حرکت عجیب برای درک زلزله بعدی ژاپن

دانشمندان در دو دانشگاه تگزاس در آستین و دانشگاه واشنگتن ایالات متحده پس از حفاری در اعماق دریا، ارتباطی با زمین‌لرزه بزرگ ژاپن کشف کردند.

محققان پس از مطالعه یک گسل زلزله دریافتند که تنش زمین‌ساختی در ناحیه فرورانش نانکا (Nankai) ژاپن کمتر از حد انتظار است.

دمیان سافر مدیر موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تگزاس گفت: این قلب منطقه فرورانش است، درست بالای جایی که گسل قفل شده است، جایی که انتظار می‌رفت این سیستم، انرژی را بین زلزله‌ها ذخیره می‌کند.

سافر که از محققان ارشد این تحقیقات و این مأموریت علمی است که در آن این گسل حفاری شده است، افزود: این موضوع، طرز تفکر ما را در مورد تنش و فشار در این سیستم‌ها تغییر می‌دهد.

در زمین‌شناسی، زمین‌ساخت یا تکتونیک (Tectonics) یکی از شاخه‌های زمین‌شناسی است که به مطالعه تغییرشکل پوسته زمین بر اثر تنش‌ها و کرنش‌های وارده در طول دوران‌های مختلف زمین‌شناسی می‌پردازد. هدف اصلی این رشته توجیه هندسه و نحوه پیدایش سازه‌ها و ساختار‌های زمین‌شناسی مانند طاقدیس‌ها، گسل‌ها، درزه‌ها و ناودیس‌ها است. از سوی دیگر، زمین‌ساخت به مطالعه ساختار درونیِ زمین، چگونگی تشکیل رشته کوه‌ها، اقیانوس‌ها، زمین‌لرزه‌ها و دیگر رخداد‌های سطح زمین می‌پردازد.

همچنین زمین‌ساخت صفحه‌ای یا تکتونیک صفحه‌ای (Plate tectonics) به بررسی و مطالعه حرکات وسیع‌مقیاس در سنگ‌کره (لیتوسفر) کره زمین می‌پردازد. این نظریه بر اساس نظریه رانش قاره‌ای در نخستین دهه‌های قرن بیستم مطرح شد و پس از اثبات مفهوم گسترش بستر دریا در سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ میلادی توسط بسیاری از زمین شناسان پذیرفته شد.

بر اساس این نظریه، سنگ‌کره یا همان پوسته کره زمین، از صفحاتی تشکیل می‌شود که در کل شامل هفت یا هشت صفحه اصلی که در مواردی خود از تعدادی صفحات کوچک تشکیل می‌شوند، ساخته شده است. این صفحات به صورت مداوم در حال حرکت هستند و بر اثر برخورد این صفحات، پدیده‌هایی همچون گسل، زلزله، شکستگی‌ها، تشکیل کوه‌ها، تشکیل درازگودال‌ها و چین‌خوردگی و دیگر پدیده‌ها حاصل می‌شوند. میزان حرکت این صفحات از کمترین حد یعنی صفر میلی‌متر در سال تا بیشترین حد ۱۰۰ میلی‌متر در سال، بسته به نوع، جایگاه و شرایط آن‌ها تخمین زده می‌شود.

صفحات شکل‌دهنده پوسته زمین به طور کل از دو نوع سنگ‌کره‌های اقیانوسی و سنگ‌کره‌های قاره‌ای کلفت‌تر تشکیل می‌شوند که هر نوع پوسته‌های خاص خود را دارند.

صفحات پوسته زمین (تکتونیک) به این دلیل قابلیت حرکتی دارند که سنگ‌کره‌های پوشاننده سطح زمین دارای جرم حجمی و نیروی بیشتری در مقایسه با لایه‌های زیرین خود به نام سست‌کره هستند.

از این دانش برای مطالعه نحوه رخداد زلزله، زمین‌شناسی مهندسی و مطالعه مخازن نفت و گاز استفاده می‌شود.

مفهوم زمین‌ساخت همچنین برای گفتگو درباره حرکت آهسته صفحه‌ها به‌کار می‌رود که در آن مورد به آن بیشتر زمین‌ساخت صفحه‌ای یا رانش قاره‌ای گفته می‌شود. زمین‌ساخت همچنین به مباحث زلزله، صفحات قاره‌ای و پدیده‌هایی از این دست می‌پردازد.

گسل نیز به یک شکستگی گفته می‌شود که در طول آن قسمت‌های پوسته زمین در دو طرف نسبت به یکدیگر به موازات شکستگی حرکت کرده‌اند. گسل به شکستگی‌هایی گفته می‌شود که سنگ‌های دو طرف صفحهٔ شکستگی در برابر همدیگر حرکت کرده باشند. این جابه‌جایی می‌تواند از چند میلی‌متر تا صد‌ها متر باشد و انرژی آزاد شده به هنگام حرکت سریع گسل‌های فعال، عامل وقوع اغلب زمین‌لرزه‌ها است.

نتایج این مطالعه جدید که در مجله Geology منتشر شده است، جالب توجه است، زیرا تصور می‌شد که گسل نانکای ژاپن در حال آماده شدن برای یک زلزله مهم است که معمولاً تقریباً در هر قرن یک بار اتفاق می‌افتد.

برخلاف اینکه گسل نانکای برای سال‌ها متوقف شده است، تجزیه و تحلیل‌ها نشان می‌دهد که هیچ نشانه قابل توجهی از تنش زمین‌ساختی وجود ندارد که هنوز آزاد نشده باشد.

سافر می‌گوید: این چشم‌انداز بلندمدت در مورد این گسل را تغییر نمی‌دهد، چرا که این گسل آخرین بار در سال ۱۹۴۶ انرژی آزاد کرد و موجب تشکیل یک سونامی شد که هزاران نفر را کشت و انتظار می‌رود این امر دوباره در ۵۰ سال آینده تکرار شود.

درک رابطه بین نیرو‌های زمین‌ساختی و چرخه زلزله

این اکتشافات به محققان کمک می‌کند تا رابطه بین نیرو‌های تکتونیکی و چرخه زلزله را بهتر درک کنند که در نهایت می‌تواند پیش‌بینی زلزله را برای گسل نانکای و سایر گسل‌های ابررانش مانند کاسکادیا (Cascadia) در شمال غربی اقیانوس آرام بهبود بخشد.

هارولد توبین، محقق دانشگاه واشنگتن و سرپست این مطالعه می‌گوید: در حال حاضر ما هیچ راهی برای دانستن اینکه آیا زلزله بزرگ بعدی برای گسل کاسکادیا که یک زلزله ۹ ریشتری و سونامی خواهد بود، امروز بعدازظهر رخ می‌دهد یا ۲۰۰ سال آینده، در اختیار نداریم. اما من تا حدودی خوش‌بین هستم که با مشاهدات مستقیم بیشتر مانند این مطالعه، بتوانیم تشخیص دهیم که چه زمانی اتفاقی غیرعادی رخ می‌دهد و خطر زلزله افزایش می‌یابد تا بتوان به مردم کمک کرد تا در مقابل آن هوشیار و آماده شوند.

به گفته دانشمندان، در حال حاضر هیچ تکنیک دقیقی برای پیش‌بینی زمان و مکان وقوع زلزله یا سونامی بزرگ بعدی وجود ندارد. این در حالی است که گسل‌های ابررانش مانند نانکای و سونامی‌هایی که تولید می‌کنند از مخرب‌ترین گسل‌های روی کره زمین هستند.

محققان امیدوارند بتوانند تنش زمین ساختی را که نیرویی است که هنگام فشار آوردن صفحات تکتونیکی به یکدیگر احساس می‌شود، به طور مستقیم اندازه‌گیری کنند تا مشخص کنند که چه زمانی یک زلزله بزرگ در شرف وقوع است.

به دلیل ساختار زمین‌ساختی زمین، گسل‌های عظیم زلزله‌ساز، کیلومتر‌ها زیر بستر دریا در اعماق اقیانوس‌ها قرار دارند و نظارت مستقیم بر آن‌ها بسیار دشوار است و نزدیک‌ترین چیزی که دانشمندان به آن رسیده‌اند همین حفاری ۳ کیلومتری در اعماق اقیانوس است.

کاوش "چیکیو" در عمق دریا

چیکیو (Chikyu) یک کشتی حفاری علمی ژاپنی است که در تلاش برای شکستن رکورد در سال ۲۰۱۸ مورد استفاده قرار گرفت. چیکیو قبل از اینکه بیش از حد ناپایدار شود، سه کیلومتر در صفحه تکتونیکی فرو رفت و در فاصله ۱.۵ کیلومتری از گسل ایستاد. با این حال، اطلاعاتی که محققان در مورد تنش در نزدیک شکستگی جمع آوری کردند، حیاتی بود.

آن‌ها ابتدا محاسبه کردند که شکل چاه با فشرده شدن زمین از طرفین چقدر تغییر کرده است و سپس آب را در آن پمپ کردند تا تعیین کنند که چه مقدار نیرو برای عقب راندن دیواره‌های آن به بیرون نیاز است.

در نهایت، قدرت و جهت فشار افقی تجربه شده توسط صفحه فشار بر روی گسل با این روش آشکار شد و برخلاف انتظار، فشار افقی که قرار بود از زمان آخرین زلزله بزرگ افزایش یافته باشد، تقریباً صفر بود، گویی انرژی ذخیره شده آن قبلاً آزاد شده است.

محققان تعدادی توضیح برای این مسئله ارائه کرده‌اند و می‌گویند گسل ممکن است صرفاً به انرژی ذخیره شده کمتری نسبت به آنچه قبلاً تصور می‌شد نیاز داشته باشد تا لغزش کند و یک زمین‌لرزه قوی و بزرگ را پدید بیاورد یا اینکه ممکن است این تنش‌ها در اعماق بیشتر و نزدیک‌تری به گسل نسبت به آن چیزی باشد که این حفاری توانسته به آن برسد.

از طرف دیگر، این امکان وجود دارد که فشار زمین‌ساختی به طور ناگهانی در چند سال آینده رخ دهد. در هر صورت، محققان ادعا می‌کنند که این مطالعه، ضرورت انجام تحقیقات بیشتر و پایش مداوم گسل‌ها را نشان می‌دهد.