علم الزلازل

علم الزلازل أو الرَّجَاجة هو الدراسة العلمية لكل من الزلازل وانتشار الموجات المرنة في جميع أنحاء الكرة الأرضية أو عبر الأجسام الأخرى التي تشبه الكوكب. ويتضمن هذا المجال دراسات حول تأثير الزلازل مثل التسونامي والمصادر الزلزالية المتنوعة مثل العمليات البركانية والتكتونية والمحيطية وعمليات الغلاف الجوي والعمليات الصناعية (مثل الانفجارات). وهناك مجال ذو صلة يستخدم الجيولوجيا لاستنتاج المعلومات المتعلقة بالزلازل السابقة ويسمى دراسة السجلات الزلزالية القديمة. ويعرف سجل الحركة الأرضية المرتبة ترتيبًا زمنيًا باسم السجل الزلزالي. وعالم الزلازل هو عالم متخصص يجري بحوثه في علم الزلازل.
تعريف الزلزال
هو عبارة عن اهتزازات ناتجة عن طاقة محررة من باطن الأرض على شكل موجات تحدث في اوقات معينه نتيجة تقلصات في القشرة الأرضية تحدث في البر والبحر وتكون إما عامودية أو أفقية.
الزلازل أو الإهتزازات الأرضية تعتبر من الظواهر الطبيعية، تتكون أحياناً في بعض المناطق بشكل دوري منتظم وفي مناطق أخرى تأتي بشكل مفاجئ، وفي الحالتين ينتج دماراً وانهيارات وكوارث، في حال كانت شدتها كبيرة، ولا تستغرق الزلازل والإهتزازات بضع ثواني في حدوثها إلا أنه يمكن أن تصل مدتها في الحالات العنيفة إلى عدة دقائق.
كيف يحدث الزلزال
نقطة انطلاق الزلزال داخل القشرة الأرضية تسمى (البؤرة)، أما التي تقابل مركز الزلزال على السطح فتسمى بالمركز السطحي للزلزال، وعادة تكون شدة الزلزال عند هذه النقطة أكبر من أي نقطةٍ أخرى، وهناك أجهزة لقياس الذبذبات العالية للموجات الزلزالية.
ويوضع في محطات تسجيل الزلازل ثلاثة أجهزةٍ يتخصص أحدها بقياس الحركة الرأسية Z والجهازان الأخران لقياس (E-W,N-S)، ومع تقدم في علم الإلكترونيات استطاع العلماء تصميم أجهزة قياس دقيقةٍ وخفيفة الوزن يمكن نقلها إلى الحقول للدراسات الزلزالية.
الطاقة المتحررة من بؤرة الزلزال تنتقل على شكل موجات في باطن الأرض في جميع الاتجاهات؛ والموجات المتجهة إلى السطح تسبب الاهتزازات المدمرة التي تدمر المباني والمنشآت، أما الموجات التي تتجه إلى الأعماق فتتبع مساراً مختلفاً اعتماداً على خواص المكونات الباطنية للأرض.
التوزيع الجغرافي للزلزال
تحدث الزلازل في كافة بقاع الأرض، وتقوم المراصد الزلزالية بتسجيل الزلازل. يسجل ما يقارب مليون هزة سنوياً؛ إلا أن الهزات العنيفة أقل بكثير، ويترتب عادة عند حدوث زلزال عنيف دمار اقتصادي وبشري؛ فالطاقة المتحررة عند حدوث الزلزال قد تفوق (100,000) قنبلة ذرية. ولذلك تطورت التقانات الزلزالية وهندسة الزلازل، كما تم وضع معايير خاصة لتصميم أبنية مقاومة للزلزال.
ورغم إمكانية حدوث الزلازل في أي نقطةٍ من الكرة الأرضية، إلا أن توزيعها ليس عشوائياً، بل يتركز في أحزمةٍ تسمى الأحزمة الزلزالية، من أهم هذه الحزم:
حزام المحيط الهادي (70%)
الحزام الألبي (20%).
ويشمل هذان الحزامان 90% من الزلازل التي تحدث في الأرض، وتتفرع عنهما أحزمة صغيرة أقل فاعلية من الأحزمة الرئيسة، وتعتبر الزلازل التي تحدث في المناطق العربية والتي تمتد من مضيق جبل طارق- جبال الألب - جبال طوروس في تركيا - جبال زاغروس في العراق وإيران - وجبال الهمالايا وجنوب شرق آسيا من ضمن الحزام الألبي.
يعتمد التوزيع الجغرافي لهذه الأحزمة على نظرية تكتونية الصفائح، وبموجبها يفترض أن الجزء الخارجي من الكرة الأرضية مقسم إلى عدة صفائحَ مختلفةٍ، وتوجد فيما بين هذه الصفائح حركة نسبية تكون حركة تقاربية أو تباعدية أو انتقالية، لذلك تتركز الزلازل في المناطق الحدودية للصفائح وفي وسطها.
ملاحظات على حدوث الزلازل
الزلازل التي تتشكل في الحواجز المحيطية تكون نتيجة الصدوع العامودية، أي نتيجة لتباعد الصفائح.
الزلازل التي تحدث على امتداد الصدوع تحويلية يكون السبب في حدوثها هو الانزلاقات.
الزلازل التي تحدث في السلاسل الحديثة يكون سببها صدوع مقلوبة نتيجة لعملية انضغاط ويوجد أيضاً انزلاقات وانواع الصدوع السابقه المختلفة، وهذا يبين لنا أن ميكانيكية التشوهات فيها ليست بسيطة.
المصادر الزلزالية وأنواع الزلازل
مصادر طبيعية
زلازل تكتونية
زلازل بركانية
زلازل ارتطامية وانهيارية
زلازل بحرية دقيقة
المصادر البشرية
الهزات المسيطر عليها
التفجيرات: وهناك فرق بين التفجير والزلزال ; التفجير يكون عبارة عن ضغط في جميع الإتجاهات أما الزلزال فيكون سحب من منطقة الوسط وضغط من منطقة الاطراف على شكل خلخلة.
الضجيج الحضري.
الهزات المحتثة
زلازل الخزانات المائية.
الارتجاحات المنجمية.
الزلازل المحتثة نتيجة حقن السوائل.
تصنيف الزلازل وأنواعها
العمق البؤري
تصنف الزلازل حسب عمقها البؤري إلى:
الزلازل الضحلة وهنا لا يزيد العمق البؤري لها عن 50 كم.
الزلازل المتوسطة وهذا النوع من الزلازل العمق البؤري لها يكون بين الاعماق (50- 250) كم.
الزلازل العميقة أما هذه الزلازل عمقها البؤري يمتد بين الاعماق (250 -700) كم.
الطاقة الزلزالية المتحررة
الزلازل الكبيرة وهذه الزلازل تقع مقاديرها الزلزالية ما بين (4- 8,5) درجة.
الزلازل الدقيقة أما هذا النوع من الزلازل فيقع مقدارها الزلزالي بين (0-3) درجة طبقاً لمقياس ريختر.
القوة التدميرية
الزلازل الضعيفة وهي الزلازل التي تبلغ شدتها (1-5) درجة حسب مقياس مركالي المعدل وهي ضعيفة لا تحدث أي دمار أو خسائر في الأرواح.
الزلازل القوية وهي الزلازل التي تبلغ شدتها (6-9) درجة حسب مقياس مركالي المعدل وهذا النوع من الزلازل يسبب دماراً وخسائر في الأرواح.
الزلازل المدمرة هذا النوع يبلغ شدته ما بين (9-12) وفق مقياس مركالي المعدل ويسبب دماراً شاملاً وخسائر في الأرواح.
الزلازل التكتونية
الزلازل التي تحدث على حدود الصفائح التكتونية تشكل 90% من الهزات الأرضية.
الزلازل القارية وهذه الزلازل تحدث بعيداً عن حدود الصفائح ولهذه الزلازل دراسة قليلة ليست كافية.
تتمز الهزات القارية بإنه يمكن الإحساس والشعور بها على مساحات كبيرة
الزلازل الدقيقة
وهي تلك الهزات التي لها مقدار زلزالي أقل من 3 وتصنف إلى
زلازل دقيقة مقدارها الزلزالي أقل أو تساوي (3) وأكبر أو تساوي (1).
الزلازل الدقيقة جداً مقدارها الزلزالي أقل أو يساوي (1).
تحدث الزلازل الدقيقة بنسبة عالية في المناطق ذات النشاط الزلزالي العالي، وهذا يعد من أهم مميزاتها.
الزلازل القمرية
الإستكشافات القمرية بدأت عام 1972، كان القمر جسماً كوكبياً هادئاً من الناحية الحركية الصفائحية والبراكين، تتراوح تسجيل محطة الأجهزة القمرية ما بين (600-3000) هزة قمرية كمعدل كل سنة، هذه الهزات تعتبر صغيرة يبلغ مقدارها حوالي 2 على مقياس ريختر. تم تسجيل نموذج زلزالي على سطح القمر من محطة المركبة أبولو 16، وضع فيها ثلاثة أنواع من الحوادث المختلفة:
الزلازل القمرية العميقة ويقع بؤرها على عمق من (600-900) كيلو متر داخل القمر.
تحدث في الجزء الضحل من القمر وهذا النوع ليس شائعاً يعتقد بأنه قد ينشأ من تحرر الشد التكتوني الكائن في صخور قشرة القمر؛ لذلك فإما ان تكون هناك مياه جوفية أو وجود نوع من التكسير الجاف الخاص، وهذا يحصل نتيجة لظروف حرارية غير طبيعية.
زلازل ناتجة من اصطدام بعض الأجسام بسطح القمر، ومنها التي يصنعها الإنسان.
أنواع المراصد الزلزالية
وتقسم إلى
المحطات التقليدية
المحطات الإقليمية
المحطات المؤقتة
المواصفات النموذجية لمواقع الرصد الزلزالي
بعد الموقع عن مواقع الضجيج وطرق المواصلات الرئيسية.
سهولة الوصول إلى الموقع.
وجود قاعدة صخرية ثابتة نسبيا ويفضل ان تكون صخوراً نارية أو متحولة.
ان يكون الموقع في مستوى منخفض ولا يفضل وضعها في مواقع طوبوغرافية ناتئة.
اختبار الموقع من ناحية نسبة الإشارة إلى التشويش.
تاريخ علم الزلازل
من أهم الإنجازات في تاريخ تطور علم الزلازل:
التوقعات المبكرة للأسباب الطبيعية للزلازل في كتابات طاليس من ميلتوس (عام 585 قبل الميلاد), وأنكسيمانس من ميليتوس (عام 550 قبل الميلاد), وأرسطو (عام 340 قبل الميلاد) وتشانغ هنغ (عام 132 م).
في عام 132 م، صمم تشانغ هنغ من أسرة هان بالصين أول مقياس معروف للزلازل.
في عام 1664، زعم أثناسيوس كيرشر أن الزلازل تنتج عن حركة النيران الموجودة في قنوات في باطن الأرض.
في عام 1703، افترض مارتن ليستر (1638 إلى 1712) ونيكولاس ريميري (1645 إلى 1715) أن الزلازل ناتجة عن انفجارات كيميائية تحدث في باطن الأرض.
تزامن زلزال لشبونة لعام 1755 مع الازدهار العام للعلوم في أوروبا حيث أُطلقت محاولات علمية مكثفة لفهم سلوك وأسباب الزلازل. وتتضمن الاستجابات الأولى عمل جون بيفيس (1757) وجون ميشل (1761). ويقول ميشل إن الزلازل تنشأ في باطن الأرض وهي عبارة عن موجات حركية تتسبب بها صخور على بعد أميال تحت سطح الأرض.
بداية من عام 1857، وضع روبرت ميلت حجر الأساس لعلم الزلازل المفيد كما نفذ تجارب تتعلق بعلم الزلازل باستخدام متفجرات.
في عام 1897، قادت الحسابات النظرية التي أجراها العالم إيميل فيشات إلى أن باطن الأرض يتكون من غلاف من السيليكات تحيط نواة من الحديد.
في عام 1906، حدد ريتشارد ديكسون أولدهام وصول موجات منفصلة ما بين الموجات P والموجات S والموجات السطحية وهو أول من وجد الدليل على أن للكرة الأرضية لبًا مركزيًا.
في عام 1910، بعد دراسة زلزال سان فرانسيسكو وضع هاري فيلدينج ريد نظرية جديدة، وهي نظرية الارتداد المرن والتي ظلت الأساس للدراسات التكتونية الحديثة. ويعتمد تطور هذه النظرية على التقدم الكبير السابق للتيارات المستقلة التي تعمل على دراسة سلوك المواد المرنة والرياضيات.
في عام 1926، كان هارولد جيفريز، أول من زعم، استنادًا إلى دراسته للزلازل، أنه توجد تحت القشرة الأرضية لب الأرض وهو سائل.
في عام 1937، قالت إنجي لمان عالمة الزلازل الدنماركية بأنه يوجد في باطن الأرض سائل وخارج منطقة اللب يوجد لب داخلي صلب.
بحلول ستينيات القرن العشرين، تطور العلم حتى ظهرت نظرية شاملة حول أسباب حدوث الزلازل وتضم كل ذلك النظرية المستقرة حول تكتونيات الصفائح.
أنواع الموجات الزلزالية
والموجات الزلزالية هي موجات مرنة تنتشر في المواد الصلبة والسائلة، ويمكن تقسيمها إلى موجات الجسم وهي التي تسري في داخل المواد؛ والموجات السطحية والتي تسري في الأسطح أو بين الأسطح والمواد والطرق الطبيعية، وهي نوع من الموجات الدائمة.
موجات الجسم
يوجد نوعان من موجات الجسم الموجات P والموجات S (كلاهما من موجات الجسم). :
1- إن موجات الضغط، أو الموجات الأولية (موجات P)، هي موجات طولية تتضمن تضاغطات وتخلخلات (توسع) في اتجاه تحرك الموجة. وتعتبر الموجات P من أسرع الموجات التي تسري في المواد الصلبة وبالتالي هي أول موجات تظهر على سجل الزلازل.
2- الموجات S، المعروفة أيضًا باسم موجات القص أو الموجات الثانوية، هي موجات عرضية تتضمن حركة عمودية على اتجاه الانتشار. وتظهر موجات S بعد موجات P في سجل الزلازل. ولا تستطيع السوائل دعم هذه الحركة العمودية أو حركة القص، لذا فإن موجات S تسري في المواد الصلبة، بينما الموجات P تسري في كل من المواد الصلبة والسائلة.
الموجات السطحية:
1- موجات رايلي حركتها تكون على شكل قطع ناقص في المستوى العامودي.
2- موجات لوف.
موجات لوف تنتقل بصورة أسرع من من انتقال موجات رايلي.
تأثر موجات رايلي في الاجسام المائية كالبحيرات لوجود مركبة شاقولية في حركتها، أما موجات لوف لا تنتقل في الوسط المائي تأثر فقط في سطح الماء فقط، كما تتاثر جوانب البحيرات أو خلجان المحيطات ذهاباً وإياباً بحيث يزاح الماء جانبياً .
انظر أيضًا
شخص حساس للزلازل
أبو عبد الله بن زكريا القزويني
البيروني
ابن سينا
ياقوت الحموي
جيوفيزياء رياضية
إنجي لمان
جوسيب ميركالي
ملاحظات
المراجع
الوقاية من الزلازل - سهل السنوي (1987) - مجلة آفاق العلمية- العدد الحادي عشر - مؤسسة الابحاث العربيه
الزلازل والبيئة - سهل السنوي - (1987) - مجلة العلم والمستقبل - العدد الرابع
كتاب أساسيات علم الزلازل - سهل عبد الله السنوي - 1997
هندسة زلازل