الاسم الصف التاريخ

EARTH EXPLAINED · دليل الدرس

اليوم الذي تحرّكت فيه اليابان

زلزال وتسونامي توهوكو 2011، بدءًا من الصفائح

الفيديو 9:27المستوى الصفوف ⁦6–12⁩ · علم الأرض الجامعي التمهيديالمعايير MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, 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

لماذا عانى واحد من أكثر بلدان الأرض استعدادًا كل هذه المعاناة يوم 11 مارس 2011، مع أن علامات التحذير كانت مكتوبة في تاريخه ومدفونة في تربته منذ أكثر من ألف عام؟

في 11 مارس 2011، انزلقت صفيحة المحيط الهادئ بما يصل إلى 50 مترًا تحت شمال اليابان على امتداد خندق اليابان، في زلزال بقوة ⁦9.0–9.1⁩، وهو أقوى زلزال قيس على الإطلاق في اليابان. يتتبع هذا الدرس الحدث بدءًا من الصفائح: صدع الاندساس العالق الذي خزّن الإجهاد لقرون، وتسونامي جوغان عام 869 الذي لا تزال رماله تحت سهل سينداي، والدقائق الأولى من التحذيرات، وتسونامي صعد إلى ارتفاع نحو 40 مترًا وعبر المحيط الهادئ، والعواقب البشرية والطبيعية، والتغييرات التي أجرتها اليابان بعد ذلك. وينتهي الدرس بمنخفض نانكاي، الصدع الذي تراقبه اليابان الآن.

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

أهداف التعلّم بعد هذا الدرس، سيتمكن الطلاب من:

  1. تحديد الصفائح الأربع التي تلتقي عند اليابان، وشرح كيف يخزّن اندساس صفيحة المحيط الهادئ عند خندق اليابان الإجهاد على صدع عالق ثم يطلقه في زلازل كبرى.
  2. شرح كيف يولّد الارتفاع المفاجئ لقاع البحر تسونامي، ولماذا ينتقل التسونامي سريعًا ومنخفضًا في المحيط العميق لكنه يتباطأ ويرتفع عندما يقترب من الساحل.
  3. استخدام السجلات التاريخية وطبقات رمال التسونامي لشرح كيف كشف تسونامي جوغان عام 869 عن الخطر، ولماذا ظلت التوقعات التي انتظرت زلزالًا بقوة نحو 8 تقلّل من تقديره.
  4. وصف أداء الإنذار المبكر بالزلازل وتحذيرات التسونامي يوم 11 مارس 2011، بما في ذلك سبب كون التقدير الأول للقوة، 7.9، أصغر بكثير من الحقيقة، وكيف صحّحت الرصدات البحرية التحذيرات.
  5. تفسير قياسات الآثار الطبيعية للحدث: طول التمزق ومقدار الانزلاق، وارتفاع الصعود على اليابسة، والإزاحة التي قاسها نظام GPS وهبوط الساحل، والتغير المحسوب في طول اليوم.
  6. تقييم ما الذي حمى الناس وما الذي فشل، باستخدام حجر التسونامي في آنيوشي، وتدريبات مدارس كامايشي، والجدران البحرية التي تجاوزتها المياه، ومحطة فوكوشيما دايتشي النووية.
  7. شرح كيف غيّرت اليابان تحذيراتها ورصدها بعد 2011، وتفسير احتمال طويل الأمد مثل توقع منخفض نانكاي على مدى 30 عامًا.

قبل المشاهدة

المفردات الأساسية ★ مصطلحات إثرائية للطلاب الأكبر سنًا

الصفيحة التكتونية
قطعة كبيرة من الغلاف الخارجي الصلب للأرض، يبلغ سمكها عادة نحو 100 كيلومتر، وتتحرك ببطء فوق الوشاح الأسخن والأليَن تحتها. تقع اليابان حيث تلتقي أربع صفائح: صفيحة المحيط الهادئ، وصفيحة بحر الفلبين، وصفيحة أمريكا الشمالية، والصفيحة الأوراسية.
الاندساس
العملية التي تنثني فيها صفيحة وتغوص تحت صفيحة أخرى، عائدةً إلى الوشاح. قبالة شمال شرق اليابان، تغوص صفيحة المحيط الهادئ تحت اليابان.
الخندق المحيطي
الوادي الطويل العميق في قاع البحر حيث تنثني صفيحة نزولًا تحت أخرى. يبلغ عمق خندق اليابان، حيث تبدأ صفيحة المحيط الهادئ هبوطها، نحو 8 كيلومترات.
الصدع العالق
جزء من حدود الصفائح يمسك فيه الاحتكاك الصفيحتين معًا، فتُخزَّن حركتهما في الصخر على شكل إجهاد مرن، كأن نابضًا يُلفّ، إلى أن ينزلق الصدع فجأة في زلزال.
التسونامي
سلسلة من الأمواج البحرية تنشأ عندما تُدفع كتلة كبيرة من الماء فجأة، وهنا بسبب اندفاع قاع البحر إلى أعلى. وكثيرًا ما لا تكون الموجة الأولى هي الأكبر.
القوة (المقدار)
مقياس لحجم الزلزال. كل درجة كاملة تطلق طاقة أكبر بنحو 32 مرة. بلغت قوة زلزال 2011 وفق حساب وكالة الأرصاد الجوية اليابانية 9.0، ووفق هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية 9.1.
رواسب التسونامي
طبقة من الرمل يحملها التسونامي من الشاطئ وقاع البحر إلى الداخل ويتركها فوق التربة أو طين المستنقعات. وتُظهر الأحافير البحرية الدقيقة في الرمل أنه جاء من البحر.
ارتفاع الصعود
ارتفاع أعلى نقطة على اليابسة تصل إليها المياه فوق مستوى سطح البحر. وقد يكون أكبر بكثير من ارتفاع الموجة عند خط الساحل، خاصة في نهايات الخلجان الضيقة ذات الجوانب الشديدة الانحدار.
الإنذار المبكر بالزلازل
نظام يرصد الموجات الزلزالية الأولى الأسرع قرب مصدر زلزال بدأ بالفعل، ويرسل تنبيهًا قبل وصول الاهتزاز الأبطأ والأقوى إلى الأماكن الأبعد. وهو يمنح من ثوانٍ إلى نحو دقيقة من التحذير، لا ساعات.
الهبوط الأرضي
انخفاض سطح الأرض. في 2011 هبطت شبه جزيرة أوشيكا بنحو 1.2 متر في دقائق، فصارت أجزاء من الساحل أخفض بشكل دائم وأكثر عرضة للبحر.
حجر التسونامي
نصب حجري على ساحل اليابان يسجّل تسونامي سابقًا ويحذّر الأجيال اللاحقة، مثل حجر آنيوشي: لا تبنوا بيوتكم أسفل هذه النقطة.
طول اليوم
الوقت الذي تستغرقه الأرض لتدور دورة واحدة، أي نحو 86,400 ثانية. نقل الكتلة إلى موضع أقرب إلى محور الأرض يجعل الكوكب يدور أسرع قليلًا، كما تفعل المتزلجة حين تضم ذراعيها.
زلزال الدسر الضخم★
زلزال يقع على الصدع ذي الميل الخفيف بين صفيحة مندسة والصفيحة التي تعلوها. كل الزلازل التي بلغت قوتها 9 فأكثر، بما فيها زلزال توهوكو عام 2011، كانت من هذا النوع.
العزم الزلزالي★
الحجم الفيزيائي للزلزال: صلابة الصخر × مساحة الصدع التي انزلقت × متوسط الانزلاق. ومنه تُحسب قوة العزم.
علم الزلازل القديمة★
دراسة الزلازل وموجات التسونامي التي وقعت قبل وجود الأجهزة، باستخدام أدلة مثل طبقات الرمل المدفونة، والتغيرات المفاجئة في منسوب الأرض، وبقايا النباتات المؤرخة.
أساس التصميم★
أكبر خطر، كالزلزال أو الفيضان أو التسونامي، صُمّمت منشأة هندسيًا لتحمّله. وفي فوكوشيما دايتشي تجاوزه التسونامي بكثير.

فصول الحلقة اختر وقتًا لبدء التشغيل منه

0:00اللحظة

في الساعة 2:46 بعد ظهر يوم الجمعة 11 مارس 2011، انهار قاع البحر على بعد نحو 70 كيلومترًا قبالة شمال شرق اليابان. اهتزت الأرض عدة دقائق، وفي أماكن كثيرة على الساحل كان أمام الناس نحو نصف ساعة قبل أن يصل البحر.

0:34أربع صفائح

تقع اليابان حيث تلتقي صفائح المحيط الهادئ وبحر الفلبين وأمريكا الشمالية والصفيحة الأوراسية. تتحرك صفيحة المحيط الهادئ نحو اليابان بنحو 8 سنتيمترات في السنة وتغوص عند خندق اليابان؛ وحيث تعلق الصفائح، يتراكم الإجهاد إلى أن ينزلق الصدع ويندفع قاع البحر إلى أعلى. ولهذا تشهد اليابان نحو زلزال من كل خمسة من الزلازل القوية في العالم، وفيها أكثر من مئة بركان نشط.

2:00تحذيرات من الماضي

أغرق تسونامي جوغان عام 869 سهل سينداي وأودى بحياة نحو 1,000 شخص غرقًا، ومنذ نحو 1990 عثر الجيولوجيون على رماله بعيدًا في الداخل، وتحتها طبقات أقدم؛ ومع ذلك توقعت التقديرات الرسمية زلزالًا بقوة نحو 8، لا 9. وعلى ساحل سانريكو، قتلت موجات تسونامي عامي 1896 و1933 نحو 22,000 و3,000 شخص، ونقشت قرية آنيوشي تحذيرًا على حجر.

3:192:46 بعد الظهر

بدأ التمزق على بعد نحو 70 كيلومترًا قبالة شبه جزيرة أوشيكا، على عمق نحو 30 كيلومترًا، وامتد نحو 400 كيلومتر على طول الخندق، وبلغ الانزلاق نحو 50 مترًا. منح الإنذار المبكر طوكيو نحو دقيقة؛ أما أول تحذير من التسونامي، الصادر بعد الزلزال بثلاث دقائق، فقد استند إلى قوة 7.9 وتوقّع من 3 إلى 6 أمتار، ثم رُفع إلى أكثر من 10 أمتار حين رصدت أجهزة الاستشعار في البحر الموجة الحقيقية.

4:38الموجة

لماذا يعبر التسونامي المحيط العميق بسرعة طائرة نفاثة ويتكدّس قرب الشاطئ. صعدت المياه إلى نحو 40 مترًا قرب مياكو، وتجاوزت الجدران البحرية، واجتاحت مطار سينداي، وأغرقت أكثر من 500 كيلومتر مربع، بينما نجت آنيوشي المبنية فوق حجرها. وفي فوكوشيما دايتشي أغرقت موجة ارتفاعها نحو 14 مترًا موقعًا صُمّم لنحو 6 أمتار، وحدث انصهار في ثلاثة مفاعلات؛ ووصل التسونامي إلى هاواي في نحو 7 ساعات، وإلى كاليفورنيا في نحو 10، وإلى تشيلي في نحو يوم.

6:16ما بعد الكارثة

لقي أكثر من 18,000 شخص حتفهم أو لم يُعثر عليهم قط، ومات معظمهم غرقًا، ودُمّر نحو 122,000 مبنى؛ وقدّر البنك الدولي الأضرار بما يصل إلى 235,000,000,000 دولار. أظهر نظام GPS أن شبه جزيرة أوشيكا تحركت 5.3 متر وهبطت 1.2 متر، ويشير أحد حسابات ناسا إلى أن اليوم صار أقصر بنحو 1.8 ميكروثانية. وفي كامايشي، أدت سنوات من التدريبات إلى نجاة جميع تلاميذ المدينة تقريبًا، وعددهم نحو 3,000.

7:22ما الذي غيّرته اليابان

منذ 2013، عندما يكون الزلزال أكبر من أن يُقاس بسرعة، يقول أول تحذير من التسونامي إن التسونامي سيكون 'هائلًا' بدلًا من تخمين رقم. وتراقب الآن شبكة من 150 محطة في قاع البحر متصلة بالكابلات خندقي اليابان والكوريل، ويصطف على الساحل أكثر من 400 كيلومتر من الجدران البحرية الجديدة، يزيد ارتفاع بعضها على 12 مترًا.

7:57لا تزال تتحرك

لا تزال اليابان تشعر بنحو 2,000 زلزال كل عام. في 2025 قدّرت الحكومة احتمال وقوع زلزال كبير في منخفض نانكاي خلال 30 عامًا بنسبة ⁦60–90⁩% أو أكثر وفق طريقة، و⁦20–50⁩% وفق طريقة أخرى. الخلاصة: ثلاثة أمور يجب تذكّرها، ودرس حجر آنيوشي.

مفاهيم خاطئة شائعة للمعلم

مفهوم خاطئالتسونامي جدار واحد عملاق من الماء، ارتفاعه في عرض البحر مثل ارتفاعه عند الساحل.

ما تُظهره الأدلةفي المحيط العميق قد لا يتجاوز ارتفاع التسونامي مترًا واحدًا بالكاد، مع أنه يتحرك بسرعة نحو 800 كيلومتر في الساعة. ولا يرتفع إلا حين يتباطأ في المياه الضحلة، ويصل على شكل سلسلة من الأمواج. في 2011 جعلت القراءات الأولى الصغيرة عند الساحل بعض الناس يعتقدون أن التسونامي سيكون طفيفًا، ولهذا السبب غيّرت وكالة الأرصاد الجوية اليابانية لاحقًا طريقة إعلانها عن الرصدات المبكرة.

مفهوم خاطئأول تحذير من التسونامي يخبرك بحجم الموجة، فإذا كان التوقع أدنى من الجدار البحري المحلي فأنت في أمان.

ما تُظهره الأدلةاستند أول توقع في 2011، من 3 إلى 6 أمتار، إلى تقدير للقوة قدره 7.9 كان أصغر بكثير من الحقيقة، وخلصت وكالة الأرصاد اليابانية إلى أنه ربما أخّر إخلاء بعض الناس. والاستجابة الآمنة عند الشعور باهتزاز قوي وطويل على الساحل هي التوجه فورًا إلى مكان مرتفع، أيًّا كان الرقم الأول.

مفهوم خاطئلم يكن لدى العلماء أي وسيلة لمعرفة أن تسونامي بهذا الحجم يمكن أن يضرب هذا الساحل.

ما تُظهره الأدلةوُصف تسونامي جوغان عام 869 في السجلات التاريخية لليابان، ومنذ نحو 1990 عثر الجيولوجيون على رماله، وعلى طبقات أقدم، على بعد كيلومترات في الداخل في سهل سينداي. كانت الأدلة موجودة؛ ومع ذلك ظلت التقديرات الرسمية تتوقع زلزالًا بقوة نحو 8، لأن السجل المسجّل بالأجهزة كان قصيرًا، وكان العمل الجيولوجي لا يزال في طور تحويله إلى تقييمات للمخاطر.

مفهوم خاطئالإنذار المبكر بالزلازل يتنبأ بالزلازل قبل وقوعها.

ما تُظهره الأدلةيرصد الإنذار المبكر زلزالًا بدأ بالفعل ويسابق الموجات الأبطأ والأشد تدميرًا. ويمكنه أن يمنح الأماكن البعيدة عن المصدر عشرات الثواني إلى نحو دقيقة، كما حدث في طوكيو عام 2011، لكن الأماكن الأقرب إلى التمزق قد تشعر بالاهتزاز القوي قبل وصول أي تنبيه.

مفهوم خاطئأزاح زلزال 2011 الأرض عن محورها وغيّر طول اليوم تغييرًا ملحوظًا.

ما تُظهره الأدلةوفق أحد حسابات ناسا صار اليوم أقصر بنحو 1.8 ميكروثانية، وانزاح المحور الذي تتوازن حوله كتلة الأرض بنحو 17 سنتيمترًا؛ أما محور الأرض في الفضاء فلم يتحرك. لقد حُسب هذا التغير ولم يُحَسّ، وهو أصغر بكثير من التقلبات الطبيعية في طول اليوم التي تسببها الرياح والتيارات المحيطية ولبّ الأرض.

أسئلة للنقاش

  1. عثر الجيولوجيون على رمال تسونامي جوغان في سهل سينداي قبل 2011 بأكثر من عشرين عامًا، ومع ذلك توقعت التقديرات الرسمية زلزالًا بقوة نحو 8. لماذا قد يستغرق تغيير الخطط الرسمية بناءً على أدلة جيولوجية جديدة وقتًا طويلًا؟ وكيف ينبغي لمجتمع أن يتصرف بناءً على أدلة قوية لكنها ليست مؤكدة بعد؟
  2. في آنيوشي، أبقى حجر نُقش بعد 1933 كل البيوت فوق مدى تسونامي 2011. وفي أماكن أخرى، تجاوزت المياه الجدران البحرية التي بُنيت لموجات تسونامي سابقة. قارن بين نوعي الحماية: ما نقاط القوة والضعف في قاعدة محفوظة في الذاكرة وفي جدار مصمم هندسيًا؟
  3. تدرّب تلاميذ مدارس كامايشي لسنوات على قاعدة واحدة: بعد أي زلزال كبير، اركض فورًا نحو المرتفعات ولا تنتظر أحدًا. لماذا قد تنقذ قاعدة بسيطة كهذه أرواحًا أكثر من انتظار تحذير رسمي؟ وهل يمكنك التفكير في مواقف يصعب فيها اتباعها؟
  4. أعطى أول تحذير من التسونامي في 2011 رقمًا تبيّن أنه منخفض جدًا. ومنذ 2013، حين يكون الحجم غير مؤكد، يقول التحذير الأول ببساطة إن التسونامي سيكون 'هائلًا'. هل التحذير الخالي من الأرقام أفضل أم أسوأ من توقع دقيق قد يكون خاطئًا؟ اشرح أسبابك.
  5. في فوكوشيما دايتشي، ضربت موجة ارتفاعها نحو 14 مترًا موقعًا صُمّم لنحو 6 أمتار. كيف ينبغي للمهندسين والحكومات أن يقرروا حجم الخطر الذي يجب أن تُبنى محطة نووية أو مستشفى أو مدرسة لتحمّله، حين لا تقع أكبر الأحداث إلا مرة كل بضع مئات أو آلاف من السنين؟
  6. لمنخفض نانكاي، أعطت الحكومة اليابانية احتمالين على مدى 30 عامًا: ⁦60–90⁩% أو أكثر وفق طريقة، و⁦20–50⁩% وفق أخرى. ماذا يعني كل رقم لأسرة ولمدينة ولحكومة وطنية؟ وأيهما ستؤكد عليه في الرسائل الموجهة إلى الجمهور، ولماذا؟

اختبار اختر إجابة؛ يُصحَّح تلقائيًا

1.ماذا يحدث عند خندق اليابان، حيث تلتقي صفيحة المحيط الهادئ بشمال اليابان؟

2.لماذا يولّد صدع الاندساس زلازل كبرى مفاجئة بدلًا من أن ينزلق بسلاسة طوال الوقت؟

3.ما الدليل الذي أظهر أن موجات تسونامي عملاقة ضربت سهل سينداي قبل 2011 بزمن طويل؟

4.بعد الزلزال بثلاث دقائق، توقّع أول تحذير من التسونامي أمواجًا من 3 إلى 6 أمتار. لماذا كان هذا التوقع منخفضًا جدًا؟

5.في المحيط العميق قد لا يتجاوز ارتفاع التسونامي مترًا واحدًا بالكاد، ومع ذلك يتحرك بسرعة نحو 800 كيلومتر في الساعة. ماذا يحدث عندما يصل إلى المياه الضحلة قرب الساحل؟

6.ما الذي أدى إلى الكارثة في محطة فوكوشيما دايتشي النووية؟

7.أظهر نظام GPS أن شبه جزيرة أوشيكا تحركت نحو البحر بنحو 5.3 متر وهبطت بنحو 1.2 متر. ماذا يخبرنا ذلك؟

8.نجا جميع تلاميذ المدارس في كامايشي تقريبًا من التسونامي، وعددهم نحو 3,000. ما الذي أحدث الفرق الأكبر؟

9.منذ 2013، إذا كان الزلزال أكبر من أن يُقاس بسرعة، فماذا يفعل أول تحذير من التسونامي تصدره وكالة الأرصاد اليابانية؟

10.في 2025 قدّرت الحكومة اليابانية احتمال وقوع زلزال كبير في منخفض نانكاي خلال 30 عامًا بنسبة ⁦60–90⁩% أو أكثر وفق طريقة، و⁦20–50⁩% وفق أخرى. أي تفسير هو الأفضل؟

إجابة كتابية

1. اشرح خطوة بخطوة كيف أحدث زلزال 2011 تسونامي وصل إلى ساحل اليابان في نحو نصف ساعة وعبر المحيط الهادئ بأكمله. استخدم المصطلحات: الاندساس، والصدع العالق، والإجهاد، وارتفاع قاع البحر، والمياه الضحلة.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

تتقارب صفيحة المحيط الهادئ مع اليابان بنحو 8 سنتيمترات في السنة وتندس عند خندق اليابان. وحيث تتلامس الصفيحتان يكون الصدع عالقًا، فتُجرّ حافة اليابان إلى أسفل وتُضغط ويتراكم إجهاد مرن. في 2011 تغلّب الإجهاد على الاحتكاك: انزلق الصدع بما يصل إلى نحو 50 مترًا على امتداد منطقة طولها نحو 400 كيلومتر، وارتدت الحافة المضغوطة، واندفع قاع البحر إلى أعلى رافعًا عمود الماء كله فوقه. ثم شدّت الجاذبية ذلك الماء المرتفع إلى أسفل، فانطلقت الأمواج إلى الخارج في كل اتجاه. في المحيط العميق سارت بسرعة نحو 800 كيلومتر في الساعة وارتفاعها بالكاد متر؛ وفي المياه الضحلة قرب الساحل تباطأت وارتفعت، فبلغت الشواطئ القريبة في نحو نصف ساعة وصعدت إلى نحو 40 مترًا في بعض الأماكن. وعبر المحيط الهادئ المفتوح وصلت إلى هاواي في نحو 7 ساعات وإلى تشيلي في نحو يوم.

2. مستخدمًا تسونامي جوغان عام 869 مثالًا، اشرح كيف يمكن للجيولوجيا أن تكشف خطرًا يفوت السجل المسجّل بالأجهزة، ولماذا كان زلزال 2011 مع ذلك أكبر مما توقعته التقديرات الرسمية.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

لم تسجّل أجهزة رصد الزلازل الزلازل في اليابان إلا منذ نحو قرن، وهي مدة أقصر بكثير من الفترات الفاصلة بين أكبر الأحداث. وقد وصفت السجلات التاريخية لليابان كيف أغرق تسونامي عام 869 سهل سينداي وأودى بحياة نحو 1,000 شخص غرقًا. ومنذ نحو 1990 عثر الجيولوجيون على رماله، التي حملها البحر، على بعد كيلومترات في الداخل، وتحتها طبقات رمل أقدم، مما أظهر أن موجات تسونامي عملاقة ضربت مرارًا بفواصل تمتد قرونًا. ومع ذلك بُنيت التقديرات الرسمية في معظمها على الزلازل الحديثة الأشهر، وتوقعت حدثًا بقوة نحو 8. وكان العمل الجيولوجي لا يزال يقدّر حجم زلزال جوغان، ولم يكن درسه الكامل، أي أن جزءًا أكبر بكثير من الصدع يمكن أن يتمزق دفعة واحدة، قد أُدرج بعدُ في خطط المخاطر حين ضرب الزلزال بقوة 9.

3. قارن بين ثلاثة أنواع من الحماية وردت في الحلقة: حجر آنيوشي، وتدريبات مدارس كامايشي، والجدران البحرية مع محطة فوكوشيما دايتشي. أيها حمى الناس، وأيها فشل، ولماذا؟

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

نجح حجر آنيوشي لأن قاعدته لم تعتمد على التنبؤ بحجم الموجة التالية: فكل بيت بُني فوقه، وتوقفت موجة 2011 على بعد نحو 90 مترًا أسفل المنحدر منه. ونجحت تدريبات كامايشي لأن قاعدة بسيطة مُتدرَّبًا عليها، اركض فورًا نحو المرتفعات ولا تنتظر، لم تعتمد على التحذيرات أو التقديرات؛ فنجا نحو 99.8% من تلاميذ المدينة. أما الجدران البحرية المبنية لموجات تسونامي سابقة، وموقع فوكوشيما دايتشي المصمم لموجة نحو 6 أمتار، فقد فشلت لأنها صُمّمت هندسيًا لارتفاع تصميمي ثابت تجاوزه تسونامي 2011، إذ بلغ نحو 14 مترًا عند المحطة. والدرس أن الدفاعات المصممة على قدر أحداث الماضي قد تتجاوزها المياه، بينما القواعد التي تُبعد الناس عن متناول الماء تنجح أيًّا كان حجم الموجة؛ وأفضل الخطط تجمع بين الأمرين.

للتعمق أكثر الجامعة والمرحلة الثانوية المتقدمة

ما سرعة عبور التسونامي للمحيط الهادئ، ولماذا يرتفع؟

طول موجة التسونامي (مئات الكيلومترات) أكبر بكثير من عمق المحيط، لذا يتصرف كموجة مياه ضحلة تعتمد سرعتها على العمق d وحده: c = √(g·d)، حيث g = 9.81 m/s². وحين ينتقل إلى مياه أضحل، يجعل حفظُ تدفق الطاقة ارتفاعَه يزداد تقريبًا بالتناسب مع 1 ÷ ⁴√d، أي مقلوب الجذر الرابع للعمق (قانون غرين)، إلى أن تنكسر الموجة أو تغمر اليابسة.

مسألةاحسب السرعة لعمق نموذجي قدره 5,000 متر، بوحدتي m/s وkm/h. المسافة على الدائرة العظمى من مركز زلزال 2011 إلى هونولولو نحو 5,960 كيلومترًا: توقّع زمن الوصول وقارنه بالساعات السبع تقريبًا الواردة في الحلقة. ثم قدّر كم سيرتفع ارتفاع موجة قدره 1 متر فوق مياه عمقها 4,000 متر عندما تصل إلى مياه عمقها 10 أمتار، وما سرعتها هناك. لماذا يمكن أن يكون ارتفاع الصعود على اليابسة، الذي بلغ نحو 40 مترًا في 2011، أكبر من ذلك بكثير؟

الحل المفصّل

c = √(9.81 × 5,000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h، وهي السرعة الواردة في الحلقة. 5,960 km ÷ 800 km/h ≈ 7.5 ساعة، وهو قريب من الوصول المرصود بعد نحو سبع ساعات (فالموجة الحقيقية تتبع قاع البحر الفعلي، الذي يزيد عمقه في بعض أجزائه على 5,000 متر). الارتفاع: ⁴√(4,000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4.5، فتصبح الموجة التي ارتفاعها 1 متر بارتفاع نحو 4.5 متر، وتتحرك بسرعة √(9.81 × 10) ≈ 10 m/s، أي نحو 36 km/h، وهي أسرع مما يستطيع معظم الناس الركض. أما ارتفاع الصعود فهو الارتفاع الذي يتسلقه الماء على اليابسة، لا ارتفاع الموجة في عرض البحر: على ساحل سانريكو، تحصر الخلجان الضيقة التي على شكل حرف V التدفق، ويحمل الماء المتحرك زخمه صعودًا على المنحدر، ولهذا بلغ الصعود هناك نحو 40 مترًا.

القوة والطاقة والانزلاق

تزداد الطاقة المشعّة بمعامل يبلغ نحو 101.5 ≈ 32 مع كل درجة كاملة من القوة. وتُعرَّف قوة العزم انطلاقًا من العزم الزلزالي M₀ (بالنيوتن متر) بالعلاقة M₀ = 101.5·Mw + 9.1، كما أن M₀ = μ·A·D، حيث μ صلابة الصخر، وA المساحة التي انزلقت، وD متوسط الانزلاق. وتنمذج USGS تمزق 2011 بطول نحو 400 كيلومتر وعرض 150 كيلومترًا، مع انزلاق أقصى يتراوح بين 50 و60 مترًا.

مسألةكم مرة تمثل القوة النهائية، 9.1 (USGS)، طاقةً أكبر من التقدير الأول البالغ 7.9؟ وما أهمية الفرق بين قيمة JMA البالغة 9.0 وقيمة USGS البالغة 9.1؟ باستخدام μ = 4 × 1010 Pa، احسب متوسط الانزلاق لـ Mw 9.0 و Mw 9.1 وقارنه بالانزلاق الأقصى.

الحل المفصّل

101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 مرة طاقة أكبر من التقدير الأول، ولهذا كان أول توقع للتسونامي منخفضًا إلى هذا الحد. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1.4: تختلف قيمتا الجهتين بنحو 40% في الطاقة، وهو فرق صغير مقارنةً بالخطأ الأول. لـ Mw 9.0، M₀ = 1022.6 ≈ 4.0 × 1022 N·m، إذن D = 4.0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1.5 × 105 m) ≈ 17 m؛ ولـ Mw 9.1، M₀ ≈ 5.6 × 1022 N·m و D ≈ 23 m. ومتوسط الانزلاق، من نحو 17 إلى 23 مترًا، أقل من نصف القيمة القصوى البالغة 50 إلى 60 مترًا، التي تركزت قرب الخندق، حيث رفعت قاع البحر أكثر من أي مكان آخر وولّدت أكبر تسونامي.

كم من الوقت يمكن أن يمنحه الإنذار المبكر؟

تنتقل موجات P عبر القشرة الأرضية بسرعة نحو 6 إلى 7 km/s، وموجات S، التي تحمل معظم الاهتزاز القوي، بسرعة نحو 3.5 إلى 4 km/s. يرصد نظام الإنذار المبكر موجات P في محطات قريبة من المصدر، ويقدّر الزلزال، ويرسل تنبيهًا ينتقل بعد ذلك بسرعة الاتصالات الإلكترونية. بدأ تمزق 2011 على عمق نحو 30 كيلومترًا؛ وتبعد طوكيو عن مركز الزلزال نحو 376 كيلومترًا، وطرف شبه جزيرة أوشيكا نحو 76 كيلومترًا.

مسألةافترض أن التنبيه يصدر بعد 30 ثانية من بدء التمزق. قدّر كم كان لدى طوكيو من الوقت قبل وصول أولى موجات S. ثم قدّر نصف قطر 'المنطقة العمياء'، أي المنطقة التي تصلها موجات S قبل التنبيه، وقرّر ما إذا كانت شبه جزيرة أوشيكا داخلها. لماذا قد يصل أقوى اهتزاز في زلزال كبير في وقت متأخر عمّا يوحي به هذا الحساب البسيط؟

الحل المفصّل

زمن انتقال موجات S إلى طوكيو ≈ 376 km ÷ 3.5 إلى 4 km/s ≈ 94 إلى 107 s، فيكون وقت التحذير نحو 64 إلى 77 s، أي نحو دقيقة، كما في الحلقة. في 30 s تقطع موجات S نحو 105 إلى 120 km من البؤرة؛ ومن عمق 30 km يبلغ ذلك على السطح مسافة تتراوح من √(105² − 30²) ≈ 100 km إلى √(120² − 30²) ≈ 116 km من مركز الزلزال. وشبه جزيرة أوشيكا، على بعد نحو 82 km من البؤرة، شعرت بموجات S بعد نحو 20 إلى 23 s فقط، أي قبل أي تنبيه كهذا. في الزلزال الكبير يظل التمزق نفسه يتسع لدقائق ويرسل موجات قوية من أجزاء الصدع التي تنكسر لاحقًا وتكون أقرب إلى المدن البعيدة، لذا تعتمد أوقات التحذير الحقيقية على التمزق كله، لا على نقطة بدايته وحدها.

ميزانية الإجهاد وتكرار موجات تسونامي من نوع جوغان

تتقارب صفيحة المحيط الهادئ مع شمال اليابان بنحو 83 مليمترًا في السنة (USGS). وجد مينورا وزملاؤه (2001) ثلاث طبقات من رمال التسونامي في سهل سينداي، وقدّروا أن أكبر موجات التسونامي ضربت نحو مرة كل 1,000 عام؛ واقترح ساواي وزملاؤه (2012)، باستخدام أعمار الكربون المشع من مواقع عديدة، فواصل من 500 إلى 800 عام. ومن الطرق البسيطة لتحويل فترة التكرار T إلى احتمال افتراض أن الأحداث تقع عشوائيًا: P = 1 − exp(−t/T) لفترة مقدارها t من السنين.

مسألةكم سنة من تقارب الصفائح يمثلها انزلاق قدره 50 مترًا؟ وانزلاق متوسط قدره نحو 20 مترًا؟ وكم تراكم من التقارب بين 869 و2011؟ ثم احسب احتمال وقوع تسونامي من نوع جوغان خلال 30 عامًا وخلال 50 عامًا عندما T = 1,000 عام و T = 500 عام. ماذا توحي هذه الأرقام بشأن تصميم المحطات أو البلدات الساحلية لحدث 'يقع مرة كل ألف عام'؟

الحل المفصّل

50 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 600 عام؛ 20 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 240 عامًا. ومن 869 إلى 2011 (1,142 عامًا) تراكم نحو 95 مترًا من التقارب، وهو أكثر من الانزلاق في 2011، لذا لا يُخزَّن كل التقارب على شكل إجهاد في الجزء العالق: فبعضه يتحرر بانزلاق بطيء هادئ وبالزلازل الأصغر الكثيرة على حدود الصفائح هذه. ويشير أوزاوا وزملاؤه (2011) إلى الجانب الآخر من الميزانية: قبل 2011 أظهر نظام GPS أن الإجهاد يتراكم قبالة توهوكو أسرع بكثير من المعدل الذي أطلقته به الزلازل السابقة على حدود الصفائح في المتوسط، مما طرح سؤالًا عن الكيفية التي سيتحرر بها ذلك الإجهاد في النهاية. الاحتمالات: عندما T = 1,000 عام، 1 − exp(−0.03) ≈ 3% خلال 30 عامًا و 1 − exp(−0.05) ≈ 5% خلال 50 عامًا؛ وعندما T = 500 عام، نحو 6% و10%. إن بضعة في المئة على مدى عمر محطة كهرباء أو بلدة ليست ضئيلة على الإطلاق حين تكون العواقب كارثية، ولهذا يجب أن تكون الأحداث النادرة جزءًا من التصميم، لا أن تُستبعد منه.

هل غيّر الزلزال طول اليوم حقًا؟

في غياب أي عزم دوران خارجي، يبقى الزخم الزاوي للأرض L = I·ω محفوظًا، حيث I عزم القصور الذاتي و ω معدل الدوران. فإذا نقل زلزال كتلةً إلى موضع أقرب قليلًا إلى المحور، يتناقص I ويزداد ω، ويصبح اليوم T = 2π/ω أقصر: ΔT/T = ΔI/I. وقد حسب ريتشارد غروس من ناسا أن زلزال 2011 قصّر اليوم بنحو 1.8 ميكروثانية. وعلى المدى الطويل، يطيل الاحتكاك المدّي الناتج عن القمر اليوم؛ وتُظهر القياسات المستمدة من الكسوفات القديمة زيادة متوسطها نحو 1.8 ملّي ثانية في القرن (ستيفنسون وزملاؤه، 2016).

مسألةاحسب التغير النسبي في عزم القصور الذاتي للأرض الذي يقتضيه قِصَر اليوم بمقدار 1.8 µs. كم يومًا من الاتجاه الطويل الأمد لإطالة اليوم يكفي لإلغائه؟ ولو كان التغير دائمًا، فكم ستتقدم ساعة تعتمد على دوران الأرض على ساعة ذرية خلال عام واحد؟

الحل المفصّل

ΔI/I = ΔT/T = −1.8 × 10−6 s ÷ 86,400 s ≈ −2.1 × 10−11. والاتجاه البالغ 1.8 ms في القرن يساوي 1.8 × 10−3 s ÷ 36,525 يومًا ≈ 4.9 × 10−8 s في اليوم لكل يوم، لذا يلغي التغير في نحو 1.8 × 10−6 ÷ 4.9 × 10−8 ≈ 37 يومًا. وخلال عام، 365 × 1.8 µs ≈ 0.66 ms. والأثر حقيقي لكنه ضئيل، أصغر بكثير من التقلبات الطبيعية في طول اليوم التي تسببها الرياح والتيارات المحيطية ولبّ الأرض، ولهذا حُسب ولم يُقَس.

المواءمة مع المعايير

Next Generation Science Standards (NGSS، الولايات المتحدة)

MS-ESS2-2

بناء تفسير قائم على الأدلة لكيفية تغيير العمليات الجيولوجية لسطح الأرض على مقاييس زمنية ومكانية متفاوتة.

في هذه الحلقة: تقارب بطيء للصفائح بنحو 8 سنتيمترات في السنة مقابل دقائق من الانزلاق، وارتفاع قاع البحر، وهبوط الساحل.

MS-ESS3-2

تحليل البيانات المتعلقة بالمخاطر الطبيعية وتفسيرها للتنبؤ بالأحداث الكارثية المستقبلية والإسهام في تطوير تقنيات للتخفيف من آثارها.

في هذه الحلقة: طبقات رمال التسونامي وتكرارها، والإنذار المبكر، وتحذيرات التسونامي، وكابلات قاع البحر، والجدران البحرية، وتوقع منخفض نانكاي.

HS-ESS2-1

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

في هذه الحلقة: نموذج منطقة الاندساس: الخندق، والصدع العالق، وتراكم الإجهاد، والارتداد المرن للصفيحة العلوية.

HS-ESS3-1

بناء تفسير قائم على الأدلة لكيفية تأثير توافر الموارد الطبيعية ووقوع المخاطر الطبيعية والتغيرات المناخية في النشاط البشري.

في هذه الحلقة: حجر آنيوشي، وتدريبات كامايشي، وإعادة إعمار الساحل والجدران البحرية الجديدة، واختيار موقع فوكوشيما دايتشي وتصميمها.

HS-PS4-1

استخدام التمثيلات الرياضية لدعم ادعاء بشأن العلاقات بين تردد الموجات وطولها وسرعتها في أوساط مختلفة.

في هذه الحلقة: سرعة التسونامي c = √(g·d) في مياه ذات أعماق مختلفة، ولماذا تتباطأ الموجة ويقصر طولها ويزداد ارتفاعها حين تصل إلى الساحل.

Advanced Placement (AP، الولايات المتحدة)

مقررات جامعية

الجيولوجيا الطبيعية

حدود الصفائح والصفائح الصغيرة حول اليابان؛ مناطق الاندساس والخنادق؛ الدورة الزلزالية والارتداد المرن

المخاطر الطبيعية

زلازل الدسر الضخمة؛ نشوء التسونامي وانتشاره وارتفاعه في المياه الضحلة وصعوده على اليابسة؛ علم الزلازل القديمة ورواسب التسونامي؛ التكرار والاحتمال الطويل الأمد؛ أنظمة الإنذار والإخلاء

الجيوفيزياء

العزم الزلزالي وقوة العزم؛ تشبّع مقاييس القوة؛ الإنذار المبكر بالزلازل؛ الجيوديسيا بنظام GPS والإزاحة المصاحبة للزلزال؛ الزلازل ودوران الأرض

إدارة مخاطر الكوارث

أساس التصميم والأحداث النادرة في الهندسة؛ التواصل بشأن المخاطر وصياغة التحذيرات؛ التدريبات المجتمعية وذاكرة الكوارث الماضية

النص الكامل التعليق الصوتي بالعربية، كما في الترجمة النصية

0:00اللحظة

في 11 مارس 2011، في الساعة 2:46 من بعد ظهر يوم جمعة، انزاح قاع البحر فجأة على بُعد 70 كيلومترًا قبالة شمال شرق اليابان.

0:10اهتزت الأرض لعدة دقائق، وفي أماكن كثيرة على امتداد الساحل، كان أمام الناس نحو نصف ساعة قبل أن يصل البحر.

0:18هذه قصة أقوى زلزال قيس على الإطلاق في اليابان. سنتعرف على سبب حدوثه، ولماذا كانت التحذيرات منه قائمة منذ 1,000 عام، وما الذي غيّرته اليابان بعده.

0:34أربع صفائح

ولكي نفهم ذلك اليوم، علينا أن نبدأ من باطن الأرض، لأن اليابان تقع حيث تلتقي أربع من الصفائح التكتونية للأرض.

0:41وهذه الأربع هي صفيحة المحيط الهادئ، وصفيحة بحر الفلبين، وصفيحة أمريكا الشمالية، والصفيحة الأوراسية. وكل منها لوح صخري يبلغ سمكه نحو 100 كيلومتر، ينجرف ببطء عبر الكوكب.

0:54ولا يتوقف أي منها عن الحركة أبدًا. فصفيحة المحيط الهادئ تزحف نحو اليابان بمعدل نحو 8 سنتيمترات في السنة، أي أسرع بنحو مرتين من نمو أظافرك.

1:05وقبالة الساحل الشمالي الشرقي، تلتقي صفيحة المحيط الهادئ بشمال اليابان عند خندق اليابان، وهو شق في قاع البحر يبلغ عمقه نحو 8 كيلومترات.

1:14وعند الخندق، تنثني صفيحة المحيط الهادئ وتغوص تحت اليابان، غائرةً ببطء في الوشاح الحار في الأسفل.

1:22لكنها لا تنزلق بسلاسة. فحيث تتلامس الصفيحتان، تعلقان ببعضهما، فتُسحب حافة اليابان إلى الأسفل وتُضغط عامًا بعد عام، مثل نابض يُلفّ بإحكام متزايد.

1:34وفي النهاية، يتغلب الإجهاد على الاحتكاك. وفي غضون بضع دقائق ينزلق الصدع، وترتد حافة الصفيحة المضغوطة، ويندفع قاع البحر إلى الأعلى، رافعًا المحيط بأكمله فوقه.

1:47وتفسر هذه العملية لماذا تشهد اليابان نحو زلزال واحد من كل خمسة زلازل قوية في العالم، ولماذا يوجد في البلاد أكثر من 100 بركان نشط.

2:00تحذيرات من الماضي

ولدى اليابان سجلات مكتوبة للزلازل تعود إلى أكثر من 1,000 عام، ويصف أحدها ليلة في عام 869.

2:09في تلك الليلة، ضرب زلزال عظيم قرب الموقع الذي تقوم فيه اليوم مدينة سينداي، واندفع البحر بعيدًا إلى الداخل عبر السهل الساحلي. وغرق نحو 1,000 شخص.

2:19وابتداءً من نحو عام 1990، عثر جيولوجيون كانوا يحفرون في السهل نفسه على البصمة التي تركها ذلك التسونامي. كانت طبقة من رمال المحيط، على بُعد كيلومترات من الساحل، وتحتها طبقات رملية أقدم خلّفتها أمواج عملاقة أسبق.

2:35وأظهرت الأدلة أن أمواج تسونامي عملاقة ضربت هذا الساحل مرارًا وتكرارًا، تفصل بينها قرون. وكانت التوقعات الرسمية تتوقع بالفعل زلزالًا كبيرًا هنا، لكنها توقعت زلزالًا بقوة 8 تقريبًا، لا تسعة.

2:49وإلى الشمال، على ساحل سانريكو الوعر، كانت الذكريات أحدث عهدًا. ففي عام 1896، ارتفع تسونامي هناك إلى ما يصل إلى 38 مترًا، وأودى بحياة نحو 22,000 شخص.

3:02وفي عام 1933، قتل تسونامي آخر نحو 3,000 شخص آخرين. وبعد ذلك، نقش أهالي قرية صغيرة تُدعى آنيوشي تحذيرًا على حجر.

3:12ويقول النقش: لا تبنوا بيوتكم أسفل هذه النقطة.

3:192:46 بعد الظهر

وفي 11 مارس 2011، في الساعة 2:46 بعد الظهر، انفلت الصدع أخيرًا. بدأ التمزق على بُعد نحو 70 كيلومترًا قبالة شبه جزيرة أوشيكا، على عمق نحو 30 كيلومترًا.

3:32ومن هناك، امتد التمزق على طول الخندق لنحو 400 كيلومتر، وفي بعض الأماكن انزلقت الصفيحتان إحداهما بمحاذاة الأخرى بما يصل إلى 50 مترًا.

3:41وأدى نظام الإنذار المبكر بالزلازل في اليابان مهمته الأساسية. فقد رصدت أجهزة الاستشعار الموجات الأولى الأسرع، وانطلقت التنبيهات قبل وصول أقوى الهزات.

3:53وتلقت طوكيو، الواقعة على بُعد نحو 370 كيلومترًا، التنبيه قبل نحو دقيقة، مع أنه قلّل كثيرًا من تقدير شدة الاهتزاز هناك.

4:02وبعد ثلاث دقائق من الزلزال، أصدرت وكالة الأرصاد الجوية في اليابان أعلى مستوى من تحذيرات التسونامي. غير أن التقدير الأول لحجم الزلزال كان أصغر بكثير من الحقيقة، إذ بلغ 7.9، لذا جاءت التوقعات الأولى لارتفاع الأمواج منخفضة أيضًا، من 3 إلى 6 أمتار.

4:21ثم رصدت أجهزة الاستشعار في عرض البحر الموجة الحقيقية، فرُفعت التحذيرات إلى أكثر من 10 أمتار. وبلغت القوة النهائية 9 وفق حسابات اليابان، و9.1 وفق هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.

4:38الموجة

في المحيط العميق، يتحرك التسونامي بسرعة تقارب سرعة الطائرة النفاثة، نحو 800 كيلومتر في الساعة، مع أن ارتفاعه قد لا يتجاوز مترًا واحدًا بالكاد.

4:50ومع تناقص عمق المياه قرب الساحل، تتباطأ الموجة، ولأن المياه خلفها تواصل التدفق، لا يبقى أمامها إلا أن ترتفع إلى الأعلى.

4:59وانتشر هذا التسونامي في كل الاتجاهات، عبر المحيط الهادئ بأكمله.

5:04وبالقرب من مياكو، صعدت المياه منحدر تل حتى 40 مترًا فوق مستوى سطح البحر، وتجاوزت المياه ببساطة الجدران البحرية التي بُنيت لموجات تسونامي سابقة.

5:14وجُرفت السفن بعيدًا إلى الداخل. وهذه العبّارة في مياكو بقيت عالقة بين المنازل.

5:21وفي سهل سينداي، وهي الأرض نفسها التي غمرتها المياه عام 869، اجتاح البحر مطار سينداي وواصل تقدمه لكيلومترات إلى الداخل.

5:30وإجمالًا، غُمر أكثر من 500 كيلومتر مربع من اليابان بالمياه، ودُمّرت بلدات صيد بأكملها على امتداد الساحل.

5:39وفي آنيوشي، توقفت الموجة على بُعد نحو 90 مترًا أسفل المنحدر من الحجر القديم. وكانت كل بيوت القرية قد بُنيت فوقه، فنجت جميعها.

5:49وفي محطة فوكوشيما دايتشي النووية، أغرقت موجة يبلغ ارتفاعها نحو 14 مترًا موقعًا صُمّم لتحمّل نحو ستة أمتار. وفقدت المحطة الكهرباء، وحدث انصهار في ثلاثة مفاعلات، وأصبحت أسوأ حادث نووي منذ تشيرنوبل.

6:04وفي الأثناء، واصل التسونامي انتقاله. ووصل إلى هاواي بعد نحو سبع ساعات، وإلى كاليفورنيا بعد نحو عشر ساعات، محطمًا القوارب في موانئها، وبعد نحو يوم من الزلزال وصل إلى تشيلي.

6:16ما بعد الكارثة

ولقي أكثر من 18,000 شخص حتفهم أو لم يُعثر عليهم قط، غرق معظمهم، ودُمّر أكثر من 120,000 مبنى.

6:25وقدّر البنك الدولي الأضرار بما يصل إلى 235,000,000,000 دولار، ما جعلها في ذلك الوقت أكثر الكوارث الطبيعية كلفةً على الإطلاق.

6:36بل إن الزلزال أعاد تشكيل الأرض نفسها. فقد تحركت شبه جزيرة أوشيكا أكثر من 5 أمتار نحو البحر، وهبطت بأكثر من متر.

6:46كما أزاح قدرًا كبيرًا من كتلة الأرض إلى حد أن الكوكب، وفق أحد حسابات ناسا، صار يدور الآن أسرع بقدر ضئيل جدًا. فقد أصبح كل يوم أقصر بنحو 1.8 ميكروثانية، وهو فرق أصغر بكثير من أن يلاحظه أحد.

7:01وهناك أيضًا قصص نجاة. ففي مدينة كامايشي، تدرّب تلاميذ المدارس لسنوات على قاعدة بسيطة واحدة: بعد أي زلزال كبير، اركض فورًا نحو المرتفعات، ولا تنتظر أحدًا.

7:14ونجا جميع طلاب المدينة تقريبًا، وكان عددهم قرابة 3,000 طالب.

7:22ما الذي غيّرته اليابان

وأعادت اليابان بناء نظام تحذيرات التسونامي لديها. فاليوم، عندما يكون الزلزال أكبر من أن يُقاس بسرعة، لم يعد التحذير الأول يخمّن رقمًا. بل يكتفي بإبلاغ الناس بأن التسونامي سيكون هائلًا.

7:35وعلى امتداد خندقي اليابان والكوريل، تتنصت الآن 150 محطة في قاع البحر على الزلازل وموجات التسونامي، وهي متصلة باليابسة بنحو 5,500 كيلومتر من الكابلات.

7:47ويصطف الآن على الساحل أكثر من 400 كيلومتر من الجدران البحرية الجديدة، ويزيد ارتفاع بعضها على 12 مترًا.

7:57لا تزال تتحرك

ولم تتوقف الصفائح عن الحركة. وفي عام عادي، تشعر اليابان بنحو 2,000 زلزال، أي خمسة إلى ستة زلازل كل يوم. ومعظمها خفيف إلى حد أن الجالسين بلا حراك داخل المباني وحدهم يلاحظونها، لكن كلًا منها علامة على أن الصفائح نفسها لا تزال تتحرك.

8:13ويراقب العلماء أيضًا صدعًا آخر، هو منخفض نانكاي، قبالة جنوب غرب اليابان. وفي عام 2025، قدّرت الحكومة اليابانية احتمال وقوع زلزال عظيم هناك خلال 30 عامًا. فوفق إحدى الطرق، يبلغ الاحتمال من 60 إلى 90% أو أكثر؛ ووفق طريقة أخرى، من 20 إلى 50%.

8:32إذن، ثلاثة أمور يجب تذكرها. أولًا، نتج زلزال 2011 عن انزلاق صفيحة المحيط الهادئ بما يصل إلى 50 مترًا تحت شمال اليابان، عند خندق اليابان. وهذا ما جعله زلزالًا بقوة 9، وهو أقوى زلزال قيس على الإطلاق في اليابان. ثانيًا، ألحق التسونامي معظم الضرر: إذ ارتفع حتى 40 مترًا، ولقي أكثر من 18,000 شخص حتفهم أو لم يُعثر عليهم قط. وثالثًا، كانت التحذيرات موجودة بالفعل، في فيضان عام 869، وفي أحجار مثل حجر آنيوشي.

9:05ولا يزال حجر آنيوشي قائمًا، ورسالته هي درس هذه القصة كلها. فللأرض تقويمها الخاص، وهي تتذكر ما ننساه. شكرًا لمشاهدتكم Earth Explained. اشتركوا لمتابعة القصة التالية، وشاهدوا الكوكب مباشرةً، في أي وقت، على EarthWatch 24-7.

المصادر

  1. U.S. Geological Survey. M 9.1 – 2011 Great Tohoku Earthquake, Japan. Earthquake Hazards Program event page, with tectonic summary. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20110311054624120_30/executiveاستُخدم في: القوة 9.1، والموقع والعمق، وحركة الصفيحة البالغة 83 مليمترًا في السنة، وحجم التمزق والانزلاق
  2. 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: التحذير الأول الساعة 14:49 (M7.9، من 3 إلى 6 أمتار)، والرفع إلى أكثر من 10 أمتار، والقوة النهائية 9.0، وتحذيرات 'هائل' منذ 2013
  3. National Police Agency of Japan. (2021). Police countermeasures and damage situation associated with 2011 Tohoku district – off the Pacific Ocean Earthquake (March 10, 2021). www.npa.go.jp/news/other/earthquake2011/pdf/higaijokyo_e.pdfاستُخدم في: القتلى والمفقودون والمباني المدمرة
  4. Ozawa, S., Nishimura, T., Suito, H., Kobayashi, T., Tobita, M., & Imakiire, T. (2011). Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude-9 Tohoku-Oki earthquake. Nature, 475, 373–376. doi.org/10.1038/nature10227استُخدم في: قياسات GPS (GEONET) لمقدار تحرك الأرض، والانزلاق على الصدع على امتداد نحو 400 كيلومتر من الخندق
  5. The 2011 Tohoku Earthquake Tsunami Joint Survey Group. 現地調査結果 (Field survey results). In Japanese. coastal.jp/ttjt/index.php?%E7%8F%BE%E5%9C%B0%E8%AA%BF%E6%9F%BB%E7%B5%90%E6%9E%9Cاستُخدم في: ارتفاعات التسونامي وصعود بلغ نحو 40 مترًا
  6. Minoura, K., Imamura, F., Sugawara, D., Kono, Y., & Iwashita, T. (2001). The 869 Jōgan tsunami deposit and recurrence interval of large-scale tsunami on the Pacific coast of northeast Japan. Journal of Natural Disaster Science, 23(2), 83–88. www.jsnds.org/jnds/23_2_3.pdfاستُخدم في: تسونامي جوغان، ورماله على بعد نحو 3 إلى 4 كيلومترات في الداخل، ونحو 1,000 وفاة، وتكرار نحو مرة كل 1,000 عام
  7. Sawai, Y., Namegaya, Y., Okamura, Y., Satake, K., & Shishikura, M. (2012). Challenges of anticipating the 2011 Tohoku earthquake and tsunami using coastal geology. Geophysical Research Letters, 39, L21309. doi.org/10.1029/2012GL053692استُخدم في: رواسب جوغان على امتداد الساحل، وتكرارها، ولماذا لم تُنبئ الأدلة بزلزال بقوة 9
  8. Fackler, M. (2011, April 20). Tsunami warnings, written in stone. The New York Times (reprinted by NBC News). www.nbcnews.com/id/wbna42688590استُخدم في: حجر آنيوشي والمكان الذي توقفت فيه موجة 2011
  9. International Atomic Energy Agency. (2015). The Fukushima Daiichi Accident: Report by the Director General. IAEA, Vienna. www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1710-ReportByTheDG-Web.pdfاستُخدم في: الموجة البالغة 14 إلى 15 مترًا، وافتراضات تصميم المحطة، وفقدان الكهرباء والتبريد
  10. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2011, March 14). Japan quake may have shortened Earth days, moved axis. News release (Richard Gross), as reprinted by Geology.com. geology.com/nasa/japan-earthquakeاستُخدم في: التغير البالغ 1.8 ميكروثانية في طول اليوم وانزياح محور الشكل بمقدار 17 سنتيمترًا
  11. Stephenson, F. R., Morrison, L. V., & Hohenkerk, C. Y. (2016). Measurement of the Earth's rotation: 720 BC to AD 2015. Proceedings of the Royal Society A, 472, 20160404. doi.org/10.1098/rspa.2016.0404استُخدم في: الإطالة الطويلة الأمد لليوم، بنحو 1.8 ملّي ثانية في القرن
  12. Japan Science and Technology Agency. Educational activities for disaster prevention backed by scientific evidence behind a 'miracle' (Toshitaka Katada, Kamaishi). www.jst.go.jp/EN/achievements/research/toshitaka_katada2016.htmlاستُخدم في: كامايشي: نجاة 99.8% من نحو 3,000 تلميذ
  13. Cabinet Office, Government of Japan. (2013). 平成25年版 防災白書 (White Paper on Disaster Management 2013), Part 1, Introduction. In Japanese. www.bousai.go.jp/kaigirep/hakusho/h25/honbun/1b_0s_01_00.htmاستُخدم في: نحو 20% من زلازل العالم التي تبلغ قوتها 6 فأكثر تقع حول اليابان
  14. Headquarters for Earthquake Research Promotion, Earthquake Research Committee. (2025). 南海トラフの地震活動の長期評価（第二版一部改訂） (Long-term evaluation of the Nankai Trough, second edition, partial revision). In Japanese. jishin.go.jp/evaluation/long_term_evaluation/subduction_fault/summary_nankaiاستُخدم في: الاحتمالات على مدى 30 عامًا: ⁦60–90⁩% أو أكثر، و⁦20–50⁩%

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). اليوم الذي تحرّكت فيه اليابان: زلزال وتسونامي توهوكو 2011، بدءًا من الصفائح [درس فيديو]. Earth Explained, الحلقة 1. https://earthwatch247.com/learn/japan-2011/ar/

مفتاح الإجابات

  1. C. هذا هو الاندساس: صفيحة المحيط الهادئ، التي تتحرك نحو اليابان بنحو 8 سنتيمترات في السنة، تنثني نزولًا عند خندق اليابان وتغوص تحت اليابان.
  2. A. تواصل الصفيحتان التقارب، لكن التماس العالق يجرّ حافة اليابان ويضغطها كنابض يُلفّ. وحين يتغلب الإجهاد على الاحتكاك، ينزلق الصدع وترتد الحافة المضغوطة.
  3. D. تصف السجلات التاريخية لليابان تسونامي عام 869، وعثر الجيولوجيون الذين يحفرون منذ نحو 1990 على رماله بعيدًا في الداخل، وتحتها طبقات رمل أقدم من موجات عملاقة أسبق.
  4. B. تقلّل الطريقة السريعة لحساب القوة من تقدير الزلازل الكبيرة جدًا، لذا كان التقدير الأول 7.9 بدلًا من 9.0. وحين رصدت أجهزة الاستشعار في البحر الموجة الحقيقية، رُفعت التحذيرات إلى أكثر من 10 أمتار.
  5. A. تعتمد سرعة التسونامي على عمق الماء. وحين تتباطأ مقدمته في المياه الضحلة، يلحق بها الماء الذي خلفها ولا يجد مكانًا يذهب إليه إلا إلى أعلى.
  6. C. قطع الفيضان الكهرباء عن المحطة، فيما يُعرف بانقطاع التيار الكامل عن المحطة، فلم يعد ممكنًا تبريد المفاعلات. وأصبح ذلك أسوأ حادث نووي منذ تشيرنوبل.
  7. B. كان الصدع العالق قد جرّ الساحل نحو اليابسة وإلى أسفل؛ وحين انزلق، ارتدت الصفيحة العلوية نحو الخندق، وهبط الساحل القريب من التمزق.
  8. D. كانت القاعدة بسيطة ومُتدرَّبًا عليها لسنوات: بعد أي زلزال كبير، اركض فورًا نحو المرتفعات ولا تنتظر. ونجا نحو 99.8% من تلاميذ المدينة.
  9. C. غيّرت اليابان تحذيراتها كي لا يعود رقم أول مُقلَّل من تقديره يجعل الناس يظنون أنهم في أمان. وتُضاف الأرقام حين يُعرف حجم الزلزال.
  10. A. الاحتمال ليس تاريخًا ولا يقينًا. كلتا القيمتين مرتفعة لفترة 30 عامًا، والحكومة تطلب من الناس والسلطات المحلية الاستعداد مع وضع القيمة الأعلى في الاعتبار.

إجابة كتابية

  1. تتقارب صفيحة المحيط الهادئ مع اليابان بنحو 8 سنتيمترات في السنة وتندس عند خندق اليابان. وحيث تتلامس الصفيحتان يكون الصدع عالقًا، فتُجرّ حافة اليابان إلى أسفل وتُضغط ويتراكم إجهاد مرن. في 2011 تغلّب الإجهاد على الاحتكاك: انزلق الصدع بما يصل إلى نحو 50 مترًا على امتداد منطقة طولها نحو 400 كيلومتر، وارتدت الحافة المضغوطة، واندفع قاع البحر إلى أعلى رافعًا عمود الماء كله فوقه. ثم شدّت الجاذبية ذلك الماء المرتفع إلى أسفل، فانطلقت الأمواج إلى الخارج في كل اتجاه. في المحيط العميق سارت بسرعة نحو 800 كيلومتر في الساعة وارتفاعها بالكاد متر؛ وفي المياه الضحلة قرب الساحل تباطأت وارتفعت، فبلغت الشواطئ القريبة في نحو نصف ساعة وصعدت إلى نحو 40 مترًا في بعض الأماكن. وعبر المحيط الهادئ المفتوح وصلت إلى هاواي في نحو 7 ساعات وإلى تشيلي في نحو يوم.
  2. لم تسجّل أجهزة رصد الزلازل الزلازل في اليابان إلا منذ نحو قرن، وهي مدة أقصر بكثير من الفترات الفاصلة بين أكبر الأحداث. وقد وصفت السجلات التاريخية لليابان كيف أغرق تسونامي عام 869 سهل سينداي وأودى بحياة نحو 1,000 شخص غرقًا. ومنذ نحو 1990 عثر الجيولوجيون على رماله، التي حملها البحر، على بعد كيلومترات في الداخل، وتحتها طبقات رمل أقدم، مما أظهر أن موجات تسونامي عملاقة ضربت مرارًا بفواصل تمتد قرونًا. ومع ذلك بُنيت التقديرات الرسمية في معظمها على الزلازل الحديثة الأشهر، وتوقعت حدثًا بقوة نحو 8. وكان العمل الجيولوجي لا يزال يقدّر حجم زلزال جوغان، ولم يكن درسه الكامل، أي أن جزءًا أكبر بكثير من الصدع يمكن أن يتمزق دفعة واحدة، قد أُدرج بعدُ في خطط المخاطر حين ضرب الزلزال بقوة 9.
  3. نجح حجر آنيوشي لأن قاعدته لم تعتمد على التنبؤ بحجم الموجة التالية: فكل بيت بُني فوقه، وتوقفت موجة 2011 على بعد نحو 90 مترًا أسفل المنحدر منه. ونجحت تدريبات كامايشي لأن قاعدة بسيطة مُتدرَّبًا عليها، اركض فورًا نحو المرتفعات ولا تنتظر، لم تعتمد على التحذيرات أو التقديرات؛ فنجا نحو 99.8% من تلاميذ المدينة. أما الجدران البحرية المبنية لموجات تسونامي سابقة، وموقع فوكوشيما دايتشي المصمم لموجة نحو 6 أمتار، فقد فشلت لأنها صُمّمت هندسيًا لارتفاع تصميمي ثابت تجاوزه تسونامي 2011، إذ بلغ نحو 14 مترًا عند المحطة. والدرس أن الدفاعات المصممة على قدر أحداث الماضي قد تتجاوزها المياه، بينما القواعد التي تُبعد الناس عن متناول الماء تنجح أيًّا كان حجم الموجة؛ وأفضل الخطط تجمع بين الأمرين.

للتعمق أكثر

  1. ما سرعة عبور التسونامي للمحيط الهادئ، ولماذا يرتفع؟: c = √(9.81 × 5,000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h، وهي السرعة الواردة في الحلقة. 5,960 km ÷ 800 km/h ≈ 7.5 ساعة، وهو قريب من الوصول المرصود بعد نحو سبع ساعات (فالموجة الحقيقية تتبع قاع البحر الفعلي، الذي يزيد عمقه في بعض أجزائه على 5,000 متر). الارتفاع: ⁴√(4,000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4.5، فتصبح الموجة التي ارتفاعها 1 متر بارتفاع نحو 4.5 متر، وتتحرك بسرعة √(9.81 × 10) ≈ 10 m/s، أي نحو 36 km/h، وهي أسرع مما يستطيع معظم الناس الركض. أما ارتفاع الصعود فهو الارتفاع الذي يتسلقه الماء على اليابسة، لا ارتفاع الموجة في عرض البحر: على ساحل سانريكو، تحصر الخلجان الضيقة التي على شكل حرف V التدفق، ويحمل الماء المتحرك زخمه صعودًا على المنحدر، ولهذا بلغ الصعود هناك نحو 40 مترًا.
  2. القوة والطاقة والانزلاق: 101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 مرة طاقة أكبر من التقدير الأول، ولهذا كان أول توقع للتسونامي منخفضًا إلى هذا الحد. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1.4: تختلف قيمتا الجهتين بنحو 40% في الطاقة، وهو فرق صغير مقارنةً بالخطأ الأول. لـ Mw 9.0، M₀ = 1022.6 ≈ 4.0 × 1022 N·m، إذن D = 4.0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1.5 × 105 m) ≈ 17 m؛ ولـ Mw 9.1، M₀ ≈ 5.6 × 1022 N·m و D ≈ 23 m. ومتوسط الانزلاق، من نحو 17 إلى 23 مترًا، أقل من نصف القيمة القصوى البالغة 50 إلى 60 مترًا، التي تركزت قرب الخندق، حيث رفعت قاع البحر أكثر من أي مكان آخر وولّدت أكبر تسونامي.
  3. كم من الوقت يمكن أن يمنحه الإنذار المبكر؟: زمن انتقال موجات S إلى طوكيو ≈ 376 km ÷ 3.5 إلى 4 km/s ≈ 94 إلى 107 s، فيكون وقت التحذير نحو 64 إلى 77 s، أي نحو دقيقة، كما في الحلقة. في 30 s تقطع موجات S نحو 105 إلى 120 km من البؤرة؛ ومن عمق 30 km يبلغ ذلك على السطح مسافة تتراوح من √(105² − 30²) ≈ 100 km إلى √(120² − 30²) ≈ 116 km من مركز الزلزال. وشبه جزيرة أوشيكا، على بعد نحو 82 km من البؤرة، شعرت بموجات S بعد نحو 20 إلى 23 s فقط، أي قبل أي تنبيه كهذا. في الزلزال الكبير يظل التمزق نفسه يتسع لدقائق ويرسل موجات قوية من أجزاء الصدع التي تنكسر لاحقًا وتكون أقرب إلى المدن البعيدة، لذا تعتمد أوقات التحذير الحقيقية على التمزق كله، لا على نقطة بدايته وحدها.
  4. ميزانية الإجهاد وتكرار موجات تسونامي من نوع جوغان: 50 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 600 عام؛ 20 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 240 عامًا. ومن 869 إلى 2011 (1,142 عامًا) تراكم نحو 95 مترًا من التقارب، وهو أكثر من الانزلاق في 2011، لذا لا يُخزَّن كل التقارب على شكل إجهاد في الجزء العالق: فبعضه يتحرر بانزلاق بطيء هادئ وبالزلازل الأصغر الكثيرة على حدود الصفائح هذه. ويشير أوزاوا وزملاؤه (2011) إلى الجانب الآخر من الميزانية: قبل 2011 أظهر نظام GPS أن الإجهاد يتراكم قبالة توهوكو أسرع بكثير من المعدل الذي أطلقته به الزلازل السابقة على حدود الصفائح في المتوسط، مما طرح سؤالًا عن الكيفية التي سيتحرر بها ذلك الإجهاد في النهاية. الاحتمالات: عندما T = 1,000 عام، 1 − exp(−0.03) ≈ 3% خلال 30 عامًا و 1 − exp(−0.05) ≈ 5% خلال 50 عامًا؛ وعندما T = 500 عام، نحو 6% و10%. إن بضعة في المئة على مدى عمر محطة كهرباء أو بلدة ليست ضئيلة على الإطلاق حين تكون العواقب كارثية، ولهذا يجب أن تكون الأحداث النادرة جزءًا من التصميم، لا أن تُستبعد منه.
  5. هل غيّر الزلزال طول اليوم حقًا؟: ΔI/I = ΔT/T = −1.8 × 10−6 s ÷ 86,400 s ≈ −2.1 × 10−11. والاتجاه البالغ 1.8 ms في القرن يساوي 1.8 × 10−3 s ÷ 36,525 يومًا ≈ 4.9 × 10−8 s في اليوم لكل يوم، لذا يلغي التغير في نحو 1.8 × 10−6 ÷ 4.9 × 10−8 ≈ 37 يومًا. وخلال عام، 365 × 1.8 µs ≈ 0.66 ms. والأثر حقيقي لكنه ضئيل، أصغر بكثير من التقلبات الطبيعية في طول اليوم التي تسببها الرياح والتيارات المحيطية ولبّ الأرض، ولهذا حُسب ولم يُقَس.