پیش‌بینی زلزله از رویا تا واقعیت

پیش‌بینی زلزله

پیش‌بینی زلزله به معنای پیش‌بینی مکان، بزرگا و زمان وقوع زلزله است که بر اساس پارامترهای متعدد و متفاوتی انجام می‌شود.

از لحاظ نظری کاملاً واضح است که اگر پارامترهای موثر در تنش‌های پوسته زمین را بدانیم، باید بتوانیم زلزله‌ها را پیش‌بینی کنیم.

عقیده عمومی در دهه‌های 1960 و 1970 این بود که با بررسی دقیق سابقه حرکات گسل‌ها، الگوهایی قابل پیش‌بینی به دست خواهند آمد. علاوه بر این تصور می‌شد الگوهای غیرعادی کوتاه‌مدت رفتار حرکات گسل‌ها پیش از زمین‌لرزه قابل پیش‌بینی هستند.

در نتیجه می‌توان ساعت‌ها و روزها پیش از وقوع زمین‌لرزه به مردم اطلاع داد تا نواحی خطرناک را تخلیه کنند اما امروز کاملاً روشن شده است که پیش‌بینی وقوع زمین‌لرزه بسیار پیچیده‌تر از آن است که ابتدا تصور می‌شد.

امروزه می‌دانیم زلزله‌ها چه از لحاظ زمانی و چه از لحاظ مکانی پراکنده هستند.

به اعتقاد محمد یاسر رادان، دانشجوی دوره دکتری زلزله ‌شناسی پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، اساساً دو دیدگاه کلی در بحث پیش‌بینی زلزله وجود دارد: اول، روش‌های آماری مبتنی بر تاریخچه لرزه‌خیزی، مشخصات آماری زلزله‌ها و الگوهای آماری وقوع زمین‌لرزه و دوم، روش‌های پیش نشانگری مبتنی بر پایش تغییرات برخی پارامترهای ژئوفیزیکی در نواحی زلزله‌خیز و بعضی موارد دیگر مثل رفتار حیوانات منطقه.

به طور کلی تقسیم‌بندی‌های متفاوتی از منظر گوناگون برای زلزله متصور است که از بعد مقیاس زمان می‌توان پیش‌بینی را به چهار گروه بلند مدت، میان مدت، کوتاه‌مدت و آنی طبقه‌بندی کرد.

به این ترتیب اگر پیش‌بینی زلزله حداکثر تا یک دهه انجام شود، پیش‌بینی بلندمدت تلقی می‌شود، اگر پیش‌بینی برای بازه زمانی چند هفته تا یک سال انجام گیرد، میان‌مدت و اگر برای بازه زمانی چند ساعت تا کمتر از یک ماه باشد، کوتاه‌مدت محسوب می‌شود.

پیش‌بینی‌های بلندمدت و میان‌مدت زلزله با استفاده از روش‌های آماری و پیش‌بینی زلزله‌های کوتاه مدت و آنی با استفاده از روش‌های پیش نشانگری صورت می‌گیرد.

فرضیه پیش‌بینی درازمدت

در این حوزه دانشمندان از روش‌ها و رویکردهایی استفاده می‌کنند تا زمان تقریبی وقوع (حداکثر تا یک دهه) زمین‌لرزه‌ها را در آینده درازمدت تخمین بزنند.

هیچ کدام از این روش‌ها نمی‌توانند لحظه دقیق زمانی یا بزرگای دقیق زلزله را معین کنند، اما می‌توانند تقریبی از آنها به دست دهند بنابراین اطلاعات مفیدی در اختیار خواهد بود که احتیاطات لازم در مواردی مانند مقاوم‌سازی ساختار بناها انجام شود.

به طور کلی، هدف از پیش‌بینی بلندمدت ارائه مدل بلندمدت رخ دادن زمین‌لرزه‌های بزرگ بر مبنای داده‌های زلزله‌شناسی، زمین‌شناسی و ژئودزی است.

کاربرد این دسته از پیش‌بینی‌ها علاوه بر مقاوم‌سازی سازه‌ها، به انتشار آیین‌نامه‌های جدید ساختمانی برای سازه‌های آینده، تنظیم طرح‌های امداد و کمک‌رسانی، ملاحظات سیاسی، اجتماعی و اقتصادی در برنامه‌های توسعه کشوری و شناسایی مناطق دارای خطرپذیری زیاد به منظور احداث ایستگاه‌های پایش پیش‌نشانگرهای زلزله کمک چشمگیری می‌‌کند.

یافتن گسل‌های جدید

یافتن گسل‌های جدید علاوه بر گسل‌های از قبل فعال می‌تواند به دانشمندان در پیش‌بینی بروز بالقوه زلزله‌ها در مکان‌های غیرمنتظره کمک کند.

شواهد متعددی در یک منطقه می‌تواند به وجود گسل‌هایی دلالت کند که برای مدت‌های بسیاری در زمان‌های اخیر حرکت نکرده‌اند.

ازجمله این گسل‌ها در چشم‌انداز منطقه برجستگی‌های مستقیم طولانی‌ای تشکیل می‌دهند که می‌توانند توپوگرافی محلی و زهکشی طبیعی را تغییر دهند بنابراین آنها زمین‌هایی اعوجاج یافته و دریاچه و حوضچه‌هایی تشکیل شده از انحنای زمین به سمت پایین به جای می‌گذارند.

آنها می‌توانند محل ظهور چشمه‌ها باشند و به خاطر زهکشی طبیعی اغلب در طول مسیرشان از پوشش گیاهی انبوهی پوشیده شده‌اند.

گسل‌ها را می‌توان به وسیله بررسی‌های انعکاس امواج شناسایی کرد که از طریق ثبت امواج انعکاس یافته که یک شوک انفجاری از حد مرزهای لایه‌های پوسته زمین انجام می‌شود.

صخره‌های موجود در طول خطوط گسل گاهی به علت زلزله‌ها متلاشی می‌شوند. همه یخچال‌ها و نهرها در طول شکاف‌های حاصل به راه می‌افتند و ممکن است دره‌های بزرگی در طول یک گسل پوسته زمین به وجود آید.

علائم زلزله قریب‌الوقوع

انواع بسیار متفاوتی از فعالیت‌های کوتاه‌مدت که طول آنها از چند روز تا چند سال تغییر می‌کند، قبل از زلزله‌های بزرگ ذکر شده‌اند. زلزله‌شناسان به دنبال الگوهای منظم در چنین پیش‌درآمدهای کوتاه مدتی هستند. 

به طور کلی هر پارامتری که قبل از وقوع زمین‌لرزه تغییراتی در آن پدید آید، به گونه‌ای که بتوان با بررسی دقیق این تغییرات، زمین‌لرزه را پیش‌بینی کرد پیش‌نشانگر گفته می‌شود.

تاکنون بیش از 30 پیش نشانگر شناخته شده است که اهم آنها عبارتند از: تغییر شکل پوسته زمین، تغییر در تراز دریا، کج‌شدگی، تنجیدگی و تنجش‌های پوسته‌ای، پیش‌نشانگرهای زمین مغناطیسی و ژئوالکتریکی، تغییر در میدان گرانشی، پیش‌لرزه‌ها، انتشار گاز رادن، تغییر در دبی و ارتفاع آب‌های زیرزمینی، رفتار حیوانات و... .

مقدمه‌ای برای وقوع یک زمین‌لرزه

محمدیاسر رادان، پیش‌نشانگر را پدیده‌ای به عنوان مقدمه وقوع یک زمین‌لرزه می‌داند و از مشاهدات GPS InSAR و تغییر پارامترهای فیزیکی پوسته در کانون زمین‌لرزه (شامل تغییرات سرعت امواج لرزه‌ای، تغییرات ناهمسانگردی امواج لرزه‌ای، تغییرات میزان تضعیف امواج لرزه‌ای و تغییرات ساز و کار چشمه) را به عنوان پیش‌نشانگرهای بلند و میان‌مدت در پیش‌بینی زلزله یاد می‌کند.

وی همچنین پیش‌لرزه‌ها، پیش‌نشانگرهای زمین آبی (میزان خروج گاز رادون از پوسته، میزان خروج و انتشار گازهای غیررادون از پوسته، تغییر در دبی چشمه‌ها و سطح آب‌های زیرزمینی، تغییر در ترکیب شیمیایی و دمای آب‌های زیرزمینی)، پیش‌نشانگرهای ژئوفیزیکی (ژئومغناطیسی، ژئوالکتریکی، تشعشعات الکترومغناطیسی و اغتشاشات یونسفری و TEC)‌، پیش‌نشانگرهای بیولوژیکی (نظیر تغییر رفتار حیوانات، تغییر رنگ و ریزش برگ درختان و تغییر رفتار تک‌سلولی‌ها) و نیز پیش‌نشانگرهای ژئودتیکی (میزان خزش، میزان لغزش، میزان کرنش و میزان کج‌شدگی) را ازجمله پیش‌نشانگرهای کوتاه‌مدت در پیش‌بینی زلزله می‌داند.

البته بنا بر ارزیابی IASPEI، انجمن بین‌المللی زلزله‌شناسی و فیزیک درونی زمین، از بین پیش‌نشانگرهای مذکور ، پنج پیش‌نشانگر پیش‌لرزه، سکون لرزه‌ای، لرزش‌های قبلی، افزایش غلظت گاز رادن و کاهش دمای آب‌های زیرزمینی و نیز تعیین سطح آب‌های زیرزمینی بر اثر تغییر شکل پوسته دارای شرایط لازم برای صحت عملکرد هستند.

در این میان، استفاده از پیش‌نشانگرها در پیش‌بینی زلزله دارای نواقص و کاستی‌هایی است.

به عنوان مثال از یک طرف امواج ضربه‌ای پیشینی (foreshocks)‌، مجموعه‌ای از لرزه‌های خفیف یا دوره‌های بدون لرزه پیش از زلزله‌های بزرگ گزارش شده‌اند، در حالی که آنها لزوما همیشه رخ نمی‌دهند.

رفتارهای غیرعادی حیوانات نیز که به عنوان پیش‌بینی‌کننده زلزله ذکر شده است، همیشگی نیست.

از طرف دیگر، تنش بسیار زیاد صخره‌ها که در شرف جابه‌جایی هستند، باعث گرم شدن، تغییر شکل و انبساط آنها پیش از زلزله می‌شود، بنابراین شماری از تغییرات در پوسته زمین پیش از زلزله رخ می‌دهد و دانشمندان از وسایل گوناگونی برای اندازه‌گیری و ثبت این تغییرات استفاده می‌کنند؛ هرچند هیچ کدام از این موارد نیز پیش‌بینی‌کننده قطعی و دقیق زلزله نیستند.

گاهی زمین ممکن است در حد چند میلی‌متر یا سانتی‌متر پیش از زلزله انحنا پیدا کند. انحناسنج‌هایی (Tiltmeter)‌ که در سوراخ‌های عمیق و با دقت حفر شده قرار داشته باشند، می‌توانند این پدیده را کشف کنند.

تغییراتی در سرعت امواج لرزه‌ای در صخره‌های تحت تنش قرار گرفته نزدیک به گسل یافت شده است. شکاف‌های ذره‌بینی در صخره تحت تنش قرار گرفته نسبت به جهتی که تنش بر آنها وارد می‌شود، به هم می‌پیوندند و این امر می‌تواند بر چگونگی عبور لرزه‌های خفیف از میان آنها تاثیر بگذارد.

گاز رادون ممکن است از این شکاف‌های ریز تازه به وجود آمده در یک صخره تحت فشار ساطع شود. آبی که به درون صخره نفوذ می‌کند، مواد شیمیایی ازجمله رادون را از صخره جذب می‌کند و در نتیجه محتوای شیمیایی چنین موادی در آب چاه‌های منطقه افزایش می‌یابد.

جریان یافتن آب‌های زیرزمینی به درون شکاف‌های صخره‌ها ممکن است باعث کاهش سطح سفره آب زیرزمینی منطقه شود. در بعضی صخره‌های نزدیک به نقطه جابه‌جایی گسل ممکن است تغییر رسانایی الکتریکی ثبت شود.

دکتر مهدی زارع، معاون پژوهشی و رئیس مرکز ملی پیش‌بینی زلزله پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، درباره پیش‌بینی وقوع زلزله در آکویلای ایتالیا توسط جولیانی به استناد مولفه گاز رادون گفت: تغییرات گاز رادون در منطقه وی را از وقوع زلزله آگاه کرده بود، اما مکان و زمان دقیق آن را نتوانست بخوبی پیش‌بینی کند.

به اعتقاد رئیس مرکز ملی پیش‌بینی زلزله تصاعد این گازها نشان می‌دهد با استفاده از اطلاعات و داده‌های طبیعی می‌توان وقوع این پدیده را پیش‌بینی کرد که به طور یقین در نسل‌های آتی با ساخت دستگاه‌های پیشرفته امکان‌پذیر خواهد بود.

اگرچه در برخی مناطق این گاز با توجه به شرایط زمین منطقه زیاد است و در برخی مناطق اصلا وجود ندارد، ولی اندازه‌گیری آن باید در شرایط خاص و با تجهیزات ویژه انجام شود و نمی‌توان در تمام نقاط یک شهر آن را انجام داد.

نمونه‌ای از پیش نشانه‌های طبیعی

اندازه‌گیری گازها زمانی امکانپذیر است که از لایه‌های درونی به سطح زمین متصاعد شود.

به گفته دکتر زارع، در زلزله اخیر در آکویلا در مرکز ایتالیا، جیانپائولو جولیانی اواسط ماه ژانویه 2009 براساس رصد تغییرات گاز رادون در آزمایشگاه ملی فیزیک برآورد کرد که زمین لرزه‌ای احتمالا شدید در منطقه عمومی سولمونا (واقع در 50 کیلومتری آکویلا) حدود 30 ماه مارس (هشت روز قبل از وقوع) رخ خواهد داد.

البته در روز یاد شده اتفاق مهمی در سولمونا رخ نمی‌دهد، اما هشت روز بعد زمین‌لرزه اتفاق می‌افتد که بلافاصله پس از آن جولیانی ادعا می‌کند این زمین‌لرزه همان پیش‌بینی اوست که با تاخیر رخ داده است. پس از اعلان این خبر در سطح منطقه، بررسی‌هایی از سوی کمیته ریسک ایتالیا انجام شد، اما کارشناسان اعلام کردند این میزان تغییرات گاز رادون در مناطق لرزه‌خیز معمول است و الزاما نشانه رخداد زلزله‌ای شدید نیست.

به دنبال این خبر، دولت ایتالیا از جولیانی خواست به گفتن چنین هشدارهایی خاتمه دهد، اما پس از رخداد زلزله آکویلا، مطبوعات و رسانه‌های خبری توجه بیشتری به پیش‌بینی جولیانی کردند، اما موضع دولت و موسسه ژئوفیزیک رم این بود که اساسا پیش‌بینی درستی از سوی جولیانی صورت نگرفته است.

زمین‌لرزه 6.3 ریشتری روز دوشنبه 17 اردیبهشت در آکویلای ایتالیا اتفاق افتاد که بر اثر آن حدود 250 نفر کشته و بیش از 17 هزار تن بی‌خانمان شده‌اند.

این جمله اشتباه که از اساس زلزله قابل پیش‌بینی نیست. معمولا برای کم کردن هراس و هیجان مردم در مواقع بحرانی این جمله بیان می‌شود.

البته به نظر می‌رسد وی دقت زیادی در پیش‌بینی محل کانون زلزله نداشته است. اما آنچه باید در این رخداد مورد توجه خاص قرار گیرد، آن که این زلزله با بزرگای بیش از شش ریشتر در رده‌بندی‌های زلزله‌شناختی زلزله‌ای شدید تلقی می‌شود و مهم‌تر این است که پیش‌نشانگری طبیعی در منطقه عمومی زلزله آکویلا (تغییرات گاز رادون) از حدود سه ماه قبل احتمالا نمایانگر فعالیت و جنبایی زمین ساختی این ناحیه بوده است و نشان از موثر بودن رصد چنین پیش‌نشانگری حداقل در مواردی خاص از زمین‌لرزه‌ها دارد.

به اعتقاد دکتر زارع، زلزله ‌اخیر در ایتالیا نمایانگر آن است که شواهد پیش‌نشانگر زمین‌لرزه‌ها حتی اگر با دقت در حال حاضر قابل رصد نباشد، ولی وجود دارد و واقعیتی است که امکان مطالعه دقیق آن باید مورد بررسی بیشتر قرار گیرد.

سنجش دائمی تغییرات گاز رادون با استفاده از فیلم‌های رادیولوژی در نقاط متعدد در داخل و نزدیک شهرها و پیش‌بینی زلزله کار بزرگی است که حتی موفقیت نسبی در آن ارزش پرداختن به موضوع را دارد. با توجه به این‌که این گاز در همه مناطق وجود ندارد، نمی‌توان گفت وجود آن نشانه‌ای حتمی از وقوع زلزله است.

به گفته دکتر غلام جوان دولوئی، این گاز با توجه به نوع سنگ و خواص آتشفشانی سنگ‌های هر منطقه با مناطق دیگر متفاوت است. این گاز، حاصل از نوعی مواد مذاب آتشفشانی است.

رییس پژوهشکده زلزله‌شناسی پژوهشگاه زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله می‌افزاید: پیش‌بینی دانشمند ایتالیایی از وقوع زلزله اخیر و هشدارهای وی در حوالی آکویلای ایتالیا از یک هفته قبل از وقوع فاجعه را نمی‌توان نادیده گرفت.

در واقع تا زمان آزادسازی انرژی برخی شواهد قابل مشاهده خواهد بود که با اندازه‌گیری گازهای متصاعد شده در منطقه با تجهیزات ویژه می‌توان از وقوع زلزله آگاه شد اما این نکته حائز اهمیت است که باید در مناطق زلزله خیز تجهیزات اندازه‌گیری و آزمایشگاهی برای بررسی‌های اولیه وجود داشته باشد.

سال‌ها پیش در کوبه ژاپن نیز زلزله‌ای قوی رخ داد و قبل از این حادثه از وجود گازهای رادون به میزان زیاد خبر داده شده بود، اما شاید سیستم مدیریت کشور به گونه‌ای بوده که نخواسته با اعلام این خبر نظم عمومی و امنیت اجتماعی برهم زده شود.

موانع اصلی در پیش‌بینی زلزله

متخصصان معتقدند یکی از موانع عمده در پیش‌بینی دقیق زلزله این است که گسل‌ها جدا از هم عمل نمی‌کنند. وقتی در یک گسل شکستی ایجاد می‌شود، تنش حاصل می‌تواند به گسل دیگری منتقل شود و این مساله ادامه می‌یابد.

تغییر کشش درون پوسته زمین الگوهایی با تغییر تدریجی دارد که دانشمندان اطلاع دقیقی از آن ندارند.

همچنین مشکل اصلی در استفاده از پیش نشانگرها، نیاز به ثبت مداوم و مستمر آنها و بررسی تغییرات حاصل است.

از طرف دیگر، به دلیل دخیل بودن عوامل دیگر در پارامترهای موجود، پیش‌بینی دقیق دچار اخلال می‌شود و لازم است تا چند عامل پیش نشانگر به صورت همزمان مورد بررسی قرار گیرد.

با این حال تلاش‌ها برای پیش‌بینی زلزله‌ها همچنان از راه‌های مختلف ادامه پیدا کرده است. این تلاش‌ها در دو دهه گذشته عمدتا در سه حوزه متمرکز بوده است.