الهندسة كمتنبئ ثوري بالزلزال

وجد باحثون من جامعة براون أن هندسة الصدع، بما في ذلك الاختلالات والهياكل المعقدة داخل مناطق الصدع، تلعب دورًا حاسمًا في تحديد احتمالية وقوة الزلازل. هذه النتيجة، المستندة إلى دراسات خطوط الصدع في كاليفورنيا، تتحدى وجهات النظر التقليدية التي تركز في المقام الأول على الاحتكاك.

من خلال الفحص الدقيق للتركيب الهندسي للصخور التي تسبب الزلازل، يضيف باحثون من جامعة براون تجاعيد جديدة إلى الاعتقاد السائد منذ فترة طويلة حول السبب الأولي للزلازل.

إعادة النظر في ديناميكيات الزلازل

البحث، الموصوف في مقال نشر مؤخرا في المجلة طبيعةيكشف أن الطريقة التي تتم بها محاذاة شبكات الصدع تلعب دورًا حاسمًا في تحديد مكان حدوث الزلزال ومدى قوته. تتحدى النتائج الفكرة التقليدية القائلة بأن نوع الاحتكاك الذي يحدث عند هذه الصدوع هو الذي يحدد في المقام الأول ما إذا كانت الزلازل تحدث أم لا، ويمكن أن تحسن الفهم الحالي لكيفية عمل الزلازل.

قال فيكتور تساي، عالم الجيوفيزياء في جامعة براون، وأحد المؤلفين الرئيسيين للورقة البحثية: “ترسم ورقتنا صورة مختلفة تمامًا عن سبب حدوث الزلازل”. “وهذا له آثار مهمة للغاية لمعرفة الأماكن التي يمكن توقع حدوث الزلازل فيها مقابل الأماكن التي لا يمكن توقعها، وكذلك التنبؤ بأماكن حدوث الزلازل الأكثر تدميراً.”

وجهات النظر التقليدية حول ميكانيكا الزلازل

خطوط الصدع هي الحدود المرئية على سطح الكوكب حيث تتصادم الصفائح الصلبة التي تشكل الغلاف الصخري للأرض مع بعضها البعض. يقول تساي إنه على مدى عقود، فسر علماء الجيوفيزياء الزلازل بأنها تحدث عندما تتراكم الضغوط عند الصدوع إلى النقطة التي تنزلق فيها الصدوع أو تنكسر بسرعة فوق بعضها البعض، مما يؤدي إلى إطلاق الضغط المكبوت في إجراء يُعرف باسم سلوك الانزلاق.

ويفترض الباحثون أن الانزلاق السريع والحركات الأرضية الشديدة اللاحقة هي نتيجة للاحتكاك غير المستقر الذي يمكن أن يحدث عند الصدوع. في المقابل، الفكرة هي أنه عندما يكون الاحتكاك مستقرًا، تنزلق الصفائح ببطء ضد بعضها البعض دون حدوث زلازل. تُعرف هذه الحركة السائلة الثابتة أيضًا باسم الزحف.

وجهات نظر جديدة حول سلوك خط الصدع

قال تساي: “لقد حاول الناس قياس خصائص الاحتكاك هذه، على سبيل المثال ما إذا كانت منطقة الصدع بها احتكاك غير مستقر أو مستقر، ثم بناءً على القياسات المعملية يحاولون التنبؤ بما إذا كان سيحدث زلزال هناك أم لا”. قال. “تشير نتائجنا إلى أنه قد يكون من الأكثر أهمية فحص هندسة العيوب في شبكات الصدع هذه، حيث قد تكون الهندسة المعقدة للهياكل المحيطة بهذه الحدود هي التي تخلق هذا السلوك غير المستقر مقابل السلوك المستقر.”

تتضمن الهندسة التي سيتم أخذها في الاعتبار تعقيدات الهياكل الصخرية الأساسية مثل الانحناءات والفجوات والامتدادات. تعتمد الدراسة على النمذجة الرياضية والتحقيق في مناطق الصدع في كاليفورنيا باستخدام بيانات من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية وقاعدة بيانات الأخطاء الرباعية للمسح الجيولوجي في كاليفورنيا.

أمثلة مفصلة والأبحاث السابقة

يقدم فريق البحث، الذي يضم أيضًا طالب الدراسات العليا في جامعة براون جايسوك لي والفيزيائي الجيوفيزيائي جريج هيرث، مثالًا أكثر تفصيلاً لتوضيح كيفية حدوث الزلازل. ويقال أن تتخيل العيوب التي تصطدم ببعضها البعض كأن لها أسنانًا خشنة مثل حافة المنشار.

عندما يكون هناك عدد أقل من الأسنان أو أسنان أقل حدة، تنزلق الصخور فوق بعضها البعض بسهولة أكبر، مما يسمح بالزحف. ولكن عندما تكون الهياكل الصخرية الموجودة على هذه الصدوع أكثر تعقيدا وغير منتظمة، فإن هذه الهياكل تلتصق ببعضها البعض وتلتصق. عندما يحدث هذا، فإنها تزيد من الضغط، وفي النهاية تسحب وتدفع بقوة أكبر، ثم تنكسر، وتبتعد عن بعضها البعض وتسبب الزلازل.

الآثار المترتبة على التعقيد الهندسي

وترتكز الدراسة الجديدة على العمل السابق من خلال دراسة سبب توليد بعض الزلازل حركة أرضية أكبر من الزلازل الأخرى في أجزاء مختلفة من العالم، وحتى في بعض الأحيان تلك التي لها نفس القوة. أظهرت الدراسة أن تصادم الكتل داخل منطقة الصدع أثناء الزلزال يساهم بشكل كبير في توليد اهتزازات عالية التردد وأثار فكرة أن التعقيد الهندسي تحت السطح لعب أيضًا دورًا في مكان وسبب حدوث الزلازل.

اختلال وكثافة الزلزال

من خلال تحليل البيانات من صدوع كاليفورنيا، بما في ذلك صدع سان أندرياس الشهير، وجد الباحثون أن مناطق الصدع ذات الهندسة المعقدة تحتها، مما يعني أن الهياكل هناك لم تكن متسقة، تبدو وكأنها تتمتع بحركات أرضية أقوى من مناطق الصدع الأقل تعقيدًا هندسيًا. مناطق الخطأ. وهذا يعني أيضًا أن بعض هذه المناطق سوف تتعرض لزلازل أقوى، والبعض الآخر سوف يتعرض لزلازل أضعف، والبعض الآخر لن يتعرض لأي زلازل على الإطلاق.

وقد حدد الباحثون ذلك بناءً على متوسط ​​اختلال الأخطاء التي تم تحليلها. يقيس معدل عدم المحاذاة هذا مدى قرب محاذاة الأخطاء في منطقة معينة وكلها تسير في نفس الاتجاه وليس في اتجاهات مختلفة. وكشف التحليل أن مناطق الصدع التي تكون فيها الصدوع أكثر انحرافًا تسبب نوبات من الانزلاق على شكل زلازل. مناطق الصدع حيث كانت هندسة الصدع أكثر محاذاة سهلت زحف الصدع بسلاسة دون حدوث زلازل.

وقال لي، طالب الدراسات العليا الذي قاد هذا العمل: “إن فهم كيفية تصرف الصدوع كنظام أمر ضروري لفهم سبب وكيفية حدوث الزلازل”. “يشير بحثنا إلى أن تعقيد هندسة شبكة الأخطاء هو العامل الرئيسي وينشئ اتصالات ذات معنى بين مجموعات من الملاحظات المستقلة ويدمجها في إطار جديد.”

الاتجاهات المستقبلية في أبحاث الزلازل

يقول الباحثون إنه يجب القيام بالمزيد من العمل للتحقق من صحة النموذج بشكل كامل، لكن هذا العمل المبكر يشير إلى أن الفكرة واعدة، خاصة وأن قياس محاذاة العيوب أو اختلالها أسهل من قياس خصائص الاحتكاك للعيوب. وإذا كان هذا العمل صالحًا، فيمكن دمجه يومًا ما في نماذج التنبؤ بالزلازل.

لا يزال هذا الأمر بعيد المنال في الوقت الحالي، حيث يبدأ الباحثون في رسم خريطة لكيفية الاستفادة من الدراسة.

وقال تساي: “الشيء الأكثر وضوحًا للمضي قدمًا هو محاولة تجاوز كاليفورنيا ومعرفة مدى نجاح هذا النموذج”. “من المحتمل أن تكون هذه طريقة جديدة لفهم كيفية حدوث الزلازل.”

المرجع: “تؤثر هندسة شبكة الأعطال على السلوك الاحتكاكي للزلازل” بقلم جايسوك لي، وفيكتور سي. تساي، وجريج هيرث، وأفيجيان تشاترجي، ودانييل ت. تروجمان، 5 يونيو 2024، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-024-07518-6

تم دعم البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم. وإلى جانب لي وتساي وهيرث، ضم الفريق أيضًا أفيجيان تشاترجي ودانيال تروجمان من جامعة نيفادا في رينو.