فنون گرفتن نـوار قلـب زمین

فناوری‌هایی برای کاهش اثرات مخرب زلزله

در ارتباط با بحث کاهش خطرپذیری زلزله و فناوری‌های نوین در این حوزه تاکنون پیشرفت‌های زیادی در دنیا صورت گرفته است. شبکه‌های لرزه‌نگاری و شتاب‌نگاری بیشتر برای ثبت زلزله‌هایی است که اتفاق می‌افتند؛ همچنین تعیین ویژگی‌های زلزله مثل بزرگا، عمق و تعیین دقیق محل وقوع که لرزه‌نگارها روی آن کار می‌کنند. شتاب‌نگارها نیز شتاب ناشی از زلزله را ثبت می‌کنند و در مهندسی زلزله این داده‌ها کاربرد دارند. دکتر سیدمحمود فاطمی عقدا، استاد زمین‌شناسی دانشگاه خوارزمی، تاثیر ثبت این داده‌ها را کاهش خسارت‌ها عنوان می‌کند و به جام‌جم می‌گوید: ما با توجه به زلزله‌هایی که اتفاق می‌افتند و داده‌هایی که داریم، می‌توانیم نسبت به اصلاح سیستم‌های ساختمانی و جوابگو بودن این سیستم‌ها در برابر زلزله‌های احتمالی، فعالیت‌های خود را پیش ببریم. نکته مهمی که باید در کاهش خطرپذیری زلزله در نظر بگیریم، فناوری‌هایی هستند که برای حفظ ایمنی ساختمان‌ها از نیروهای جانبی زلزله استفاده می‌شود. معمول‌ترین این فناوری‌ها، جداسازهای لرزه‌ای هستند که روی زمین قرار می‌گیرند. این جداسازها در حدفاصل زمین و ساختمان قرار می‌گیرند و اجازه نمی‌دهند ارتعاشات زمین به ساختمان منتقل شود. همچنین میراگرها که نقش آنها کاهش و میراکردن نیروهای زلزله داخل ساختمان است و اجازه نمی‌دهند نیروی زلزله باعث ویرانی ساختمان شود. توسعه این تجهیزات به بهبود سیستم‌های ساختمانی و بهینه شدن ساخت و سازهای کشور کمک می‌کند؛ برای مثال اگر نوع زمین را خوب بشناسیم و بتوانیم طراحی دقیق انجام دهیم، می‌توان در ساخت یک ساختمان به جای استفاده از 70 کیلوگرم آهن و فولاد در هر متر مربع، از 50 تا 60 کیلوگرم فولاد استفاده کرد؛ بنابراین با ارتقای آیین‌نامه‌های ساختمانی و اطلاعات بیشتر از زمین، بهینه‌سازی طراحی و اجرای ساختمان‌ها اتفاق می‌افتد.

داده‌های ارزشمندی که از حوادث تلخ بر جای می‌ماند

دکتر فاطمی عقدا در ادامه درباره فناوری‌های موجود در ایران و نقشی که در بهبود مقاوم‌سازی ایفا می‌کنند، اضافه می‌کند: وضعیت ایران از نظر شبکه‌های لرزه‌نگاری و شتاب‌نگاری در حد مطلوب است. شبکه شتاب‌نگاری کشور، امروز با 1200 ایستگاه شتاب‌نگاری جزو چند شبکه شتاب‌نگاری دنیا از نظر تعداد و جوابگویی است. حدود 50 سال است شبکه لرزه‌نگاری و شتاب‌نگاری ایران فعال بوده و این شبکه روز به روز گسترش یافته است. اکنون تعداد این ایستگاه‌ها مناسب است، اما باید این تعداد به 3500 دستگاه افزایش پیدا کند تا پوشش‌دهی خوبی داشته باشیم و ویژگی‌های دقیق زمین در نقاط مختلف زمین مشخص شود.

دستگاه‌های لرزه‌نگاری نیز با مشارکت استان‌ها و سازمان مدیریت بحران کشور ارتقا پیدا کرده و تقریبا همه استان‌ها به آن مجهز هستند. علاوه بر این، شبکه لرزه‌نگاری ملی کشور زیر نظر موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران و شبکه باند پهن زیر نظر پژوهشگاه زلزله‌شناسی، هم جنبه تحقیقاتی دارند هم به تعیین محل، بزرگای زلزله و عمق آن کمک می‌کنند.

توزیع شبکه‌های شتاب‌نگاری باید به شکلی باشد که هر گسلی فعال شد و زلزله‌ای اتفاق افتاد، ایستگاه‌هایی در آن نزدیکی باشد که اطلاعات را ثبت کند. وقتی یک زلزله بزرگ اتفاق می‌افتد، یک رویداد تلخ و ناگوار برای جامعه ماست، اما ثبت این زلزله‌ها برای علم مهندسی زلزله بسیار ارزشمند است؛ برای مثال داده‌های ثبت زلزله بم در دنیا داده‌هایی ارزشمند به حساب می‌آیند که می‌توانند به شناخت بیشتر ویژگی‌های زمین کمک کنند. معمولا داده‌های شتاب‌نگاری، داده‌هایی جهانی محسوب می‌شوند و می‌توان اطلاعات ارزشمندی از آنها استخراج کرد.

دستگاه‌های لرزه‌نگاری

شناسایی و تعیین گسل‌های فعال که باعث به وجود آمدن پدیده زمین لرزه می‌شود، از مهم‌ترین دستاوردهای علم زلزله شناسی است. لرزه‌نگاری شاخه‌ای از علم ژئوفیزیک و زلزله‌شناسی است که به مطالعه امواج حاصل از حرکت صفحات زمین می‌پردازد. همچنین در این علم، مطالعاتی در زمینه اثرات محیط زیستی مانند سونامی، فوران آتش‌فشانی، تکتونیکی، اقیانوسی و اتمسفری انجام می‌شود. در واقع هر گونه ثبت حرکت زمین در یک بازه زمانی، لرزه‌نگاری نامیده می‌شود.

دستگاه‌های لرزه‌نگاری، بسیار حساس هستند و می‌توانند ضعیف‌ترین حرکات زمین را در یک محدوده وسیع فرکانسی ثبت کنند. در ایستگاه‌های لرزه‌نگاری معمولا حداقل یک دستگاه لرزه‌سنج وجود دارد که دارای آونگ، میراگر،تقویت‌کننده، دستگاه ثبات و زمان سنج دقیق است. همچنین تجهیزاتی برای نگهداری و پردازش داده‌ها و ترسیم لرزه نگاشت‌ها وجود دارد.

به طور کلی زلزله‌شناسی، مبتنی بر جمع‌آوری اطلاعات لرزه‌ای و تجزیه و تحلیل این اطلاعات است. به همین دلیل شبکه‌های لرزه‌نگاری قابلیت دارند در صورت توسعه همزمان سامانه‌های تحلیل، نقش مهمی در مدیریت بحران و پیشگیری از بروز خسارت‌های سنگین داشته باشند. این سامانه‌ها قدرت تحلیل، تخمین خسارت و هشدار سریع را دارند. مهم‌ترین اهداف شبکه لرزه‌نگاری در راستای شناسایی مناطق زلزله‌خیز و ساز و کار زمین‌لرزه‌ها، تهیه بانک اطلاعاتی داده‌های دقیق زمین‌لرزه و پردازش سامانه پیشرفته آنالیز سریع زمین لرزه‌ها به منظور پیشگیری از وقوع خسارات بیشتر در زلزله‌های بعدی است.

دستگاه‌های شتاب‌نگار

دستگاه‌های شتاب‌نگار بیشتر برای ثبت شتاب جنبش زمین ناشی از زلزله به کار می‌رود. ایستگاه‌های شتاب‌نگار مطابق دستورالعمل‌های بین‌المللی دستگاه‌های شتاب‌نگار در مناطق زلزله‌خیز، ساختمان‌ها و شریان‌های حیاتی نصب و راه‌اندازی می‌شوند. مجموعه این ایستگاه‌ها در یک ناحیه یا کشور، شبکه شتاب‌نگاری را تشکیل می‌دهند.

نصب این دستگاه‌ها در نزدیکی مراکز لرزه‌خیز و گسل‌های فعال و کنار سازه‌های مهمی مثل سدها، پل‌ها، پالایشگاه‌ها و ساختمان‌های بلند می‌تواند نگاشت‌هایی را ثبت کند که در مهندسی زلزله اهمیت بسیاری دارد.

قدمت شبکه لرزه و شتاب‌نگاری در ایران

نخستین دستگاه لرزه‌نگاری ایران سال 1337 در تهران نصب شده و در حال حاضر 125 دستگاه لرزه‌نگاری در کشور وجود دارد و قرار است تعداد این دستگاه‌ها تا پنج سال آینده به 451 دستگاه برسد. به کمک این دستگاه‌ها می‌توان سرعت حرکات زمین، مکان و بزرگی زمین لرزه‌ها را به دست آورد. در ایستگاه‌های لرزه‌نگاری با دریافت موج زلزله، امکان ثبت اطلاعات زمین‌لرزه و تعیین محل و بزرگی زلزله وجود دارد و با افزایش تعداد این دستگاه‌ها نیز می‌توان زمین‌لرزه‌های بیشتری ثبت کرد که دقت اطلاعات را بالا می‌برد؛ برای مثال در زلزله کرمانشاه که 21 آبان 96 رخ داد، دستگاهی در فاصله حدود 60 کیلومتری از کانون زمین‌لرزه، اطلاعات را ثبت کرد و در صورت وجود ایستگاه در سرپل ذهاب و ازگله، قطعا تعداد زمین لرزه‌های بیشتری قابل ثبت بود.

گرچه کشور ما اکنون از نظر زیرساخت‌های تجهیزات لرزه‌نگاری بخوبی توسعه پیدا کرده، اما همچنان با کشورهای پیشرو در این زمینه مثل شیلی، مکزیک و ترکیه فاصله زیادی وجود دارد. در واقع هر زمان و در هر سطحی که زیرساخت‌ها و فناوری‌های لرزه‌نگاری توسعه پیدا کند، بخشی از برنامه جامع کاهش ریسک انجام شده است. ارزیابی خطر لرزه‌ای نیازمند به دست آوردن داده‌های لرزه‌ای گسل‌های فعال است.

نصب دستگاه‌های شتاب‌نگار در ایران نیز از سال 1352 آغاز شده و زمین‌لرزه‌های مهمی مثل طبس، گلباف و رودبار طارم در آنها ثبت شده است. به این ترتیب، مطالعه و بررسی لرزه‌های هر منطقه، خصوصیات و ویژگی‌های زمین‌لرزه‌های آن منطقه را نشان می‌دهد.

انواع روش‌های لرزه‌نگاری در جهان

　دستگاه لرزه‌نگار آنالوگ و دیجیتال

اولین نمونه‌های لرزه‌نگارها اندازه و طول موج‌های یک لرزه را روی کاغذ ثبت می‌کردند، اما اکنون دستگاه‌های لرزه‌نگاری، بزرگای زلزله را به صورت دیجیتال ثبت می‌کنند. همچنین شبکه‌ای از لرزه‌نگارها برآیندی از داده‌های هر دستگاه می‌گیرد و مجموعه اطلاعاتی از تاثیر گسل‌ها روی یکدیگر به دست می‌آورد.

ماهواره‌ها

امروز شبکه‌هایی مثل ماهواره موقعیت‌یاب جهانی (GPS) نیز در به دست آوردن اطلاعاتی مثل اندازه‌گیری حرکات اندک پوسته زمین استفاده می‌شوند. در این فناوری، ماهواره یک سیگنال به یک ایستگاه زمینی ثابت انتقال می‌دهد و بعد از یک حرکت، فاصله ایستگاه با محل قبلی اندازه‌گیری می‌شود. پژوهشگران لرزه‌نگار از این اطلاعات برای پیش‌بینی رویدادهایی مثل زلزله استفاده می‌کنند.

تئودولیت

تئودولیت ابزاری است که برای اندازه‌گیری زاویه‌ها در مهندسی از آن استفاده می‌شود. این دستگاه می‌تواند حرکات بسیار آرام صفحات زمین (خزش) و تغییر شکل پوسته زمین در واکنش به استرس‌های وارد شده را اندازه بگیرد. اندازه‌گیری این حرکت‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تغییرات به وجود آمده در طول زمان و نظم موجود در این تغییرات را به دست آورند و به این ترتیب بتوانند بازه‌های فعال شدن گسل‌ها را بسنجند.

فشارسنج

فشارسنج ابزاری نسبتا جدیدتر برای سنجش فشار در علم لرزه‌نگاری است. این دستگاه یک سیلندر کوچک دارد که حدود 150 متر زیر سطح زمین قرار گرفته است. این دستگاه می‌تواند فشار مواد اطراف خود را هنگام حرکات صفحات زمین اندازه بگیرد. به این ترتیب با اندازه‌گیری حجم و فشار مایع که معمولا نفت درون سیلندر است و با سنگ‌ها و مواد اطراف احاطه شده، داده‌های مفیدی برای پژوهشگران لرزه‌نگار به دست می‌آید.

سپیده شعرباف