كيف يحدث الزلزال؟

"كيف يحدث الزلزال؟" سؤال يتعمق في الرقص المعقَّد للصفائح التكتونية، وإطلاق الطاقة المكبوتة، والتأثير التحويلي في سطح كوكبنا، ففي هذا الاستكشاف، نبدأ رحلة لكشف الأسرار المخفية تحت قشرة الأرض؛ حيث تتحرك وتتصادم الصفائح الهائلة التي يمتد بعضها عبر قارات بأكملها بمهارة.

تكمن نشأة الزلازل في الحركة المستمرة لهذه الصفائح؛ وهي عملية تتكشف على فترات زمنية تتجاوز الفهم البشري، إضافة إلى ذلك، يسعى هذا المقال إلى إزالة الغموض عن النشاط الزلزالي، وكسر المبادئ العلمية وراء حدوث الزلزال، وسوف نتعمق في التعقيدات الرقمية للقياسات الزلزالية، والعوامل الجيولوجية التي تؤثر في خطر الزلازل، والتأثير العميق الذي قد تُحدِثه هذه الأحداث في شكل سطح الأرض.

بينما نتنقل في المشهد الزلزالي، فإنَّنا نهدف إلى تعزيز فهم أعمق للقوى التي تشكل كوكبنا، وتمكين القراء من فهم العلم وراء الأرض الهادرة تحتها، ومن ثمَّ المساهمة في تحسين الاستعداد للزلازل والقدرة على الصمود.

تعريف الزلزال:

الزلزال هو ظاهرة طبيعية تتميز بالاهتزاز المفاجئ والعنيف لسطح الأرض الناتج عن حركة الصفائح التكتونية تحت القشرة الأرضية، وتتفاعل هذه الصفائح التي تشكل الغلاف الخارجي للأرض باستمرار مع بعضها بسبب تيارات الحمل الحراري في الوشاح المنصهر الأساسي.

عندما يصبح الضغط على طول حواف هذه الصفائح كبيراً جداً، فإنَّه يتسبب في إطلاق مفاجئ للطاقة على شكل موجات زلزالية؛ إذ يؤدي إطلاق الطاقة إلى توليد اهتزازات تنتشر إلى الخارج من نقطة الأصل، المعروفة باسم مركز الزلزال، فالنقطة التي تقع مباشرة فوق مركز الزلزال على سطح الأرض هي المكان الذي يكون فيه الاهتزاز أكثر شدة.

تختلف قوة الزلازل؛ إذ تشير القوة الأكبر إلى إطلاق أقوى للطاقة، وقد تتراوح آثار الزلازل من الهزات الخفيفة التي تمر دون أن يلاحظها أحد إلى الأحداث الكارثية التي تسبب أضراراً واسعة النطاق، اعتماداً على عوامل مثل العمق والبعد عن المناطق المأهولة بالسكان والجيولوجيا المحلية، ويُعَدُّ فهم ديناميكيات الزلازل أمراً هاماً جداً لتقييم وتخفيف المخاطر المحتملة التي تشكلها على المجتمعات البشرية والبنية التحتية.

تعريف مقياس ريختر:

مقياس ريختر - الذي طوره "تشارلز إف ريختر" في عام 1935 - هو مقياس حجم زلزالي مبكِّر يُستخدَم لقياس شدة الزلازل؛ إذ يعيِّن هذا المقياس اللوغاريتمي قيمة عددية واحدة للطاقة الزلزالية المنبعثة في أثناء الزلزال، وهذا يوفر مقياساً موحداً لحجم الزلزال.

يتراوح مقياس ريختر من 0 إلى 10، وكل زيادة في العدد الصحيح تمثل زيادة بمقدار عشرة أضعاف في سعة الموجات الزلزالية ونحو 31.6 مرة أكثر من إطلاق الطاقة.

يتضمن حساب قوة ريختر لوغاريتم نسبة سعة الموجات الزلزالية المسجَّلة على أجهزة قياس الزلازل؛ وللتوضيح، إذا كانت سعة الموجات الزلزالية في محطة قياس الزلازل أكبر بعشر مرات من الموجات المسجَّلة في محطة مرجعية، فإنَّ مقدار ريختر يزيد بمقدار 1، وترجع الطبيعة اللوغاريتمية للمقياس إلى النطاق الواسع من اتساع الموجات الزلزالية التي لوحظت في الزلازل.

شاهد بالفديو: 10 طرق سهلة لتكون صديقاً للبيئة

ما هي العوامل المؤثرة في حدوث الزلازل؟

يتأثر حدوث الزلازل بالديناميكيات المعقَّدة لحركات الصفائح التكتونية؛ إذ تتفاعل أجزاء ضخمة من الغلاف الصخري للأرض والتي يصل حجمها إلى مئات الكيلومترات على فترات زمنية جيولوجية تمتد لملايين السنين، ويتضمن التراكم المستمر وإطلاق الإجهاد على طول خطوط الصدع قوى في حدود الميجا باسكال، مع وجود اختلافات في الخصائص الجيولوجية للصخور ومعدل الإجهاد الذي يساهم في عدم القدرة على التنبؤ بموعد حدوث الزلزال.

تؤدي الخصائص الجيولوجية مثل نوع الصدع (العادي أو العكسي أو الانزلاقي) وطبيعة الصخور المعنية دوراً حاسماً، على سبيل المثال، تشهد حلقة النار في المحيط الهادئ - التي تتميز بمناطق الاندساس النشطة - نشاطاً زلزالياً متكرراً؛ وذلك بسبب اصطدام الصفائح التكتونية واندساسها.

كما يوضح قانون "جوتنبرج-ريختر" التوزيع الإحصائي للزلازل، مسلطاً الضوء على أنَّ الزلازل الأصغر حجماً أكثر تكراراً من الزلازل الأكبر، على سبيل المثال، قد يوجد آلاف الزلازل التي تبلغ قوَّتها 2 درجة لكل حدث بقوة 6 درجات.

يؤدي ضغط سائل المسام داخل الصخور - والذي يتأثر بعوامل مثل هطول الأمطار والنشاطات البشرية مثل الزلازل الناجمة عن الخزان - إلى تغيير ظروف الضغط على طول خطوط الصدع، وهذا قد يؤدي إلى حدوث زلازل.

تتضمن تغيرات الضغط هذه تغيرات تقاس بالكيلو باسكال، وقد يتراوح مفهوم فترات التكرار - التي تمثل متوسط ​​الوقت بين الزلازل المتعاقبة على خطأ معين - من عقود إلى قرون، على سبيل المثال، قد يتعرض خطأ ذو فترة تكرار تبلغ 100 عام لزلزال بقوة معينة كل قرن تقريباً.

تأثير الزلازل في البنية التحتية:

1. يؤدي تأثير الزلازل في البنية التحتية إلى تكاليف الإصلاح وإعادة الإعمار التي تصل إلى عشرات المليارات من الدولارات، مثل الأضرار التي لحقت بالطرق والجسور والمباني والمرافق.
2. تتطلب الأضرار الناجمة عن الزلازل التي لحقت بعناصر البنية التحتية الحيوية، مثل شبكات المياه والصرف الصحي، استثمارات تتراوح بين مئات الملايين إلى مليارات الدولارات من أجل الترميم والتحسين.
3. تمتد تكاليف الإصلاح المرتبطة بالأضرار الزلزالية التي لحقت بالبنية التحتية للنقل، مثل الطرق السريعة والسكك الحديدية، إلى عشرات الملايين أو حتى مليارات الدولارات، اعتماداً على حجم الحدث الزلزالي والمناطق المتضررة.
4. تتطلب نفقات التعديل التحديثي الزلزالي - التي تهدف إلى تعزيز المباني والهياكل لتحمُّل الزلازل - مخصصات مالية كبيرة تتراوح بين آلاف وملايين الدولارات لكل هيكل.
5. يؤدي التأثير الاقتصادي للأضرار التي لحقت بالزلزال في البنية التحتية للطاقة، مثل الشبكات الكهربائية ومحطات الطاقة، إلى تكاليف تتجاوز مئات الملايين من الدولارات للإصلاحات والتحديثات وتحسين مرونة النظام.
6. إنَّ إعادة بناء المدارس والمستشفيات المتضررة في أعقاب وقوع زلزال غالباً ما تنطوي على نفقات تتراوح بين مئات الملايين إلى مليارات الدولارات، وهذا يعكس أهمية استعادة الخدمات العامة الأساسية.

كيف يكون شكل الأرض عند حدوث الزلزال؟

1. خلال الزلزال، قد تتعرض الأرض للتشوه، مع احتمال أن تتراوح إزاحة التمزق السطحي على طول الصدع من سنتيمترات إلى أمتار، وهذا يوضح حجم القوى التكتونية المعنية.
2. تسبب الموجات السطحية الزلزالية اهتزازاً للأرض بسعة تقاس بالملليمتر إلى السنتيمتر، وهذا يؤثر في التضاريس وينشئ تموجات تختلف اعتماداً على عوامل مثل نوع التربة وعمق الزلزال.
3. قد تحدث الإزاحة الرأسية للأرض - والمعروفة باسم الارتفاع الكوني أو الهبوط - في أثناء وقوع الزلزال، وتتراوح هذه الحركة العمودية من بضعة سنتيمترات إلى أمتار عدة، وهذا يعكس إطلاق الطاقة بشكل كبير تحت سطح الأرض.
4. يساهم طول التمزق الأرضي على طول الصدع في أثناء الزلزال - الذي يمتد لمسافات تتراوح من بضعة كيلومترات إلى مئات الكيلومترات - في تغيير الشكل العام للمناظر الطبيعية، وهذا يوضح المدى الواسع للنشاط التكتوني.
5. يؤدي إنشاء منحدرات الصدع؛ حيث يتم رفع جانب واحد من الصدع أو إزاحته بالنسبة إلى الجانب الآخر، إلى ظهور معالم طبيعية بارزة مع إزاحات رأسية تقاس بالأمتار، وهذا يوضح التغيرات العميقة في شكل الأرض الناجمة عن الأحداث الزلزالية.
6. يؤدي تشوه الأرض، مثل التميع في التربة المشبعة، إلى انتشار جانبي؛ إذ تتحرك الأرض أفقياً، وتتراوح الإزاحة الجانبية في أثناء أحداث التميع من سنتيمترات إلى أمتار عدة، وهذا يؤثر في الشكل العام للأرض.

إقرأ أيضاً: أغرب 5 ظواهر طبيعية

كيف يحدث الزلزال؟

1. تحدث الزلازل عندما تتعرض الصفائح التكتونية للأرض - وهي أجزاء ضخمة من الغلاف الصخري للأرض يصل حجمها إلى مئات الكيلومترات - إلى حركات مفاجئة، وهذا يؤدي إلى إطلاق طاقة زلزالية.
2. تتضمن العملية المعقَّدة للزلزال حركة الصفائح التكتونية بسرعات تتراوح من بضعة ملليمترات إلى سنتيمترات عدة سنوياً، وهذا يؤدي إلى تراكم الضغط على مدى فترات طويلة، غالباً ما تمتد لعقود أو حتى قرون.
3. عند النقطة الحرجة، قد يصل الضغط المتراكم على طول خط الصدع إلى مستويات في حدود الميجا باسكال؛ أي ما يعادل ملايين الباسكال، وهذا يؤدي إلى تكسُّر الصخور على طول الصدع.
4. يتم قياس إطلاق الطاقة الزلزالية في أثناء الزلزال باستخدام مقياس ريختر، وهو مقياس لوغاريتمي؛ إذ تمثل كل زيادة في العدد الصحيح زيادة في السعة بمقدار عشرة أضعاف، وهذا يعرض الطاقة الهائلة المعنية.
5. يمكن للموجات الزلزالية الناتجة عن الزلزال أن تنتقل بسرعات تتراوح ما بين 3 إلى 14 كيلومتراً تقريباً في الثانية؛ إذ يوفِّر اتساعها وتكرارها معلومات عن حجم الزلزال وعمقه، وغالباً ما يتم قياسهما بالكيلومترات تحت سطح الأرض.

في الختام:

عند استكشافنا للآليات المعقَّدة وراء الزلازل، نجد أنفسنا نقف على شفا فهم عميق لطبيعة الأرض الديناميكية، فإنَّ الرحلة عبر القوى التكتونية، والموجات الزلزالية، والتعقيدات العددية المرتبطة بحدوث الزلازل، قد ألقت الضوء على الرقصة المعقَّدة للطاقة تحت أقدامنا.

عندما نفكر في السؤال "كيف يحدث الزلزال؟" ندرك أنَّ الإجابة لا تكمن فقط في التعقيدات العلمية، لكن أيضاً في السياق الأوسع لترابطنا مع الكوكب، فالزلازل هي شهادة على إعادة التشكيل المستمر لسطح الأرض، وهي تذكير بأنَّ الأرض التي نسكنها بعيدة كل البعد عن كونها ثابتة.