پایش زمین از آسمان

نگاهی به چگونگی اندازه گیری جابه جایی پوسته زمین ....

زمین لرزه ها می توانند مناطقی از سطح زمین را تا فاصله یی بیش از ۲۰۰ کیلومتر دورتر از مرکز وقوع زلزله تحت تاثیر قرار دهند. تا این اواخر، جابه جایی واقعی پوسته زمین (Crust) فقط با تخمین و حدس قابل محاسبه بود. اما امروزه پیدا شدن یک فناوری جدید باعث شده است محققان با دقت بسیار خوبی به آثار واقعی ارتعاش های مخرب اشاره کنند.
خطوط کج و معوجی که روی توپ های کاغذی یک دستگاه لرزه نگار ثبت می شود، کار ثبت دقیق زمین لرزه ها را انجام می دهد. حتی بروز فقط یک انحراف چند میلی متری رو به بالا در خطوط ثبت شده روی این توپ ها، نمایانگر آزادشدن مقدار غیرقابل تصوری از انرژی در اعماق زمین است. این انرژی نیز به نوبه خود بر اثر گردش امواج ارتعاشی در درون مقدار بسیار زیادی از صخره های پوسته زمین و فشار آنها به یک سمت آزاد می شود که در عرض فقط چند ثانیه می تواند کف اقیانوس را تا چندین متر بالا بیاورد.
با این حال، هنوز زلزله شناسان برای تعیین قدرت یک زمین لرزه به این خطوط کج و معوج ناخوانا تکیه می کننـد. محققان همچنین با مقایسه منحنی های ترسیم شده توسط دستگاه های لرزه نگار که از تعدادی حسگر متفاوت استفاده می کنند، می توانند جهت حرکت میلیون ها تïن سنگ را در اعماق زمین تعیین کننـد. اما چنین اندازه گیری هایی فاقد دقت لازم است. تصویر روشنی از میزان جابه جایی سنگ ها در اعماق زمین وجود ندارد و این سوالی است که دهه های متوالی ذهن زلزله شناسان را به خود مشغول کرده است.
● ابداع یک شیوه جدید و موثر
با این حال، اکنون به نظر می رسد که محدودیت قبلی یا به عبارتی همان «فقدان دقت کافی در سنجش میزان تاثیرات زلزله» تا حد قابل توجهی برطرف شده است. «شین ایچی میازاکی» از دانشگـاه توکیو (ژاپن) و «کریستین لارسون» از دانشگـاه کلرادو (امریکا) به عنوان دو زلزله شناس معروف بین المللی به تازگی توانسته اند به پیشرفت چشمگیری در این زمینه دست یابند. آنها با تمرکز روی یک زمین لرزه شدید که ۲۵ سپتامبر ۲۰۰۳ ساحل شمالی ژاپن را لرزاند، توانستند یک انیمیشن رایانه یی بسازند که میزان جابه جایی زمین را با دقت غیرقابل باوری با یک حاشیه خطای فقط ۵/۴ میلی متری تعیین می کند. آنها این کار را با استفاده از یک سیستم ماهواره یی انجام دادند که پیشتر برای اندازه گیری های زمان واقعی لازم برای تجزیه و تحلیل آثار زمین لرزه غیرقابل اعتماد تشخیص داده شده بود. این سیستم که از آن به عنوان «سیستم موقعیت یاب ماهواره یی» (GPI) یاد می شود، در واقـع هماورد ژاپنی «سیستم موقعیت یاب جهانی»(GPS) امریکا محسوب می شـود. فیلم انیمیشنی تهیه شده توسط این دو محقق که با بهره گیری از اطلاعات حاصل از ۱۲۰۰ ایستگاه GPI در سراسر ژاپن و سه هزار ایستگاه سنجش زمین لرزه ساخته شده است، این امکان را فراهم می کند که دقیق ترین شیوه ابعاد وجودی یک زلزله (از بدو پیدایش این علم زمین لرزه شناسی) را بررسی کنیم.
زمین لرزه یی که «میازاکی» و «لارسون» برای انجام تحقیقات خود روی آن تمرکز کردند، در فاصلـــه ۸۰ کیلومتری از ساحل شبه جزیره هوکایدو آغاز شد؛ در یک پلک به هم زدن، تنش ایجاد شده بین دو صفحه در عمق ۲۵ کیلومتری سطح زمین، باعث شد انرژی بسیار عظیمی حدود ۸۰ هزار برابر انرژی حاصل از انفجار بمب اتمی هیروشیما آزاد شود. این ارتعاش از بزرگی ۱/۸ ریشتر برخوردار بود و مستقیماً بر فراز مرکز وقـــوع آن، مقادیر بسیار فراوانی سنگ با سرعت ۲۵ سانتیمتر بر ثانیه به اندازه بیش از یک متر جابه جا شدند.
اما همان طوری که این دو محقق در ژورنال Geophysical Research Letters نوشته اند، بیشترین جابه جایی ها در نقاطی دورتر از مرکز وقوع زمین لرزه نمایان می شود. در فیلم انیمیشن تهیه شده توسط آنها نیز کاملاً مشهود است که بیشترین جابه جایی های ناشی از زمین لرزه سپتامبر ۲۰۰۳ در سواحل شمالی ژاپن در فاصله ۵۰ کیلومتری از مرکز اتفاق افتاده است؛ میلیون ها تïن سنگ در داخل پوسته زمین با سرعت یک متر بر ثانیه به اندازه تقریبی ۹ متر جابه جا شدند.
● ثبت جابه جایی سنگ ها در فاصله ۲۰۰ کیلومتری
حتی در فاصله صد کیلومتری شمال غربی مرکز وقوع آن زمین لرزه نیز سنگ های سطحی به اندازه دو متر کامل جابه جا شدند. در واقع، مساحت ناحیه یی که تحت تاثیر پیامد های آن لرزش قرار گرفت، حیرت آور است؛ دایره فرضی احاطه کننده مناطقی که پدیده جابه جایی زمین در آنها اتفاق افتاد، وسعتی به اندازه تقریبی ایالت نیوجرسی امریکا را در بر می گیرد. دستگاه های پیشرفته GPI حتی موفق به ثبت این قبیل جابه جایی ها در فاصله ۲۰۰ کیلومتری از مرکز وقوع آن زمین لرزه شدند.
با این حال، شگفت انگیزترین نتیجه یی که در پرتو انجام تحقیقات اشاره شده به دست آمد، این بود که پس لرزه های حادث شده در سنگ های مدفون در اعماق زمین تقریباً به بروز هیچ جابه جایی دیگری روی لایه های سطحی زمین نینجامید. در پی وقوع ارتعاش اصلی در شبه جزیره هوکایدو تعدادی پس لرزه که بزرگی یکی از آنها به ۱/۷ ریشتر بالغ شد، دقیقاً منطقه واقع در جنوب غربی مرکز اصلی زمین لرزه را لرزاند. با این حال پوسته زمین به طور شگفت انگیزی بدون هر گونه جابه جایی یا تکانی ثابت باقی ماند. نتیجه یی که «میازاکی» و «لارسون» از مشاهداتشان استخراج کردند، قائل به این معنا بود که «بیشترین تنش در سطح زمین باید توسط نخستین ارتعاش ایجاد شده باشد.»
● دقت اندازه گیری اعجاب انگیز
مقایسه بین داده های حاصل از ابزارهای پیشرفته GPI و دستگاه های قدیمی لرزه نگاری نشان می دهد که فناوری جدید (GPI) بسیار دقیق تر عمل می کند. به عنوان مثــال، در منطقه یی که بیشترین جابه جایی ها بر اثر وقوع زمین لرزه هوکایـدو اتفاق افتاده بود، دستگاه های لرزه نگاری سنتی وقوع جابه جایی های حاصله در پوسته زمین را ۲۰ کیلومتر دورتر از آنچه سیستم GPI ثبت کرده بود، ارزیابی کرد. «لارسون» در این باره می گوید؛ «ما نشان داده ایم که با در اختیار داشتن شبکه یی از ابزارهای دریایی می توان در آینده برای تخمین دقیق میزان جابه جایی های سطح زمین در پی بروز زمین لرزه ها اقدام کرد.» تا این اواخر دستاوردهای این گروه تحقیقاتی را اصلاً جدی نمی گرفتند، زیرا به عنوان مثال ابزارهای GPI و GPS آنقدر تکامل یافته نبودند که بتوانند جابه جایی های کوچک زمین را بر اثر وقوع زمین لرزه های مختلف اندازه بگیرند. در واقع، سیستم های ماهواره یی فقط توسط زمین شناسان برای اندازه گیری میزان جابه جایی صفحه های قاره یی در طول زمان مورد استفاده قرار می گرفت و این امکان را به دانشمندان می داد که تعیین کنند قاره ها چند سانتیمتر در سال جابه جا می شوند.
اما اکنون قرار است از فناوری ماهواره یی یاد شده در آینده نه چندان دور برای اندازه گیری میزان جابه جایی های فوری زمین بر اثر وقوع زلزله ها استفاده شود. «بنیاد ملی علوم» در ایالات متحده امریکا توجه لازم را به این قضیه مبذول داشته است. این موسسه هم اکنون برای نصب هزار ایستگاه GPS در سواحل زلزله خیز غربی مشغول برنامه ریزی است.

اکسل بوجانوفسکی / ترجمه؛ علی عبدالمحمدی
روزنامه اعتماد