به وجود می آورند. در بعضی مواقع نیز صفحه ها ضمن عبور از کنار یکدیگر به همدیگر فشار وارد می کنند. برای مثال تصور کنید یک صفحه به سمت شمال و دیگری به سمت جنوب حرکت کند. در این صورت این صفحه ها از محل تماس به یکدیگر نیرو وارد می سازند.
در جایی که این صفحات به یکدیگر می رسند، گسل تشکیل می شود. در حقیقت گسل ترک هایی در پوسته زمین است که در دو طرف صفحه هایی که در خلاف جهت یکدیگر در حال حرکت هستند، مشاهده می شود. احتمال وقوع زلزله در اطراف خطوط گسل بیشتر از هر جای دیگر است. گسل ها انواع مختلفی دارند که براساس موقعیت خط گسل و چگونگی حرکت دو صفحه نسبت به هم تقسیم بندی می شود. در تمام انواع گسل ها، صفحه ها کاملاً به یکدیگر فشار وارد می سازند و در نتیجه هنگام حرکت آنها اصطکاک شدیدی به وجود می آید. اگر نیروی اصطکاک بسیار شدید باشد مانع حرکت آنها می شود در این حالت فشاری که باعث ایجاد گسل می شود افزایش می یابد. اگر میزان این فشار از حد معینی بیشتر شود، بر نیروی اصطکاک غلبه می کند و صخره ها ناگهان می شکنند.به عبارت دیگر، هنگامی که صخره ها به یکدیگر فشار وارد می کنند، انرژی پتانسیل به وجود می آید و هنگامی که صخره ها به حرکت درمی آیند، انرژی پتانسیل به جنبشی تبدیل می شود. اغلب زمین لرزه ها در اطراف مرز صفحه های زمین ساختی روی می دهد زیرا در این منطقه در اثر حرکت صفحه ها منطقه گسل به وجود می آید که دارای گسل های متعدد و به هم پیوسته ای است. در منطقه گسل، آزاد شدن انرژی جنبشی در یک گسل ممکن است باعث افزایش انرژی پتانسیل در گسل کناری شود که این عمل به زمین لرزه دیگری منجر می شود. به همین دلیل است که گاهی در یک منطقه کوچک زلزله های متعددی در فاصله های زمانی کم روی می دهد.البته گاهی اوقات زمین لرزه هایی در وسط این صفحه ها نیز روی می دهد. یکی از شدیدترین زمین لرزه های ثبت شده زمین لرزه ای است که در صفحه قاره ای آمریکای شمالی در سال 1811 و 1812 اتفاق افتاد. دانشمندان در دهه 1970 دریافتند که احتمالاً منشاء این زمین لرزه یک منطقه گسل 600 میلیون ساله است که زیر لایه های متعدد سنگ و صخره مدفون شده بود.
امواج زمین لرزه
درست مثل هنگامی که درسطح آب اغتشاش روی می دهد، انرژی آن به صورت امواج منتقل می شود، وقتی که شکست یا جابه جایی در پوسته زمین روی می دهد، انرژی آن به صورت امواج زمین لرزه منتقل می شود. در هر زمین لرزه ای چند نوع موج مختلف مشاهده می شود. امواج اصلی از لایه های داخلی زمین عبور می کنند، در حالی که امواج سطحی از سطح می گذرند. اغلب ویرانی های زلزله توسط امواج سطحی - که امواج L هم نامیده می شوند _ به وجود می آید، زیرا این امواج ارتعاشات شدیدی را به وجود می آورند. هنگامی که امواج اصلی به سطح زمین رسیدند، امواج سطحی را به وجود می آورند.امواج اصلی خود به دو گروه مهم تقسیم بندی می شوند:
امواج اولیه که امواج P نیز نامیده می شوند، با سرعت 5/1 تا 8 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند. سرعت حرکت این امواج به جنس زمینی که این امواج از آنها عبور می کنند بستگی دارد. سرعت این امواج از موج های دیگر بیشتر است و بنابراین سریع تر به سطح زمین می رسند. این امواج قابلیت عبور از جامدات، مایعات و گازها را دارند و به همین دلیل به طور کامل از زمین عبور می کنند. وقتی که این امواج از صخره ها عبور می کنند، در مسیر حرکت خود به آنها به سمت جلو و عقب فشار وارد می کنند.
امواج ثانویه امواج S نامیده می شوند و مدت کوتاهی بعد از امواج P می رسند. این امواج هنگام حرکت خود، صخره ها را به سمت بالا فشار می دهند، یعنی ارتعاش صخره ها عمود بر مسیر حرکت این امواج است. امواج S برخلاف امواج P نمی توانند در داخل زمین به خط مستقیم حرکت کنند. این امواج فقط از مواد جامد می گذرند و به همین دلیل هنگامی که در مرکز زمین به مایع برسند، متوقف می شوند.با این همه هر دو نوع موج از سطح زمین می گذرند و بنابراین می توان آنها را در آن سوی نقطه ای که زمین لرزه روی داده است، شناسایی کرد. در هر لحظه تعداد زیادی امواج زلزله ای ضعیف در قسمت های مختلف زمین قابل شناسایی است.
امواج سطحی را می توان تا حدودی به امواج آب تشبیه کرد. چرا که امواج سطحی حین حرکت، سطح زمین را به سمت بالا و پایین می رانند. حرکت این امواج باعث ویرانی های شدیدی می شود، چرا که صخره ها و پی ساختمان ها را به ارتعاش می آورد. امواج L از همه کندتر هستند به همین دلیل شدیدترین لرزش ها در پایان یک زمین لرزه روی می دهد.
شناسایی کانون زلزله
همان طور که ذکر شد سه نوع مختلف موج زلزله وجود دارد که هر کدام با سرعت مشخصی حرکت می کند. به رغم آنکه سرعت دقیق امواج P و S بسته به جنس و نوع ماده ای که این امواج از آن عبور می کنند، متغیر است، نسبت سرعت حرکت آن دو در تمام زمین لرزه ها تقریباً ثابت باقی می ماند.معمولاًسرعت امواج P،حدود6/1برابرسرعت امواج است.
دانشمندان می توانند با استفاده از این نسبت، فاصله بین هرنقطه از سطح زمین را با کانون زمین لرزه محاسبه کنند. کانون زلزله مکانی است که امواج زمین لرزه از آنها شروع شده اند. برای تشخیص کانون زلزله از ابزاری استفاده می شود که زلزله نگار نامیده می شود. زلزله نگار دستگاهی است که امواج مختلف را ثبت می کند. برای یافتن فاصله بین زلزله نگار و کانون زلزله، دانستن زمان رسیدن این امواج نیز ضروری است. با در اختیار داشتن این اطلاعات، اختلاف زمانی بین رسیدن این امواج محاسبه شده و سپس نمودار ویژه ای رسم می شود که در آن فاصله ای را که موج می تواند طی مدت اختلاف زمانی محاسبه شده طی کند، به دست می آید.
اگر اطلاعاتی از این دست را از سه یا چند نقطه مختلف به دست آوریم، می توان مکان کانون زلزله را به دست آورد. برای این کار کافی است که کره ای فرضی حول هر یک از زلزله نگار ها رسم کرد که در آن مکان اندازه گیری به عنوان مرکز کره و فاصله محاسبه شده تا کانون زلزله به عنوان شعاع کره در نظر گرفته می شود. پس سطح کره مورد نظر نشان دهنده تمام نقاطی است که از زلزله نگار به اندازه مورد نظر فاصله دارد. بنابراین کانون زلزله مورد نظر باید در جایی در سطح این کره قرار داشته باشد. اگر دو کره را بر اساس اطلاعات به دست آمده از دو زلزله نگار مختلف رسم کنید، از تقاطع دو کره یک دایره به دست می آید. از آنجایی که کانون زلزله باید در سطح هر دو کره قرار گرفته باشد، محیط دایره ای که از تقاطع دو کره به دست می آید، نشان دهنده تمام کانون های ممکن برای زلزله مورد نظر است.
از تقاطع کره سوم با این دایره فقط دو نقطه حاصل می شود که نشان دهنده کانون های محتمل برای زلزله است. از این دو نقطه یکی در سطح زمین قرار دارد و دیگری در هوا، با توجه به آنکه کانون زلزله همیشه در سطح زمین قرار دارد، نقطه موجود در هوا کنار گذاشته شده و نقطه موجود در سطح زمین نشان دهنده مکان واقعی کانون زلزله است.
درجه بندی دامنه و شدت زلزله
در هنگام وقوع زلزله بارها با کلمه مقیاس ریشتر مواجه می شویم. شاید کلمه مقیاس مرکالی هم به گوشتان رسیده باشد هرچند که کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. این دو مقیاس قدرت یک زلزله را از دو جنبه مختلف بیان کنند.
از مقیاس ریشتر برای بیان بزرگی یک زمین لرزه یعنی مقدار انرژی آزاد شده طی یک زمین لرزه استفاده می شود. اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه بزرگی زمین لرزه را از لرزه نگار به دست می آورند. مقیاس ریشتر لگاریتمی است یعنی افزایش یک واحد در مقیاس ریشتر نشان دهنده افزایش ده واحدی در دامنه موج است. به عبارت دیگر دامنه موج در زلزله 6 ریشتری ده برابر دامنه موج زلزله 5 ریشتری است و دامنه موج 7 ریشتر 100 برابر زلزله 5 ریشتری است. مقدار انرژی آزاد شده در زلزله 6 ریشتری 7/31 برابر زلزله 5 ریشتری است.