دریاچه ارومیه در شمال‌غربی ایران در چند دهه گذشته به‌دلیل ترکیبی از تغییراقلیم، انحراف آب برای کشاورزی و ساخت بیش از ۹۰ سد و بند بر روی سرشاخه‌های دریاچه خشک شده است. این خشکی نه‌تنها در مورد اثرات اکولوژیکی بلکه در مورد اثر بالقوه آن بر فعالیت لرزه‌ای در منطقه نیز نگرانی‌هایی را ایجاد کرده است.

سازوکارهای مرتبط‌کننده خشک شدن دریاچه با فعالیت لرزه‌ای را می‌توان به‌ترتیب زیر مرور کرد:

کاهش فشار هیدرواستاتیک: خشک شدن دریاچه‌ها می‌تواند منجر به کاهش فشار هیدرواستاتیکی وارد بر سازندهای زمین‌شناختی اطراف شود. هنگامی که توده‌های بزرگ آبی وجود دارند، روی پوسته زمین فشار وارد می‌کنند. با کاهش سطح آب، این فشار کاهش می‌یابد، که می‌تواند گسل‌هایی را که از قبل تحت تنش هستند، بی‌ثبات‌تر کند. در مناطقی با ساختار زمین‌ساختی فعال، مانند اطراف دریاچه ارومیه، این کاهش فشار ممکن است باعث حرکت گسل و افزایش لرزه‌خیزی شود.

تغییرات در سطح آب‌های زیرزمینی: خشک شدن دریاچه‌ها اغلب منجر به تغییر سطح آب‌های زیرزمینی در مناطق مجاور می‌شود. با کاهش آب‌های سطحی، آب‌های زیرزمینی نیز به‌دلیل افزایش تبخیر و کاهش تغذیه از منابع سطحی کاهش می‌یابد. این تغییر بر فشار منفذی درون سنگ‌ها و رسوبات اثر می‌گذارد و درصورت مساعد شدن شرایط برای آغاز جنبایی، به‌طور بالقوه منجر به لغزش گسل می‌شود.

فرونشست زمین: خشک شدن دریاچه ارومیه به‌دلیل فشرده شدن رسوباتی که قبلاً از آب اشباع‌شده بودند با فرونشست زمین نیز همراه بوده است. این فرونشست فشار بیشتری را بر روی گسل‌های مجاور ایجاد می‌کند و تا سازگاری زمین با این شرایط جدید به فعالیت‌های لرزه‌ای مرتبط می‌شود.

افزایش خطر لرزه‌ای ناشی از تغییرات محیطی: تغییرات محیطی ناشی از خشک شدن دریاچه -مانند تغییر در پوشش گیاهی و رطوبت خاک- بر لرزه‌خیزی محلی اثر  می‌گذارد. به‌عنوان مثال، تغییرات در کاربری زمین یا پوشش گیاهی بر نحوه نفوذ آب باران به زمین اثر می‌گذارد و به‌طور بالقوه دینامیک هیدرولوژیکی محیط را تغییر می‌دهد و بر پایداری گسل اثر می‌گذارد.

شواهد حاصل از تحقیقات انجام‌شده توسط زمین‌شناسانی که منطقه را مطالعه می‌کنند، نشان از ارتباط بین کاهش سطح دریاچه‌ها و افزایش رویدادهای لرزه‌ای دارد. اطراف دریاچه ارومیه از اوایل دهه ۲۰۰۰ هم‌زمان با کاهش قابل‌توجه حجم دریاچه، فعالیت‌های زلزله‌ای مختلفی تجربه کرده‌ است. زلزله سلماس (قطور) و باش‌قلعه (ترکیه) در چهارم اسفند ۱۳۹۸ و همچنین، شش زلزله با بزرگای ۵.۵ تا ۶ بین شهریور ۱۴۰۱ تا فروردین ۱۴۰۲ در منطقه خوی از نمادهای مهم لرزه‌خیزی محیط پیرامون دریاچه ارومیه در دو دهه اخیر هستند.  

تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های GPS الگوهای تغییر شکل زمین را مطابق با افزایش فعالیت لرزه‌ای مرتبط با تغییرات هیدرولوژیکی اطراف دریاچه ارومیه نشان داده‌اند.

سازوکار‌هایی مانند کاهش فشار هیدرواستاتیکی روی گسل‌ها، تغییر سطح آب‌های زیرزمینی مؤثر بر فشار منفذی، فرونشست زمین با ایجاد استرس اضافی بر سازندهای زمین‌شناختی و تغییرات محیطی گسترده‌تر بر پایداری گسل‌ها اثر می‌گذارند.

تغییراقلیم اثرهای گسترده‌ای بر سیستم‌های مختلف طبیعی از جمله فرایندهای زمین‌شناسی دارد. تغییرات ناشی از گرم شدن کره زمین، می‌تواند بر فعالیت لرزه‌ای در راستای گسل‌های فعال اثر می‌گذارد. این رابطه در درجه اول از طریق سازوکارهای ذوب یخبندان و تغییرات در بارهای هیدرولوژیکی مشاهده می‌شود.

در اینجا به موارد شاخص اثر گرم شدن زمین بر تحریک گسل‌ها می‌پردازیم:

ذوب یخبندان و کاهش استرس گسل: در طول آخرین عصر یخبندان، یخچال‌ها فشار قابل‌توجهی بر پوسته زمین وارد کردند. با ذوب شدن این یخچال‌ها به‌دلیل افزایش دمای مرتبط با تغییراقلیم، وزنی که قبلاً گسل‌ها تحمل می‌کردند، حذف می‌شود. این کاهش بار می‌تواند منجر به افزایش سرعت لغزش گسل شود، در مناطقی مانند کوه‌های Sangre de Cristo در کلرادو آمریکا چنین پدیده‌ای مشاهده و بررسی شده است. ذوب شدن یخ به گسل‌ها اجازه می‌دهد آزادانه‌تر حرکت کنند و به‌طور بالقوه منجر به افزایش فعالیت زلزله می‌شود.

مرجع: مطالعه منتشره در ۱۸ دسامبر  ۲۰۲۴: در دانشگاه ایالتی کلرادو: https://warnercnr.source.colostate.edu/climate-change-earthquake-frequency/#:~:text=CSU%20geoscientists%20analyzed%20the%20Sangre,slip%20along%20the%20fault%20increased.

تغییراقلیم همچنین بر روی بدنه‌های آبی و توزیع آب در طبیعت نیز اثر می‌گذارد. تبخیر حجم‌های بزرگ آب یا تغییر در سطح آب‌های زیرزمینی شرایط تنش روی گسل‌ها را تغییر می‌دهد. به‌عنوان مثال، هنگامی که آب از یک منطقه (به‌دلیل تبخیر یا استخراج) حذف می‌شود، می‌تواند منجر به کاهش فشار روی سنگ‌های زیرین شود که باعث حرکت گسل نیز می‌شود.

شوک‌های محیطی ناگهانی -مانند بارندگی شدید یا ذوب سریع برف- با تغییر سریع بار روی گسل‌ها به فعالیت‌های لرزه‌ای منجر می‌شود. این شوک‌ها می‌توانند باعث لغزش در راستای گسل‌هایی شوند که در اثر نیروهای زمین‌ساختی تحت تنش هستند.

زمین‌ساخت و گردش جوی: تعامل بین زمین‌ساخت و اقلیم پیچیده است. بالا آمدن زمین‌ساختی بر الگوهای گردش جوی و توزیع بارش اثر می‌گذارد و بر پایداری گسل‌ها در طی زمان اثر می‌گذارد. تحقیقات اخیر که توسط دانشمندان علوم زمین در دانشگاه ایالتی کلرادو منتشر شده است، این ارتباطات در افزایش میزان لغزش گسل‌ها از زمان آخرین عصر یخبندان با کاهش یخچال‌ها بوده است. یافته‌های آنها نشان می‌دهد مناطق مجاور یخچال‌های طبیعی در حال عقب‌نشینی، احتمالاً به‌دلیل این شرایط تنش در حال تغییر، فعالیت لرزه‌ای را افزایش می‌دهند.

این مطالعه از داده‌های سنجش از دور و اندازه‌گیری‌های GPS با دقت بالا برای تجزیه و تحلیل جابه‌جایی گسل‌ها در طی زمان استفاده کرده است و نشان داد حرکت گسل از زمان عقب‌نشینی یخبندان در مقایسه با دوره‌هایی که یخچال‌ها وجود داشته‌اند، پنج برابر سریع‌تر شده است.

اثر  خشک شدن دریاچه ارومیه (از سال ۱۳۷۵)

دریاچه ارومیه که زمانی بزرگترین دریاچه آب شور خاورمیانه بود، از سال ۱۳۷۵ تا ۱۴۰۳  حدود ۹۵ درصد حجم خود را از دست داده است:

برداشت بیش‌ازحد آب برای کشاورزی (از طریق سدها و آبیاری)، کاهش بارندگی مرتبط با تغییراقلیم، افزایش تبخیر ناشی از افزایش دما.

حال ببینیم چگونه این پدپده می‌تواند بر فعالیت گسل‌‌ها اثر بگذارد:

تخلیه پوسته: از دست دادن سریع جرم آب (معادل حذف میلیاردها تن وزن) فشار روی پوسته زمین را کاهش می‌دهد و به‌طور بالقوه باعث بازگشت ایزواستاتیک (بالا بردن پوسته) می‌شود. میزان بالا آمدن پوسته در محیط دریاچه ارومیه حدود ۱۱ سانتی‌متر طی سال‌های ۱۳۸۰-۱۴۰۰ برآورد شده است. این تخلیه، میدان‌های تنش منطقه‌ای را تغییر می‌دهد که می‌تواند گسل‌های مجاور را بی‌ثبات کند.

تغییرات فشار منفذی: کاهش تغذیه آب زیرزمینی ناشی از کاهش دریاچه فشار حفره‌ای سنگ‌ها را کاهش می‌دهد، تنش برشی روی گسل‌ها را افزایش می‌دهد و آنها را مستعد لغزش می‌کند.

اثرات مشابهی در سطح جهانی مشاهده شده است. به‌عنوان مثال، خشک شدن بحرالمیت در غرب اردن و شرق فلسطین  با افزایش لرزه‌خیزی در دره ریفت اردن به‌دلیل تخلیه پوسته مرتبط است.

 خشکسالی طولانی‌مدت کمبود آب را تشدید می‌کند و منجر به موارد زیر می‌شود:

پمپاژ بیش از حد آب‌های زیرزمینی: این امر باعث فرونشست و فشرده شدن سفره‌های زیرزمینی می‌شود (به‌عنوان مثال، همان‌طورکه در دره مرکزی کالیفرنیا یا حوضه تهران  دیده می‌شود).

توزیع مجدد تنش: فرونشست تنش‌های عمودی و افقی را در پوسته تغییر می‌دهد و به‌طور بالقوه فشار را به گسل‌های مجاور منتقل می‌کند. گسل شمال تبریز، یک گسل امتداد لغز راست‌جانبی بزرگ، در حال حاضر تحت تنش زمین‌ساختی قرار دارد. تنش اضافی ناشی از فرونشست می‌تواند گسل را به گسیختگی ناگهانی و رخداد زمین‌لرزه بزرگ نزدیک کند.

  دمای بالاتر تبخیر را تشدید می کند، که با از دست دادن دریاچه و آب زیرزمینی شرایط بدتر می‌شود. الگوهای بارندگی تغییریافته (خشکسالی طولانی‌تر، طوفان‌های شدیدتر) سامانه‌های آب سطحی و زیرسطحی را بی‌ثبات می‌کند و پوسته را بیشتر تحت فشار قرار می‌دهد، ذوب یخچال‌های طبیعی (مانند هیمالیا) با تغییرات در رفتار گسل از طریق تخلیه مرتبط است.

  گسل شمال تبریز (NTF) یک گسل فعال اصلی با توان ایجاد زمین‌لرزه‌های با بزرگای بیش از M7+ (آخرین گسیختگی بزرگ در سال  ۱۷۸۰) است. لغزش افقی ~ ۷ میلی‌متر در سال را تجربه می‌کند. این گسل به‌شدت تحت‌فشار است، به این معنی که تغییرات کوچک در تنش (به‌عنوان مثال، از تخلیه پوسته یا از دست دادن آب زیرزمینی) می‌تواند باعث شروع گسیختگی شود. به‌عنوان مثال:

مطالعات مدل‌سازی: مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۱ در Geophysical Research Letters نشان داد استخراج آب‌های زیرزمینی در منطقه تبریز می‌تواند تغییرات تنش ~ ۰.۱ تا ۱ کیلو پاسکال در سال را در گسل شمال تبریز ایجاد کند که زلزله‌ها را در یک گسل در حال حاضر نزدیک به شکست را می‌تواند تسریع کند یا به تعویق اندازد.  خشک شدن دریاچه در ۲۸ سال اخیر حدود ۲۲ کیلومتر مکعب آب را حذف کرده است که معادل تخلیه ۲۲ میلیارد تن است. درحالی‌که این مقدار می‌تواند منجر به تغییرات تنش موضعی بر بخش‌های از گسل شود.

 خشکسالی ← کاهش آب‌های زیرزمینی ← فرونشست.

از دست دادن دریاچه ← تخلیه پوسته ← تغییرات میدان تنش.

تغییراقلیم ← تشدید افراطی در رخدادهای هیدرولوژیک.

این عوامل آستانه فعال شدن گسل را کاهش دهند، به‌ویژه در مناطقی مانند شمال‌غربی ایران، که در آن یکی از بیشترین میزان‌های تغییر شکل‌های زمین‌ساختی حال حاضر در فلات ایران رخ می‌دهد.

  نیروهای زمین‌ساختی بر رفتار گسل غالب هستند و جداسازی اثرهای اقلیمی/هیدروولوژیک همچنان چالش‌برانگیز است. بیشتر تغییرات تنش ناشی از فرایندهای سطحی، مرتبه‌ای کوچکتر از تنش‌های تکتونیکی هستند، اما همچنان ممکن است به‌عنوان «آخرین نی» بر کوهان شتر (در مناطق بحرانی) عمل کنند.

 درحالی‌که فعالیت گسل شمال تبریز عمدتاً با نیروهای زمین‌ساختی هدایت می‌شود، خشک شدن دریاچه ارومیه، خشکسالی طولانی‌مدت و تغییراقلیم ممکن است به موارد ذیل منجر شود: تغییر توزیع تنش بر روی گسل، به‌طور بالقوه تسریع در زمان‌بندی رخداد زلزله‌های آینده و افزایش خطر لرزه‌ای در مناطق آسیب‌پذیر مانند تبریز با ۱.۵ میلیون نفر جمعیت ثابت و حدود دو میلیون نفر جمعیت در طی روز.