الاسم الصف التاريخ

EARTH EXPLAINED · دليل الدرس

زلزال بطولة السلسلة العالمية

لوما بريتا، 1989: لماذا وقعت أسوأ الأضرار على بُعد 60 ميلًا من الصدع

الفيديو 9:00المستوى الصفوف ⁦6–12⁩ · مقرر تمهيدي في الجيولوجيا الجامعيةالمعايير MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, HS-PS4-1, HS-ETS1-3
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 أحدث زلزال تركّز في الجبال القريبة من سانتا كروز أشدّ أضراره فتكًا على بُعد نحو 60 ميلًا، في سان فرانسيسكو وأوكلاند؟

في الساعة 5:04 مساءً يوم 17 أكتوبر 1989، قبل دقائق من المباراة 3 في بطولة السلسلة العالمية، كسر زلزال بقوة 6.9 جزءًا مدفونًا من منظومة صدع سان أندرياس تحت جبال سانتا كروز. يستخدم هذا الدرس ذلك الزلزال لشرح كيف يختزن حدٌّ بين صفيحتين تنزلقان إحداهما بجانب الأخرى الإجهادَ ثم يحرّره فجأة (نظرية الارتداد المرن التي نشأت من زلزال 1906)، وكيف حدّد توقّعٌ صدر عام 1988 المقطعَ الذي انكسر بعينه، ولماذا وقعت أسوأ الأضرار بعيدًا عن الصدع، حيث ضخّم الطين الرخو والردم الاصطناعي الاهتزازَ وحوّلا الأرض المفككة إلى ما يشبه السائل. ويختتم الدرس بما غيّرته المنطقة بعد ذلك، من تدعيم الطرق السريعة إلى تنبيهات الزلازل على الهواتف، وبتقدير USGS أن احتمال وقوع زلزال واحد على الأقل بقوة 6.7 أو أكثر في منطقة خليج سان فرانسيسكو بين عامي 2014 و2043 يبلغ 72%.

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

أهداف التعلّم بعد هذا الدرس، سيتمكن الطلاب من:

  1. صِف منظومة صدع سان أندرياس بوصفها حدًّا تنزلق عنده صفيحة المحيط الهادئ نحو الشمال الغربي بمحاذاة صفيحة أمريكا الشمالية، واذكر أسماء الصدوع الرئيسية في منطقة الخليج.
  2. اشرح نظرية الارتداد المرن، مستخدمًا الإزاحات الأرضية التي قيست بعد زلزال 1906 دليلًا.
  3. ميّز بين توقّع الزلازل (احتمال خلال فترة زمنية) والتنبؤ بها (تاريخ ومكان وحجم محددة)، وفسّر توقّعَي منطقة الخليج لعامي 1988 و2014 تفسيرًا صحيحًا.
  4. اشرح كيف تضخّم التربة الرخوة والردم الاصطناعي الموجات الزلزالية وكيف يُلحق التميّع الضرر بالمباني، واستخدم هذه الأفكار لتفسير تركّز الأضرار في حي مارينا وعلى امتداد حافة الخليج.
  5. صِف انهيار جسر شارع سايبرس العلوي وجسر باي بريدج، وقيّم الحلول الهندسية التي تلت ذلك: تدعيم المنشآت القديمة واستبدال الامتداد الشرقي لجسر باي بريدج.
  6. اشرح كيف يعمل الإنذار المبكر بالزلازل، ولماذا يمكنه أن يمنح بعض الأماكن عشرات الثواني من التحذير، ولماذا قد لا تحصل الأماكن الأقرب إلى الصدع على أي تحذير.
  7. قيّم الخطر الحالي لصدع هايوارد، واشرح لماذا يكون التدرّب على Drop, Cover and Hold On (انخفض، احتمِ، وتمسّك) أمرًا منطقيًا في منطقة يبلغ فيها احتمال وقوع زلزال كبير 72% خلال 30 عامًا.

قبل المشاهدة

المفردات الأساسية ★ مصطلحات إثرائية للطلاب الأكبر سنًا

الصدع
كسر في القشرة الأرضية تتحرك عنده الصخور على جانبيه إحداها بمحاذاة الأخرى. قد تكون الحركة على الصدع بطيئة ومنتظمة، أو مفاجئة في صورة زلزال.
الصفيحة التكتونية
إحدى القطع الكبيرة الصلبة التي تتكون منها القشرة الخارجية للأرض. في كاليفورنيا، تتحرك صفيحة المحيط الهادئ نحو الشمال الغربي بمحاذاة صفيحة أمريكا الشمالية بمعدل نحو 2 بوصة (5 سم) في السنة.
منظومة صدع سان أندرياس
مجموعة الصدوع التي تستوعب معظم الحركة بين صفيحتي المحيط الهادئ وأمريكا الشمالية في كاليفورنيا. وحول خليج سان فرانسيسكو تضم صدوع سان أندرياس وهايوارد وكالافيراس.
الحد التحويلي★
حدّ بين صفيحتين تنزلقان جانبيًا إحداهما بمحاذاة الأخرى، فلا تُنشأ قشرة جديدة ولا تُستهلك. ومنظومة صدع سان أندرياس أشهر مثال عليه على اليابسة.
الارتداد المرن
تفسير هـ. ف. ريد للزلازل عام 1910: تنثني الصخور على جانبي الصدع العالق ببطء مع تحرك الصفيحتين، فتختزن الإجهاد، إلى أن ينزلق الصدع فترتد الصخور فجأة. ولا يزال هذا هو النموذج الأساسي لدورة الزلازل.
القوة (المقدار)
مقياس لحجم الزلزال. كل درجة كاملة على مقياس قدر العزم تعني تحرير طاقة أكبر بنحو 32 مرة.
البؤرة والمركز السطحي★
البؤرة هي النقطة تحت الأرض التي يبدأ عندها التمزق؛ والمركز السطحي هو النقطة على سطح الأرض فوقها مباشرة. كانت بؤرة زلزال لوما بريتا على عمق نحو 11 ميلًا (17 كم).
توقّع الزلازل
بيان باحتمال وقوع زلزال بحجم معيّن في منطقة معيّنة خلال مدة معيّنة، مثل '30% خلال 30 عامًا'. وهو ليس تنبؤًا بتاريخ.
الردم الاصطناعي
أرض صنعها الإنسان بإلقاء الرمال والتربة والأنقاض أو ضخّها في الماء أو في الأراضي المنخفضة. وجزء كبير من شاطئ خليج سان فرانسيسكو، ومنه حي مارينا، مبني على أرض مردومة.
التميّع
فقدان الرمال المفككة المشبعة بالماء لتماسكها أثناء الاهتزاز، فتتصرف كالسائل. فتغوص المباني المقامة عليها أو تميل، ويندفع الرمل والماء إلى الأعلى في صورة فوّارات رملية.
تضخيم الموقع
اشتداد الاهتزاز حيث تنتقل الموجات الزلزالية من الصخر الصلب إلى التربة الرخوة: تتباطأ الموجات ويزداد اتساعها. وفي عام 1989 اهتزت الأرض الرخوة حول الخليج أشد بمرتين إلى أربع مرات من الصخور القريبة.
زحف الصدع
انزلاق بطيء ومستمر على الصدع دون زلازل. تزحف أجزاء من صدع هايوارد بضعة مليمترات في السنة، فتلوي حواف الأرصفة والجدران التي تعبره.
الإنذار المبكر بالزلازل
نظام ترصد فيه أجهزة استشعار قريبة من الزلزال الموجات الزلزالية الأولى الأسرع، وترسل تنبيهًا قد يصل قبل أقوى اهتزاز بثوانٍ. ويعتمد نظام كاليفورنيا على شبكة ShakeAlert التابعة لـ USGS.
الموجات P والموجات S★
نوعان من الموجات الزلزالية ينتقلان عبر باطن الأرض. الموجات P (الأولية) أسرع وعادةً أضعف؛ والموجات S (الثانوية) تصل لاحقًا وتُحدث معظم الضرر.
البناء الحجري غير المسلّح★
مبانٍ قديمة من الطوب أو الحجر بلا تسليح فولاذي. ومثل هذه المباني، كتلك التي كانت في مركز باسيفيك غاردن مول في سانتا كروز، من أكثر المباني عرضة للانهيار عند الاهتزاز القوي.
التدعيم الزلزالي
تقوية منشأة قائمة لتصمد أمام الزلازل، مثل تغليف الأعمدة الخرسانية بقمصان فولاذية وربط أجزاء الجسور بعضها ببعض.

فصول الحلقة اختر وقتًا لبدء التشغيل منه

0:005:04 مساءً

17 أكتوبر 1989: أكثر من 60,000 مشجع في ملعب كاندلستيك بارك لحضور المباراة 3 من بطولة السلسلة العالمية بين فريقي سان فرانسيسكو جاينتس وأوكلاند أثلتيكس، وفي الساعة 5:04 مساءً يبدأ الملعب بالاهتزاز وينقطع البث المباشر ليتحول إلى تشويش.

0:39الصدع المجاور

تقع كاليفورنيا على الحد الذي تنزلق عنده صفيحة المحيط الهادئ نحو الشمال الغربي بمحاذاة صفيحة أمريكا الشمالية بمعدل نحو 2 بوصة (5 سم) في السنة، ومعظم ذلك على امتداد منظومة صدع سان أندرياس، التي تتفرع حول الخليج إلى صدوع سان أندرياس وهايوارد وكالافيراس. وعلى امتداد معظم طولها، تبقى هذه الصدوع عالقة لعقود أو قرون، ثم تحرّر الإجهاد المختزن دفعة واحدة.

1:201906

كسر زلزال 18 أبريل 1906، بقوة 7.9، نحو 296 ميلًا (477 كم) من صدع سان أندرياس؛ وتبعته الحرائق، فدُمّر نحو 28,000 مبنى ولقي أكثر من 3,000 شخص حتفهم. وقادت إزاحات بلغت نحو 21 قدمًا (6.4 م) هـ. ف. ريد إلى نظرية الارتداد المرن، كما أن الشاطئ المردوم الذي صار لاحقًا حي مارينا هيّأ المسرح لعام 1989.

2:38التوقّع

في عام 1988، قدّرت Working Group on California Earthquake Probabilities (مجموعة العمل المعنية باحتمالات الزلازل في كاليفورنيا) احتمال وقوع زلزال بقوة 6.5 إلى 7 خلال 30 عامًا في مقطع جبال سانتا كروز الجنوبية من صدع سان أندرياس بنسبة 30%. وجاء الزلزال في العام التالي مباشرة.

3:08خمس عشرة ثانية

بدأ تمزق بقوة 6.9 على عمق نحو 11 ميلًا (17 كم) تحت جبال سانتا كروز، قرب قمة لوما بريتا؛ ودام أقوى اهتزاز نحو 15 ثانية، ولم يصل التمزق إلى السطح قط. انهارت مبانٍ قديمة من الطوب في سانتا كروز، وتميّع ردم حي مارينا، وسقط جزء من الطابق العلوي لجسر باي بريدج، وتسبب انهيار جسر شارع سايبرس العلوي ذي الطابقين في أوكلاند في معظم الوفيات.

5:19ما بعد الكارثة

الحصيلة: 63 قتيلًا، و3,757 مصابًا، وتضرر أكثر من 18,000 منزل، وبقاء نحو 12,000 شخص بلا مأوى، وأضرار بنحو 6,000,000,000 دولار. وصمد الملعب، واستُؤنفت بطولة السلسلة العالمية بعد عشرة أيام.

5:45ما الذي تغيّر

هدمت سان فرانسيسكو طريق إمباركاديرو السريع المتضرر عام 1991 وأعادت فتح واجهتها البحرية؛ واستُبدل الامتداد الشرقي لجسر باي بريدج بامتداد جديد صُمّم ليصمد أمام زلزال كبير (افتُتح عام 2013)؛ ودُعّمت الجسور والطرق السريعة القديمة في أنحاء كاليفورنيا؛ وفي الذكرى الـ30، عام 2019، بدأت الولاية بإرسال تنبيهات الإنذار المبكر إلى الهواتف.

6:44الزلزال القادم

يمتد صدع هايوارد مباشرة تحت مدن الخليج الشرقي، ويزحف بضعة مليمترات في السنة، وآخر مرة تمزق فيها كانت في زلزال بقوة 6.8 عام 1868. وتقدّر USGS احتمال وقوع زلزال واحد على الأقل بقوة 6.7 أو أكثر في منطقة الخليج بين عامي 2014 و2043 بنسبة 72%، ولهذا يتدرب الملايين كل أكتوبر على Drop, Cover and Hold On (انخفض، احتمِ، وتمسّك). وتُختتم الحلقة بثلاثة أمور ينبغي تذكّرها.

مفاهيم خاطئة شائعة للمعلم

مفهوم خاطئكلما كنت أقرب إلى المركز السطحي للزلزال، كانت الأضرار أسوأ دائمًا.

ما تُظهره الأدلةالمسافة مهمة، لكن الأرض مهمة أيضًا. ففي عام 1989 وقعت أشدّ الأضرار فتكًا في أوكلاند وسان فرانسيسكو، على بُعد نحو 60 ميلًا من الصدع، فوق طين الخليج الرخو والردم الاصطناعي اللذين ضخّما الاهتزاز وتميّعا في بعض الأماكن. أما المباني المشيّدة وفق أسس هندسية على أرض صلبة قرب المركز السطحي فقد صمدت عمومًا بشكل جيد.

مفهوم خاطئتنبّأ العلماء بزلزال لوما بريتا.

ما تُظهره الأدلةلقد توقّعوه، وهذا أمر مختلف. فقد قدّرت Working Group عام 1988 احتمال وقوع زلزال بقوة 6.5 إلى 7 خلال 30 عامًا في مقطع جبال سانتا كروز الجنوبية بنسبة 30%: احتمال، لا تاريخ. ولا يستطيع أحد حتى الآن التنبؤ بيوم وقوع زلزال، كما أن تمزق عام 1989 كان في حد ذاته غير مألوف، إذ تضمّن انزلاقًا صاعدًا (عكسيًا) يكاد يساوي الانزلاق الجانبي، على مستوى صدع شديد الميل تحت الجبال.

مفهوم خاطئالصدع الزاحف مثل صدع هايوارد آمن، لأنه يطلق إجهاده بلطف.

ما تُظهره الأدلةيقتصر الزحف على صدع هايوارد في معظمه على الأميال القليلة العليا. أما تحت عمق نحو 3 أميال (5 كم) فالصدع عالق ويختزن الإجهاد، وقد أحدث زلزالًا بقوة 6.8 عام 1868. وتقدّر USGS احتمال وقوع زلزال بقوة 6.7 أو أكثر على منظومة صدع هايوارد–رودجرز كريك بين عامي 2014 و2043 بنسبة 33%.

مفهوم خاطئالإنذار المبكر بالزلازل يتنبأ بالزلازل قبل أن تبدأ.

ما تُظهره الأدلةالإنذار المبكر يرصد زلزالًا بدأ بالفعل. فأجهزة الاستشعار القريبة من المصدر تلتقط الموجات P الأسرع، ويسبق تنبيهٌ إلكتروني الموجاتِ الأبطأ المدمرة. وقد تحصل الأماكن البعيدة عن المصدر على ثوانٍ عديدة من التحذير، بينما قد لا تحصل الأماكن الأقرب إليه على أي تحذير.

مفهوم خاطئالزلزال بقوة 7.9 أكبر بقليل فقط من زلزال بقوة 6.9.

ما تُظهره الأدلةكل درجة كاملة على مقياس القوة تعني طاقة أكبر بنحو 32 مرة، لذا حرّر زلزال 1906 طاقة تعادل نحو 32 ضعف طاقة زلزال لوما بريتا، وكسر صدعًا أطول بنحو عشر مرات.

أسئلة للنقاش

  1. كان المركز السطحي في جبال سانتا كروز، ومع ذلك وقع كثير من أشد الانهيارات تدميرًا على بُعد نحو 60 ميلًا. اشرح السبب مستعينًا بالحلقة. وماذا يوحي ذلك بشأن الطريقة التي ينبغي أن تقرر بها مدينةٌ أيّ المباني تدعّمها أولًا؟
  2. قدّر توقّع عام 1988 احتمال وقوع زلزال كبير خلال 30 عامًا في مقطع جبال سانتا كروز بنسبة 30%، وجاء الزلزال في العام التالي. هل كان التوقّع ناجحًا؟ وماذا كان سيعني لو لم يقع أي زلزال حتى عام 2018؟
  3. كثير من الأرض التي انهارت في حي مارينا صنعها الإنسان بردم خليج صغير. مَن ينبغي أن يكون مسؤولًا عن معرفة طبيعة الأرض التي بُني عليها منزل، وعن إبلاغ المشترين بها؟ هل توجد في منطقتك أماكن مبنية على أرض مردومة؟
  4. بعد عام 1989، اختارت سان فرانسيسكو هدم طريق إمباركاديرو السريع بدلًا من إصلاحه، في حين استُبدل الامتداد الشرقي لجسر باي بريدج بتكلفة بلغت مليارات الدولارات. قارن بين هذين القرارين: ما المعايير (التكلفة، والسلامة، وحركة المرور، ومظهر المدينة وحياتها) التي تظن أنها كانت الأهم في كل منهما؟
  5. كانت حركة المرور على جسر شارع سايبرس العلوي أخف من المعتاد لأن كثيرين عادوا إلى منازلهم مبكرًا لمشاهدة بطولة السلسلة العالمية. ماذا يخبرك ذلك عن الطريقة التي يؤثر بها توقيت الزلزال في حصيلته؟ وكيف كان يمكن أن تختلف الحصيلة في الساعة 8 صباحًا في يوم عمل، أو في الساعة 3 فجرًا يوم أحد؟
  6. قد يمنحك تنبيه الإنذار المبكر وقتًا يتراوح بين لا شيء ونحو 20 ثانية قبل الاهتزاز القوي. ضع قائمة بما يمكن أن تفعله أنت، ومدرستك، وسائق قطار، ومستشفى، من أمور مفيدة في خمس ثوانٍ، وفي عشرين ثانية.

اختبار اختر إجابة؛ يُصحَّح تلقائيًا

1.أيّ وصف ينطبق على أفضل نحو على حدّ الصفائح تحت منطقة خليج سان فرانسيسكو؟

2.ما الذي استنتجه هـ. ف. ريد من الإزاحات الأرضية التي قيست بعد زلزال 1906؟

3.ما الذي يقع تحت الجزء من حي مارينا الذي تضرر بشدة عام 1989؟

4.في عام 1988، ماذا قالت Working Group on California Earthquake Probabilities عن مقطع جبال سانتا كروز الجنوبية من صدع سان أندرياس؟

5.لماذا غاصت المباني في حي مارينا ومالت أثناء زلزال 1989؟

6.لماذا اهتزت أجزاء من سان فرانسيسكو وأوكلاند، على بُعد نحو 60 ميلًا من المركز السطحي، أشد من مواقع أقرب قائمة على الصخر؟

7.أيّ مجموعة من الأرقام تطابق ملخص USGS لزلزال لوما بريتا؟

8.كيف يمكن لنظام الإنذار المبكر بالزلازل أن ينبّه الناس قبل أن يصلهم الاهتزاز القوي؟

9.لماذا يعدّ كثير من العلماء صدع هايوارد أخطر صدع في منطقة الخليج؟

10.ماذا يقول توقّع USGS للفترة من 2014 إلى 2043 فعلًا؟

إجابة كتابية

1. مستخدمًا فكرة الارتداد المرن، اشرح كيف يمكن لصفائح لا تتحرك إلا نحو 2 بوصة (5 سم) في السنة أن تُحدث زلازل مفاجئة. استخدم في إجابتك أدلة من عام 1906.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

تتحرك الصفائح باستمرار، لكن الصدوع بينها تبقى عالقة بفعل الاحتكاك، فتنثني الصخور على جانبيها بدلًا من أن تنزلق، مختزنةً الإجهاد لعقود أو قرون. وعندما يتجاوز الضغط مقاومة الصدع، ينزلق فجأة وترتد الصخور المنثنية. وفي عام 1906 أُزيحت الطرق والأسوار التي تعبر صدع سان أندرياس بما يصل إلى نحو 21 قدمًا (6.4 م)، وهو ما يمثل حركة صفائح تزيد كثيرًا على قرن كامل تحررت في أقل من دقيقة. واستخدم ريد تلك القياسات لصياغة النظرية عام 1910.

2. يقع حي مارينا على بُعد نحو 60 ميلًا من المركز السطحي، ومع ذلك انهارت سبعة من مبانيه ولقي ثلاثة أشخاص على الأقل حتفهم. اشرح السبب مستعينًا بتاريخ الأرض وبعلم استجابة الأرض للاهتزاز.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

الجزء المتضرر من حي مارينا مبني على خليج صغير مردوم: رمال مفككة ضُخّت من أجل Panama-Pacific International Exposition (معرض بنما والمحيط الهادئ الدولي) عام 1915، إلى جانب ردم أقدم قد يتضمن بعض أنقاض عام 1906. وفي الرواسب الرخوة المشبعة بالماء تتباطأ الموجات الزلزالية ويكبر اتساعها، فتضخّم الاهتزاز إلى ما يفوق كثيرًا الاهتزاز على صخر فورت ميسون القريب. ثم جعل الاهتزاز الرمال المفككة تتميّع: ففقدت تماسكها، وغاصت المباني ومالت، وتفجرت الفوّارات الرملية، وكسر الانتشار الجانبي أنابيب الغاز والمياه. واندلع حريق كبير، ولأن أنابيب المياه الرئيسية كانت قد تعطلت، اضطر زورق إطفاء إلى ضخ الماء من الخليج. وكانت المباني ذات الطوابق الأرضية الضعيفة المفتوحة للمرائب معرّضة للخطر بشكل خاص.

3. يقول صديق: 'تنبّأ العلماء بزلزال لوما بريتا، وهم يقولون الآن إن الزلزال الكبير التالي سيضرب بحلول عام 2043.' اشرح الخطأ في كلا شقّي هذه العبارة.

ما تتضمنه الإجابة الجيدة

ليس أيٌّ منهما تنبؤًا. ففي عام 1988 قدّر العلماء احتمال وقوع زلزال بقوة 6.5 إلى 7 خلال 30 عامًا في مقطع جبال سانتا كروز الجنوبية بنسبة 30%؛ ووقوعه في العام التالي لم يكن توقّعًا لتاريخه. أما توقّع USGS للفترة من 2014 إلى 2043 فهو احتمال 72% لوقوع زلزال واحد على الأقل بقوة 6.7 أو أكثر في مكان ما من منطقة الخليج خلال تلك الأعوام الـ30. وهذا يعني أن وقوع زلزال كبير أرجح من عدم وقوعه، لكنه ليس مؤكدًا، وقد يقع على أي صدع في المنطقة، وفي أي يوم، ولهذا فإن الاستعداد الآن أمر مهم.

للتعمق أكثر الجامعة والمرحلة الثانوية المتقدمة

ما حجم زلزال لوما بريتا؟

يُعرَّف قدر العزم انطلاقًا من العزم الزلزالي M₀ = μ·A·D: صلابة الصخر (μ)، مضروبة في مساحة الصدع التي انزلقت (A)، مضروبة في متوسط الانزلاق (D). وقد وضع Hanks وKanamori (1979) المعادلة Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1)، حيث M₀ بوحدة نيوتن·متر، ومن ثم M₀ = 101.5 Mw + 9.1. وتزداد الطاقة المشعّة بنحو 101.5 ≈ 32 مرة مع كل درجة كاملة في القوة. ويذكر USGS Circular 1045 أن تمزق عام 1989 شمل انزلاقًا على نحو 190 ميلًا مربعًا (نحو 490 km²) من سطح الصدع المدفون، وأن المسوح الجيوديسية تشير إلى نحو 6 أقدام من الانزلاق الجانبي الأيمن و4 أقدام من الانزلاق العكسي.

مسألة(أ) كم مرة تزيد الطاقة التي حرّرها زلزال 1906 (M7.9) على طاقة زلزال لوما بريتا (M6.9)؟ وكيف يُقارَن لوما بريتا بزلزال صدع هايوارد عام 1868 (M6.8)؟ (ب) احسب العزم الزلزالي لزلزال قدره Mw 6.9. (ج) باعتبار μ = 3.0 × 1010 Pa، قدّر متوسط الانزلاق وقارنه بالتقدير الجيوديسي.

الحل المفصّل

(أ) 101.5 × 1.0 ≈ 32 مرة. وقد حرّر لوما بريتا 101.5 × 0.1 ≈ 1.4 ضعف طاقة زلزال 1868، فالزلزالان متقاربان في الحجم، لكن صدع هايوارد يمتد تحت مدن الخليج الشرقي. (ب) M₀ = 101.5 × 6.9 + 9.1 = 1019.45 ≈ 2.8 × 1019 N·m. (ج) A ≈ 4.9 × 108 m²، إذن D = M₀ ÷ (μA) ≈ 2.8 × 1019 ÷ (3.0 × 1010 × 4.9 × 108) ≈ 1.9 m، أي نحو 6 أقدام. ومتجه الانزلاق الجيوديسي هو √(6² + 4²) ≈ 7.2 قدم (2.2 م): أي توافق في حدود نحو 15%، وهو توافق جيد بالنظر إلى عدم اليقين في μ وفي مساحة التمزق.

ميزانية الإجهاد لصدوع منطقة الخليج

عبر منطقة خليج سان فرانسيسكو تتحرك الصفيحتان إحداهما بالنسبة إلى الأخرى نحو 1.6 بوصة (4 سم) في السنة (USGS Fact Sheet ⁦2016-3020⁩). وتقدّر USGS أن زلازل من نوع زلزال 1906، بإزاحات تبلغ نحو 20 قدمًا، تتكرر تقريبًا كل 200 عام. وعلى صدع هايوارد، تعطي رواسب جدولية مؤرّخة معدل انزلاق طويل الأمد يبلغ نحو 8 مم (0.3 بوصة) في السنة (Lienkaemper وBorchardt، 1996). ويزحف الصدع عند السطح بنحو 4 إلى 5 مم في السنة، لكن الزحف يقتصر في معظمه على الأميال الـ3 العليا (5 كم)؛ أما تحتها فالصدع عالق. وتشير المسوح التاريخية إلى نحو 6 أقدام (2 م) من الانزلاق الأفقي في زلزال 1868 (USGS Fact Sheet ⁦2008-3019⁩).

مسألة(أ) ما متوسط معدل الانزلاق على الجزء الشمالي من صدع سان أندرياس الذي يستلزمه انزلاق 20 قدمًا كل 200 عام؟ وما نسبة ذلك من حركة الصفائح الإقليمية، وأين يذهب الباقي؟ (ب) ما مقدار عجز الانزلاق الذي تراكم على الجزء العالق من صدع هايوارد بين عامي 1868 و2026؟ قارنه بانزلاق عام 1868. (ج) لماذا لا يزيل الزحف السطحي خطر صدع هايوارد؟

الحل المفصّل

(أ) 20 ft ÷ 200 yr = 0.1 ft في السنة، أي نحو 1.2 بوصة (3 سم) في السنة، وهو ما يقارب ثلاثة أرباع الـ1.6 بوصة في السنة عبر المنطقة؛ ويتحمّل الباقي صدوع هايوارد ورودجرز كريك وكالافيراس وغيرها من صدوع المنظومة. (ب) 158 عامًا × 8 mm في السنة ≈ 1.3 m، أي نحو 4 أقدام: وهو بالفعل جزء كبير من الانزلاق البالغ نحو 2 m عام 1868، بما يتفق مع رأي USGS بأن الصدع قادر على إحداث زلزال بقوة 6.8 إلى 7.0 في أي وقت. (ج) لا يخفف الزحف الإجهاد إلا قرب السطح، وحتى هناك يكون أبطأ من المعدل طويل الأمد؛ أما الجزء الأعمق العالق من الصدع فيواصل اختزان الإجهاد إلى أن يتمزق.

لماذا ترنّ الأرض الرخوة

تحبس طبقة من الرواسب الرخوة سُمكها H فوق صخر أشد صلابة بكثير موجاتِ القص وتدخل في رنين. ودورها الأساسي (ربع الموجة) هو T = 4H/Vs، حيث Vs سرعة موجة القص في الطبقة. وفي حي مارينا، أظهر بئر حفر نحو 80 m (260 قدمًا) من الرواسب فوق صخر الأساس، معظمها طين خليجي قديم سرعة Vs فيه نحو 300 m/s (Boatwright وآخرون، في USGS Professional Paper 1551-F). وأظهرت تسجيلات الهزات الارتدادية أن مارينا ضخّمت الاهتزاز بمعامل يتراوح بين 7 و10 قرب 1 هرتز مقارنة بالرابية الصخرية في فورت ميسون. وتقول قاعدة تقريبية شائعة إن الدور الطبيعي للمبنى نفسه يبلغ نحو 0.1 s لكل طابق.

مسألة(أ) احسب الدور الأساسي والتردد لعمود رواسب مارينا وقارنهما بالقمة المرصودة. (ب) ما ارتفاعات المباني الأكثر عرضة للخطر بسبب الرنين في موقع كهذا؟ (ج) خلال الهزة الرئيسية، تُظهر تسجيلات USGS أن التضخيم في المواقع الرخوة لم يتجاوز نحو 2 إلى 4 مرات، وهو أقل بكثير مما في الهزات الارتدادية الصغيرة. اقترح تفسيرًا لذلك.

الحل المفصّل

(أ) T = 4 × 80 ÷ 300 ≈ 1.07 s، أي ترددًا يبلغ نحو 0.94 Hz، وهو ما يطابق قمة التضخيم المرصودة قرب 1 Hz. (ب) وفق القاعدة التقريبية، فإن المباني التي يتراوح ارتفاعها بين 8 و12 طابقًا تقريبًا (أدوارها الطبيعية قرب 1 s) ستدخل في رنين مع الأرض؛ أما المنازل الخشبية المنخفضة فأدوارها أقصر، وفي مارينا كان التميّع والطوابق الأرضية الضعيفة، لا الرنين وحده، هما ما أسقطها. (ج) تسلك التربة الرخوة سلوكًا غير خطي في الاهتزاز القوي: فهي تلين وتبدّد مزيدًا من الطاقة، مما يخفض التضخيم ويزيح الرنين نحو أدوار أطول. لذلك فإن معاملات التضخيم المستمدة من الحركة الضعيفة تبالغ في تقدير التضخيم في زلزال مدمر، وإن ظل الاهتزاز على الأرض الرخوة أقوى بكثير منه على الصخر.

ماذا يعني توقّع 72% لكل عام

لو كانت الزلازل الكبيرة في منطقة ما تقع عشوائيًا في الزمن بمعدل متوسط λ في السنة (عملية بواسون)، لكان احتمال وقوع زلزال واحد على الأقل خلال t سنة هو P = 1 − exp(−λt). ويعطي توقّع USGS (UCERF3، Fact Sheet ⁦2016-3020⁩) لمنطقة الخليج للفترة من 2014 إلى 2043 ما يلي: 98% لزلزال واحد على الأقل بقوة 6.0 أو أكثر، و72% لقوة 6.7 أو أكثر، و51% لقوة 7.0 أو أكثر؛ وللصدوع المنفردة، 33% لصدعي هايوارد أو رودجرز كريك و22% لصدع سان أندرياس، وكلها لقوة 6.7 أو أكثر. ويأخذ التوقّع الفعلي في الحسبان أيضًا الزمن المنقضي منذ آخر زلزال على كل صدع، لذا فإن نموذج بواسون تقريب.

مسألة(أ) حوّل نسبة 72% إلى معدل سنوي مكافئ، وفترة متوسطة بين الزلازل، واحتمال لسنة واحدة. لماذا يكون 72% ÷ 30 = 2.4% في السنة خطأً؟ (ب) افعل الشيء نفسه لتوقّع عام 1988 (30% خلال 30 عامًا). ما احتمال أن يقع الزلزال في العام التالي مباشرة؟ (ج) لو كان صدعا هايوارد–رودجرز كريك وسان أندرياس مستقلين، فما احتمال وقوع زلزال واحد على الأقل بقوة 6.7 على أيٍّ منهما؟ ومن أين تأتي بقية نسبة 72%؟

الحل المفصّل

(أ) λ = −ln(1 − 0.72) ÷ 30 = −ln(0.28) ÷ 30 ≈ 1.273 ÷ 30 ≈ 0.042 في السنة، أي فترة متوسطة تبلغ نحو 24 عامًا واحتمالًا لسنة واحدة قدره 1 − exp(−0.042) ≈ 4.1%. والقسمة على 30 تفترض أن الاحتمالات تُجمع، لكن احتمالات 'زلزال واحد على الأقل' تتراكب: فاحتمال 2.4% كل عام لا يعطي سوى 1 − 0.976^30 ≈ 52% خلال 30 عامًا، لا 72%. (ب) λ = −ln(0.70) ÷ 30 ≈ 0.012 في السنة، أي احتمال نحو 1.2% في أي سنة بعينها: لقد حدّد التوقّع المقطع بشكل صحيح، لكن توقيت عام 1989 لم يكن جزءًا منه. (ج) 1 − (1 − 0.33)(1 − 0.22) = 1 − 0.67 × 0.78 ≈ 0.48، أي 48%. ويأتي الباقي من صدع كالافيراس وغيره من الصدوع الرئيسية، ومن صدوع أقل شهرة وأخرى غير معروفة (13% وحدها).

ما مقدار التحذير الممكن؟

الإنذار المبكر بالزلازل سباق بين التنبيهات الإلكترونية والموجات الزلزالية. خذ السرعات المعتادة في القشرة العليا: 6.0 km/s للموجات P و3.5 km/s للموجات S. بدأ تمزق لوما بريتا على عمق نحو 17 كم (11 ميلًا)، تحت مركز سطحي يبعد نحو 9 أميال (14.5 كم) عن سانتا كروز و60 ميلًا (97 كم) عن سان فرانسيسكو. افترض أن النظام يُصدر تنبيهه بعد 8 ثوانٍ من بدء التمزق، وهو ما يتيح وقتًا لوصول الموجات P إلى عدة محطات قريبة وللمعالجة؛ وقد يضيف إيصال التنبيه إلى الهواتف وقتًا آخر.

مسألة(أ) احسب المسافة المستقيمة من البؤرة إلى حي مارينا في سان فرانسيسكو، وزمنَي وصول الموجات P وS إليه. كم كان مقدار التحذير الذي كان سيحصل عليه حي مارينا قبل وصول الموجات S؟ (ب) كرّر الحساب لسانتا كروز. (ج) قدّر نصف قطر 'المنطقة العمياء' على السطح، التي تصل داخلها الموجات S قبل التنبيه. ولماذا قد تكون أزمنة التحذير الفعلية أقصر من ذلك؟

الحل المفصّل

(أ) R = √(97² + 18²) ≈ 98.7 km. تصل الموجات P بعد 98.7 ÷ 6.0 ≈ 16.4 s والموجات S بعد 98.7 ÷ 3.5 ≈ 28.2 s، لذا فإن تنبيهًا عند 8 s يمنح تحذيرًا مدته نحو 20 ثانية. (ب) R = √(14.5² + 18²) ≈ 23.1 km؛ تصل الموجات S بعد نحو 6.6 s، أي قبل التنبيه، فلم تكن سانتا كروز لتحصل على أي تحذير. (ج) في 8 s تقطع الموجات S مسافة 28 km؛ وعلى السطح يبلغ ذلك √(28² − 18²) ≈ 21 km (نحو 13 ميلًا) من المركز السطحي. وقد تكون التحذيرات الفعلية أقصر لأن التمزق امتد نحو 20 km في كل اتجاه على طول الصدع، فجاءت الموجات القوية أيضًا من أجزاء من الصدع أقرب إلى كثير من البلدات، ولأن التنبيهات تستغرق وقتًا لتصل إلى الهواتف. أما البؤرة العميقة، كما هنا، فتساعد في الواقع لأنها تؤخر وصول الموجات S إلى السطح.

المواءمة مع المعايير

Next Generation Science Standards (NGSS، الولايات المتحدة)

MS-ESS2-2

كوّن تفسيرًا قائمًا على الأدلة لكيفية تغيير العمليات الجيولوجية لسطح الأرض عبر مقاييس زمنية ومكانية متفاوتة.

في هذه الحلقة: حركة صفائح بطيئة تُختزن إجهادًا وتتحرر في ثوانٍ؛ إزاحات عام 1906؛ زحف صدع هايوارد الذي يلوي حواف الأرصفة على مدى عقود.

MS-ESS3-2

حلّل وفسّر البيانات المتعلقة بالمخاطر الطبيعية لتوقّع الأحداث الكارثية المستقبلية ولدعم تطوير تقنيات تخفف من آثارها.

في هذه الحلقة: توقّعا الزلازل لعامي 1988 و2014، وتدعيم الطرق السريعة، والامتداد الجديد لجسر باي بريدج، والإنذار المبكر بالزلازل.

HS-ESS2-1

طوّر نموذجًا يوضح كيف تعمل العمليات الداخلية والسطحية للأرض عبر مقاييس مكانية وزمنية مختلفة لتكوين معالم القارات وقيعان المحيطات.

في هذه الحلقة: نموذج للحد الصفائحي التحويلي ولدورة الارتداد المرن؛ والانزلاق المائل عام 1989 الذي رفع أجزاء من جبال سانتا كروز.

HS-ESS3-1

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

في هذه الحلقة: البناء على الردم وطين الخليج، وحصيلة عامي 1906 و1989، والواجهة البحرية لإمباركاديرو التي أعيد فتحها، واستعداد منطقة الخليج اليوم.

HS-PS4-1

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

في هذه الحلقة: تباطؤ الموجات الزلزالية وتعاظمها في الأرض الرخوة، ورنين رواسب مارينا، وسرعات الموجات P وS في الإنذار المبكر.

HS-ETS1-3

قيّم حلًا لمشكلة واقعية معقدة بناءً على معايير ذات أولوية وموازنات تراعي طائفة من القيود، منها التكلفة والسلامة والموثوقية والجمال، إضافة إلى الآثار الاجتماعية والثقافية والبيئية المحتملة.

في هذه الحلقة: التدعيم أو الاستبدال أو الإزالة: جسر شارع سايبرس العلوي، والامتداد الشرقي لجسر باي بريدج، وطريق إمباركاديرو السريع.

Advanced Placement (AP، الولايات المتحدة)

مقررات جامعية

الجيولوجيا الطبيعية

حدود الصفائح التحويلية؛ منظومة صدع سان أندرياس؛ الارتداد المرن ودورة الزلازل؛ زحف الصدوع؛ الانزلاق المائل

المخاطر الطبيعية

توقّع الزلازل والاحتمالات؛ تأثيرات الموقع والتميّع؛ دروس عامي 1906 و1989؛ الإنذار المبكر بالزلازل؛ الاستعداد

علم الزلازل الهندسي والهندسة الجيوتقنية

العزم الزلزالي والقوة؛ تضخيم الموقع ورنين التربة الرخوة؛ تميّع الردم الهيدروليكي؛ التدعيم الزلزالي للجسور والجسور العلوية

النص الكامل التعليق الصوتي بالعربية، كما في الترجمة النصية

0:005:04 مساءً

سان فرانسيسكو، في 17 أكتوبر 1989. احتشد أكثر من 60,000 مشجع في ملعب كاندلستيك بارك لحضور المباراة الثالثة من بطولة السلسلة العالمية، بين فريقي سان فرانسيسكو جاينتس وأوكلاند أثلتيكس.

0:13في الساعة الخامسة وأربع دقائق، كان البث التلفزيوني قد بدأ للتو. ثم يبدأ الملعب بالاهتزاز، وتتقطع الصورة الحية التي تُبث إلى ملايين المشاهدين ثم تنقطع تمامًا.

0:25هذه قصة زلزال لوما بريتا. سنتعرف على الصدع الذي يقف وراءه، والتحذيرات التي سبقته، وكيف أعادت منطقة بأكملها البناء مستفيدةً من دروسه.

0:39الصدع المجاور

تقع كاليفورنيا على الحد الفاصل بين صفيحتين تكتونيتين. فصفيحة المحيط الهادئ تحتك متجهةً نحو الشمال الغربي بمحاذاة صفيحة أمريكا الشمالية، بمعدل نحو 2 بوصة في السنة.

0:49ويحدث جزء كبير من هذه الحركة على امتداد صدع سان أندرياس، الذي يمتد لأكثر من 700 ميل عبر كاليفورنيا. وحول خليج سان فرانسيسكو، يتفرع إلى عائلة من الصدوع، منها صدع سان أندرياس وصدع هايوارد وصدع كالافيراس.

1:05وعلى امتداد معظم طولها، لا تنزلق هذه الصدوع بسلاسة. بل تعلق ببعضها، فتنثني الصخور المحيطة بها لعقود أو حتى لقرون، ثم يتحرر الإجهاد المختزن دفعةً واحدة.

1:201906

تعلّمت سان فرانسيسكو ذلك بالطريقة الصعبة في 18 أبريل 1906، عندما شقّ زلزال بقوة 7.9 صدع سان أندرياس على امتداد ما يقارب 300 ميل.

1:32وحوّلت أنابيب الغاز وأنابيب المياه الرئيسية المكسورة الاهتزازَ إلى عاصفة نارية ظلت مشتعلة لأيام. دُمّر نحو 28,000 مبنى، ولقي أكثر من 3,000 شخص حتفهم.

1:44وإلى الشمال من المدينة، تمزقت الطرق والأسوار التي كانت تعبر الصدع وانزاحت جانبيًا. وبالقرب من بلدة أوليما، تحركت الأرض على أحد جانبي الصدع نحو 21 قدمًا متجاوزةً الجانب الآخر.

1:56ودرس عالم يُدعى هاري فيلدينغ ريد تلك القياسات، وتوصّل إلى سبب حدوث الزلازل. فالصخور على جانبي الصدع العالق تنثني ببطء، مختزنةً الطاقة، حتى ينزلق الصدع فجأة وترتد الصخور إلى شكلها. وسمّى ذلك الارتداد المرن، ولا يزال هذا هو التفسير الذي يعتمده الجيولوجيون للزلازل.

2:17أعادت المدينة البناء بسرعة، واحتفلت في عام 1915 بمعرض عالمي. ولإفساح المجال لأرض المعرض، رُدم خليج صغير على امتداد الشاطئ الشمالي برمال ضُخّت من الخليج، ومعها بعض الأنقاض. وأصبحت تلك الأرض الجديدة لاحقًا حيًا سكنيًا يُعرف باسم حي مارينا.

2:38التوقّع

وبحلول عقد 1980، كان العلماء يقدّرون أي أجزاء صدع سان أندرياس هي الأرجح أن تنكسر تاليًا. وكان أحد المقاطع التي أشاروا إليها يقع في جنوب جبال سانتا كروز، جنوب سان فرانسيسكو.

2:51وفي عام 1988، قدّرت لجنة وطنية من خبراء الزلازل احتمال وقوع زلزال كبير في ذلك المقطع خلال 30 عامًا بنسبة 30%.

3:01وجاء الزلزال في العام التالي مباشرة.

3:08خمس عشرة ثانية

في الساعة الخامسة وأربع دقائق، انكسر الصدع على عمق نحو 11 ميلًا تحت جبال سانتا كروز، بالقرب من قمة لوما بريتا. بلغت قوة الزلزال 6.9.

3:19ولم تدم أقوى الهزات سوى نحو 15 ثانية، ولم يصل التمزق إلى السطح قط. غير أن موجاته الزلزالية انتشرت في المنطقة كلها، وفي بعض الأماكن زادتها الأرض نفسها سوءًا.

3:33وبالقرب من المركز السطحي للزلزال، انهارت مبانٍ قديمة من الطوب في مركز باسيفيك غاردن مول التجاري في سانتا كروز وتساقطت في الشارع، ولقي ثلاثة أشخاص حتفهم هناك.

3:41وعلى بُعد نحو 60 ميلًا، في حي مارينا، حوّل الاهتزاز الأرض الرخوة المشبعة بالماء تحت المنازل إلى ما يشبه السائل تقريبًا. فغاصت المباني، وانهار بعضها.

3:53وفي الواقع، ساهمت الأرض التي أُنشئت من أجل احتفال المدينة بتعافيها في إسقاط المباني، بعد 74 عامًا من المعرض. وانكسرت أنابيب الغاز، واندلع حريق كبير، ولقي ثلاثة أشخاص على الأقل حتفهم في حي مارينا، وانهارت سبعة مبانٍ.

4:08ولم يكن حي مارينا المكان الوحيد المعرّض للخطر. ففي كل أرجاء الخليج، كانت المباني والطرق قائمة على طين رخو وأراضٍ مردومة، وفي الأرض الرخوة تتباطأ الموجات الزلزالية وتكبر، مثل الهلام وهو يهتز في وعاء. واهتزت تلك المواقع أشد بمرتين إلى أربع مرات من الصخور الصلبة القريبة منها.

4:27وعلى جسر باي بريدج، انفصل جزء من الطابق العلوي طوله 50 قدمًا وسقط على الطابق السفلي. وقُتل شخص واحد، وأُغلق الجسر لمدة شهر تقريبًا.

4:37ووقعت أسوأ كارثة في أوكلاند. كان جسر شارع سايبرس العلوي طريقًا سريعًا من طابقين، وانهار طابقه العلوي على الطابق السفلي، فوق السيارات في زحمة العودة المسائية. ولقي واحد وأربعون شخصًا حتفهم هناك.

4:51وكانت حركة المرور في ذلك المساء أخف من المعتاد، لأن كثيرين عادوا إلى منازلهم مبكرًا لمشاهدة بطولة السلسلة العالمية، ويرى الخبراء أن ذلك حال دون أن تكون حصيلة القتلى أسوأ بكثير.

5:02وظل المنقذون يبحثون بين الحطام لأيام. وبعد قرابة أربعة أيام من الزلزال، عثروا على رجل لا يزال حيًا في سيارته، تحت الطابق المنهار. ونجا من عملية الإنقاذ، لكنه توفي بعد نحو شهر، لترتفع حصيلة القتلى هناك إلى 42.

5:19ما بعد الكارثة

وإجمالًا، لقي 63 شخصًا حتفهم وأُصيب أكثر من 3,700 آخرين. وتضرر أكثر من 18,000 منزل، وبقي نحو 12,000 شخص بلا مأوى، وبلغت الأضرار نحو 6,000,000,000 دولار.

5:33وفي كاندلستيك بارك، صمد الملعب، وخرج المشجعون سالمين. واستُؤنفت بطولة السلسلة العالمية بعد عشرة أيام، ومضى فريق أثلتيكس ليفوز بها دون أن يخسر أي مباراة.

5:45ما الذي تغيّر

كما غيّر الزلزال وجه سان فرانسيسكو. فقد هُدم طريق إمباركاديرو السريع المتضرر، وهو جدار من الخرسانة على امتداد الواجهة البحرية، في عام 1991، وانفتحت الواجهة البحرية للمدينة على الخليج من جديد.

5:58واستُبدل النصف الشرقي من جسر باي بريدج بالكامل. وافتُتح الجسر الجديد، المصمم ليصمد أمام زلزال كبير، في عام 2013، بتكلفة بلغت نحو 6,400,000,000 دولار.

6:11وفي أنحاء كاليفورنيا، عاد المهندسون إلى الطرق السريعة والجسور التي بُنيت قبل قوانين البناء الحديثة، فلفّوا الأعمدة الخرسانية القديمة بالفولاذ وربطوا أجزاء الجسور بعضها ببعض.

6:23كما أنشأ العلماء نظامًا للإنذار المبكر بالزلازل، يُسمى شيك أليرت، يرصد الموجات الأولى الأسرع ويرسل تنبيهًا قبل وصول الاهتزاز القوي. وفي الذكرى الثلاثين لزلزال لوما بريتا، في عام 2019، بدأت كاليفورنيا بإرسال تلك التنبيهات إلى الهواتف.

6:44الزلزال القادم

ولم تتوقف الصفائح عن الحركة. ويعتبر كثير من العلماء صدع هايوارد الأخطر في المنطقة. فهو يمتد مباشرة تحت المدن الواقعة على الجانب الشرقي من الخليج، وآخر مرة انكسر فيها كانت في عام 1868.

6:57ويمكنك فعلًا أن ترى صدع هايوارد وهو يتحرك. فأجزاء منه تزحف باستمرار، بمعدل نحو خُمس بوصة في السنة. وفي وسط مدينة هايوارد، انثنت حواف أرصفة قديمة تعبر الصدع جانبيًا، شيئًا فشيئًا، على مر العقود.

7:12وقد دمّر آخر زلزال كبير وقع عليه، في عام 1868، كل المباني تقريبًا في هايوارد أو ألحق بها أضرارًا بالغة، وأودى بحياة نحو 30 شخصًا. وحتى عام 1906، كان هو الزلزال الذي يسميه الناس زلزال سان فرانسيسكو الكبير.

7:27وتقدّر هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية احتمال وقوع زلزال واحد على الأقل بقوة 6.7 أو أكثر في منطقة الخليج، بين عامي 2014 و2043، بنسبة 72%.

7:40ولهذا السبب، يتدرب ملايين الناس كل أكتوبر، في ذكرى زلزال لوما بريتا تقريبًا، على تمرين غريت شيك أوت. وله ثلاث خطوات بسيطة: انزل على يديك وركبتيك، واحمِ رأسك ورقبتك، تحت طاولة متينة إن وُجدت واحدة قريبة منك، وتمسّك حتى يتوقف الاهتزاز.

7:59إذن، ثلاثة أمور يجب تذكرها. أولًا، كان زلزال لوما بريتا بقوة 6.9 على منظومة صدع سان أندرياس، ولم تدم أقوى هزاته سوى نحو 15 ثانية. ثانيًا، وقع كثير من أسوأ الأضرار بعيدًا عن الصدع، في أماكن مثل حي مارينا وطريق سايبرس السريع. هناك، جعل الطين الرخو والأراضي المردومة الاهتزاز أقوى بمرتين إلى أربع مرات. وثالثًا، لم تنتهِ قصة منطقة الخليج بعد: فاحتمال وقوع زلزال آخر بقوة 6.7 أو أكثر هناك، بين عامي 2014 و2043، يبلغ 72%.

8:36لم يكن زلزال لوما بريتا هو الزلزال الكبير المنتظر، لكنه كان تذكيرًا. ولا تزال الصفائح تحت الخليج تتحرك بنحو 1.6 بوصة كل عام، والصدوع تختزن ذلك الإجهاد. 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 6.9 – October 17, 1989 Loma Prieta Earthquake. Earthquake Hazards Program. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/science/m-69-october-17-1989-loma-prieta-earthquakeاستُخدم في: الوقت، والقوة، والمركز السطحي، والقتلى، والمصابون، والأضرار، وسانتا كروز، وجسر باي بريدج، والتميّع
  2. Plafker, G., & Galloway, J. (Eds.) (1989). Lessons Learned from the Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989. U.S. Geological Survey Circular 1045. pubs.usgs.gov/publication/cir1045استُخدم في: عمق البؤرة، وحجم التمزق والانزلاق، والتمزق المدفون، والتضخيم، وحي مارينا، وسايبرس وجسر باي بريدج
  3. O'Rourke, T. D., et al. (1992). The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989: Marina District. U.S. Geological Survey Professional Paper 1551-F. pubs.usgs.gov/publication/pp1551Fاستُخدم في: تاريخ ردم مارينا، والتميّع، والمباني المنهارة، ورنين الموقع وتضخيمه
  4. Borcherdt, R. D., & Glassmoyer, G. (1992). On the characteristics of local geology and their influence on ground motions generated by the Loma Prieta earthquake in the San Francisco Bay region, California. Bulletin of the Seismological Society of America, 82(2), 603–641. doi.org/10.1785/BSSA0820020603استُخدم في: تضخيم الاهتزاز على الردم وطين الخليج
  5. Housner, G. W., & Thiel, C. C., Jr. (1990). Competing against time: Report of the Governor's Board of Inquiry on the 1989 Loma Prieta earthquake. Earthquake Spectra, 6(4), 681–711. doi.org/10.1193/1.1585592استُخدم في: تضخيم التربة الرخوة، وانهيار جسر شارع سايبرس العلوي وجسر باي بريدج
  6. Working Group on California Earthquake Probabilities (1988). Probabilities of Large Earthquakes Occurring in California on the San Andreas Fault. U.S. Geological Survey Open-File Report 88-398. pubs.usgs.gov/publication/ofr88398استُخدم في: توقّع عام 1988
  7. U.S. Geological Survey. The Great 1906 San Francisco Earthquake. Earthquake Hazards Program. earthquake.usgs.gov/earthquakes/events/1906calif/18aprilاستُخدم في: طول تمزق عام 1906، والضحايا والمباني المدمّرة، ونظرية الارتداد المرن لريد، وتكرار الزلازل
  8. Brocher, T. M., et al. (2008). The Hayward Fault: Is It Due for a Repeat of the Powerful 1868 Earthquake? U.S. Geological Survey Fact Sheet 2008-3019. pubs.usgs.gov/fs/2008/3019استُخدم في: زلزال 1868، وزحف صدع هايوارد، وتكرار الزلازل
  9. Lienkaemper, J. J., & Borchardt, G. (1996). Holocene slip rate of the Hayward fault at Union City, California. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 101(B3), 6099–6108. doi.org/10.1029/95JB01378استُخدم في: معدل الانزلاق طويل الأمد لصدع هايوارد
  10. Aagaard, B. T., et al. (2016). Earthquake Outlook for the San Francisco Bay Region 2014–2043. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2016-3020 (ver. 1.1). pubs.usgs.gov/publication/fs20163020استُخدم في: توقّع 72%، واحتمالات الصدوع المنفردة، وحركة الصفائح الإقليمية، وDrop, Cover and Hold On (انخفض، احتمِ، وتمسّك)
  11. Burkett, E., Given, D. D., & Jones, L. M. (2014). ShakeAlert: An Earthquake Early Warning System for the United States West Coast. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2014-3083. pubs.usgs.gov/publication/fs20143083استُخدم في: كيف يعمل الإنذار المبكر بالزلازل
  12. Berkeley News (2019, October 17). California rolls out first statewide earthquake early warning system. University of California, Berkeley. news.berkeley.edu/2019/10/17/california-rolls-out-first-statewide-earthquake-early-warning-systemاستُخدم في: تنبيهات الهواتف التي أُطلقت في الذكرى الـ30 لزلزال لوما بريتا (MyShake)
  13. Metropolitan Transportation Commission. San Francisco–Oakland Bay Bridge. www.baybridgeinfo.orgاستُخدم في: الامتداد الشرقي الجديد: افتتاحه وتكلفته
  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: قدر العزم والعزم 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). زلزال بطولة السلسلة العالمية: لوما بريتا، 1989: لماذا وقعت أسوأ الأضرار على بُعد 60 ميلًا من الصدع [درس فيديو]. Earth Explained: الزلازل، دراسة حالة. https://earthwatch247.com/learn/loma-1989/ar/

مفتاح الإجابات

  1. C. إنه حدّ تحويلي: تتحرك الصفيحتان جانبيًا إحداهما بمحاذاة الأخرى بمعدل نحو 2 بوصة (5 سم) في السنة، وتتوزع الحركة على صدوع سان أندرياس وهايوارد وكالافيراس والصدوع المرتبطة بها.
  2. A. هذا هو الارتداد المرن (1910). وفكرته الجوهرية أن الانزلاق على الصدع هو الذي يسبب الزلزال، لا العكس.
  3. D. تتتبّع دراسات USGS مراحل ردم الخليج الصغير، التي انتهت بردم رملي هيدروليكي وُضع من أجل Panama-Pacific International Exposition (معرض بنما والمحيط الهادئ الدولي) عام 1915. والردم الرملي المفكك الرطب هو بالضبط نوع الأرض الذي يتميّع.
  4. B. كان التوقّع احتمالًا، لا تنبؤًا بتاريخ. أما رقم 72% فهو توقّع USGS لمنطقة الخليج كلها للفترة من 2014 إلى 2043.
  5. A. هذا هو التميّع. فقد ظهرت فوّارات رملية وتشققات ناتجة عن الانتشار الجانبي في أنحاء الحي، على بُعد نحو 60 ميلًا من المركز السطحي؛ أما التمزق نفسه فلم يصل إلى السطح قط.
  6. C. إنه تضخيم الموقع: فقد وجد Governor's Board of Inquiry (مجلس التحقيق التابع للحاكم) أن الأرض الرخوة حول الخليج ضخّمت الاهتزاز أكثر مما توقعته قوانين البناء.
  7. B. 63 قتيلًا و3,757 مصابًا وأضرار في الممتلكات بنحو 6,000,000,000 دولار. أما الخيار الأول فيصف زلزال 1906 والحريق الذي تلاه.
  8. D. تنتقل التنبيهات بشكل شبه فوري، بينما تقطع الموجات الزلزالية بضعة أميال في الثانية. ويجب أن يكون الزلزال قد بدأ بالفعل.
  9. C. أودى زلزاله عام 1868 (بقوة 6.8) بحياة نحو 30 شخصًا حين كانت المنطقة قليلة السكان؛ أما اليوم فيعيش الملايين على امتداده.
  10. A. تشمل نسبة 72% المنطقة كلها وجميع صدوعها خلال 30 عامًا. أما للصدوع المنفردة فالأرقام أقل: 33% لصدعي هايوارد أو رودجرز كريك و22% لصدع سان أندرياس.

إجابة كتابية

  1. تتحرك الصفائح باستمرار، لكن الصدوع بينها تبقى عالقة بفعل الاحتكاك، فتنثني الصخور على جانبيها بدلًا من أن تنزلق، مختزنةً الإجهاد لعقود أو قرون. وعندما يتجاوز الضغط مقاومة الصدع، ينزلق فجأة وترتد الصخور المنثنية. وفي عام 1906 أُزيحت الطرق والأسوار التي تعبر صدع سان أندرياس بما يصل إلى نحو 21 قدمًا (6.4 م)، وهو ما يمثل حركة صفائح تزيد كثيرًا على قرن كامل تحررت في أقل من دقيقة. واستخدم ريد تلك القياسات لصياغة النظرية عام 1910.
  2. الجزء المتضرر من حي مارينا مبني على خليج صغير مردوم: رمال مفككة ضُخّت من أجل Panama-Pacific International Exposition (معرض بنما والمحيط الهادئ الدولي) عام 1915، إلى جانب ردم أقدم قد يتضمن بعض أنقاض عام 1906. وفي الرواسب الرخوة المشبعة بالماء تتباطأ الموجات الزلزالية ويكبر اتساعها، فتضخّم الاهتزاز إلى ما يفوق كثيرًا الاهتزاز على صخر فورت ميسون القريب. ثم جعل الاهتزاز الرمال المفككة تتميّع: ففقدت تماسكها، وغاصت المباني ومالت، وتفجرت الفوّارات الرملية، وكسر الانتشار الجانبي أنابيب الغاز والمياه. واندلع حريق كبير، ولأن أنابيب المياه الرئيسية كانت قد تعطلت، اضطر زورق إطفاء إلى ضخ الماء من الخليج. وكانت المباني ذات الطوابق الأرضية الضعيفة المفتوحة للمرائب معرّضة للخطر بشكل خاص.
  3. ليس أيٌّ منهما تنبؤًا. ففي عام 1988 قدّر العلماء احتمال وقوع زلزال بقوة 6.5 إلى 7 خلال 30 عامًا في مقطع جبال سانتا كروز الجنوبية بنسبة 30%؛ ووقوعه في العام التالي لم يكن توقّعًا لتاريخه. أما توقّع USGS للفترة من 2014 إلى 2043 فهو احتمال 72% لوقوع زلزال واحد على الأقل بقوة 6.7 أو أكثر في مكان ما من منطقة الخليج خلال تلك الأعوام الـ30. وهذا يعني أن وقوع زلزال كبير أرجح من عدم وقوعه، لكنه ليس مؤكدًا، وقد يقع على أي صدع في المنطقة، وفي أي يوم، ولهذا فإن الاستعداد الآن أمر مهم.

للتعمق أكثر

  1. ما حجم زلزال لوما بريتا؟: (أ) 101.5 × 1.0 ≈ 32 مرة. وقد حرّر لوما بريتا 101.5 × 0.1 ≈ 1.4 ضعف طاقة زلزال 1868، فالزلزالان متقاربان في الحجم، لكن صدع هايوارد يمتد تحت مدن الخليج الشرقي. (ب) M₀ = 101.5 × 6.9 + 9.1 = 1019.45 ≈ 2.8 × 1019 N·m. (ج) A ≈ 4.9 × 108 m²، إذن D = M₀ ÷ (μA) ≈ 2.8 × 1019 ÷ (3.0 × 1010 × 4.9 × 108) ≈ 1.9 m، أي نحو 6 أقدام. ومتجه الانزلاق الجيوديسي هو √(6² + 4²) ≈ 7.2 قدم (2.2 م): أي توافق في حدود نحو 15%، وهو توافق جيد بالنظر إلى عدم اليقين في μ وفي مساحة التمزق.
  2. ميزانية الإجهاد لصدوع منطقة الخليج: (أ) 20 ft ÷ 200 yr = 0.1 ft في السنة، أي نحو 1.2 بوصة (3 سم) في السنة، وهو ما يقارب ثلاثة أرباع الـ1.6 بوصة في السنة عبر المنطقة؛ ويتحمّل الباقي صدوع هايوارد ورودجرز كريك وكالافيراس وغيرها من صدوع المنظومة. (ب) 158 عامًا × 8 mm في السنة ≈ 1.3 m، أي نحو 4 أقدام: وهو بالفعل جزء كبير من الانزلاق البالغ نحو 2 m عام 1868، بما يتفق مع رأي USGS بأن الصدع قادر على إحداث زلزال بقوة 6.8 إلى 7.0 في أي وقت. (ج) لا يخفف الزحف الإجهاد إلا قرب السطح، وحتى هناك يكون أبطأ من المعدل طويل الأمد؛ أما الجزء الأعمق العالق من الصدع فيواصل اختزان الإجهاد إلى أن يتمزق.
  3. لماذا ترنّ الأرض الرخوة: (أ) T = 4 × 80 ÷ 300 ≈ 1.07 s، أي ترددًا يبلغ نحو 0.94 Hz، وهو ما يطابق قمة التضخيم المرصودة قرب 1 Hz. (ب) وفق القاعدة التقريبية، فإن المباني التي يتراوح ارتفاعها بين 8 و12 طابقًا تقريبًا (أدوارها الطبيعية قرب 1 s) ستدخل في رنين مع الأرض؛ أما المنازل الخشبية المنخفضة فأدوارها أقصر، وفي مارينا كان التميّع والطوابق الأرضية الضعيفة، لا الرنين وحده، هما ما أسقطها. (ج) تسلك التربة الرخوة سلوكًا غير خطي في الاهتزاز القوي: فهي تلين وتبدّد مزيدًا من الطاقة، مما يخفض التضخيم ويزيح الرنين نحو أدوار أطول. لذلك فإن معاملات التضخيم المستمدة من الحركة الضعيفة تبالغ في تقدير التضخيم في زلزال مدمر، وإن ظل الاهتزاز على الأرض الرخوة أقوى بكثير منه على الصخر.
  4. ماذا يعني توقّع 72% لكل عام: (أ) λ = −ln(1 − 0.72) ÷ 30 = −ln(0.28) ÷ 30 ≈ 1.273 ÷ 30 ≈ 0.042 في السنة، أي فترة متوسطة تبلغ نحو 24 عامًا واحتمالًا لسنة واحدة قدره 1 − exp(−0.042) ≈ 4.1%. والقسمة على 30 تفترض أن الاحتمالات تُجمع، لكن احتمالات 'زلزال واحد على الأقل' تتراكب: فاحتمال 2.4% كل عام لا يعطي سوى 1 − 0.976^30 ≈ 52% خلال 30 عامًا، لا 72%. (ب) λ = −ln(0.70) ÷ 30 ≈ 0.012 في السنة، أي احتمال نحو 1.2% في أي سنة بعينها: لقد حدّد التوقّع المقطع بشكل صحيح، لكن توقيت عام 1989 لم يكن جزءًا منه. (ج) 1 − (1 − 0.33)(1 − 0.22) = 1 − 0.67 × 0.78 ≈ 0.48، أي 48%. ويأتي الباقي من صدع كالافيراس وغيره من الصدوع الرئيسية، ومن صدوع أقل شهرة وأخرى غير معروفة (13% وحدها).
  5. ما مقدار التحذير الممكن؟: (أ) R = √(97² + 18²) ≈ 98.7 km. تصل الموجات P بعد 98.7 ÷ 6.0 ≈ 16.4 s والموجات S بعد 98.7 ÷ 3.5 ≈ 28.2 s، لذا فإن تنبيهًا عند 8 s يمنح تحذيرًا مدته نحو 20 ثانية. (ب) R = √(14.5² + 18²) ≈ 23.1 km؛ تصل الموجات S بعد نحو 6.6 s، أي قبل التنبيه، فلم تكن سانتا كروز لتحصل على أي تحذير. (ج) في 8 s تقطع الموجات S مسافة 28 km؛ وعلى السطح يبلغ ذلك √(28² − 18²) ≈ 21 km (نحو 13 ميلًا) من المركز السطحي. وقد تكون التحذيرات الفعلية أقصر لأن التمزق امتد نحو 20 km في كل اتجاه على طول الصدع، فجاءت الموجات القوية أيضًا من أجزاء من الصدع أقرب إلى كثير من البلدات، ولأن التنبيهات تستغرق وقتًا لتصل إلى الهواتف. أما البؤرة العميقة، كما هنا، فتساعد في الواقع لأنها تؤخر وصول الموجات S إلى السطح.