موج‌های بارشی و ارتباط شان با زمین‌لرزه

یادداشتی از مهدی زارع زلزله‌شناس و رئیس شاخه زمین‌شناسی فرهنگستان علوم

به گفته مدیرکل پیش‌بینی و هشدار سریع سازمان هواشناسی در طول روز دوشنبه (۱۷ آذر) از فعالیت سامانه بارشی در بیشتر مناطق کشور کاسته می‌شود. در این روز استان‌های واقع در دامنه‌های جنوبی البرز، اردبیل، آذربایجان شرقی، مرکزی، قم، لرستان، اصفهان و شمال یزد بارش پراکنده رخ می‌دهد. طی روز سه‌شنبه (۱۸ آذر) بارش خفیف باران در غرب سواحل ادامه دارد و این سامانه بارشی به‌تدریج از مرزهای شرقی کشور خارج می‌شود. آیا این موج‌های بارندگی می‌تواند با تحریک رخداد زمین‌لرزه‌ها در ایران همراه شود؟

افسانه‌های زیادی در مورد زلزله در تاریخ وجود داشته است. مثلا اینکه چیزی به عنوان «هوای زلزله» وجود دارد؛ انواع خاصی از شرایط آب و هوایی که به طور معمول قبل از زلزله هستند، مانند هوای گرم و خشک، یا خشک و ابری. فیلسوف یونانی ارسطو، در هفت قرن قبل از میلاد مطرح کرده که زمین‌لرزه توسط بادهای به دام افتاده در غارهای زیرزمینی ایجاد می‌شود. او بر این باور بود که مقدار زیادی هوای محبوس‌شده در زیر زمین باعث می‌شود هوا در سطح زمین قبل از زلزله گرم و آرام باشد. البته امروز همه این‌ها را به عنوان داستان‌های پیشاعلم مدرن، و غیرعلمی می‌شناسیم.

با ظهور زلزله شناسی – علم مطالعه زمین‌لرزه‌ها – اکنون می‌دانیم که بیشتر زمین‌لرزه‌ها ناشی از فرایندهای زمین‌ساختی است؛ نیروهای درون زمین جامد که تغییرات ساختار پوسته زمین را ایجاد می‌کنند. در درجه اول شکستگی توده‌های سنگی زیرزمینی در امتداد گسل‌ها (شکستگی‌های صفحه‌ای ضعیف) رخ می‌دهد. ضمنا بیشتر زمین‌لرزه‌ها در اعماق زیاد زیر سطح زمین، بسیار فراتر از اثر درجه حرارت و شرایط سطح زمین اتفاق می‌افتد. می‌دانیم که توزیع آماری زمین‌لرزه‌ها در انواع شرایط آب و هوایی تقریباً برابر است. نابراین افسانه ارسطو شکست خورده است.

تنها ارتباطی که بین زمین‌لرزه‌ها و هوا مشاهده شده این است که تغییرات زیادی در فشار جو ناشی از طوفان‌های بزرگ گاهی اوقات باعث زمین‌لرزه‌های «آهسته» یا «کند» (slow earthquakes) می‌شود.  انرژی در مدت زمان نسبتاً طولانی منجر به لرزش زمین می‌شود که البته مانند زمین‌لرزه‌های معمولی نیست.   زلزله آهسته لرزه‌ای ناپیوسته و شبیه زلزله است که به جای دوام ثانیه تا دقیقه، انرژی را در طول چند ساعت تا ماه آزاد می‌کند که می‌توان با استفاده از داده‌های لرزه‌سنج فیلتر شده در محدوده 1تا 5 هرتز آن را تشخیص داد.

چنین زمین‌لرزه‌های با فرکانس پایین، همان ویژگی نوسان‌های زمین‌لرزه‌های معمولی را ندارند، به این دلیل که امواج درونی فشاری (ورود موج P ) دارای دامنه‌هایی بسیار اندک هستند.

ژئوفیزیک‌دانان آزمایشگاه پیشران جت ناسا در پاسادنا، کالیفرنیا، می‌گویند برای ایجاد ارتباط بین آب و هوا و زلزله، ابتدا باید تعیین کنید

که چه نوع فرآیندهای زمین‌ساختی ممکن است به پدیده‌های آب و هوایی مرتبط باشد. دانشمندان می‌دانند که زمین‌لرزه‌ها می‌توانند با تغییر در میزان تنش ناشی از گسل ایجاد یا مهار شوند.

بزرگترین متغیر آب و هوایی که می‌تواند بارهای تنش گسلی را تغییر دهد، آب‌های سطحی به صورت باران و برف است. به طور معمول، جایی که ما شاهد این نوع همبستگی‌ها هستیم، در ریزلرزه‌نگاری است.  زمین‌لرزه‌های کوچک با بزرگای کمتر از صفر، بسیار کوچکتر از حد احساس انسان هستند و بسیار فراوان رخ می‌دهند.

رابطه‌ای بین میزان ریزلرزه‌نگاری در هیمالیا و فصل باران‌های موسمی سالانه پیدا شده است. در ماه‌های تابستان، بارش زیادی در دشت هند و گنگ رخ می‌دهد، که مناطق شمالی شبه قاره هند را در بر می‌گیرد. این باعث افزایش بار تنش در پوسته زمین در آنجا می‌شود و سطح میکروسکوپی در هیمالیای مجاور را کاهش می‌دهد. در طول فصل خشک زمستان، وقتی وزن آب کمتری روی پوسته زمین در دشت وجود دارد، ریز‌لرزه‌های هیمالیا به اوج خود می‌رسد.

پیش‌روی ابرهای موسمی و رگبارها در هند و بارش در طول فصل سال موسمی در دشت هندو-گنگتی باعث افزایش بار تنش در پوسته زمین در آنجا و کاهش تعداد زمین‌لرزه در رشته کوه مجاور در هیمالیا می‌شود. برعکس، در طول فصل خشک، کاهش وزن آب روی پوسته زمین در دشت باعث می‌شود که ریز لرزه در هیمالیا به اوج برسد.

البته  نتیجه‌گیری به همین ترتیب در مورد زمین‌لرزه‌های بزرگتر بسیار دشوارتر است. تغییرات استرس نسبتاً کوچک در اثر فشارهای مشابه آب و هوا می‌تواند ریز‌لرزه‌ها را تحت اثر قرار دهد. بسیاری از شکستگی‌های کوچک در پوسته زمین ناپایدار هستند.  جزر و مد نیز می‌تواند باعث لرزش ضعیف زمین شود که به عنوان ریزلرزه شناخته می‌شود اما مشکل اصلی، شناخت خرد‌لرزه‌ها و اندازه‌گیری آنها با هدف تشخیص و پیش‌بینی احتمالی یک زمین‌لرزه شدید است.

ما می‌دانیم که تأثیرات فصلی می‌تواند باعث تغییر گسل‌ها شود، اما در مورد پدیده‌های آب و هوایی دوره‌ای کمتر، مانند خشکسالی طولانی مدت نیز ممکن است منشا تغییرات باشند.

تغییرات بار تنش بر روی پوسته زمین در دوره خشکسالی می‌تواند قابل توجه باشد. با استفاده از داده‌های شبکه ایستگاه‌های سامانه موقعیت‌یاب جهانی GPS با دقت بالا در کالیفرنیا، اورگان و واشنگتن نشان داد که دوره‌های متناوب خشکسالی و بارش شدید در سیرا نوادا بین سال‌های 2011 و 2017 باعث بالا آمدن میکروسکوپی رشته‌کوه‌ها تا نزدیک به دو و نیم سانتی‌متر می‌شود و سپس به نصف این مقدار سقوط می‌کند، زیرا سنگ‌های کوه در طول خشکسالی آب خود را از دست داده و دوباره آن را بازیافته‌اند.

چنین تغییرات تنشی می‌تواند به طور بالقوه در گسل‌های آن محدوده  احساس شود. مثلا دامنه سیرا نوادا در کالیفرنیا در طی یک دوره خشکسالی به دلیل از دست دادن آب از درون شکاف سنگ‌ها، تقریباً دو و نیم سانتی‌متر افزایش یافت. پمپاژ آب‌های زیرزمینی از سفره‌های زیرزمینی توسط انسان، که در زمان خشکسالی تشدید می‌شود، همچنین نشان می‌دهد که بر اثر «بی‌وزنی» پوسته زمین بر الگوهای بارهای تنش تأثیر می‌گذارد.

بررسی اثرات استخراج آب‌های زیرزمینی در دره مرکزی کالیفرنیا بر لرزه‌خیزی در گسل سان‌آندریاس مجاور نشان داد که چنین استخراج‌هایی می‌تواند باعث ایجاد تغییرات جانبی تنش در دو طرف این گسل شود، که در امتداد مرز دو ورقه اصلی زمین‌ساختی به صورت افقی از کنار یکدیگر حرکت می‌کنند. این امر به طور بالقوه می‌تواند باعث از بین رفتن قفل بین دو صفحه و لغزش آنها و در نتیجه منجر به زلزله شود.