نگاهی به تکنیک نسبتاً تازه‌ی اندازه‌گیری جابه‌جایی پوسته‌ی زمین
این نوشتار پیش‌تر در صفحه‌ی 12 شماره‌ی 1591 روزنامه‌ی «اعتماد» به تاریخ 25/10/1386 به چاپ رسیده است؛ اما از آن رو که موضوع مطرح‌شده در آن همچنان اهمیت، اعتبار و تازگی دارد، و به‌ویژه به این دلیل که این پژوهش نمونه‌ای موفق از همکاری دو شاخه از رشته‌های گوناگون مهندسی، یعنی نقشه‌برداری و سازه (یا به عبارت دقیق‌تر: دورسنجی و زلزله‌شناسی) به شمار می‌آید، بر آن شدم که آن را با ویرایشی تازه، بار دیگر در دسترس دوستدارانِ این‌گونه مباحث بگذارم.
زمین‌لرزه‌ها می‌توانند بر مناطقی از سطح زمین تا فاصله‌ای بیش از 200 کیلومتر دورتر از کانون رخداد زلزله، تاثیر بگذارند. تا همین اواخر، جابه‌جایی واقعی پوسته‌ی زمین را تنها با برآورد و گمانه‌زنی و حدس می‌شد محاسبه کرد؛ اما امروزه به‌کارگیریِ فناوری در شیوه و تکنیکی تازه، باعث شده است پژوهشگران با دقتی بسیار خوب به آثار واقعی
ارتعاش‌های مخربِ پوسته‌ی زمین پی ببرند.
خطوط کج و معوجی که روی توپ‌های کاغذ یک دستگاه لرزه‌نگار نقش می‌بندند، اصلی‌ترین بخشِ کارِ دقیقِ ثبت زمین‌لرزه‌ها به شمار می‌آیند. حتا بروز تنها یک انحراف چند میلی‌متری رو به بالا در این خطوطِ ثبت‌شده، نمایانگر آزاد شدن مقدار تصورناپذیری از انرژی در اعماق زمین است. این انرژی نیز
به نوبه‌ی خود بر اثر گردش امواج ارتعاشی در درون حجم بالایی از صخره‌های پوسته‌ی زمین و فشار آن‌ها به یک سمت آزاد می‌شود که در عرض فقط چند ثانیه می‌تواند کف اقیانوس را تا چندین متر بالا بیاورد.
با این همه، هنوز زلزله‌شناسان برای تعیین نیروی یک زمین‌لرزه به این خطوط کج و معوجِ ناخوانا تکیه می‌کننـد. پژوهشگران همچنین با مقایسه‌ی منحنی‌های ترسیم‌شده‌ی دستگاه‌های لرزه‌نگار که از چندین حسگر بهره می‌جویند، می‌توانند راستای حرکتِ میلیون‌ها تُن سنگ را در اعماق زمین تعیین کننـد؛ اما چنین اندازه‌گیری‌هایی از دقت کافی برخوردار نیستند. به همین علت، تصویر روشنی از میزان جابه‌جایی سنگ‌ها و موادِ اعماق زمین وجود ندارد و چگونگی دستیابی به
این تصویر و پاسخ روشن، پرسشی‌ست که چندین دهه است ذهن زلزله‌شناسان را مشغول کرده است.
ابداع شیوه‌ای تازه و مؤثر
اکنون به نظر می‌رسد که محدودیتِ پیشین یا همان «نبود دقت کافی در سنجش میزان تأثیرهای زمین‌لرزه» تا اندازه‌ی درخور توجهی برطرف شده است. دو زلزله‌شناس نام‌آور
جهانی به نام‌های «شین ایچی میازاکی» از دانشگـاه توکیو (ژاپن) و «کریستین لارسن» از دانشگـاه کلرادو (امریکا) به‌تازگی توانسته‌اند به پیشرفتی چشمگیر در این زمینه دست یابند. آن‌ها با تمرکز روی یک زمین‌لرزه‌ی شدید که در تاریخ 25 سپتامبر سال 2003م. ساحل شمالی ژاپن را لرزاند، توانستند یک انیمیشن رایانه‌ای بسازند که میزان جابه‌جایی زمین را با دقتی باورنکردنی و با خطای تنها 5/4 میلی‌متری تعیین می‌کند. آن‌ها این کار را با بهره جستن از یک سامانه‌ی ماهواره‌ای به انجام رساندند که پیش‌تر برای اندازه‌گیری های زمانِ واقعیِ مورد نیاز برای
تجزیه و تحلیل آثار زمین‌لرزه، غیرقابل‌اعتماد تشخیص داده شده بود. این سامانه که از آن با نام«سامانه‌ی موقعیت‌یاب ماهواره‌ای» (GPI) یاد می‌شود، در واقـع هماورد ژاپنیِ سامانه‌ی نام‌آشنای امریکاییِ «سامانه‌ی موقعیت‌یاب جهانی» یا همان GPS به شمار می‌رود. فیلم انیمیشنی که این دو پژوهشگر با
بهره‌گیری از اطلاعات به‌دست‌آمده از 1200 ایستگاه GPI در سراسر ژاپن و سه‌هزار ایستگاه سنجش زمین‌لرزه ساخته‌اند، این امکان را فراهم می‌آورد که با دقیق‌ترین شیوه، ابعاد گوناگونِ هستی و چیستیِ یک زلزله (از بدو پیدایش دانش زمین‌لرزه‌شناسی) بررسی شود.
زمین لرزه‌ای که «میازاکی» و «لارسن» برای انجام بررسی‌های خود روی آن تمرکز کردند، در فاصله‌ی 80 کیلومتریِ ساحل جزیره‌گونِ «هوکایدو» آغاز شد: در پلک بر هم زدنی، تنش ایجادشده میان دو صفحه در عمق 25 کیلومتری سطح زمین، باعث شد انرژی بسیار عظیمی حدود 80 هزار برابر انرژیِ انفجار بمب اتمیِ هیروشیما آزاد شود. این ارتعاش، دارای بزرگیِ 1/8 ریشتر بود و به‌طور مستقیم بر فراز کانون رخداد آن، مقادیر بسیار فراوانی سنگ با سرعت 25 سانتی‌متر بر ثانیه به
اندازه‌ی بیش از یک متر جابه‌جا شدند.
اما همان‌گونه که این دو پژوهشگر در ژورنال «ژئوفیزیکال ریسرچ لترز» نوشتند، بیش‌ترین جابه‌جایی‌ها در نقاطی دورتر از کانون رخداد زمین‌لرزه نمایان می‌شود. در انیمیشن تهیه‌شده‌ی آن‌ها نیز کاملاً آشکار است که بیش‌ترین جابه‌جایی‌های ناشی از زمین‌لرزه‌ی سپتامبر 2003، در سواحل شمالی ژاپن در فاصله‌ی 50 کیلومتری از کانون روی داده است: میلیون‌ها تُن سنگ در درون پوسته‌ی زمین با
سرعت یک متر بر ثانیه به اندازه‌ی تقریبی 9 متر جابه‌جا شدند.
ثبت جابه‌جایی سنگ‌ها در فاصله‌ی 200 کیلومتری
حتا در فاصله‌ی 100 کیلومتری شمال‌غربی کانون رخدادِ آن زمین‌لرزه نیز سنگ‌های سطحی به اندازه‌ی دو متر کامل جابه‌جا شدند. در واقع، مساحت ناحیه‌ای که تحت تاثیر پیامدهای آن لرزش قرار گرفت، حیرت‌آور بود: دایره‌ی فرضیِ احاطه‌کننده‌ی مناطقی که
پدیده‌ی جابه‌جایی زمین در آن‌ها رخ داد، گستره‌ای نزدیک به به اندازه‌ی ایالت نیوجرسی امریکا را دربرمی‌گیرد. دستگاه‌های پیشرفته‌ی جی.پی.آی حتا موفق به ثبتِ جابه‌جایی‌هایی از این دست در فاصله‌ی 200 کیلومتری از کانون رخدادِ آن زمین‌لرزه نیز شدند.
با این همه، شگفت‌انگیزترین نتیجه‌ای که در پرتو انجام
پژوهش‌های یادشده به دست آمد، این بود که پس‌لرزه‌های رخ‌داده در سنگ‌های مدفون در اعماق زمین، تقریباً به بروز هیچ جابه‌جایی دیگری روی لایه‌های سطحیِ زمین نینجامید. در پی وقوع ارتعاش اصلی در جزیره‌گونِ هوکایدو، چند پس‌لرزه که بزرگیِ یکی از آن‌ها از 1/7 ریشتر نیز فراتر رفت، دقیقاً منطقه‌ی واقع در جنوب‌غربی کانون اصلی زمین‌لرزه را لرزاند. با این همه، پوسته‌ی زمین به‌گونه‌ای شگفت‌انگیز بدون هرگونه جابه‌جایی یا تکانی، ثابت ماند. نتیجه‌ای که «میازاکی» و «لارسن» از تحلیل و پردازشِ مشاهده‌هایشان استخراج کردند، این بود که
«بیش‌ترین تنش در سطح زمین، می‌بایست در اثر نخستین ارتعاش پدید آمده باشد.»
دقت اعجاب‌انگیز در اندازه‌گیری
مقایسه‌ی داده‌های به‌دست‌آمده از ابزارهای پیشرفته‌ی GPI و دستگاه‌های قدیمیِ لرزه‌نگاری نشان می‌دهد که فناوری تازه‌ی GPI lang=FA> بسیار دقیق‌تر عمل می‌کند. برای مثال، در منطقه‌ای که بیش‌ترین جابه‌جایی‌ها بر اثر وقوع زمین‌لرزه‌ی هوکایـدو اتفاق افتاده بود، دستگاه‌های لرزه‌نگاری سنتی، جابه‌جایی‌های پدیدآمده در پوسته‌ی زمین را 20 کیلومتر دورتر از آنچه سامانه‌ی GPI ثبت کرده بود، ارزیابی کردند. «لارسن» در این باره می‌گوید: «ما نشان دادیم که با در اختیار داشتن شبکه‌ای از ابزارهای دریایی، میزان جابه‌جایی‌های سطح زمین
در پی بروز زمین‌لرزه‌ها را می‌توان به‌طور دقیق برآورد و پیش‌بینی کرد.»
تا این اواخر دستاوردهای این گروه پژوهشی اصلاً جدی گرفته نمی‌شد، زیرا برای مثال، ابزارهای GPI و GPS آن‌قدر تکامل‌یافته نبودند که بتوانند جابه‌جایی‌های کوچک زمین را بر اثر وقوع زمین‌لرزه‌های
گوناگون اندازه بگیرند. در واقع، از سامانه‌های ماهواره‌ای زمین‌شناسان تنها برای اندازه‌گیری میزان جابه‌جایی صفحه‌های قاره‌ای در طول زمان مورد بهره می‌جستند و می‌توانستند تعیین کنند که قاره‌ها چند سانتی‌متر در سال جابه‌جا می‌شوند؛ اما اکنون قرار است فناوری ماهواره‌ای یادشده، در آینده‌ای نه‌چندان دور برای اندازه‌گیری میزان جابه‌جایی‌های ریزتر زمین بر اثر رخ دادن زلزله‌ها به کار گرفته شوند. «بنیاد ملی علوم» در ایالات متحد امریکا به‌طور جدی روی این شیوه سرمایه‌گذاری کرده و برای نصب هزار ایستگاه GPS در سواحل زلزله‌خیز غربی آن کشور برنامه‌ریزی کرده است.
نویسنده : اکسل بوجانوفسکی
مترجم : علی عبدالمحمدی
بازنگاری و ویرایش : امیریاشار فیلا
