هل يمكن لشبكة رصد الزلازل اليابانية التنبؤ بالزلازل؟

التأهب للزلازل

تشكل الزلازل تهديدًا كبيرًا لسلامة الإنسان والمجتمع. يعلق الكثير من الأمل على التنبؤ بالزلازل - معرفة وقت وموقع ونطاق الزلزال مقدمًا - للمساعدة في التأهب والاستعداد بشكل مناسب، وكذلك حماية أرواح الناس. لكن التقدم في الأبحاث الزلزالية أوضح فقط مدى صعوبة هذا النوع من التنبؤ الدقيق. وفي الوقت نفسه، زاد فهم الزلازل وتحسنت دقة التنبؤ. فيما يلي أدرس تطورات الأبحاث الزلزالية المصاحبة لتوسع شبكة مراقبة الزلازل في اليابان وإمكانية التنبؤ.

الزلازل هي حركات تصدعات جيولوجية تحدث تحت الأرض. تنتقل الاهتزازات الناتجة عن انزلاق جانبي مستوى الصدع إلى السطح، مما يهز بيئتنا المعيشية بالحركة الزلزالية. عندما تحدث حركات الصدع تحت قاع البحر، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث أمواج تسونامي. هناك بعض الأسباب التي تؤدي إلى الزلازل والإصابة بالاضطرابات في طبقات الأرض، وهي انتقال الرسوبيات على مساحة كبيرة من الأرض بكمية كبيرة، وحدوث ثقل على تلك المساحة، وهذا يتسبب في الاختلال بطبقات الأرض وتحرك طبقات القشرة الأرضية ومن ثم تحدث الزلازل. أيضاً ينشأ عن حركة الصفائح التكتونية مع بعضها البعض ضغط كبير؛ وعندما تفوق قوة الضغط، قوة الاحتكاك بين الصفائح، يتصدع السطح ويحدث الزلزال وحينها تنتشر في جميع الاتجاهات ما يُسمى بالموجات السيزمية؛ وهي الطاقة الناتجة عن حركة الصفائح التكتونية، وتنتشر هذه الموجات أولاً في طبقات الأرض حتى تصل إلى السطح في شكل هزات، أو بالأحرى في شكل زلازل. تنبع هذه الطاقة من حركة الصفائح التي تغطي سطح الأرض. صفيحة المحيط الهادئ وصفيحة البحر الفلبينية تتواجدان مباشرة تحت الأرخبيل الياباني، وتحركات هذه الصفائح هي السبب الرئيسي للزلازل عبر الأرخبيل (انظر الشكل 1).

لماذا يوجد في اليابان الكثير من الزلازل؟

يمكن تصنيف الزلازل إلى ثلاثة أنواع. تحدث زلازل حدود الصفائح عندما تحتك الصفائح المحيطية بالصفائح العليا. زلزال 11مارس/ آذار 2011، المسمى بزلزال شرق اليابان الكبير الذي وقع قبالة ساحل المحيط الهادئ في منطقة توهوكو والزلزال المتوقع أن يضرب البلاد على طول حوض نانكاي جنوب هونشو في المستقبل القريب كلاهما من هذا النوع. في المقابل، تحدث الزلازل الداخلية داخل الصفائح التكتونية المحيطية الغارقة، بينما تحدث الزلازل البينية حدود الصفائح التكتونية.

يبلغ الحد الأقصى لقوة الزلازل على حدود الصفائح التكتونية من 8 إلى 9 درجات. وكان زلزال توهوكو قوته 9 درجات على مقياس ريختر، مع منطقة صدع تبلغ 500 كيلومتر بين الشمال والجنوب و300 كيلومتر بين الشرق والغرب. الزلازل الداخلية، والتي تشمل زلزال هانشين أواجي العظيم (كوبي) الذي وقع عام 1995، هي أصغر من الزلازل الحدودية للصفائح التكتونية، ولكنها مدمرة لأنها تحدث على عمق ضحل نسبيًا يبلغ 15 كيلومترًا أو أقل. غالبًا ما تقع الزلازل الداخلية عند إعادة تنشيط الصدوع المتكونة في الماضي.

تشكل الأرخبيل الياباني، الذي كان في الأصل جزءًا من قارة أوراسيا، عندما انفصل عن القارة قبل حوالي 20 مليون عام، مما أدى إلى نشوء بحر اليابان. تم نشوء العديد من خطوط الصدع خلال هذه العملية، وهي مصدر معظم الزلازل الداخلية اليوم. تحدث الزلازل بشكل متكرر في مواقع معينة، لكن الفترة الفاصلة بينها تتراوح من عقود إلى قرون في حالة الزلازل على حدود الصفائح وآلاف السنين أو أكثر للزلازل الداخلية. لكن اليابان تعاني من زلازل متكررة لأن هناك العديد من النقاط التي يمكن أن تحدث فيها.

تطوير شبكة رصد الزلازل في اليابان

مراقبة الزلازل لها تاريخ طويل في اليابان أكثر من أي مكان آخر تقريبًا. تأسست جمعية علم الزلازل في اليابان بعد وقت قصير من زلزال يوكوهاما عام 1880 على يد عالم الجيولوجيا البريطاني جون ميلن، مستشار حكومة ميجي. أدى ذلك إلى تطوير جهاز قياس الزلازل. في وقت لاحق، في الستينيات، وسعت اليابان بشكل كبير شبكة المراقبة الخاصة بها في إطار برنامجها الوطني للتنبؤ بالزلازل. أدى اقتراح نظرية الزلازل في السبعينيات إلى تطوير نظام التنبؤ بالزلازل على أساس اكتشاف الانزلاق، أو الحركة النسبية للنقاط على جانبي مستوى الصدع.

حفز زلزال كوبي عام 1995 مراجعة كبيرة للنظام الحالي، مع إدراك أنه من الأهمية بمكان فهم النشاط الزلزالي المعاصر وحركة قشرة الأرض. تتكون شبكة المراقبة الأساسية في اليابان من نظامين على الصعيد الوطني: Hi-net، وشبكة رصد الزلازل عالية الحساسية في اليابان، والتي يديرها المعهد الوطني لبحوث علوم الأرض والوقاية من الكوارث، مع حوالي 800 قاعدة في البلاد، إلى جانب العديد من الشبكات الأخرى (الشكل 2)؛ ونظام شبكة رصد الأرض GNSS التابع للنظام العالمي للملاحة بالأقمار الصناعية، وGEONET، التابع لهيئة المعلومات الجغرافية المكانية في اليابان، مع ما يقرب من 1300 قاعدة.

لقد أدى ذلك إلى تحسين قدرتنا بشكل ملحوظ على مراقبة الزلازل الصغيرة، وخفض الحد الأدنى من إمكانية الكشف بمقدار 0.5 إلى 1.0 نقطة. وقد أدى هذا إلى زيادة عدد الزلازل التي تم اكتشافها ما يقرب من عشرة أضعاف. كما كشفت عن تسلسل خطي للزلازل الضحلة، مما يشير إلى توابع الزلازل السابقة الرئيسية والصدوع النشطة المحتملة التي قد تؤدي إلى حدوث زلازل في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك، أصبح من الممكن الآن التعرف بسرعة ودقة على نشاط توابع الزلازل الكبرى. على سبيل المثال، في زلزال تشويتسو عام 2004، تم الحصول على توزيع مركز الزلزال المكون من 4 إلى 5 بؤر.

كانت هذه البؤر مصدر الزلزال الرئيسي والتوابع واسعة النطاق، والتي علمنا من خلالها بإعادة تنشيط نظام صدع معقد تشكل عندما توسع بحر اليابان. مع شبكة المراقبة السابقة، كان من الممكن اعتبارها مجرد مجموعة زلزالية غامضة، لكن الفهم التفصيلي للتوزيع الزلزالي ساهم بشكل كبير في فهمنا للظواهر الزلزالية.

تأثير زلزال توهوكو

كشف الزلزال الكبير الذي ضرب شرق اليابان عام 2011 عن أوجه القصور في مجال علم الزلازل، والذي توقع فقط وقوع زلزال في هذه المنطقة تبلغ قوته حوالي 8 درجات. حتى ذلك الحين، كان يُعتقد أن الزلازل لها خصائص متأصلة في كل موقع، وأن الزلازل ذات النطاق المماثل تحدث بشكل متكرر. لكننا الآن ندرك تنوع الزلازل ونعلم أن مناطق التمزق تتغير مع كل زلزال.

كما أظهر أننا لا نعرف حجم الزلزال في الوقت الذي يبدأ فيه التصدع، مما يثبت صعوبة التنبؤ الزلزالي. في ضوء ذلك، حولت الحكومة اليابانية تركيز نظام التأهب للكوارث. بمجرد أن يستند هذا النظام إلى فرضية التنبؤ بزلزال طوكاي القادم، فإن هذا النظام يتعرف الآن على عدم اليقين في التنبؤ ويصدر المزيد من النشرات الفورية حول استعداد زلزال نانكاي لإبقاء الناس على دراية بالخطر.

التداعيات العالمية لبحوث شبكة المراقبة

أتاحت شبكة قياس الزلازل عالية الحساسية باليابان وهيئة المعلومات الجغرافية المكانية في اليابان اكتشافًا كبيرًا له تداعيات عالمية: وجود زلازل بطيئة، والظواهر الزلزالية لانزلاقات الصدع التي تكون أبطأ من الزلازل العادية، مصنفة وفقًا لمدى بطئها. بعد الاكتشاف الأول في العالم للزلازل البطيئة في جنوب غرب اليابان في عامي 1999 و2002، تم اكتشافها في مواقع في جميع أنحاء العالم. نظرًا لأن أصول الزلازل البطيئة تجاور المناطق المركزية من الزلازل العملاقة، يُعتقد أنها مرتبطة بهذه الكوارث القوية. نحن نعلم الآن أنه مباشرة قبل زلزال شرق اليابان الكبير، كانت الزلازل البطيئة تحدث في المنطقة المجاورة، وربما تسببت في حدوث الزلزال الضخم.

كشفت شبكة مراقبة قاع البحر المكونة من 150 قاعدة للزلازل والتسونامي على طول خندق اليابان (S-net) ، التي طوره المعهد القومي لبحوث علوم الأرض والوقاية من الكوارث بعد زلزال توهوكو، وشبكات الكابلات الأخرى في قاع البحر (كما هو موضح في الشكل 2) عن مجموعة متنوعة من الزلازل البطيئة في خندق اليابان وبالقرب من حوض نانكاي. نظرًا للعلاقة المحتملة بين الزلازل البطيئة والزلازل الضخمة، فقد تم اقتراح الزلازل البطيئة كأحد المعايير لإصدار النشرات حول الاستعداد لزلزال حوض نانكاي المتوقع.

التنبؤ بالزلازل وإنقاذ الأرواح

لا يمكننا معرفة توقيت وموقع تمزق الصدوع مسبقًا، ولكن إذا تمكنا من تحديد شكل واحتكاك الصدع والطريقة التي يتم بها تطبيق القوة، فيجب أن يكون من الممكن تقييم اقتراب حدوث زلزال من الناحية الاحتمالية. عززت ملاحظة التغييرات التي طرأت على قشرة الأرض والبحر بشكل كبير فهمنا لمدى قوة التصاق الصفائح التكتونية ببعضها البعض عند حدودها. باستخدام أجهزة السوبر كمبيوتر، يمكننا تقدير مواقع ودرجة القوة النشطة عند حدود الصفائح، مع الأخذ في الاعتبار اندساس الألواح المحيطية، وبيانات تغير القشرة اليومية، وإعادة توزيع الطاقة من خلال الزلازل الصغيرة والبطيئة.

يمكن للتنبؤ بالزلازل تحديد الاحتمالية فقط - لا توجد طريقة للتأكد من حدوث زلزال في وقت معين. ولكن فور بدء الزلزال، فإن معرفة ما إذا كان سيتطور إلى هزة أرضية هائلة في غضون ثوان يمكن أن يساعد في إنقاذ الأرواح. حاليًا، يتم إحراز تقدم في البحث وتطبيق مثل هذه المعلومات في الوقت الفعلي. أطلقت وكالة الأرصاد الجوية اليابانية خدمة الإنذار المبكر بالزلازل في عام 2007 (انظر الشكل 3).

لقد عملت بشكل فعال في منطقة توهوكو في زلزال توهوكو عام 2011، لكنها قللت من تقدير الاهتزازات التي أثرت على منطقة كانتو حول طوكيو. قدرت المنهجية المستخدمة في ذلك الوقت النقطة التي انزلق عندها الصدع في البداية لإحداث الزلزال والقوة المتوقعة، متنبئة بقوة الهزات على مسافات من تلك النقطة. ما فشلت في النظر فيه هو إلى أي مدى ستتوسع منطقة التصدع، كما حدث في الزلزال الضخم عام 2011. الآن، ندمج طريقة تقيس الاهتزاز في نطاق أكبر من النقاط لتقدير الاهتزاز عند النقطة المستهدفة، مما يعزز موثوقية النظام. يتم تعديل نماذج الأعطال الخاصة بالزلازل الضخمة باستمرار باستخدام بيانات في الوقت الفعلي من هيئة المعلومات الجغرافية المكانية في اليابان، والبحث جار لتطبيق هذه البيانات في التنبؤ الفوري بموجات التسونامي.

الاستقرار والاستعداد

ساعد الإدخال الأخير لشبكة رصد الأمواج على الأرض وقاع البحر في إحراز تقدم في البحوث السيزمية وعزز وظائف تقييم حالة النشاط الزلزالي، والتنبؤ بالزلازل، وتوفير المعلومات في الوقت الفعلي. هذه المعرفة والمعلومات ضرورية لحماية الناس والمجتمع ككل. يجب علينا ضمان التشغيل المستقر لشبكة المراقبة التي تقوم عليها. نظرًا لأن الزلازل الضخمة التي تحدث في البحر تشكل تهديدًا خطيرًا بشكل خاص، يجب علينا زيادة تطوير أنظمة الكابلات البحرية لمراقبة النشاط الزلزالي وموجات التسونامي.

ولكن ستكون هناك قيود بغض النظر عن مدى تقدم البحث، وبالتالي، عندما نحصل على هذه المعرفة ونطبقها، يجب أيضًا أن نكون مستعدين دائمًا للتعامل مع أي زلزال قد يحدث وفي أي مكان.

(النص الأصلي باللغة اليابانية، الترجمة من الإنكليزية. صورة العنوان: تسبب زلزال هوكايدو في حدوث انهيارات أرضية واسعة النطاق ودمرت منازل في أتسوما، هوكايدو، في 6 سبتمبر / أيلول 2018. جيجي برس)