10 روش پیش بینی زلزله

پیش بینی زلزله، پیش بینی شدت یک زلزله، در یک مکان خاص در یک محدوده زمانی خاص است. به طور معمول پیش بینی زلزله بر پایه سه زمان است. 

پیش بینی طولانی مدت، در مدت متوسط ​​و کوتاه مدت.

 پیش بینی های طولانی مدت مربوط به پیش بینی وقوع یک زلزله از چندین سال پیش است، پیش بینی های میان مدت باید چند ماه تا یک سال قبل از زلزله انجام شود و پیش بینی کوتاه مدت، پیش بینی از چند ساعت تا چند روز پیش از زلزله است.

پیش بینی های متوسط ​​و کوتاه مدت بسیار مفیدند، چراکه می توانند به نجات جان جمعیت بزرگی و نیز کاهش خسارت به آنها کمک کنند. دانشمندان معتقدند که می توان زمین لرزه های بزرگ را با نظارت و دیده بانی لرزه های ناشی از زمین لرزه های طبیعی، انفجار های معدنی، آزمایشات هسته ای و غیره پیش بینی کرد.

با این حال، تا این تاریخ هیچ روش بی عیب و نقصی برای پیش بینی زلزله پیدا نشده است. در اینجا تنها چند روش موجود مورد بحث قرار می گیرد.

1- رفتار غیرعادی جانوران

این واقعیت به خوبی اثبات شده که جانوران ادراکات حسی خاصی دارند. بعضی از جانوران دارای قدرت خیلی زیادی در بوییدن، شنیدن و دیدن دارند و نسبت به انسان ها حساس تر اند.

تحقیقات گسترده ای در سراسر جهان درباره رفتار غیر معمول جانوران پیش از زلزله انجام شده است. چین و ژاپن در این زمینه پیشگام اند. آمریکا هم علاقه زیادی به رفتار غیرمعمول جانوران به عنوان شاخص سودمندی برای پیش بینی وقوع زلزله نشان داده است.

مؤسسه تحقیقاتی استنفورد در کالیفرنیا، پروژه مشاهده زلزله در امتداد گسل سان آندریاس را دنبال می کند. در این پروژه رفتار 70 گونه جانور مشاهده می شود.

دکتر دشپند (Deshpande) فهرستی از 87 حیوان را در سراسر جهان که رفتار آنها ممکن است به عنوان شاخص پیش بینی زلزله به کار آید را گردآوری کرده است. برخی از این جانوران به وسیله شهروندان هم قابل مشاهده اند؛ سوسک ها، کلاغ ها، سگ ها، الاغ ها، اردک ها، مرغ ها، قورباغه ها، غازها، بزها، اسب ها، موش ها، میمون ها، خوک ها، کبوترها، موش ها، گوسفندها، سنجاب ها، قوها و مارها از آن جمله اند.

گروه مؤسسات تحقیقاتی زیست شناسی بیوفیزیک زلزله در چین پس از بررسی گسترده رفتار حیوانات قبل از وقوع یک زلزله شدید، به نتایج زیر رسیده است:

الف) بی قراری بیشتر حیوانات قبل از زلزله افزایش می یابد.

ب) مدت زمان رفتار آنها از چند دقیقه تا چند روز متغیر است، بیقراری 11 ساعت قبل از زلزله افزایش می یابد که حدود 2 تا 3 ساعت قبل از زلزله مشخص تر می شود. به طور کلی زمان پیش بینی زلزله به وسیله حیوانات مختلف عمدتاً از 24 ساعت قبل از زلزله است.

ج) این رفتارها در ناحیه شدت بالا یا نقطه کانونی (نقطه ای از سطح زمین که به طور مستقیم در بالای مرکز زمین لرزه است) نزدیک به گسل های فعال بیشتر دیده می شود.

د) رفتار غیر طبیعی حیوانات در طول زلزله های در مقیاس 5 ریشتر و بالاتر مشاهده می شود.

ه) با افزایش شدت زلزله، واکنش های شدیدتری مشاهده می شود.

در این جا نمونه هایی از واکنش جانوران ذکر می شود:

شمار زیادی از موش ها هر روز در رستورانی در شهر ناگویا دیده می شدند که قبل از زلزله سال 1891 ناگهان ناپدید شدند.

در یوگسلاوی سابق، پرندگان باغ وحش قبل از زمین لرزه سال 1963 شروع به خروشیدن کردند. دو سه ساعت قبل از زلزله خسارتبار سال 1976 در شمال ایتالیا، گوزن ها جمع شدند و گربه ها از روستاهای شمال این کشور ناپدید شدند.

2- پیش بینی هیدروشیمیایی

با مشاهده ترکیبات شیمیایی آب های زیرزمینی که به صورت منظم در مناطق زلزله خیز فعال تاجیکستان و ازبکستان انجام شده این نتایج به دست آمده است:

الف) میزان غلظت مواد معدنی محلول و ترکیبات گازی در طول دوره غیرفعال لرزه ای تقریباً ثابت باقی می ماند.

ب) 2 تا 8 روز پیش از وقوع زلزله افزایش قابل ملاحظه ای در میزان غلظت مواد معدنی محلول به وجود می آید. بروز تغییر در سطح آب های زیرزمینی، فشار آب آرتزین، تخلیه منابع آب و دمای آب زیرزمینی نیز در این دوره مورد توجه قرار گرفت. این تغییرات در صورت وقوع یک زلزله قوی رخ می دهد.

ج) پس از زلزله، ناهنجاری ها در میزان غلظت ترکیبات گاز و مواد معدنی ناپدید می شود.

طبق گزارش مرکز هواشناسی هند، قبل از وقوع فاجعه و پس از وقوع فاجعه زلزله جبلپور در مادایا پرادش (1997)، تغییرات ژئولوجیکال یا آب زمین شناسی (hydro geological)، خود را به صورت کدری و تیرگی آب های زیرزمینی نشان داد.

3- تغییر دما

به نظر می رسد بین دما و زمین لرزه رابطه ای وجود دارد. پیش از وقوع زلزله در لانگلین (Lunglin)  چین (1976) و پرژوالش (Przhevalsk) در روسیه (1970) افزایش قابل ملاحظه دما به میزان به ترتیب 10 درجه و 15 درجه سانتی گراد گزارش شد. فاصله کانون این زمین لرزه ها از جایی که مشاهدات انجام گرفت یعنی چشمه های آب گرم و چاه ها به ترتیب 10 و 30 کیلومتر و دوره های زمانی به ترتیب 42 و 72 روز بود.

4- تغییر سطح آب

پیش از وقوع چند زلزله بزرگ تغییرات شدیدی در سطح آب چندین چاه رخ داده است. چند روز قبل از زلزله نانکی (Nankai) در ژاپن (1946) سطح آب سقوط کرد. افزایش سطح آب به اندازه 3 و 15 سانتیمتر نیز پیش از وقوع زلزله های لانگلین چین و پرژوالش روسیه گزارش شد.

به همین ترتیب، سطح آب چند ساعت قبل از وقوع زلزله مکرینگ (Meckering) در استرالیا (1968) 3 سانتی متر افزایش یافت. در چین، افزایش سطح آب در چاه ها پیش از وقوع زلزله های سال های 1975، 1976 و 1979 مشاهده شد.

آزمایشاتی نیز در زمینه تغییرات سطح آب در جزایر کوریل (جزایر مورد مناقشه روسیه و ژاپن) انجام شد تا زلزله های بیشتر از 4 در مقیاس ریشتر پیش بینی شوند. به این منظور، چاه هایی در عمق 670-410 متری در فاصله 700 کیلومتری از مرکز زلزله مورد بررسی قرار گرفت.

 این روش مؤثری برای مشاهده تغییر شکل پوسته زمین است. مدل پیش بینی زمین لرزه ها نشان داد که 3 تا 10 روز قبل از زمین لرزه سطح آب شروع به سقوط کرد. مدت کوتاهی پس از وقوع زلزله نیز سطح آب شروع به افزایش کرد.

5- گاز رادون

رادون یک گاز رادیواکتیو است که جلوتر از وقوع زلزله از توده های سنگ تخلیه می شود. این گاز در آب چاه محلول می شود و غلظت آن در آب افزایش می یابد.

چنین افزایشی در میزان گاز رادون در سال 1972 در تاشکند ازبکستان گزارش شد که در آن افزایش غلظت گاز رادن از 15 به 200 درصد در مدت زمان حدود 3 تا 13 روز قبل از زلزله دیده شد.

در چین، 50 درصد و 70 درصد افزایش غلظت رادون به ترتیب 18 و 6 روز قبل از زلزله های تانگشان (1976)  و لووو (1973) در ایستگاه های لانگ فنگ و گوزان دیده شد. این ایستگاه ها در فاصله 130 و 200 کیلومتری کانون زلزله ها قرار داشتند. همزمان با وقوع زمین لرزه اوتارکاشی (1991)  ناهنجاری در میزان رادون در چهار مکان گزارش شد.

6- چاه های نفت

نوسانات زیاد در جریان چاه های نفت قبل از وقوع زمین لرزه در اسرائیل، قفقاز شمالی (اروپا) و چین گزارش شده است. قبل از این زلزله ها که در سال های 1969، 1971 و 1972 رخ دادند، میزان جریان نفت افزایش یافت.

به نظر می رسد هنگامی که انباشت تنش تکتونیکی به سطح مشخصی می رسد، فشار منافذ درون یک لایه عمیق نفتی، استحکام و مقاومت این لایه را در هم می شکند و موجب می شود جریان نفت در چاه های نفت افزایش یابد.

7- نظریه شکاف لرزه ای

شکاف لرزه ای بخشی از یک گسل فعال است که مشکوک است به این که زلزله قابل توجهی تولید می کند. یک فرضیه یا نظریه وجود دارد که می گوید در طول دوره های طولانی، جابجایی در هر بخش گسل باید با آنچه در تمام قسمت های دیگر گسل دیده می شود برابر باشد. بنابراین، هر شکاف بزرگ که به عنوان بخشی از گسل در نظر گرفته می شود بیشتر احتمال دارد که در معرض زلزله های آینده قرار می گیرد.

یک دانشمند لرزه نگار اتحاد شوروی به نام فدوتوف لرزه های ثبت شده از 12 زلزله بزرگ که بین سال های 1904 تا 1963 شمال ژاپن را تکان دادند را مورد مطالعه قرار داد.

وی با نقشه برداری از اندازه هر ناحیه اصابت- لرزش، متوجه شد که هر قطعه لرزه ای (در گسل) به قطعه بعدی که در همسایگی اش قرار دارد متصل است بدون این که با هم تداخل داشته باشند. چنان که هر شکاف عمیق با یک مانع در انتهای منطقه شکستگی بسته شده است.

در گسلی که فدوتوف بررسی کرد هر زلزله بزرگ در بخشی به وقوع می پیوست که برای 39 سال یا بیشتر آرام بود. فدوتوف پیش بینی کرد آن بخش هایی از گسل که برای مدت زمان بیشتری آرام بودند، زودتر دچار زلزله می شدند.

بر اساس این نظریه، دکتر کیو موگی (Kiyo Mogi) از توکیو موفق به پیش بینی چندین زلزله در ژاپن شد. 3 متخصص ژئوفیزیک مؤسسه علوم دریایی دانشگاه تاکاس نیز یک زلزله بزرگ در جنوب مکزیک را در اطراف شهر پورتو انگل بر اساس نظریه شکاف لرزه ای پیش بینی کرده اند.

در 29 نوامبر 1978 نیز وقوع یک زلزله شدید 7.9 در مقیاس ریشتر در طول گسل سان آندریاس بر اساس همین شکاف لرزه ای پیش بینی شد.

8- پیش لرزه ها

به طور کلی زمین لرزه های بزرگ بعد از لرزه های جزئی ای که پیش لرزه نامیده می شوند رخ می دهند. این پیش لرزه ها واسطه های ارزشمندی برای پیش بینی وقوع یک زلزله قوی هستند. برخی از زمین لرزه ها هم به شکلی موفقیت آمیز بر اساس مطالعه همین پیش لرزه ها پیش بینی شده اند. علاوه بر رفتار غیر معمول حیوانات، افزایش پیش لرزه ها هم به پیش بینی زلزله هیچانگ (Haichang  ) در چین (4 فوریه 1975) کمک کرد. این پیش لرزه ها از دسامبر 1974 تا فوریه 1975 رخ دادند.

وقوع زمین لرزه اواسکای مکزیک که در سال 1978 رخ داد نیز بر اساس مشاهده پیش لرزه ها پیش بینی شده بود.

زمین لرزه  اوتارکاشی  که در اکتبر 1991 رخ داد نیز به وسیله پیش لرزه های 15 و 16 اکتبر که با مقیاس بزرگتر از 3.5 ریشتر رخ داده بودند پیش بینی شد.

اما این روش هم روش بی عیب نیست و باید با روش های دیگر پیش بینی زلزله تکمیل شود.

9- تغییرات در سرعت امواج لرزه ای

ما می دانیم که امواج  P، S  و L از تمرکز یک زلزله منشأ می گیرند. P و S امواج بدنه نامیده می شوند زیرا از میان بدنه زمین حرکت می کنند، در حالی که امواج L به عنوان امواج سطحی شناخته می شوند زیرا در امتداد پوسته رویی زمین حرکت می کنند. امواج P سریعتر از امواج S هستند و  زودتر به لرزه نگار می رسند.

فاصله زمانی بین رسیدن موج های P و S زمان لید (lead time) نامیده می شود. دانشمندان لرزه نگار روسی دریافته اند که زمان لید، روزها، هفته ها و حتی ماه ها قبل از زلزله به طور قابل توجهی شروع به کاهش می کند. اما درست قبل از این که زمین لرزه در منطقه به وقوع بپیوندد، زمان لید به حالت عادی بازمی گردد. دوره طولانی تر ناهنجاری در سرعت موج وقوع یک زلزله بزرگتر را گواهی میدهد.

نتیجه آزمایشاتی که روس ها در سال 1973 در آزمایشگاهی روی نمونه های سنگی انجام داده اند تغییر غیر طبیعی نسبت سرعت های امواج P و S را قبل از زلزله نشان داده است.

این نسبت به صورت V_p/V_s بیان می شود. طول ناهنجاری  V_p/V_s به گسل یا ابعاد ناحیه پس لرزه بستگی دارد. پس از منطقه گرم (Garm) شوروی سابق، ناهنجاری های V_p/V_s در زمین لرزه دریاچه کوه آبی در ایالات متحده آمریکا در سال 1973 نیز دیده شد. دوره ناهنجاری سرعت برای این زلزله حدود 5 روز و کاهش سرعت حدود 12 درصد بود.

کاهش مشابه نسبت سرعت قبل از زلزله خسارتبار هیچانگ در  فوریه 1975 در چین نیز گزارش شده است. در ژاپن، میزان 7 تا 40 درصد کاهش در طیف نسبت سرعت از 50 تا 700 روز قبل از زمین لرزه اصلی ثبت شده است. در تهران کاهش 14 درصدی سرعت 1 تا 3 روز قبل از سه زلزله در سال 1974 گزارش شد.

بلافاصله پس از زمین لرزه سال 2011 گجرات هند، شبکه ای از 300 ایستگاه موقعیت یاب جغرافیایی (GPS) در سراسر این کشور برای نظارت روزانه بر حرکات زمین روزانه ایجاد شد که به پیش بینی زمین لرزه کمک می کند.

اگر سیستم های GPS در امتداد گسل های فعال شناخته شده قرار گیرند، نظارت بر حرکات گسل های فعال یا شکاف ها در پوسته زمین ممکن می شود. گرچه پیش بینی دقیقی در مورد موقعیت و بزرگی یک زلزله نمی توان انجام داد اما حرکات جزئی نشانه ای از وقوع زلزله آتی است زیرا نشان دهنده نیرویی است که از زیر پوسته می آید.

10- اندازه گیری میدان الکترومغناطیسی یک ناحیه

بعضی از کریستال ها و سنگ ها اگر تحت فشار زیاد قرار گیرند انرژی الکترومغناطیسی ساطع می کنند. بنابر یک نظریه، با اندازه گیری میدان الکترومغناطیسی یک ناحیه، باید بتوان تجمع تغییر شکل های زمین را اندازه گیری کرد. دانشمندان می توانند پیش از شکستن سنگ ها، یک هشدار زمین لرزه ای دریافت کنند. از روش مشابهی برای اندازه گیری پیش لرزه ها نیز استفاده می شود. همانطور که تعداد پیش لرزه های کوچکتر در طول زمان افزایش می یابد، می تواند به این معنی باشد که زمین آماده یک زمین لرزه بزرگ است.