סכנה וסיכון סייסמיים

סכנה סיסמית (באנגלית: Seismic Hazard) היא ההסתברות שתאוצת קרקע מסוימת כתוצאה מרעידת אדמה, תתרחש באתר נתון, בתוך פרק זמן נתון. פגיעוּת היא שיעור הנזק הצפוי לאוכלוסיות שבסיכון (בדרך כלל מבנים) באתר נתון, שסובל מדרגת עוצמה סייסמית נתונה. סיכון סייסמי (באנגלית: Seismic Risk) הוא שילוב של הסכנה הסייסמית עם הפגיעוּת, ומוגדר כהסתברות לשיעור נזק באתר נתון כתוצאה מרעידת אדמה בתוך פרק זמן נתון. נתוני הסכנה הסייסמית משמשים בעיקר לקביעת תקנים לבנייה עמידה כנגד רעידות אדמה, בעוד שנתוני הסיכון הסייסמי משמשים גורמים שונים כגון גופי שילטון וחברות ביטוח להעריך את היקף הנזק הצפוי ברעידת אדמה באתר או אזור נתונים. כאמור לעיל, הסכנה סיסמית היא ההסתברות שתאוצת קרקע מסוימת, כתוצאה מרעידת אדמה, תתרחש באתר נתון, בתוך פרק זמן נתון. במדינות המערב, לרבות בקליפורניה, מקובל, שהסכנה הסייסמית שכנגדה מתכוננים היא תאוצת הקרקע שההסתברות להתרחשותה לפחות פעם אחת ב-50 שנה היא 10%. קרי; כתוצאה מרעידת אדמה שזמן המחזור הוודאי שלה הוא 500 שנה. על כן, גם התקן הישראלי לבנייה עמידה בפני רעידות אדמה מתבסס על תאוצות קרקע (מקסימליות) שיתרחשו בכל אתר במדינה, ברעידת אדמה העונה להגדרה זו, ואשר מוקדה הפוטנציאלי הוא בנקודה הקרובה ביותר האפשרית לאתר. המקור העיקרי, אם לא היחיד, לרעידות אדמה הרסניות באזורנו הוא הבקע הסורי אפריקאי/בקע ים המלח וגם "העתק יגוּר" המהווה סעיף שלו, ואשר משתרע לאורך עמק יזרעאל בואכה מפרץ חיפה וממשיך אל תוך הים התיכון. על פי חישובים גאו-סטטיסטיים המתבססים על נתונים היסטוריים של רעידות אדמה באזור ארץ ישראל, גודל או מגניטודת רעידת האדמה העונה להגדרה המוזכרת בתחילת פרק זה הוא כ־6.3 בסולם ריכטר. על כן, הסכנה הסייסמית בכל אתר ואתר במדינה, מוגדרת כהסתברות לתאוצת הקרקע המקסימלית שתתרחש באתר מרעידת אדמה בגודל זה במקום הקרוב ביותר לאתר בבקע הסורי אפריקאי או בהעתק היגוּר ובתקופה של 50 שנה. הדרך לחשב את תאוצת הקרקע המקסימלית (להלן: תק"מ) היא באמצעות משוואת ניחות של תאוצות קרקע, המקובלת בכל העולם. אלא שמשוואה שכזו תקפה רק בהנחה שהאתר ממוקם על סלע אם צפוף שאינו גורם כלל להגברת תאוצות הקרקע באתר. על כן, התק"מ הצפויה באתר לפי משוואה זו היא סטנדרטית, וכדי להגיע למסקנה בדבר התק"מ האמיתית שצפויה באתר יש לחשב או למדוד (תלוי בנסיבות) את ההגברה הצפויה של תאוצות הקרקע באתר. משוואת ניחות מקובלת שעל פיה מקובל לחשב את התק"מ הצפויה בכל ישוב במדינה היא: l o g A R = 0.43 + 0.23 ∗ ( M − 6 ) − l o g ( R ) − 0.0027 ∗ R {\displaystyle logAR=0.43+0.23*(M-6)-log(R)-0.0027*R} . כאשר: AR היא תאוצת הקרקע המקסימלית במרחק R קילומטרים מהמוקד, ו-M היא מגניטודת רעידת האדמה בסולם ריכטר. משוואת ניחות זו תקפה אך ורק לרעידות אדמה הגדולות ממגניטודה 6 בסולם ריכטר. לדוגמה: אם נניח שבעיר מסוימת המרוחקת כ־70 קילומטר ממוקד אפשרי בבקע ים המלח/הירדן, מתקבלת על פי משוואה זו תק"מ של של 0.1g (כלומר 1 מ' לשנייה בריבוע) ועל פי החישובים או המדידות הגאולוגיות/הנדסיות, מקדם ההגברה בעיר הוא 10, אזי בעיר הזו תאוצת הקרקע שצפויה ברעידת אדמה בגודל של כ־6.3 בסולם ריכטר, שמוקדה במקום הקרוב ביותר האפשרי לעיר היא 1g (פי 10 מהתאוצה הסטנדרטית הצפויה, היינו כ־10 מ' לשנייה בריבוע) - תאוצת קרקע הרסנית ביותר. כלומר, הסכנה הסייסמית בעיר זו בהסתברות של 10% לתקופה של 50 שנה היא 1g. פגיעות מבנים מוגדרת כשיעור הנזק שנגרם למבנה (או ייגרם למבנה) באיכות בנייה ידועה ובאתר נתון שסבל (או יסבול) מעוצמה סייסמית נתונה (או מתאוצת קרקע מקסימלית נתונה). פגיעות זו ניתנת להערכה ואף לחישוב על סמך נתונים היסטוריים, של מבנים דומים, בעלי אותה איכות בנייה, שניזוקו מרעידת אדמה שיצרה אותה רמה של תאוצת קרקע מקסימלית באתר בו ממוקם המבנה. ברוב המדינות ששכיחוּת רעידות האדמה ההרסניות בהן היא גבוהה יחסית, למשל קליפורניה ומרכז ודרום אירופה, קיימות, כתוצאה ממחקרים אודות רעידות אדמה היסטוריות שהתרחשו באזור, מטריצות פגיעות אופייניות - ראו דוגמה פשוטה באיור בפרק זה. הסיכון הסייסמי הוא שילוב של הסכנה הסייסמית עם הפגיעות, ומוגדר כהסתברות לשיעור נזק באתר נתון בתוך פרק זמן נתון. בדוגמה ההיפותטית קודם, תאוצת הקרקע הצפויה באותה עיר לפחות פעם אחת בהסתברות של 10% ובתקופה של 50 שנה היא 1G. העוצמה הסייסמית המתאימה לערך כה גבוה של תאוצת קרקע היא כ- XI-X (11-10 בספרות רומיות). על כן הסיכון הסייסמי באותה עיר יוגדר כהסתברות של 10% לתקופה של 50 שנה שכ־50% מהמבנים בעיר יקרסו חלקית, ל־45% מהם ייגרם נזק משמעותי, וכ־5% מהמבנים יקרסו לגמרי. זוהי הערכת סיכון סייסמי מינימלית לפי עוצמה סייסמית חזויה של X במטריצת הפגיעות. לפי עוצמה XI במטריצת הפגיעות, הרי כמעט כל המבנים בעיר יהרסו חלקית או לגמרי, בהסתברות של 10% ל־50 שנה. יודגש, שמדובר במטריצות פגיעות פשוטות ומיושנות, שמובאות לצורך המחשה בלבד. סולם סייסמי עוצמה סייסמית חיזוי רעידות אדמה סייסמולוגיה התוכנית העולמית להערכת סיכונים סיסמיים פרויקט מחקר סיכוני תשתית באוניברסיטת קולומביה הבריטית, ונקובר, קנדה אבחן את ההשפעה של רעידות אדמה עולמיות מתרומת עדי ראייה ישירה ועקיפה התקיימו ניסיונות, בעיקר באירופה, להעריך פגיעות לבני אדם השוהים בתוך המבנים או בסביבתם הקרובה מאד, למשל אצל Lapajne, J., 1984. The MSK-78 Intensity Scale and Seismic Risk. Engineering Geology, 20: pp 105-112 אך פגיעות זו תלויה בכל כך הרבה משתנים כמו השעה ביממה בה מתרחשת רעידת האדמה, או היום הספציפי (חג או לא חג), מזג אוויר וכיוצא בזה. בקליפורניה המרכז לטכנולוגיה יישומית (ATC) נאלץ להסתמך על הערכות מומחים בעניין פגיעות בני אדם ברעידות אדמה בהיעדר נתונים אמפיריים יציבים, להבדיל מנתונים אודות מבנים. לא בכדי תיאר מרכז זה את הניסיון להעריך פגיעות בני אדם כאמנות יותר מאשר מדע Applied Technology Concile, 1985. Earthquake Damage Evaluation Data for California, 364 pages קליפורניה מהווה דוגמה לכל העולם בכל הקשור להיערכותה כנגד רעידות אדמה. הגברה של תאוצות הקרקע באתר עלולה להתרחש בדר"כ ובעיקר עקב הרכב מסוים של תצורות הסלע במקום. הגברה כזו קרויה תגובת אתר סייסמית. למשתנים עוצמה סייסמית ותאוצת קרקע (מקסימלית) קיים מתאם ברמה גבוהה מאד. על כך ראו ב:Charles F. Richter., 1958. Elementary Seismology. Freeman &Company, San Francisco & London, (Chapter 11) p.140 וגם ב: אבני, ר., 1999. רעידת האדמה של שנת 1927 - מחקר מאקרוסייסמי על בסיס מקורות התקופה. אונ' ב.ג. בנגב, עמ' 40 - 41 לרבות טבלה 10 שם וההסתמכות על המחקרים השונים המצוטטים ואשר קויימו בעניין זה. Smith, K., 2004. Environmental Hazards: Assesing Risk and Reducing Disaster, Fourth Edition, Routhledge, p.38 Tesfamariam, S., Goda, K., 2013 (Eds.). Handbook of Seismic Risk Analysis and Management of Civil Infrastructure Systems. Woodhead & Elsevier, p. 307 Tesfamariam, S., Goda, K., 2013 (Eds.). Handbook of Seismic Risk Analysis and Management of Civil Infrastructure Systems. Woodhead & Elsevier, p. 334 Lapajne, J., 1984. The MSK-78 Intensity Scale and Seismic Risk. Engineering Geology, 20: p. 109 Petersen, M.D., et al., [peak ground acceleration with a 10% probability of exceedance in 50 years Peak ground acceleration with a 10% probability of exceedance in 50 years.], U.S.G.S., 2018 Ben Menahem, A., 1991. Four Thousand Years of Seismicity Along the Dead Sea Rift. Journal of Geophisical Research, 96: pp. 20195-20216 עמוס שירן וחבריו, אנליזה הסתברותית להערכת הסיכון הסיסמי (PSHA (המבוססת על משוואת ניחות פיסיקלית הניתנת להתאמה לתנאים המקומיים בישראל, באתר משרד הבינוי והשיכון וועדת ההיגוי הבין-משרדית להיערכות לרעידות אדמה. ספטמבר, 2021. Joyner, W. B., Boor, D. M., 1988. Measurement, Characterization, and Prediction of Strong Ground Motion. Proceedings of Earthquakes Engineering & Soil Dynamics II, GT Div/ASCE: pp.43-102