الاسم الصف التاريخ

EARTH EXPLAINED · دليل الدرس

الزلازل 201

داخل الزلزال

الفيديو 12:16المستوى الصفوف ⁦9–12⁩ · مقرر جامعي تمهيدي في علم الزلازلالمعايير HS-ESS2-1, HS-ESS2-3, HS-ESS3-1, HS-ESS3-2, HS-PS4-1
اللغة العربية

English · Español · Português · Français · Deutsch · Italiano · Русский · Türkçe · Bahasa Indonesia · Tiếng Việt · 中文 · 日本語 · 한국어 · हिन्दी · বাংলা · اردو · العربية

التشغيل عبرلشبكات المدارس التي تحجب YouTube

كيف يتراكم الإجهاد على صدع ثم ينكسر، وكيف يقرأ العلماء موجات الزلزال، وكيف يقود زلزال إلى الزلزال الذي يليه، وما الذي تكشفه تلك الموجات في أعماق الكوكب؟

في يونيو 1929، هزّ زلزال قوي الجزيرة الجنوبية في نيوزيلندا، ووصلت موجات خافتة إلى محطات في روسيا، في منطقة كان ينبغي، بحسب كل نظريات ذلك الزمن، أن يمنعها لبّ الأرض من بلوغها. وفي عام 1936، فسّرتها عالمة الزلازل الدنماركية إنغه ليمان: داخل اللب السائل لا بد من وجود لبّ ثانٍ، داخلي، تنتقل فيه الموجات بسرعة أكبر. يتتبع هذا الدرس المتقدم زلزالًا من بدايته إلى نهايته، في خمس خطوات. كيف يتراكم الإجهاد على الصدع: تواصل الصفائح حركتها بينما يبقى الصدع عالقًا، فتنثني الصخور المجاورة له وتختزن الإجهاد (الارتداد المرن، هاري فيلدينغ ريد، 1910)؛ ويُظهر نظام GPS وأحداث الانزلاق البطيء والخنادق المحفورة عبر الصدوع هذه الدورة الزلزالية وهي تعمل. كيف ينكسر: يبدأ التمزق من البؤرة وينتشر عادةً بسرعة 2 إلى 3 كم في الثانية، والمساحة التي انزلقت ومقدار الانزلاق وصلابة الصخر تعطي العزم الزلزالي، الذي بُنيت عليه قوة العزم. كيف يقرأ العلماء الموجات: الفارق الزمني بين الموجات P والموجات S يعطي المسافة، والدفع أو السحب الأول في كل محطة يرسم «كرة الشاطئ» التي تُبيّن كيف تحرك الصدع، وأقمار الرادار الصناعية ترسم خريطة لحركة الأرض. كيف يقود زلزال إلى الزلزال الذي يليه: تصف قوانين غوتنبرغ–ريختر وأوموري وبوت عدد الزلازل والهزات الارتدادية المتوقعة؛ ودفع انتقال الإجهاد زلازل عظيمة غربًا على امتداد صدع شمال الأناضول من 1939 إلى 1999؛ وأطلق حقن المياه العادمة زلازل في أوكلاهوما؛ وبيّنت باركفيلد في كاليفورنيا لماذا تعطي التوقعات احتمالات، لا تاريخًا أبدًا. وما تكشفه الموجات: قاع القشرة (الموهو)، ولبًّا خارجيًا سائلًا، ولبّ ليمان الداخلي الصلب.

الترجمة النصية (.vtt)الترجمة النصية (.srt)
ترجمة نصية بلغات أخرى: 16

أهداف التعلّم بعد هذا الدرس، سيتمكن الطلاب من:

  1. صِف الدورة الزلزالية والارتداد المرن، واشرح كيف تُظهر قياسات GPS والاقتران وأحداث الانزلاق البطيء تراكمَ الإجهاد على صدع بين الزلازل.
  2. اشرح كيف تسجّل الخنادق المحفورة عبر الصدوع الزلازل الماضية، وكيف يُظهر تحديد عمر طبقاتها كم مرة ينكسر الصدع.
  3. صِف كيف يبدأ التمزق من البؤرة وينتشر، واربط طوله ومدته بحجم الزلزال، واحسب العزم الزلزالي (الصلابة × المساحة × الانزلاق) وقوة العزم.
  4. استخدم الزمن الفاصل بين الموجات P والموجات S لتقدير المسافة إلى زلزال، واشرح كيف تحدد محطات عديدة معًا موقعه.
  5. ميّز بين الصدوع العادية والمعكوسة وصدوع الانزلاق المضربي، واشرح كيف تكشف الحركات الأولى في المحطات («كرة الشاطئ») كيف تحرك الصدع، واشرح لماذا قد تكون أول قوة يُعلن عنها لزلزال عظيم منخفضة أكثر مما ينبغي.
  6. طبّق قوانين غوتنبرغ–ريختر وأوموري وبوت على أعداد الزلازل والهزات الارتدادية، واشرح انتقال الإجهاد والزلازل المستحثة ولماذا تعطي التوقعات احتمالات لا تواريخ.
  7. اشرح كيف كشفت الموجات الزلزالية طبقات الأرض: الموهو، وظل الموجات S واللب الخارجي السائل، واللب الداخلي الذي اكتشفته إنغه ليمان.

قبل المشاهدة

المفردات الأساسية ★ مصطلحات إثرائية للطلاب الأكبر سنًا

الدورة الزلزالية
الحياة المتكررة للصدع: يبقى عالقًا ويتراكم عليه الإجهاد لعقود أو قرون بينما تواصل الصفائح حركتها، ثم ينكسر في ثوانٍ إلى دقائق في زلزال، ثم ينحبس ويبدأ الإجهاد في التراكم عليه من جديد.
الارتداد المرن
التفسير الذي قدّمه هاري فيلدينغ ريد عام 1910، استنادًا إلى مسوحات للأرض أُجريت قبل زلزال سان فرانسيسكو عام 1906 وبعده: تنثني الصخور المجاورة لصدع عالق ببطء، مختزنةً الإجهاد، ثم ترتد فجأة عندما ينزلق الصدع.
الاقتران
مدى إحكام انحباس الصدع. والصدع المقترن اقترانًا تامًا يختزن كل حركة الصفائح تقريبًا على شكل إجهاد، عامًا بعد عام. وقد أظهر زلزال عام 2011 قبالة شمال شرق اليابان أن الصفائح هناك كانت عالقة حتى الخندق نفسه.
حدث الانزلاق البطيء
انزلاق على صدع أبطأ من أن يسبب اهتزازًا يشعر به أحد، ويدوم من أيام إلى أسابيع. فتحت شمال ولاية واشنطن وجنوب غرب كولومبيا البريطانية، ينزلق جزء من حدود الصفائح العميقة نحو بوصة (بضعة سنتيمترات) كل 14 شهرًا تقريبًا؛ وقد كشف نظام GPS هذه الأحداث في نحو عام 2000.
علم الزلازل القديمة★
دراسة الزلازل التي وقعت قبل السجلات المكتوبة، وتُقرأ في خنادق تُحفر عبر الصدوع: طبقات من التربة مزّقتها الزلازل الماضية وأزاحتها، يُحدَّد عمرها لمعرفة كم مرة انكسر الصدع على مدى آلاف السنين (كما في باليت كريك على صدع سان أندرياس).
البؤرة والتمزق
البؤرة هي النقطة على الصدع التي يبدأ منها الزلزال، حيث يتغلب الإجهاد على الاحتكاك أولًا. والتمزق هو الكسر الذي ينتشر من هناك عبر الصدع، عادةً بسرعة 2 إلى 3 كم في الثانية؛ وقلة من التمزقات تجري أسرع من الموجات S التي تطلقها.
العزم الزلزالي
حجم الزلزال: صلابة الصخر (جساءته) مضروبةً في مساحة الصدع التي انزلقت مضروبةً في متوسط الانزلاق، M₀ = μAD، بوحدة النيوتن-متر. وعليه بُني مقياس القوة الحديث.
قوة العزم (Mw)
مقياس القوة المعتمد، ويُحسب من العزم الزلزالي (هانكس وكاناموري، 1979). وكل درجة كاملة تعني طاقة منطلقة أكبر بنحو 32 مرة، وهو يواصل الازدياد في أكبر الزلازل.
تشبّع القوة★
حين تتوقف طريقة سريعة لحساب القوة عن الازدياد في الزلازل الكبيرة جدًا، فتأتي نتيجتها منخفضة أكثر مما ينبغي. فقد استخدم أول تحذير من التسونامي في اليابان عام 2011 قوة قدرها 7.9؛ وكانت القوة النهائية 9.0.
الصدوع العادية والمعكوسة وصدوع الانزلاق المضربي
الطرق الثلاث الرئيسية التي ينكسر بها الصدع. العادي: تتباعد القشرة وتهبط إحدى الكتلتين. المعكوس: تنضغط القشرة وتصعد إحدى الكتلتين فوق الأخرى. الانزلاق المضربي: ينزلق الجانبان أحدهما بمحاذاة الآخر جانبيًا.
الآلية البؤرية («كرة الشاطئ»)
رمز يُبيّن كيف تحرك الصدع، يُرسم بحسب ما إذا كانت الحركة الأولى للأرض في كل محطة دفعًا أم سحبًا. ويعطي مستويين محتملين للصدع؛ وتُبيّن الهزات الارتدادية أو الكسر الظاهر على السطح أيهما انزلق.
قياس التداخل الراداري (InSAR)★
رادار الفتحة التركيبية التداخلي: مقارنة صور رادارية للأرض التُقطت من قمر صناعي قبل الزلزال وبعده. وكل شريط ملون (هُدب تداخلي) يمثل بضعة سنتيمترات من الحركة نحو القمر الصناعي أو بعيدًا عنه، أي نحو 2.8 سم لرادار النطاق C الشائع.
قانون غوتنبرغ–ريختر
مع كل درجة نزولًا في القوة، يكون عدد الزلازل أكبر بنحو عشر مرات. ففي العالم كله، يقع في العام المتوسط نحو 1,500 زلزال بقوة 5 إلى 5.9، لكن لا يقع سوى زلزال واحد تقريبًا بقوة 8 أو أكثر.
قانون أوموري
تخفت الهزات الارتدادية بطريقة منتظمة، وصفها أوموري في اليابان عام 1894: ينخفض معدلها تقريبًا بنسبة واحد مقسومًا على الزمن المنقضي منذ الهزة الرئيسية، فبعد عشرة أيام منها يصبح تواترها نحو عُشر ما كان عليه في اليوم الأول.
قانون بوت
أكبر هزة ارتدادية تقل قوتها، في المتوسط، بنحو 1.2 درجة عن الهزة الرئيسية (بوت، 1965).
انتقال الإجهاد
الزلزال ينقل الإجهاد إضافةً إلى إطلاقه: فالصخر الواقع بعد طرفي الصدع المنكسر مباشرةً يُحمَّل بمزيد من الإجهاد، فيُدفع المقطع التالي أقرب إلى الانكسار.
الزلزال المستحث
زلزال يتسبب فيه البشر، كأن يكون ذلك بضخ كميات كبيرة من المياه العادمة إلى أعماق باطن الأرض، مما يرفع الضغط داخل صدوع قديمة حتى تنزلق.
الموهو
الحد الفاصل بين القشرة والوشاح، اكتشفه أندريا موهوروفيتشيتش عام 1909: يقع على عمق نحو 35 كم تحت القارات، ونحو 5 إلى 10 كم تحت المحيطات.
منطقة الظل
حيث لا تصل الموجات المباشرة لزلزال ما. فالموجات S لا تظهر أبدًا على مسافة تزيد على نحو 104° حول الكرة الأرضية من الزلزال، لأنها لا تستطيع المرور عبر اللب الخارجي السائل؛ والموجات P المباشرة تغيب من نحو 104° إلى 140°، ثم تعاود الظهور.
اللب الداخلي
مركز الأرض الصلب المكوّن من الحديد والنيكل، ويبلغ نصف قطره نحو 1,220 كم وحرارته نحو 6,000 °C، أي ما يقارب حرارة سطح الشمس. وقد استدلت عليه إنغه ليمان عام 1936 من موجات P خافتة ظهرت حيث لم يكن ينبغي أن تظهر أي موجة؛ أما كونه صلبًا فقد ثبت لاحقًا.

فصول الحلقة اختر وقتًا لبدء التشغيل منه

0:00مقدمة

في يونيو 1929، هزّ زلزال قوي الجزيرة الجنوبية في نيوزيلندا. وفي كوبنهاغن، درست عالمة الزلازل إنغه ليمان السجلات التي خلّفها في محطات حول العالم: فقد وصلت موجات خافتة إلى محطات في روسيا، في منطقة كان ينبغي، بحسب كل نظريات ذلك الزمن، أن يمنعها لبّ الأرض من بلوغها. وفي عام 1936 نشرت جوابها: في أعماق اللب السائل لا بد من وجود لبّ ثانٍ، داخلي، تنتقل فيه الموجات بسرعة أكبر، وقد حنى تلك الموجات إلى داخل المنطقة المحظورة. وتتتبع المحاضرة زلزالًا من بدايته إلى نهايته: كيف يتراكم الإجهاد على صدع ثم ينكسر، وكيف يقرأ العلماء موجاته، وكيف يقود زلزال إلى الزلزال الذي يليه، وما الذي تكشفه الموجات في أعماق الكوكب.

1:00تراكم الإجهاد

تنجرف الصفائح بضعة سنتيمترات في السنة، لكن على امتداد معظم الصدوع يبقى الجانبان عالقين. فتنثني الصخور القريبة مثل لوح القفز تحت ثقل يتزايد؛ وقد بيّن هاري فيلدينغ ريد ذلك عام 1910 من مسوحات للأرض أُجريت قبل زلزال سان فرانسيسكو العظيم وبعده، وسمّاه الارتداد المرن. تلك هي الدورة الزلزالية: تراكم للإجهاد لعقود أو قرون، ثم انكسار في ثوانٍ أو دقائق، ثم انحباس من جديد. وفي كاليفورنيا، تتتبع أجهزة استقبال GPS المثبّتة في الأرض مواقعها بدقة تصل إلى جزء من البوصة (بضعة مليمترات)، وقرب صدع عالق تتخلف المحطات الأقرب إليه: فالأرض تنثني. والاقتران هو مدى إحكام انحباس الصدع؛ فقبالة شمال شرق اليابان، أظهر زلزال عام 2011 أن الصفائح كانت عالقة حتى الخندق نفسه، وفي بعض الأماكن تحرك قاع البحر نحو 50 م (أكثر من 150 قدمًا). وتحت ولاية واشنطن وكولومبيا البريطانية، تحرّك أحداث الانزلاق البطيء جزءًا من حدود الصفائح العميقة نحو بوصة (بضعة سنتيمترات) على مدى أسبوعين تقريبًا، كل 14 شهرًا تقريبًا، دون أن يُشعر بأي اهتزاز، وكل حدث منها يضيف إجهادًا إلى الجزء العالق فوقه. وتُظهر الخنادق المحفورة عبر الصدوع طبقات مزّقتها الزلازل الماضية وأزاحتها؛ وتحديد عمرها يُظهر كم مرة انكسر الصدع على مدى آلاف السنين.

3:20الانكسار

يبدأ الزلزال من نقطة واحدة، هي البؤرة، حيث يتغلب الإجهاد على الاحتكاك أولًا، ثم ينطلق التمزق مسرعًا إلى الخارج عبر الصدع، عادةً بسرعة 2 إلى 3 كم في الثانية؛ وقلة من التمزقات تجري أسرع حتى من الموجات S التي تطلقها. والزلزال المتوسط ينتهي في بضع ثوانٍ؛ أما في زلزال سومطرة عام 2004، فقد شق التمزق طريقه شمالًا نحو 8 دقائق على امتداد أكثر من 1,300 كم من الصدع. وحجم الزلزال، أي عزمه الزلزالي، هو مساحة الصدع التي انكسرت مضروبةً في المسافة التي انزلقها مضروبةً في صلابة الصخر، وعليه بُني مقياس القوة الحديث؛ وكل درجة كاملة تعني طاقة منطلقة أكبر بنحو 32 مرة. تبدأ معظم الزلازل على عمق لا يتجاوز نحو 70 كم من السطح، لكن حيث تغوص صفيحة تحت أخرى، تتبع الزلازل اللوح الغائر إلى عمق نحو 700 كم. وفي عام 1994، بدأ زلزال بقوة 8.2، وهو من أكبر الزلازل العميقة التي سُجلت على الإطلاق، على عمق نحو 630 كم تحت بوليفيا، وشُعر به حتى في كندا البعيدة.

4:44قراءة الموجات

الموجات P تضغط الصخر وتمطّه، وهي الأسرع انتقالًا؛ والموجات S تهزه من جانب إلى آخر وتصل لاحقًا؛ والموجات السطحية هي الأبطأ وتسبب كثيرًا من الضرر. وبالنسبة إلى زلزال قريب، تعني كل ثانية بين وصول الموجة P ووصول الموجة S نحو 8 كم من المسافة، وتحدد مئات المحطات معًا الموقع بدقة في غضون ثوانٍ. وتنكسر الصدوع بثلاث طرق رئيسية: العادي (تباعد)، والمعكوس (تضاغط)، والانزلاق المضربي (حركة جانبية). وكون الحركة الأولى في كل محطة دفعًا أم سحبًا يرسم «كرة الشاطئ» التي تُبيّن كيف تحرك الصدع: ففي زلزال تركيا بقوة 7.8 في فبراير 2023، أظهرت كسرًا من نوع الانزلاق المضربي، ورسمت الهزات الارتدادية مساره على امتداد صدع شرق الأناضول. أما تحديد الحجم بدقة فيستغرق وقتًا أطول: ففي عام 2011، استخدم أول تحذير من التسونامي في اليابان، بعد نحو ثلاث دقائق من البداية، قوة قدرها 7.9، لأن الطريقة السريعة تبلغ حدها الأقصى في أكبر الزلازل؛ ورُفع التقدير على مراحل إلى 9.0. والرقم النهائي، أي قوة العزم، يأتي من مساحة الصدع ومقدار انزلاقه، ولا يتوقف عن الازدياد في أكبر الزلازل. وتقارن أقمار الرادار الصناعية صورًا التُقطت قبل الزلزال وبعده، وترسم أشرطة ملونة، يمثل كل منها بضعة سنتيمترات من حركة الأرض، ترسم الصدع الذي انكسر.

7:07الزلازل يخاطب بعضها بعضًا

مع كل درجة نزولًا في القوة يكون عدد الزلازل أكبر بنحو عشر مرات: ففي العالم كله، يقع في العام العادي أكثر من ألف زلزال بقوة 5 أو أكثر، لكن لا يقع سوى زلزال واحد تقريبًا بقوة 8 أو أكثر (غوتنبرغ–ريختر). وتخفت الهزات الارتدادية بطريقة منتظمة، اكتُشفت في اليابان في عقد 1890 (قانون أوموري): فبعد عشرة أيام من الهزة الرئيسية يصبح تواترها نحو عُشر ما كان عليه في اليوم الأول، وبعد مئة يوم، نحو جزء من مئة. وأكبر هزة ارتدادية تقل قوتها في المتوسط بنحو 1.2 درجة عن الهزة الرئيسية (قانون بوت)، لذا ينبغي أن تبقى المباني المتضررة خالية حتى تُفحص. والزلزال ينقل أيضًا الإجهاد إلى الصخر الواقع بعد طرفي الكسر. فعلى امتداد صدع شمال الأناضول في تركيا، زحفت زلازل كبيرة من الشرق إلى الغرب ابتداءً من عام 1939؛ ووجدت دراسة للزلازل العشرة الأكبر أن تسعة منها كانت قد دُفعت أقرب إلى الانكسار بفعل الزلازل التي سبقتها، وفي أغسطس 1999 بلغ هذا الزحف إزميت، القريبة من إسطنبول. والبشر أيضًا يستطيعون فكّ انحباس الصدوع: ففي أوكلاهوما، رفعت المياه العادمة التي ضُخّت إلى أعماق باطن الأرض عدد الزلازل بقوة 3 أو أكثر من نحو زلزالين في السنة إلى أكثر من 900 في عام 2015، وأكبرها، بقوة 5.8 قرب باوني عام 2016، شُعر به في عدة ولايات. والتوقعات تعطي احتمالات، لا تاريخًا أبدًا: فقد شهدت باركفيلد في كاليفورنيا ستة زلازل متوسطة بين عامي 1857 و1966، أي زلزالًا واحدًا كل 22 عامًا تقريبًا، لكن الزلزال الذي توقّع العلماء وقوعه قبل عام 1993 جاء في عام 2004. وتجمع التوقعات الحديثة بين الدورة وسجل الخنادق وانتقال الإجهاد لتخرج باحتمالات لكل صدع على مدى عقود؛ كما تُصدر هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية توقعات لمدة عام واحد للزلازل التي يسببها البشر.

10:04رؤية باطن الأرض

تتسارع الموجات عمومًا كلما تعمقت، لذا تنحني مساراتها برفق عائدةً نحو السطح، مثل تلألؤ السراب فوق طريق حار. وفي عام 1909، لاحظ أندريا موهوروفيتشيتش أن الموجات القادمة من زلزال قريب وصلت على دفعتين، بعضها عبر مسار أعمق وأسرع، فاكتشف قاع القشرة، أي الموهو: على عمق نحو 35 كم تحت القارات. وعلى مسافة تزيد على ربع الطريق حول الكرة الأرضية من الزلزال، تختفي الموجات S ولا تعود أبدًا، بينما تعاود الموجات P الظهور في الجانب البعيد: فالموجات S لا تستطيع المرور عبر السوائل، إذن فاللب الخارجي منصهر. وكانت موجات ليمان الخافتة قد عبرت اللب السائل وحناها شيء أسرع في داخله: لبّ داخلي يبلغ نصف قطره نحو 1,220 كم، ثبت لاحقًا أنه من الحديد والنيكل الصلبين، وحرارته تقارب حرارة سطح الشمس. ولم يحفر أحد أعمق من نحو 12 كم؛ ومعظم ما نعرفه عن كل ما يقع تحت ذلك يأتي من توقيت موجات الزلازل، والشبكات الحديثة ترسم خريطة لأعماق الأرض بثلاثة أبعاد انطلاقًا من ملايين السجلات.

11:32ثلاثة أمور

يتراكم الإجهاد على الصدع لعقود، ثم ينكسر في دقائق، ثم ينحبس من جديد: إنها الدورة الزلزالية. وتكشف الموجات أين انكسر الصدع، وكيف تحرك، وما حجم الكسر، وكل زلزال ينقل الإجهاد إلى الزلزال الذي يليه. ورسمت تلك الموجات نفسها خريطة لباطن الكوكب، وصولًا إلى لبّه الصلب. كل زلزال رسالة من باطن الكوكب.

مفاهيم خاطئة شائعة للمعلم

مفهوم خاطئيقع الزلزال دفعة واحدة، عند المركز السطحي.

ما تُظهره الأدلةيبدأ الزلزال من نقطة واحدة على الصدع، هي البؤرة، ثم ينتشر التمزق من هناك، عادةً بسرعة 2 إلى 3 كم في الثانية. والزلازل الصغيرة تنتهي في ثوانٍ، لكن تمزق سومطرة عام 2004 استمر نحو 8 دقائق على امتداد أكثر من 1,300 كم من الصدع. والمركز السطحي لا يحدد سوى النقطة الواقعة على السطح فوق نقطة البداية؛ أما الاهتزاز فيأتي من الكسر كله.

مفهوم خاطئكثرة الزلازل الصغيرة تنفّس الضغط وتمنع وقوع زلزال كبير.

ما تُظهره الأدلةكل درجة صعودًا في القوة تعني طاقة أكبر بنحو 32 مرة، لكن عدد الزلازل لا يتجاوز نحو العُشر. ففي العالم كله، لا تطلق الزلازل التي يبلغ عددها نحو 1,500 بقوة 5 إلى 5.9 في العام المتوسط مجتمعةً سوى نحو ربع طاقة زلزال واحد بقوة 8. فالزلازل الصغيرة لا تستطيع مجاراة تراكم الإجهاد، وكل زلزال ينقل الإجهاد إلى الصخر الواقع بعده، مما قد يدفع أجزاءً مجاورة من الصدع أقرب إلى الانكسار.

مفهوم خاطئبمجرد انتهاء الزلزال الرئيسي، يزول الخطر في غضون أيام قليلة.

ما تُظهره الأدلةتخفت الهزات الارتدادية ببطء (قانون أوموري): فبعد عشرة أيام من الهزة الرئيسية يظل تواترها نحو عُشر ما كان عليه في اليوم الأول، وبعد مئة يوم، نحو جزء من مئة. وأكبر هزة ارتدادية لا تقل قوتها في المتوسط إلا بنحو 1.2 درجة عن الهزة الرئيسية (قانون بوت)، لذا فبعد زلزال بقوة 7، لا تُعد هزة ارتدادية بقوة تقارب 6 أمرًا مفاجئًا. وينبغي أن تبقى المباني المتضررة خالية حتى تُفحص.

مفهوم خاطئأول قوة يُعلن عنها هي القوة الحقيقية؛ وإذا تغيّرت، فهذا يعني أن العلماء أخطؤوا.

ما تُظهره الأدلةتعطي الطرق السريعة رقمًا أوليًا في غضون دقائق كي تنطلق التحذيرات، لكنها تبلغ حدها الأقصى (تتشبّع) في أكبر الزلازل. ففي عام 2011، استخدم أول تحذير من التسونامي في اليابان قوة قدرها 7.9؛ ثم رُفع التقدير على مراحل إلى 9.0 (وتعطي هيئة USGS القيمة 9.1). وقوة العزم النهائية تأتي من السجل الكامل، لذا فإن تعدد الأرقام في الساعة الأولى مراجعات متوقعة، لا أخطاء.

مفهوم خاطئالصدع الذي ينكسر بانتظام يمكن التنبؤ بموعد انكساره بدقة السنة، والصدع الذي لم ينكسر منذ مدة «تأخر موعده».

ما تُظهره الأدلةشهدت باركفيلد في كاليفورنيا زلازل متوسطة في الأعوام 1857 و1881 و1901 و1922 و1934 و1966، أي كل 22 عامًا تقريبًا. وفي عام 1985 توقّع العلماء أن يقع الزلزال التالي قبل عام 1993؛ لكنه جاء في عام 2004، بعد أحد عشر عامًا من انتهاء الفترة المتوقعة. فالصدوع منتظمة بما يكفي لتوقّعها، لكنها ليست منتظمة بما يكفي للالتزام بجدول مواعيد، لذا تعطي التوقعات احتمالات على مدى سنوات وعقود، لا تاريخًا أبدًا.

مفهوم خاطئيعرف العلماء ما في باطن الأرض لأنهم حفروا إلى الأسفل ليروه.

ما تُظهره الأدلةلا يتجاوز عمق أعمق ثقب حُفر على الإطلاق نحو 12 كم، أي نحو ثلث سُمك القشرة القارية، التي يبلغ سُمكها نحو 35 كم. ومعظم ما نعرفه عن الباطن العميق يأتي من توقيت موجات الزلازل: فقد اكتشف موهوروفيتشيتش قاع القشرة عام 1909، ويُبيّن ظل الموجات S أن اللب الخارجي سائل، واستدلت إنغه ليمان على اللب الداخلي عام 1936، وثبت لاحقًا أنه صلب.

أسئلة للنقاش

  1. يُظهر نظام GPS أن الأرض المجاورة لصدع عالق تنثني بضعة مليمترات في السنة. ما الذي يمكن أن تخبر به هذه القياسات العلماء عن الزلزال القادم على ذلك الصدع، وما الذي لا يمكن أن تخبرهم به؟
  2. تعطي «كرة الشاطئ» مستويين محتملين للصدع. وفي زلزال تركيا عام 2023، أظهرت الهزات الارتدادية أيهما انكسر. ما الأدلة الأخرى التي يمكنك استخدامها، ولماذا يهم معرفة المستوى الذي انزلق؟
  3. على امتداد صدع شمال الأناضول، دُفعت تسعة من أكبر عشرة زلازل منذ عام 1939 أقرب إلى الانكسار بفعل الزلازل التي سبقتها. لو كنت تُعدّ إسطنبول للزلزال القادم، فكيف ستستخدم هذه النتيجة، وماذا ستقول للناس؟
  4. في أوكلاهوما، أطلق التخلص من المياه العادمة الناتجة عن عمليات النفط والغاز مئات الزلازل في السنة. من الذي ينبغي أن يقرر مقدار خطر الزلازل الذي يُسمح لصناعة ما بأن تسببه، وما البيانات التي تريدها قبل اتخاذ القرار؟
  5. جاء زلزال باركفيلد بعد أحد عشر عامًا من انتهاء الفترة المتوقعة له. هل كانت التجربة فاشلة؟ ما الذي كسبه العلماء من ملء المنطقة بالأجهزة قبل وقوعه؟
  6. استدلت إنغه ليمان على لبّ داخلي كامل من بضع موجات خافتة وصلت حيث لم يكن ينبغي أن تصل أي موجة. ما الذي يجعل تفسيرًا لمكان لا يستطيع أحد زيارته أبدًا مقنعًا؟ وما الأدلة اللاحقة التي جعلت تفسيرها أقوى؟

اختبار اختر إجابة؛ يُصحَّح تلقائيًا

1.تقع محطات GPS على جانبي صدع عالق. ماذا تُظهر المحطات الأقرب إلى الصدع بين الزلازل؟

2.امتد تمزق سومطرة عام 2004 أكثر من 1,300 كم في نحو 8 دقائق. ما السرعة التقريبية لانتشاره؟

3.يُحسب العزم الزلزالي، أساس مقياس القوة الحديث، من أي ثلاثة أشياء؟

4.تسجّل محطة الموجة S القادمة من زلزال قريب بعد 10 ثوانٍ من الموجة P. ما المسافة التقريبية للزلزال؟

5.مِمَّ تُرسم «كرة الشاطئ» (الآلية البؤرية)؟

6.استند أول تحذير من التسونامي في اليابان عام 2011 إلى قوة قدرها 7.9؛ وكانت القوة النهائية 9.0. لماذا كان الرقم الأول منخفضًا؟

7.بحسب قانون أوموري، ما التواتر التقريبي للهزات الارتدادية بعد عشرة أيام من زلزال كبير، مقارنةً باليوم الأول؟

8.يضرب زلزال بقوة 7.0. بحسب قانون بوت، ما القوة المرجحة لأكبر هزة ارتدادية، في المتوسط؟

9.ما الذي يُبيّن أن اللب الخارجي للأرض سائل؟

10.ماذا استنتجت إنغه ليمان عام 1936 من موجات خافتة سُجلت في روسيا بعد زلزال نيوزيلندا عام 1929؟

إجابة كتابية

1. صِف الدورة الزلزالية على صدع عالق. ثم اشرح كيف تتيح ثلاثة أنواع من الأدلة (GPS، وأحداث الانزلاق البطيء، والخنادق المحفورة عبر الصدوع) للعلماء مراقبتها، ولماذا تهم أحداث الانزلاق البطيء تحت ولاية واشنطن وكولومبيا البريطانية بالنسبة إلى الجزء العالق من الصدع فوقها.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

على صدع عالق، تواصل الصفائح حركتها لكن الجانبين يبقيان عالقين، فتنثني الصخور المجاورة للصدع وتختزن الإجهاد لعقود أو قرون. وعندما يتغلب الإجهاد على الاحتكاك، ينكسر الصدع في ثوانٍ إلى دقائق وترتد الصخور المنثنية (الارتداد المرن، ريد، 1910)؛ ثم ينحبس الصدع ويبدأ الإجهاد في التراكم عليه من جديد. وتتتبع أجهزة استقبال GPS المثبّتة في الأرض مواقعها بدقة تصل إلى بضعة مليمترات: فقرب صدع عالق، تتخلف المحطات الأقرب إليه عن حركة الصفائح، مما يُظهر انثناء الأرض. وأحداث الانزلاق البطيء، التي كشفها GPS في نحو عام 2000، هي انزلاقات بنحو بوصة (بضعة سنتيمترات) على مدى أسبوعين تقريبًا، أبطأ من أن يُشعر بها؛ وتحت ولاية واشنطن وكولومبيا البريطانية تحدث على حدود الصفائح العميقة كل 14 شهرًا تقريبًا. وتُظهر الخنادق المحفورة عبر الصدوع طبقات من التربة مزّقتها الزلازل الماضية وأزاحتها، وتحديد عمر الطبقات يُظهر كم مرة انكسر الصدع على مدى آلاف السنين. ويهم الانزلاق البطيء لأن كل حدث منه يضيف إجهادًا إلى الجزء العالق من الصدع فوقه، فيقرّبه قليلًا من زلزاله التالي.

2. يُسجَّل زلزال كبير في محطات حول العالم. اشرح كيف يحدد علماء الزلازل (أ) مكانه، و(ب) كيف تحرك الصدع، و(ج) مدى حجمه. استخدم زلزال تركيا عام 2023 وزلزال عام 2011 قبالة اليابان، واشرح لماذا قد تكون أول قوة تُعلن لزلزال عظيم منخفضة أكثر مما ينبغي.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

(أ) تنتقل الموجات P بأقصى سرعة وتصل أولًا؛ وتصل الموجات S لاحقًا. وبالنسبة إلى زلزال قريب، تعني كل ثانية بينهما نحو 8 كم، والمسافات من محطات كثيرة تتقاطع عند نقطة واحدة، تُحدَّد في غضون ثوانٍ. (ب) في بعض المحطات تكون الحركة الأولى للأرض دفعًا، وفي أخرى سحبًا؛ وعند رسمها على خريطة حول المصدر، ترسم «كرة الشاطئ» التي تُبيّن نوع التصدع ومستويين محتملين للصدع. وفي زلزال تركيا بقوة 7.8 في فبراير 2023، أظهرت كسرًا من نوع الانزلاق المضربي، وبيّنت الهزات الارتدادية على امتداد صدع شرق الأناضول أي المستويين انزلق. (ج) الحجم النهائي هو قوة العزم، المحسوبة من العزم الزلزالي: المساحة التي انزلقت مضروبةً في الانزلاق مضروبًا في صلابة الصخر. وتعطي الطرق السريعة رقمًا أوليًا في غضون دقائق، لكنها تتشبّع في أكبر الزلازل على الإطلاق: فأول تحذير من التسونامي في اليابان عام 2011، بعد نحو ثلاث دقائق من البداية، استخدم قوة قدرها 7.9، رُفعت على مراحل إلى 9.0. كما أن التمزقات العظيمة تستمر في الانكسار لدقائق (نحو 8 في سومطرة عام 2004)، لذا يلزم السجل الكامل قبل معرفة الرقم النهائي.

3. اشرح انتقال الإجهاد مستعينًا بصدع شمال الأناضول في تركيا. ثم استخدم تجربة باركفيلد في كاليفورنيا لتشرح لماذا تعطي توقعات الزلازل احتمالات لا تواريخ.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

عندما ينكسر مقطع من صدع، لا يُطلق إجهاده فحسب بل يُنقل: فالصخر الواقع بعد طرفي التمزق مباشرةً يُحمَّل بمزيد من الإجهاد، فيُدفع المقطع التالي أقرب إلى الانكسار. وعلى امتداد صدع شمال الأناضول، ابتداءً من عام 1939، زحفت سلسلة من الزلازل الكبيرة من الشرق إلى الغرب على مدى ستين عامًا؛ ووجدت دراسة للزلازل العشرة الأكبر (بقوة 6.7 أو أكثر) أن تسعة منها كانت قد قُرّبت من الانكسار بفعل الزلازل التي سبقتها. وفي أغسطس 1999 بلغ هذا الزحف إزميت (بقوة 7.6)، القريبة من إسطنبول، ورفعت حسابات الإجهاد المنتقل احتمالات وقوع زلزال قوي قرب المدينة. وفي باركفيلد، على صدع سان أندرياس، ضربت زلازل متوسطة في الأعوام 1857 و1881 و1901 و1922 و1934 و1966، أي كل 22 عامًا تقريبًا. وفي عام 1985 توقّع العلماء أن يقع الزلزال التالي قبل عام 1993 وملؤوا المنطقة بالأجهزة، لكنه جاء في عام 2004، بعد أحد عشر عامًا من انتهاء الفترة المتوقعة. فالصدوع منتظمة بما يكفي لتوقّعها لكن ليس بما يكفي للالتزام بجدول مواعيد، لذا تجمع التوقعات الحديثة، مثل توقع UCERF3 لكاليفورنيا الذي يتناول كل صدع على حدة، بين الدورة الزلزالية وسجل الخنادق وانتقال الإجهاد لتخرج باحتمالات على مدى عقود، لا تاريخًا أبدًا.

للتعمق أكثر الجامعة والمرحلة الثانوية المتقدمة

تحديد موقع الزلزال من زمن S ناقص P

تنتقل الموجات P في القشرة بسرعة تقارب VP = 6 كم/ث، والموجات S بسرعة تقارب VS = 3.5 كم/ث. وكلتاهما تغادر البؤرة في اللحظة نفسها، لذا يزداد التأخير بين وصولهما إلى محطة ما مع المسافة d: tS − tP = d/VS − d/VP. وبحل المعادلة لإيجاد المسافة نحصل على d = (tS − tP) × VP·VS ÷ (VP − VS).

مسألةبيّن أنه، بهذه السرعات، تعني كل ثانية من زمن S ناقص P نحو 8 كم. تسجّل ثلاث محطات أزمنة S ناقص P قدرها 5.0 ث و8.0 ث و12.0 ث للزلزال القريب نفسه: كم يبعد عن كل منها؟ ولماذا تحتاج إلى ثلاث محطات على الأقل لتحديد المركز السطحي على الخريطة، ولماذا لا تصلح هذه القاعدة البسيطة إلا للزلازل القريبة؟

الحل المفصّل

VP·VS ÷ (VP − VS) = (6 × 3.5) ÷ 2.5 = 8.4 كم لكل ثانية من التأخير، أي نحو 8 كم. والمسافات هي 5.0 × 8.4 ≈ 42 كم، و8.0 × 8.4 ≈ 67 كم، و12.0 × 8.4 ≈ 100 كم (نحو 40 و64 و96 كم بقاعدة الـ8 كم). فالمسافة الواحدة لا تقول إلا إن الزلزال يقع في مكان ما على دائرة حول تلك المحطة؛ ودائرتان تتقاطعان عادةً في نقطتين؛ والدائرة الثالثة تختار إحداهما. (وبدقة أكبر، الدوائر كرات، ومع مزيد من المحطات يُحدَّد العمق أيضًا.) أما في الزلازل البعيدة، فتغوص الموجات عميقًا في الوشاح، حيث تنتقل كلتاهما أسرع، وتنحني مساراتها، لذا يستخدم علماء الزلازل جداول أزمنة الانتقال المحسوبة للأرض كلها بدلًا من زوج واحد من سرعات القشرة.

العزم الزلزالي والانزلاق وقوة العزم

العزم الزلزالي هو M₀ = μ·A·D: صلابة الصخر μ (نحو 3 × 1010 Pa لصخور القشرة)، مضروبةً في المساحة التي انزلقت A، مضروبةً في متوسط الانزلاق D. وقوة العزم هي Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1)، حيث M₀ بوحدة النيوتن-متر؛ وبإعادة الترتيب، M₀ = 101.5 Mw + 9.1. والصيغة الأصلية لهانكس وكاناموري، Mw = (2/3)log₁₀M₀ − 10.7 حيث M₀ بوحدة الداين-سنتيمتر، تعطي قيمًا ضمن نحو 0.03 من هذه القيم.

مسألة(أ) صدع نموذجي طوله 50 كم وعرضه 20 كم ينزلق بمتوسط 1.3 م. احسب M₀ وMw. (ب) تمزق اندساس نموذجي طوله 500 كم وعرضه 200 كم ينزلق بمتوسط 10 م (استخدم قيمة μ نفسها). احسب Mw، وكم مرة يكبر عزمه العزمَ في (أ). (ج) إذا انتشر كل تمزق من أحد طرفيه بسرعة 2.5 كم/ث، فكم يستغرق كل منهما تقريبًا لينكسر؟ قارن بتمزق سومطرة عام 2004، الذي امتد أكثر من 1,300 كم في نحو 8 دقائق.

الحل المفصّل

(أ) A = 5 × 104 m × 2 × 104 m = 1 × 109 m²، إذن M₀ = 3 × 1010 × 1 × 109 × 1.3 ≈ 3.9 × 1019 N·m؛ وlog₁₀M₀ ≈ 19.59، وMw = (2/3)(19.59 − 9.1) ≈ 7.0. فزلزال بقوة 7 يكسر صدعًا طوله نحو 50 كم، كما في المحاضرة. (ب) A = 5 × 105 m × 2 × 105 m = 1 × 1011 m²، إذن M₀ = 3 × 1010 × 1 × 1011 × 10 = 3 × 1022 N·m؛ وlog₁₀M₀ ≈ 22.48، وMw = (2/3)(22.48 − 9.1) ≈ 8.9. وعزمه أكبر بمقدار 3 × 1022 ÷ 3.9 × 1019 ≈ 770 مرة، وهو ما يتفق مع الفرق البالغ نحو 1.93 في القوة: 101.5 × 1.93 ≈ 780. (ج) 50 كم ÷ 2.5 كم/ث = 20 ث؛ و500 كم ÷ 2.5 كم/ث = 200 ث، أي أكثر من 3 دقائق. سومطرة: 1,300 كم ÷ 480 ث ≈ 2.7 كم/ث، فالقاعدة نفسها تنطبق، وأكبر الزلازل تهتز لدقائق لأن تمزقاتها تستغرق دقائق لتكتمل.

كم زلزالًا من كل حجم: غوتنبرغ–ريختر وبوت

قانون غوتنبرغ–ريختر هو log₁₀N = a − b·M، حيث N عدد الزلازل التي تبلغ قوتها M أو أكثر في منطقة وفترة زمنية معينتين، وb عادةً قريبة من 1: أي نحو عشرة أضعاف العدد مع كل درجة نزولًا. وكل درجة صعودًا تطلق طاقة أكبر بنحو 101.5 ≈ 32 مرة. وينص قانون بوت على أن أكبر هزة ارتدادية تقل قوتها في المتوسط بنحو 1.2 درجة عن الهزة الرئيسية؛ والهزات الارتدادية نفسها تتبع قانون غوتنبرغ–ريختر أيضًا.

مسألة(أ) في العالم كله، يقع في العام المتوسط نحو 1,500 زلزال بقوة 5 إلى 5.9، ونحو زلزال واحد بقوة 8 أو أكثر. مع b = 1، كم زلزالًا بقوة 6 إلى 6.9، وبقوة 7 إلى 7.9، تتوقع كل عام؟ (ب) اعتبر كلًّا من الـ1,500 زلزالًا بقوة 5.0. كيف تُقارن طاقتها الإجمالية بطاقة زلزال واحد بقوة 8؟ هل تستطيع الزلازل الصغيرة تنفيس الإجهاد الذي يصنع الزلازل العظيمة؟ (ج) بعد هزة رئيسية بقوة 7.0، ما القوة المتوقعة لأكبر هزة ارتدادية، ومع b = 1، كم هزة ارتدادية تقريبًا بقوة 4.8 أو أكثر وبقوة 3.8 أو أكثر ينبغي أن تليها؟

الحل المفصّل

(أ) كل درجة صعودًا يكون عددها نحو العُشر: نحو 150 زلزالًا بقوة 6 إلى 6.9 ونحو 15 بقوة 7 إلى 7.9 كل عام، ثم نحو 1.5 بقوة 8 أو أكثر، وهو ما يتسق مع «زلزال واحد تقريبًا». (ويبلغ متوسط فهرس USGS للفترة من 2000 إلى 2019 نحو 140 و14 في السنة.) (ب) ثلاث درجات تعني 101.5 × 3 = 104.5 ≈ 32,000 ضعف الطاقة، لذا فإن 1,500 زلزال بقوة 5.0 لا تطلق سوى نحو 1,500 ÷ 32,000 ≈ 1/20 من طاقة زلزال واحد بقوة 8. واحتساب انتشارها الحقيقي من 5.0 إلى 5.9 يرفع ذلك إلى نحو الربع، وهو لا يزال أقل بكثير من زلزال عظيم واحد: فالطاقة تهيمن عليها أكبر الزلازل، لذا لا تستطيع الزلازل الصغيرة تخفيف الإجهاد. (ج) 7.0 − 1.2 = 5.8. فإذا بلغت هزة ارتدادية واحدة تقريبًا قوة 5.8، فمع b = 1 يبلغ نحو 10 منها قوة 4.8 أو أكثر، ونحو 100 قوة 3.8 أو أكثر. وهذه متوسطات؛ والتسلسلات الحقيقية تتفاوت تفاوتًا كبيرًا.

كيف تخفت الهزات الارتدادية: قانون أوموري

وجد أوموري (1894) أن معدل الهزات الارتدادية ينخفض تقريبًا بنسبة واحد مقسومًا على الزمن المنقضي منذ الهزة الرئيسية. والصيغة المعدّلة التي يستخدمها علماء الزلازل هي n(t) = K ÷ (c + t)ᵖ، حيث n عدد الهزات الارتدادية في اليوم، وt الزمن المنقضي منذ الهزة الرئيسية بالأيام، وc زمن قصير (عادةً أقل بكثير من يوم)، وp قريبة من 1. ومع p = 1 وc أصغر بكثير من t، يكون n(t) ≈ K ÷ t، والعدد الإجمالي للهزات الارتدادية بين اليومين t₁ وt₂ هو K·ln(t₂ ÷ t₁).

مسألةبعد يوم واحد من زلزال كبير، تأتي الهزات الارتدادية التي تتجاوز قوة مختارة بمعدل 200 في اليوم (إذن K = 200). (أ) قدّر المعدل في اليوم 10 وفي اليوم 100. (ب) كم هزة ارتدادية تأتي بين اليوم 1 واليوم 10، وبين اليوم 10 واليوم 100، وبين اليوم 100 واليوم 1,000؟ (ج) ماذا تعني إجابة (ب) لمدينة تقرر متى يمكن للناس العودة إلى المباني المتضررة؟

الحل المفصّل

(أ) n(10) ≈ 200 ÷ 10 = 20 في اليوم، أي عُشر معدل اليوم الأول؛ وn(100) ≈ 200 ÷ 100 = 2 في اليوم، أي جزء من مئة، كما في المحاضرة. (ب) K·ln 10 = 200 × 2.30 ≈ 460 في كل فترة: نحو 460 من اليوم 1 إلى اليوم 10، ونحو 460 من اليوم 10 إلى اليوم 100، ونحو 460 من اليوم 100 إلى اليوم 1,000 (قرابة ثلاث سنوات). فكل امتداد زمني أطول بعشر مرات يأتي بعدد من الهزات الارتدادية يقارب عدد الامتداد الذي سبقه، لكنه موزع على نحو أكثر تباعدًا. (ج) يخفت التسلسل بسرعة لكنه يدوم طويلًا، وبحسب قانون بوت قد تظل إحدى الهزات الارتدادية اللاحقة قوية. وينبغي أن تبقى المباني المتضررة خالية حتى تُفحص، وتُحدَّث توقعات الهزات الارتدادية لأسابيع إلى أشهر، لا لأيام. (وفي التسلسلات الحقيقية غالبًا ما تكون p أكبر قليلًا من 1، فتكون الامتدادات اللاحقة أهدأ إلى حد ما، وفي النهاية يعود المعدل إلى المستوى الخلفي المعتاد للمنطقة.)

مناطق الظل وحجم اللب

تُقاس المسافات حول الكرة الأرضية بالزاوية عند مركز الأرض بين الزلزال والمحطة. والموجات S لا تصل أبدًا إلى مسافة تزيد على نحو 104° من الزلزال، لأنها لا تستطيع عبور اللب الخارجي السائل. وتغيب الموجات P المباشرة من نحو 104° إلى نحو 140°: فهي تتباطأ عند دخولها اللب الخارجي السائل وتنحني، ثم تعاود الظهور على مسافة أبعد. ويبلغ نصف قطر الأرض نحو 6,371 كم.

مسألة(أ) حوّل 104° إلى مسافة على امتداد السطح. (ب) افترض، تبسيطًا مفرطًا، أن الموجات تنتقل في خطوط مستقيمة. فآخر موجة S تفلت من اللب تمسّه بالكاد؛ ومسارها المستقيم من الزلزال إلى محطة تبعد 104° وتر تقع أقرب نقطة فيه إلى المركز على بُعد R·cos(52°). قدّر نصف قطر اللب. (ج) يبلغ نصف قطر اللب المقيس نحو 3,480 كم. والمسارات الحقيقية تنحني عائدةً نحو السطح لأن الموجات تتسارع مع العمق. هل يجعل ذلك تقدير الخط المستقيم كبيرًا أكثر مما ينبغي أم صغيرًا أكثر مما ينبغي؟ (د) وصلت موجات P الخافتة التي رصدتها ليمان إلى محطات في روسيا على مسافة نحو 111° و135°، أي داخل ظل الموجات P. لماذا دلّت على وجود شيء داخل اللب؟

الحل المفصّل

(أ) المحيط 2π × 6,371 ≈ 40,030 كم، إذن 104° تساوي 104/360 × 40,030 ≈ 11,560 كم، أي أكثر من ربع الطريق حول الكرة الأرضية (90°، نحو 10,000 كم)، كما في المحاضرة. (ب) 6,371 × cos 52° ≈ 6,371 × 0.616 ≈ 3,920 كم. (ج) كبيرًا أكثر مما ينبغي. فلأن الموجات تتسارع مع العمق، يهبط المسار الحقيقي بين نقطتين أعمق من الوتر المستقيم بينهما، لذا فإن الموجة التي تمسّ اللب وتصعد على بُعد 104° تكون قد بلغت عمقًا أكبر من عمق الوتر عند 3,920 كم: فاللب أصغر، إذ يبلغ نصف قطره نحو 3,480 كم، وتقع قمته على عمق نحو 2,890 كم. (د) في لبّ سائل بالكامل، كانت الموجات P ستنحني بحيث لا يصعد أي منها بين نحو 104° و140°. والموجات التي وصلت إلى هناك فعلًا لا بد أن منطقة داخل اللب تنتقل فيها أسرع قد حنتها عائدةً: إنه لبّ ليمان الداخلي، الذي يبلغ نصف قطره نحو 1,220 كم.

المواءمة مع المعايير

Next Generation Science Standards (NGSS، الولايات المتحدة)

HS-ESS2-1

طوّر نموذجًا يوضح كيف تعمل العمليات الداخلية والسطحية للأرض على مقاييس مكانية وزمنية مختلفة لتكوين معالم القارات وقاع المحيط.

في هذه الحلقة: الدورة الزلزالية: حركة صفائح بمعدل بضعة سنتيمترات في السنة تُختزن لعقود إلى قرون وتنطلق في ثوانٍ إلى دقائق؛ والانزلاق البطيء؛ والصدوع العادية والمعكوسة وصدوع الانزلاق المضربي؛ والزلازل على امتداد لوح غائر حتى عمق نحو 700 كم.

HS-ESS2-3

طوّر نموذجًا قائمًا على أدلة من باطن الأرض لوصف دوران المادة بفعل الحمل الحراري.

في هذه الحلقة: الأدلة الزلزالية على طبقات الأرض: الموهو، وظل الموجات S واللب الخارجي السائل، ولبّ ليمان الداخلي الصلب، والخرائط ثلاثية الأبعاد للوشاح المستمدة من ملايين سجلات الموجات.

HS-ESS3-1

ابنِ تفسيرًا قائمًا على الأدلة لكيفية تأثير توافر الموارد الطبيعية، ووقوع المخاطر الطبيعية، والتغيرات في المناخ على النشاط البشري.

في هذه الحلقة: قوانين الهزات الارتدادية والنصيحة بإبقاء المباني المتضررة خالية؛ وانتقال الإجهاد وارتفاع احتمالات الزلازل في إسطنبول؛ والتوقعات بوصفها احتمالات (باركفيلد، وتوقع كاليفورنيا الذي يتناول كل صدع على حدة).

HS-ESS3-2

قيّم حلول تصميم متنافسة لتطوير موارد الطاقة والموارد المعدنية وإدارتها واستخدامها بناءً على نسب التكلفة إلى الفائدة.

في هذه الحلقة: داعم: الزلازل المستحثة بالتخلص من المياه العادمة الناتجة عن عمليات النفط والغاز في أوكلاهوما، والتوقعات لمدة عام واحد التي بدأت هيئة USGS بإصدارها لها.

HS-PS4-1

استخدم تمثيلات رياضية لدعم ادعاء بشأن العلاقات بين تردد الموجات وطولها الموجي وسرعتها أثناء انتقالها في أوساط مختلفة.

في هذه الحلقة: الموجات P وS والموجات السطحية وسرعاتها؛ والمسافة من زمن S ناقص P؛ وتسارع الموجات مع العمق وانحناؤها، وهو ما كشف الموهو ومناطق الظل واللب الداخلي.

Advanced Placement (AP، الولايات المتحدة)

AP Environmental Science, Unit 4

Earth Systems and Resources (أنظمة الأرض ومواردها): الصفائح التكتونية، والصدوع والزلازل، وبنية الأرض.

في هذه الحلقة: حدود الصفائح وأنواع الصدوع، والدورة الزلزالية، وطبقات الأرض التي كشفتها الموجات الزلزالية.

AP Environmental Science, Unit 6

Energy Resources and Consumption (موارد الطاقة واستهلاكها): الوقود الأحفوري والآثار البيئية لاستخراجه.

في هذه الحلقة: داعم: الزلازل المستحثة بالتخلص من المياه العادمة لعمليات النفط والغاز في أوكلاهوما.

مقررات جامعية

Introductory seismology

الدورة الزلزالية والارتداد المرن؛ والتمزق والعزم الزلزالي وقوة العزم؛ وتحديد مواقع الزلازل؛ وأنواع الصدوع والآليات البؤرية؛ وإحصاءات الزلازل (غوتنبرغ–ريختر، وأوموري، وبوت)؛ وانتقال الإجهاد؛ وبنية الأرض من الموجات الزلزالية.

في هذه الحلقة: يغطي الدرس الموضوعات الرئيسية لمقرر أول في علم الزلازل، مع مسائل محلولة عن تحديد الموقع، وقوة العزم، وأعداد الزلازل، وتضاؤل الهزات الارتدادية، ومناطق الظل.

Natural hazards

علم الزلازل القديمة وتكرار الزلازل؛ وخطر الهزات الارتدادية؛ والزلزالية المستحثة؛ وتوقعات الزلازل طويلة الأمد ولمدة عام واحد.

في هذه الحلقة: الخنادق، وقانونا أوموري وبوت، وأوكلاهوما، وباركفيلد، وتوقع كاليفورنيا الذي يتناول كل صدع على حدة.

النص الكامل التعليق الصوتي بالعربية، كما في الترجمة النصية

0:00مقدمة

في يونيو 1929، هزّ زلزال قوي الجزيرة الجنوبية في نيوزيلندا. وفي كوبنهاغن، درست عالمة زلازل تُدعى إنغه ليمان السجلات التي خلّفها في محطات حول العالم. فقد وصلت موجات خافتة إلى محطات في روسيا، في منطقة كان ينبغي، بحسب كل نظريات ذلك الزمن، أن يمنعها لبّ الأرض من بلوغها.

أمضت سنوات في دراسة ذلك اللغز. وفي عام 1936، نشرت جوابها. في أعماق اللب السائل، لا بد من وجود لبّ ثانٍ، داخلي، تنتقل فيه الموجات بسرعة أكبر. وكان ذلك اللب الداخلي قد حنى تلك الموجات إلى داخل المنطقة المحظورة. لم يصل أحد إلى هناك قط. لقد كشفه لها زلزال، وبنهاية هذه المحاضرة، سترى كيف.

في هذه المحاضرة، سنتتبع زلزالًا من بدايته إلى نهايته. سنرى كيف يتراكم الإجهاد على صدعٍ ثم كيف ينكسر، وكيف يقرأ العلماء موجاته. ثم سنرى كيف يقود زلزالٌ إلى الزلزال الذي يليه، وما الذي تكشفه الموجات في أعماق الكوكب.

1:00تراكم الإجهاد

الغلاف الخارجي للأرض مقسّم إلى صفائح تنجرف بضعة سنتيمترات في السنة. وحيث تلتقي صفيحتان، تكون الحدود بينهما صدعًا، وفي معظم الأوقات يكون جانباه عالقين معًا، حتى مع استمرار الصفائح في الحركة.

1:13فتنثني الصخور القريبة من الصدع العالق ببطء، مثل لوح القفز تحت ثقل يتزايد. في عام 1910، بيّن جيولوجي يُدعى هاري فيلدينغ ريد ذلك من مسوحات للأرض أُجريت قبل زلزال سان فرانسيسكو العظيم عام 1906 وبعده. وسمّى ذلك الارتداد المرن: عقود من الانثناء البطيء، ثم ارتداد مفاجئ.

1:34تلك هي الدورة الزلزالية. يتراكم الإجهاد على الصدع لعقود أو قرون، ثم ينكسر في ثوانٍ أو دقائق، ثم ينحبس ويبدأ الإجهاد في التراكم عليه من جديد. وكل زلزال كبير هو جولة واحدة من جولات تلك الدورة.

1:48ويستطيع العلماء مراقبة تراكم الإجهاد وهو يحدث. فأجهزة استقبال GPS المثبّتة في الأرض تتتبع موقعها بدقة تصل إلى جزء من البوصة، أي بضعة مليمترات. فبعيدًا عن الصدع العالق، تتحرك المحطات مع صفائحها، لكن المحطات القريبة منه تتخلف عنها. فالأرض تنثني.

2:06ويُسمى مدى إحكام انحباس الصدع اقترانَه. والصدع المقترن اقترانًا تامًا يختزن كل حركة الصفائح تقريبًا، عامًا بعد عام. وقبالة شمال شرق اليابان، أظهر الزلزال العظيم في مارس 2011 أن الصفائح هناك كانت عالقة حتى الخندق نفسه، حيث تغوص صفيحة المحيط الهادئ تحت اليابان. وعندما انفلتت تلك الحدود، تحرّك قاع البحر، في بعض الأماكن بنحو 50 مترًا، أي أكثر من 150 قدمًا.

2:33لكن ليس كل صدع يبقى ساكنًا تمامًا بينما يتراكم عليه الإجهاد. فتحت ولاية واشنطن وكولومبيا البريطانية، ينزلق الجزء العميق من حدود الصفائح بوصة أو نحو ذلك، أي بضعة سنتيمترات، على مدى أسبوعين تقريبًا، كل 14 شهرًا تقريبًا. ولا يشعر به أحد. وقد كشف نظام GPS أحداث الانزلاق البطيء هذه في نحو عام 2000. ويراقبها العلماء عن كثب، لأن كل حدث منها يضيف إجهادًا إلى الجزء العالق من الصدع فوقه.

3:00وتترك الدورة سجلًا في الأرض. فالجيولوجيون يحفرون خنادق عبر الصدوع، ويقرؤون طبقات التربة كأنها صفحات في كتاب. وحيث تكون طبقة ممزقة ومُزاحة، فقد كسرها زلزال. وتحديد عمر تلك الطبقات يُظهر كم مرة انكسر الصدع على مدى آلاف السنين.

3:20الانكسار

الزلزال لا يكسر الصدع كله دفعة واحدة. بل يبدأ من نقطة واحدة، هي البؤرة، حيث يتغلب الإجهاد على الاحتكاك أولًا. ومن هناك، ينطلق الكسر، أو التمزق، مسرعًا إلى الخارج عبر الصدع، عادةً بسرعة 2 إلى 3 كيلومترات في كل ثانية. بل إن قلة من التمزقات تسبق بعض الموجات التي تطلقها.

3:39وكلما كان الزلزال أكبر، طال استمرار الكسر. والزلزال المتوسط ينتهي في بضع ثوانٍ. وفي زلزال سومطرة العظيم عام 2004، ظل التمزق يشق طريقه شمالًا نحو ثماني دقائق، على امتداد أكثر من 1,300 كيلومتر من الصدع.

3:56ومقدار ما ينكسر من الصدع، والمسافة التي ينزلقها، يحددان حجم الزلزال. فالعلماء يضربون ثلاثة أشياء بعضها في بعض: مساحة الصدع التي انكسرت، والمسافة التي انزلقها جانباه، ومدى صلابة الصخر. والناتج، أي العزم الزلزالي، هو الأساس الذي بُني عليه مقياس القوة الحديث. وكل درجة كاملة على المقياس تعني طاقة منطلقة أكبر بنحو 32 مرة.

4:18تبدأ معظم الزلازل على عمق لا يتجاوز نحو 70 كيلومترًا من السطح. لكن حيث تغوص صفيحة تحت أخرى، تتبع الزلازل الصفيحة الغائرة إلى الأسفل، حتى عمق يبلغ نحو 700 كيلومتر. في عام 1994، ضرب واحد من أكبر الزلازل العميقة التي سُجلت على الإطلاق على عمق نحو 630 كيلومترًا تحت بوليفيا. وقد شُعر به حتى في كندا البعيدة.

4:44قراءة الموجات

ويُطلق الكسر موجات. فالموجات P تضغط الصخر وتمطّه، مثل دفعة تسري على امتداد نابض، وهي الأسرع انتقالًا. والموجات S تهزه من جانب إلى آخر، وتصل لاحقًا. وحيث تبلغ الموجات السطح، تتدحرج الموجات السطحية إلى الخارج على امتداد الأرض. وهي الأبطأ، وتسبب كثيرًا من الضرر.

5:03والفجوة الزمنية بين الموجات P والموجات S تخبر المحطة بمدى بُعد الزلزال عنها. وبالنسبة إلى زلزال قريب، تعني كل ثانية من تلك الفجوة نحو 8 كيلومترات. وثلاث محطات تكفي لتحديد الموقع بدقة، وشبكات من مئات المحطات تفعل ذلك في غضون ثوانٍ.

5:19تنكسر الصدوع بثلاث طرق رئيسية. في الصدع العادي، تتمدد القشرة وتهبط إحدى الكتلتين. وفي الصدع المعكوس، تنضغط القشرة وتصعد إحدى الكتلتين فوق الأخرى. وفي صدع الانزلاق المضربي، ينزلق الجانبان أحدهما بمحاذاة الآخر جانبيًا.

5:34والموجات نفسها تكشف الطريقة التي انكسر بها الصدع. ففي بعض المحطات، تكون الحركة الأولى للأرض دفعًا؛ وفي محطات أخرى، سحبًا. وعندما تُرسم على خريطة حول الكرة الأرضية، ترسم تلك الدفعات والسحبات نمطًا يطلق عليه علماء الزلازل اسم «كرة الشاطئ». في فبراير 2023، ضرب زلزال بقوة 7.8 تركيا. وأظهرت «كرة الشاطئ» الخاصة به كسرًا من نوع الانزلاق المضربي، ورسمت هزاته الارتدادية ذلك الكسر على امتداد صدع شرق الأناضول.

6:02أما تحديد الحجم فيستغرق وقتًا أطول. في عام 2011، استند أول تحذير من التسونامي في اليابان، بعد نحو ثلاث دقائق من بدء الاهتزاز، إلى قوة قدرها 7.9. فالطريقة السريعة تبلغ حدها الأقصى في أكبر الزلازل على الإطلاق، ورُفع التقدير، على مراحل، إلى 9. فالأرقام السريعة تخدم التحذيرات؛ أما الرقم النهائي فيأتي من السجل الكامل.

6:27وذلك الرقم النهائي هو قوة العزم، التي تُحسب من مساحة الصدع ومقدار انزلاقه. وعلى خلاف المقاييس الأقدم، لا تتوقف عن الازدياد في أكبر الزلازل. لذا قد تظهر لزلزال عظيم عدة قيم للقوة في ساعته الأولى، إذ تُفسح التقديرات السريعة المجال لقوة العزم.

6:45وتستطيع أقمار الرادار الصناعية رسم خريطة لزلزال كامل دفعة واحدة. فبمقارنة صور التُقطت قبل الزلزال وبعده، ترسم أشرطة ملونة حيث تحركت الأرض، ويمثل كل شريط نحو 3 سنتيمترات، أي نحو بوصة، من الحركة نحو القمر الصناعي. ويرسم النمط الصدع الذي انكسر، حتى حيث لا يستطيع أحد الوصول إليه.

7:07الزلازل يخاطب بعضها بعضًا

وتتبع الزلازل قواعد خاصة بها. فمع كل درجة نزولًا في القوة، يكون عدد الزلازل أكبر بنحو عشر مرات. ففي العالم كله، يقع في العام العادي أكثر من 1,000 زلزال بقوة 5 أو أكثر، لكن لا يقع سوى زلزال واحد تقريبًا بقوة 8 أو أكثر.

7:22وبعد الزلزال الكبير تأتي الهزات الارتدادية، وهي تخفت بطريقة منتظمة، وهو نمط اكتشفه عالم الزلازل فوساكيتشي أوموري في اليابان في عقد 1890. فبعد عشرة أيام من الهزة الرئيسية، يصبح تواترها نحو عُشر ما كان عليه في اليوم الأول. وبعد مئة يوم، نحو جزء من مئة.

7:40وأكبر هزة ارتدادية تقل قوتها، في المتوسط، بنحو 1.2 عن قوة الزلزال الرئيسي. لذا فبعد زلزال بقوة 7، لا تُعد هزة ارتدادية قوية بقوة تقارب 6 أمرًا مفاجئًا، وينبغي أن تبقى المباني المتضررة خالية حتى تُفحص.

7:59الزلزال لا يطلق الإجهاد فحسب. بل ينقله. فحيث ينتهي الصدع المنكسر، يرتفع الإجهاد على الصخر الواقع بعده مباشرة، فيُدفع المقطع التالي أقرب إلى الانكسار.

8:11ويُظهر صدع شمال الأناضول في تركيا ذلك بوضوح. فابتداءً من عام 1939، زحفت سلسلة من الزلازل الكبيرة على امتداده من الشرق إلى الغرب على مدى 60 عامًا. ووجدت دراسة للزلازل العشرة الأكبر أن تسعة منها كانت قد دُفعت أقرب إلى الانكسار بفعل الزلازل التي سبقتها. وفي أغسطس 1999، بلغ هذا الزحف إزميت، القريبة من إسطنبول، ورفع احتمالات وقوع زلزال قوي تحت إسطنبول.

8:38والبشر أيضًا يستطيعون فكّ انحباس الصدوع. ففي أوكلاهوما، ضخّت عمليات النفط والغاز كميات هائلة من المياه العادمة المالحة إلى أعماق باطن الأرض، فرفعت الضغط داخل صدوع قديمة حتى انزلقت. فقفز عدد الزلازل بقوة 3 أو أكثر من نحو زلزالين في السنة إلى أكثر من 900 في عام 2015. وأكبرها في أوكلاهوما، زلزال بقوة 5.8 قرب باوني عام 2016، شُعر به في عدة ولايات.

9:07وكل هذا يدخل في توقّع الزلازل، الذي يقدّم احتمالات، ولا يقدّم تاريخًا أبدًا. وتقع بلدة باركفيلد الصغيرة في كاليفورنيا على صدع سان أندرياس. فبين عامي 1857 و1966، ضربتها ستة زلازل متوسطة، أي زلزال واحد كل 22 عامًا تقريبًا.

9:24وفي عام 1985، توقّع العلماء أن يقع الزلزال التالي قبل عام 1993، وملؤوا المنطقة بالأجهزة لرصده. وقد جاء في عام 2004، بعد 11 عامًا من انتهاء الفترة المتوقعة. فالصدوع منتظمة بما يكفي لتوقّعها، لكنها ليست منتظمة بما يكفي للالتزام بجدول مواعيد.

9:43لذا تجمع التوقعات الحديثة بين الدورة، والسجل المحفوظ في الخنادق، وقياسات GPS لتراكم الإجهاد، لتخرج باحتمالات لكل صدع على مدى العقود القادمة. وبعد تلك الطفرة في أوكلاهوما، بدأت هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية أيضًا بإصدار توقعات لمدة عام واحد للزلازل التي يسببها البشر.

10:04رؤية باطن الأرض

والموجات نفسها التي تهز الأرض تنتقل عبر الكوكب كله. فالصخور الأعمق واقعة تحت ضغط هائل، والموجات عمومًا تتسارع كلما اتجهت إلى الأسفل. لذا تنحني مساراتها برفق عائدةً نحو السطح، مثل تلألؤ السراب فوق طريق حار.

10:19في عام 1909، لاحظ عالم كرواتي يُدعى أندريا موهوروفيتشيتش أن الموجات القادمة من زلزال قريب وصلت على دفعتين. فبعضها سلك مسارًا أسرع عبر صخور أعمق. لقد اكتشف قاع القشرة، وهو حدّ لا يزال يحمل اسمه: الموهو.

10:38وعلى عمق أكبر بكثير، تكشف الموجات اللب. فعلى مسافة تزيد على ربع الطريق حول الكرة الأرضية من الزلزال، تختفي الموجات S، ولا تعود أبدًا. وتخفت الموجات P أيضًا، ثم تعاود الظهور في الجانب البعيد. والموجات S لا تستطيع المرور عبر السوائل. فاللب الخارجي منصهر.

10:55وهذا يعيدنا إلى إنغه ليمان. فالموجات الخافتة في روسيا كانت قد عبرت اللب السائل، وحناها شيء أسرع في داخله. لقد كان لبًا داخليًا، يبلغ نصف قطره نحو 1,200 كيلومتر. وأظهرت أبحاث لاحقة أنه من الحديد والنيكل الصلبين، وأن حرارته تقارب حرارة سطح الشمس. والشبكات الحديثة ترسم خريطة لأعماق الأرض بثلاثة أبعاد، انطلاقًا من ملايين من هذه السجلات.

11:19لم يحفر أحد أعمق من نحو 12 كيلومترًا. ومعظم ما نعرفه عن كل ما يقع تحت ذلك يأتي من توقيت وصول موجات الزلازل إلى محطات حول العالم.

11:32ثلاثة أمور

إذن، ثلاثة أمور يجب تذكرها. أولًا، يتراكم الإجهاد على الصدع لعقود، ثم ينكسر في دقائق، ثم ينحبس من جديد: إنها الدورة الزلزالية. ثانيًا، تكشف الموجات أين انكسر الصدع، وكيف تحرك، وما حجم الكسر، وكل زلزال ينقل الإجهاد إلى الزلزال الذي يليه. وثالثًا، رسمت تلك الموجات نفسها خريطة لباطن الكوكب، وصولًا إلى لبّه الصلب.

11:54كل زلزال رسالة من باطن الكوكب. وقد قرأت إنغه ليمان رسالة من عام 1929، فاكتشفت عالمًا لن يزوره أحد أبدًا. شكرًا لمشاهدتكم Earth Explained. اشترك لمشاهدة المحاضرة القادمة، وشاهد الكوكب مباشرة، على مدار الساعة، على EarthWatch 24-7.

المصادر

  1. Lehmann, I. (1936). P′. Publications du Bureau Central Séismologique International, Série A, Travaux Scientifiques, 14, 87–115. As described in: American Physical Society (2023). September 1936: Seismologist Inge Lehmann Concludes That Earth Has an Inner Core. APS News. www.aps.org/apsnews/2023/08/seismologist-lehmann-earth-inner-coreاستُخدم في: زلزال نيوزيلندا عام 1929، والمحطات في روسيا، واللب الداخلي الذي اكتشفته ليمان عام 1936
  2. European Geosciences Union, Seismology Division blog. In Lehmann's Terms: the Story of the Singular Seismic-Wave Spotter. blogs.egu.eu/divisions/sm/?p=10703استُخدم في: سجلات ليمان وتفسيرها للموجات بأن لبًّا داخليًا أسرع قد حناها
  3. Dziewonski, A. M., & Gilbert, F. (1971). Solidity of the inner core of the Earth inferred from normal mode observations. Nature, 234, 465–466. doi.org/10.1038/234465a0استُخدم في: أن اللب الداخلي صلب
  4. Anzellini, S., Dewaele, A., Mezouar, M., Loubeyre, P., & Morard, G. (2013). Melting of iron at Earth's inner core boundary based on fast X-ray diffraction. Science, 340, 464–466. doi.org/10.1126/science.1233514استُخدم في: حرارة اللب الداخلي، نحو 6,000 °C
  5. Lawson, A. C., et al. (1908–1910). The California Earthquake of April 18, 1906: Report of the State Earthquake Investigation Commission. Carnegie Institution of Washington. Vol. 2: H. F. Reid, The Mechanics of the Earthquake (1910). archive.org/details/californiaearthq872caliاستُخدم في: الارتداد المرن، من مسوحات أُجريت قبل الزلزال وبعده
  6. Fujiwara, T., Kodaira, S., No, T., Kaiho, Y., Takahashi, N., & Kaneda, Y. (2011). The 2011 Tohoku-Oki earthquake: Displacement reaching the trench axis. Science, 334, 1240. doi.org/10.1126/science.1211554استُخدم في: تحرك قاع البحر بنحو 50 م؛ وانحباس الصدع حتى الخندق
  7. Dragert, H., Wang, K., & James, T. S. (2001). A silent slip event on the deeper Cascadia subduction interface. Science, 292, 1525–1528. doi.org/10.1126/science.1060152استُخدم في: اكتشاف الانزلاق البطيء بواسطة GPS
  8. Rogers, G., & Dragert, H. (2003). Episodic tremor and slip on the Cascadia subduction zone: The chatter of silent slip. Science, 300, 1942–1943. doi.org/10.1126/science.1084783استُخدم في: الانزلاق البطيء كل 14 شهرًا تقريبًا تحت شمال واشنطن وجنوب غرب كولومبيا البريطانية
  9. Brudzinski, M. R., & Allen, R. M. (2007). Segmentation in episodic tremor and slip all along Cascadia. Geology, 35, 907–910. doi.org/10.1130/G23740A.1استُخدم في: مدى تكرار الانزلاق البطيء على امتداد أجزاء مختلفة من كاسكاديا
  10. Sieh, K. E. (1978). Prehistoric large earthquakes produced by slip on the San Andreas Fault at Pallett Creek, California. Journal of Geophysical Research, 83(B8), 3907–3939. doi.org/10.1029/JB083iB08p03907استُخدم في: الخنادق المحفورة عبر الصدوع (علم الزلازل القديمة)
  11. Bao, H., Ampuero, J.-P., Meng, L., Fielding, E. J., et al. (2019). Early and persistent supershear rupture of the 2018 magnitude 7.5 Palu earthquake. Nature Geoscience, 12, 200–205. doi.org/10.1038/s41561-018-0297-zاستُخدم في: تمزقات أسرع من الموجات S (نحو 4.1 كم/ث في بالو)
  12. Lay, T., Kanamori, H., Ammon, C. J., Nettles, M., et al. (2005). The great Sumatra-Andaman earthquake of 26 December 2004. Science, 308, 1127–1133. doi.org/10.1126/science.1112250استُخدم في: تمزق عام 2004: أكثر من 1,300 كم في نحو 8 إلى 10 دقائق
  13. Ammon, C. J., Ji, C., Thio, H.-K., Robinson, D., et al. (2005). Rupture process of the 2004 Sumatra-Andaman earthquake. Science, 308, 1133–1139. doi.org/10.1126/science.1112260استُخدم في: طول تمزق عام 2004 ومدته
  14. Hanks, T. C., & Kanamori, H. (1979). A moment magnitude scale. Journal of Geophysical Research, 84(B5), 2348–2350. doi.org/10.1029/JB084iB05p02348استُخدم في: العزم الزلزالي وقوة العزم
  15. Wells, D. L., & Coppersmith, K. J. (1994). New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement. Bulletin of the Seismological Society of America, 84(4), 974–1002. doi.org/10.1785/BSSA0840040974استُخدم في: أطوال التمزق للقوى 5 و7 و9
  16. U.S. Geological Survey. Earthquake Magnitude, Energy Release, and Shaking Intensity. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/earthquake-magnitude-energy-release-and-shaking-intensityاستُخدم في: طاقة أكبر بنحو 32 مرة لكل درجة كاملة من القوة
  17. U.S. Geological Survey. M 8.2 – Bolivia, June 9, 1994. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usp0006dzcاستُخدم في: زلزال بوليفيا العميق: قوته، وعمقه البالغ نحو 631 كم، والشعور به حتى تورونتو
  18. U.S. Geological Survey. Focal mechanisms, or 'beachballs'. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/focal-mechanisms-or-beachballsاستُخدم في: أنواع الصدوع والآليات البؤرية؛ والمستويان المحتملان للصدع
  19. U.S. Geological Survey. M 7.8 – Pazarcık earthquake, Kahramanmaraş earthquake sequence, Türkiye, February 6, 2023. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000jllzاستُخدم في: قوة زلزال عام 2023 وآليته من نوع الانزلاق المضربي
  20. Reitman, N. G., Tan, M. M., Bürgi, P., Hatem, A. E., DuRoss, C. B., & Briggs, R. W. (2026). High-resolution surface deformation and slip distribution observations for the 2023 Kahramanmaraş, Türkiye, earthquake sequence help constrain the rupture process. Bulletin of the Seismological Society of America. pubs.usgs.gov/publication/70277053استُخدم في: التمزق على صدع شرق الأناضول
  21. Japan Meteorological Agency (2013). Lessons learned from the tsunami disaster caused by the 2011 Great East Japan Earthquake and improvements in JMA's tsunami warning system. www.data.jma.go.jp/eqev/data/en/tsunami/LessonsLearned_Improvements_brochure.pdfاستُخدم في: أول تحذير من التسونامي في الساعة 14:49، بعد نحو ثلاث دقائق من البداية، استنادًا إلى قوة 7.9؛ والتشبّع
  22. Hoshiba, M., Iwakiri, K., Hayashimoto, N., Shimoyama, T., et al. (2011). Outline of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake (Mw 9.0): Earthquake Early Warning and observed seismic intensity. Earth, Planets and Space, 63, 547–551. doi.org/10.5047/eps.2011.05.031استُخدم في: كيف ازدادت التقديرات الأولى للقوة
  23. IRIS / EarthScope Consortium. Educational animations and classroom resources, including 'Seismic shadow zones and P waves'. www.iris.edu/hq/inclassاستُخدم في: الموجات P وS والموجات السطحية؛ والمسافة من زمن S ناقص P؛ ومسارات الموجات المنحنية؛ ومناطق الظل
  24. U.S. Geological Survey. ANSS Comprehensive Earthquake Catalog (ComCat): earthquake search. earthquake.usgs.gov/earthquakes/searchاستُخدم في: الأعداد السنوية للزلازل من كل قوة (غوتنبرغ–ريختر)
  25. Utsu, T., Ogata, Y., & Matsu'ura, R. S. (1995). The centenary of the Omori formula for a decay law of aftershock activity. Journal of Physics of the Earth, 43, 1–33. doi.org/10.4294/jpe1952.43.1استُخدم في: قانون أوموري (1894) وصيغته المعدّلة
  26. Båth, M. (1965). Lateral inhomogeneities of the upper mantle. Tectonophysics, 2, 483–514. doi.org/10.1016/0040-1951(65)90003-Xاستُخدم في: قانون بوت: أكبر هزة ارتدادية أصغر بنحو 1.2 درجة
  27. Stein, R. S., Barka, A. A., & Dieterich, J. H. (1997). Progressive failure on the North Anatolian fault since 1939 by earthquake stress triggering. Geophysical Journal International, 128, 594–604. pubs.usgs.gov/publication/70019873استُخدم في: انتقال الإجهاد: تسعة من عشرة تمزقات كبيرة قُرّبت من الانكسار بفعل ما سبقها
  28. Parsons, T., Toda, S., Stein, R. S., Barka, A., & Dieterich, J. H. (2000). Heightened odds of large earthquakes near Istanbul: An interaction-based probability calculation. Science, 288, 661–665. pubs.usgs.gov/publication/70022614استُخدم في: ارتفاع احتمالات الزلازل في إسطنبول بعد إزميت، 1999
  29. U.S. Geological Survey. Myths and Misconceptions About Induced Earthquakes. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/myths-and-misconceptions-about-induced-earthquakesاستُخدم في: ارتباط زلازل أوكلاهوما بالتخلص من المياه العادمة؛ الزلازل بقوة 3 أو أكثر، من نحو زلزالين في السنة إلى أكثر من 900 في عام 2015
  30. U.S. Geological Survey. M 5.8 – 14 km NW of Pawnee, Oklahoma, September 3, 2016. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10006jxsاستُخدم في: زلزال باوني
  31. Petersen, M. D., et al. (2016). 2016 one-year seismic hazard forecast for the Central and Eastern United States from induced and natural earthquakes. U.S. Geological Survey Open-File Report 2016–1035. pubs.usgs.gov/publication/ofr20161035استُخدم في: توقعات لمدة عام واحد للزلازل التي يسببها البشر
  32. Bakun, W. H., Aagaard, B., Dost, B., Ellsworth, W. L., et al. (2005). Implications for prediction and hazard assessment from the 2004 Parkfield earthquake. Nature, 437, 969–974. doi.org/10.1038/nature04067استُخدم في: باركفيلد: زلازل ⁦1857–1966⁩، وتوقع عام 1985، وزلزال عام 2004
  33. Field, E. H., & 2014 Working Group on California Earthquake Probabilities (2015). UCERF3: A New Earthquake Forecast for California's Complex Fault System. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2015–3009. pubs.usgs.gov/fs/2015/3009استُخدم في: توقعات لكاليفورنيا تتناول كل صدع على حدة على مدى عقود
  34. Dziewonski, A. M. (1984). Mapping the lower mantle: Determination of lateral heterogeneity in P velocity up to degree and order 6. Journal of Geophysical Research, 89(B7), 5929–5952. doi.org/10.1029/JB089iB07p05929استُخدم في: خرائط ثلاثية الأبعاد للوشاح من أزمنة انتقال الموجات (التصوير المقطعي الزلزالي)

صور الحلقة: USGS وNOAA وNASA (ملكية عامة)، مع خرائط من NASA/USGS Landsat عبر NASA GIBS؛ الرسوم المتحركة من EarthWatch 24-7. الحقوق كاملة: earthwatch247.com/credits.html.

استشهد بهذا الدرس

EarthWatch 24-7. (2026). الزلازل 201: داخل الزلزال [درس فيديو]. Earth Explained: الزلازل 201. https://earthwatch247.com/learn/earthquakes-201/ar/

مفتاح الإجابات

  1. C. المحطات البعيدة عن الصدع تنجرف مع صفائحها، لكن المحطات الأقرب إلى صدع عالق تتخلف: فالصخر ينثني ويختزن الإجهاد، وهذا هو نصف التحميل من الدورة الزلزالية.
  2. A. 1,300 كم ÷ (8 × 60 ث) = 1,300 كم ÷ 480 ث ≈ 2.7 كم في الثانية، أي ضمن سرعة التمزق المعتادة البالغة 2 إلى 3 كم في الثانية. وكلما طال الصدع الذي ينكسر، طال الاهتزاز.
  3. D. M₀ = الصلابة × المساحة × الانزلاق (هانكس وكاناموري، 1979). وكان التأرجح على سيزموغرام واحد أساس المقاييس الأقدم، التي تتوقف عن الازدياد في أكبر الزلازل.
  4. B. بالنسبة إلى زلزال قريب، تعني كل ثانية بين وصول الموجة P ووصول الموجة S نحو 8 كم: 10 × 8 ≈ 80 كم. والمسافات من ثلاث محطات أو أكثر تتقاطع عند المركز السطحي.
  5. A. الدفعات والسحبات المرسومة على خريطة حول المصدر تُبيّن كيف تحرك الصدع. ففي زلزال تركيا بقوة 7.8 عام 2023، أظهرت «كرة الشاطئ» كسرًا من نوع الانزلاق المضربي.
  6. C. الطرق السريعة تخدم التحذيرات لكنها تبلغ حدها الأقصى في أكبر الزلازل. أما قوة العزم، المحسوبة من مساحة الصدع ومقدار انزلاقه، فلا تتشبّع، لذا رُفع التقدير على مراحل إلى 9.0 (وتعطي هيئة USGS القيمة 9.1).
  7. B. ينخفض المعدل تقريبًا بنسبة واحد مقسومًا على الزمن المنقضي منذ الهزة الرئيسية: بعد عشرة أيام، نحو العُشر؛ وبعد مئة يوم، نحو جزء من مئة.
  8. D. أكبر هزة ارتدادية تقل قوتها في المتوسط بنحو 1.2 درجة عن الهزة الرئيسية: 7.0 − 1.2 = 5.8. ولهذا ينبغي أن تبقى المباني المتضررة خالية حتى تُفحص.
  9. C. الموجات S لا تستطيع المرور عبر السوائل، لذا يُلقي اللب الخارجي ظلًا للموجات S؛ أما الموجات P فتستطيع، وتعاود الظهور في الجانب البعيد. ولم يتجاوز عمق أي ثقب نحو 12 كم.
  10. A. كان لبٌّ داخلي أسرع قد حنى الموجات إلى داخل المنطقة التي كان ينبغي أن يمنعها اللب من بلوغها. أما كون اللب الداخلي، الذي يبلغ نصف قطره نحو 1,220 كم، صلبًا فقد ثبت لاحقًا.

إجابة كتابية

  1. على صدع عالق، تواصل الصفائح حركتها لكن الجانبين يبقيان عالقين، فتنثني الصخور المجاورة للصدع وتختزن الإجهاد لعقود أو قرون. وعندما يتغلب الإجهاد على الاحتكاك، ينكسر الصدع في ثوانٍ إلى دقائق وترتد الصخور المنثنية (الارتداد المرن، ريد، 1910)؛ ثم ينحبس الصدع ويبدأ الإجهاد في التراكم عليه من جديد. وتتتبع أجهزة استقبال GPS المثبّتة في الأرض مواقعها بدقة تصل إلى بضعة مليمترات: فقرب صدع عالق، تتخلف المحطات الأقرب إليه عن حركة الصفائح، مما يُظهر انثناء الأرض. وأحداث الانزلاق البطيء، التي كشفها GPS في نحو عام 2000، هي انزلاقات بنحو بوصة (بضعة سنتيمترات) على مدى أسبوعين تقريبًا، أبطأ من أن يُشعر بها؛ وتحت ولاية واشنطن وكولومبيا البريطانية تحدث على حدود الصفائح العميقة كل 14 شهرًا تقريبًا. وتُظهر الخنادق المحفورة عبر الصدوع طبقات من التربة مزّقتها الزلازل الماضية وأزاحتها، وتحديد عمر الطبقات يُظهر كم مرة انكسر الصدع على مدى آلاف السنين. ويهم الانزلاق البطيء لأن كل حدث منه يضيف إجهادًا إلى الجزء العالق من الصدع فوقه، فيقرّبه قليلًا من زلزاله التالي.
  2. (أ) تنتقل الموجات P بأقصى سرعة وتصل أولًا؛ وتصل الموجات S لاحقًا. وبالنسبة إلى زلزال قريب، تعني كل ثانية بينهما نحو 8 كم، والمسافات من محطات كثيرة تتقاطع عند نقطة واحدة، تُحدَّد في غضون ثوانٍ. (ب) في بعض المحطات تكون الحركة الأولى للأرض دفعًا، وفي أخرى سحبًا؛ وعند رسمها على خريطة حول المصدر، ترسم «كرة الشاطئ» التي تُبيّن نوع التصدع ومستويين محتملين للصدع. وفي زلزال تركيا بقوة 7.8 في فبراير 2023، أظهرت كسرًا من نوع الانزلاق المضربي، وبيّنت الهزات الارتدادية على امتداد صدع شرق الأناضول أي المستويين انزلق. (ج) الحجم النهائي هو قوة العزم، المحسوبة من العزم الزلزالي: المساحة التي انزلقت مضروبةً في الانزلاق مضروبًا في صلابة الصخر. وتعطي الطرق السريعة رقمًا أوليًا في غضون دقائق، لكنها تتشبّع في أكبر الزلازل على الإطلاق: فأول تحذير من التسونامي في اليابان عام 2011، بعد نحو ثلاث دقائق من البداية، استخدم قوة قدرها 7.9، رُفعت على مراحل إلى 9.0. كما أن التمزقات العظيمة تستمر في الانكسار لدقائق (نحو 8 في سومطرة عام 2004)، لذا يلزم السجل الكامل قبل معرفة الرقم النهائي.
  3. عندما ينكسر مقطع من صدع، لا يُطلق إجهاده فحسب بل يُنقل: فالصخر الواقع بعد طرفي التمزق مباشرةً يُحمَّل بمزيد من الإجهاد، فيُدفع المقطع التالي أقرب إلى الانكسار. وعلى امتداد صدع شمال الأناضول، ابتداءً من عام 1939، زحفت سلسلة من الزلازل الكبيرة من الشرق إلى الغرب على مدى ستين عامًا؛ ووجدت دراسة للزلازل العشرة الأكبر (بقوة 6.7 أو أكثر) أن تسعة منها كانت قد قُرّبت من الانكسار بفعل الزلازل التي سبقتها. وفي أغسطس 1999 بلغ هذا الزحف إزميت (بقوة 7.6)، القريبة من إسطنبول، ورفعت حسابات الإجهاد المنتقل احتمالات وقوع زلزال قوي قرب المدينة. وفي باركفيلد، على صدع سان أندرياس، ضربت زلازل متوسطة في الأعوام 1857 و1881 و1901 و1922 و1934 و1966، أي كل 22 عامًا تقريبًا. وفي عام 1985 توقّع العلماء أن يقع الزلزال التالي قبل عام 1993 وملؤوا المنطقة بالأجهزة، لكنه جاء في عام 2004، بعد أحد عشر عامًا من انتهاء الفترة المتوقعة. فالصدوع منتظمة بما يكفي لتوقّعها لكن ليس بما يكفي للالتزام بجدول مواعيد، لذا تجمع التوقعات الحديثة، مثل توقع UCERF3 لكاليفورنيا الذي يتناول كل صدع على حدة، بين الدورة الزلزالية وسجل الخنادق وانتقال الإجهاد لتخرج باحتمالات على مدى عقود، لا تاريخًا أبدًا.

للتعمق أكثر

  1. تحديد موقع الزلزال من زمن S ناقص P: VP·VS ÷ (VP − VS) = (6 × 3.5) ÷ 2.5 = 8.4 كم لكل ثانية من التأخير، أي نحو 8 كم. والمسافات هي 5.0 × 8.4 ≈ 42 كم، و8.0 × 8.4 ≈ 67 كم، و12.0 × 8.4 ≈ 100 كم (نحو 40 و64 و96 كم بقاعدة الـ8 كم). فالمسافة الواحدة لا تقول إلا إن الزلزال يقع في مكان ما على دائرة حول تلك المحطة؛ ودائرتان تتقاطعان عادةً في نقطتين؛ والدائرة الثالثة تختار إحداهما. (وبدقة أكبر، الدوائر كرات، ومع مزيد من المحطات يُحدَّد العمق أيضًا.) أما في الزلازل البعيدة، فتغوص الموجات عميقًا في الوشاح، حيث تنتقل كلتاهما أسرع، وتنحني مساراتها، لذا يستخدم علماء الزلازل جداول أزمنة الانتقال المحسوبة للأرض كلها بدلًا من زوج واحد من سرعات القشرة.
  2. العزم الزلزالي والانزلاق وقوة العزم: (أ) A = 5 × 104 m × 2 × 104 m = 1 × 109 m²، إذن M₀ = 3 × 1010 × 1 × 109 × 1.3 ≈ 3.9 × 1019 N·m؛ وlog₁₀M₀ ≈ 19.59، وMw = (2/3)(19.59 − 9.1) ≈ 7.0. فزلزال بقوة 7 يكسر صدعًا طوله نحو 50 كم، كما في المحاضرة. (ب) A = 5 × 105 m × 2 × 105 m = 1 × 1011 m²، إذن M₀ = 3 × 1010 × 1 × 1011 × 10 = 3 × 1022 N·m؛ وlog₁₀M₀ ≈ 22.48، وMw = (2/3)(22.48 − 9.1) ≈ 8.9. وعزمه أكبر بمقدار 3 × 1022 ÷ 3.9 × 1019 ≈ 770 مرة، وهو ما يتفق مع الفرق البالغ نحو 1.93 في القوة: 101.5 × 1.93 ≈ 780. (ج) 50 كم ÷ 2.5 كم/ث = 20 ث؛ و500 كم ÷ 2.5 كم/ث = 200 ث، أي أكثر من 3 دقائق. سومطرة: 1,300 كم ÷ 480 ث ≈ 2.7 كم/ث، فالقاعدة نفسها تنطبق، وأكبر الزلازل تهتز لدقائق لأن تمزقاتها تستغرق دقائق لتكتمل.
  3. كم زلزالًا من كل حجم: غوتنبرغ–ريختر وبوت: (أ) كل درجة صعودًا يكون عددها نحو العُشر: نحو 150 زلزالًا بقوة 6 إلى 6.9 ونحو 15 بقوة 7 إلى 7.9 كل عام، ثم نحو 1.5 بقوة 8 أو أكثر، وهو ما يتسق مع «زلزال واحد تقريبًا». (ويبلغ متوسط فهرس USGS للفترة من 2000 إلى 2019 نحو 140 و14 في السنة.) (ب) ثلاث درجات تعني 101.5 × 3 = 104.5 ≈ 32,000 ضعف الطاقة، لذا فإن 1,500 زلزال بقوة 5.0 لا تطلق سوى نحو 1,500 ÷ 32,000 ≈ 1/20 من طاقة زلزال واحد بقوة 8. واحتساب انتشارها الحقيقي من 5.0 إلى 5.9 يرفع ذلك إلى نحو الربع، وهو لا يزال أقل بكثير من زلزال عظيم واحد: فالطاقة تهيمن عليها أكبر الزلازل، لذا لا تستطيع الزلازل الصغيرة تخفيف الإجهاد. (ج) 7.0 − 1.2 = 5.8. فإذا بلغت هزة ارتدادية واحدة تقريبًا قوة 5.8، فمع b = 1 يبلغ نحو 10 منها قوة 4.8 أو أكثر، ونحو 100 قوة 3.8 أو أكثر. وهذه متوسطات؛ والتسلسلات الحقيقية تتفاوت تفاوتًا كبيرًا.
  4. كيف تخفت الهزات الارتدادية: قانون أوموري: (أ) n(10) ≈ 200 ÷ 10 = 20 في اليوم، أي عُشر معدل اليوم الأول؛ وn(100) ≈ 200 ÷ 100 = 2 في اليوم، أي جزء من مئة، كما في المحاضرة. (ب) K·ln 10 = 200 × 2.30 ≈ 460 في كل فترة: نحو 460 من اليوم 1 إلى اليوم 10، ونحو 460 من اليوم 10 إلى اليوم 100، ونحو 460 من اليوم 100 إلى اليوم 1,000 (قرابة ثلاث سنوات). فكل امتداد زمني أطول بعشر مرات يأتي بعدد من الهزات الارتدادية يقارب عدد الامتداد الذي سبقه، لكنه موزع على نحو أكثر تباعدًا. (ج) يخفت التسلسل بسرعة لكنه يدوم طويلًا، وبحسب قانون بوت قد تظل إحدى الهزات الارتدادية اللاحقة قوية. وينبغي أن تبقى المباني المتضررة خالية حتى تُفحص، وتُحدَّث توقعات الهزات الارتدادية لأسابيع إلى أشهر، لا لأيام. (وفي التسلسلات الحقيقية غالبًا ما تكون p أكبر قليلًا من 1، فتكون الامتدادات اللاحقة أهدأ إلى حد ما، وفي النهاية يعود المعدل إلى المستوى الخلفي المعتاد للمنطقة.)
  5. مناطق الظل وحجم اللب: (أ) المحيط 2π × 6,371 ≈ 40,030 كم، إذن 104° تساوي 104/360 × 40,030 ≈ 11,560 كم، أي أكثر من ربع الطريق حول الكرة الأرضية (90°، نحو 10,000 كم)، كما في المحاضرة. (ب) 6,371 × cos 52° ≈ 6,371 × 0.616 ≈ 3,920 كم. (ج) كبيرًا أكثر مما ينبغي. فلأن الموجات تتسارع مع العمق، يهبط المسار الحقيقي بين نقطتين أعمق من الوتر المستقيم بينهما، لذا فإن الموجة التي تمسّ اللب وتصعد على بُعد 104° تكون قد بلغت عمقًا أكبر من عمق الوتر عند 3,920 كم: فاللب أصغر، إذ يبلغ نصف قطره نحو 3,480 كم، وتقع قمته على عمق نحو 2,890 كم. (د) في لبّ سائل بالكامل، كانت الموجات P ستنحني بحيث لا يصعد أي منها بين نحو 104° و140°. والموجات التي وصلت إلى هناك فعلًا لا بد أن منطقة داخل اللب تنتقل فيها أسرع قد حنتها عائدةً: إنه لبّ ليمان الداخلي، الذي يبلغ نصف قطره نحو 1,220 كم.