عندما تهتزّ الأرض

بدون أدنى شكّ، كانت الهزّات الأرضيّة إحدى أنواع الكوارث الطبيعيّة المحبطة جدًّا. منذ فجر التّاريخ، كان النّاس يكدحون مئات السنين من أجل بناء مدنٍ مزدهرةٍ، وعلى حين غرّة، ومن غير أيّ مقدّمات لذلك، كانت تنهار هذه المدن خلال ثوانٍ معدودةٍ جرّاء هزّةٍ قويّةٍ مفاجئةٍ تحدث داخل أعماق الأرض، ومن ثمّ تعود إلى أعماق الأرضِ كأنّه لم يحدث شيء.

الكوارث الطّبيعية الّتي وثّقت على مدار التّاريخ، والّتي تحدث في أيّامنا مرّةً كلّ بضعِ سنوات، هي حالاتٌ نادرةٌ لظاهرةٍ منتشرةٍ جدًّا. تقاس كلّ سنة نصف مليون هزّة أرضيّة بقوًى مختلفة في أرجاء العالم. يكون أغلبها أضعف من أن نشعر به، ويمكن كشفُها عن طريق أجهزةِ قياسٍ حسّاسة. الهزّات الأرضية الّتي نشعر بها، والّتي تحدث على سطح الكرة الأرضيّة، هي دلالة على حركاتٍ بطيئةٍ وواسعةِ النطاق، والّتي تذكّرنا أحيانًا أنّ الكرة الأرضيّة ليست مجرّد كتلة صخريّة ساكنة.

 لم يتمكّن التقدّم العمليّ الّذي أُنجِز في القرن الأخير من أن يوفّر لنا القدرة على تنبّؤ الهزّات الأرضيّة، لكّنه هيّأً لنا فهمها وفهم العمليّات الطّبيعيّة الّتي تكمن خلفها، واستغلالِها لبحثِ أسرار أعماق عالمنا.

دمارٌ شاملٌ خلال ثوانٍ معدودة، رسم خشبيّ من سنة 1550 يوثّق هزّة أرضيّة قويّة في إسطنبول، تركيا، عام 1509 | المصدر: CCI ARCHIVES / SCIENCE PHOTO LIBRARY  

ما هي أسباب الهزّات الأرضيّة؟

السّبب الرّئيسيّ للهزّات الأرضيّة، والطّاقة المدمِّرة الّتي تصدر وقت حدوثها، هو الفرق في درجة الحرارة بين نواة الكرة الأرضيّة الملتهبة، والّتي حسب التّقديرات تصل إلى أكثر من 5000 درجة مئوية، وبين غشاء الكرة الأرضيّة الّذي يلامس الفضاء البارد. 

الماجما التي تخرج من غلاف الكرة الأرضيّة تولّد الصفائح التكتونيّة، وتسبّب ذبذباتها الهزّات الأرضيّة | رسم توضيحيّ:CHRISTOPH BURGSTEDT / SCIENCE PHOTO LIBRARY

تتطوّرعلى طرفي الشّقّ صفائح تكتونيّة محيطيّة وهي مستويات البازلت الموسّعة. عمليّة الدّفع الّتي تواجهها بسبب الذّوبان المستمرّ على الغلاف هي عبارة عن القوّة الّتي تدفع حركة الصّفائح التّكتونيّة فوق القشرة. هذه الدّفعة هي أيضًا مصدر الطّاقة لمعظم الهزّات الأرضيّة، الّتي تحدث نتيجة احتكاك الصّفائح التّكتونيّة الواحدة بالأخرى.

هذا يعلو وهذا يهبط، تقلّبات قطعتين من صفيحة تكتونيّة واحدة مع الأخرى تؤدّي إلى هزّة أرضيّة | رسم توضيحيّ: VectorMine, Shutterstock
 

تأتي الضّجّة على شكل أمواج

يُطلق على موجاتِ الطّاقةِ الّتي تنبعثُ خلال الهزّاتِ الآرضيّة "أمواج زلزاليّة"، على اسم الكلمة اليونانيّة القديمة لظاهرة الطّبيعة، وهي تقسم إلى ثلاثة أنواعٍ رئيسيّة: موجات أوّليّة تسمّى أيضًا موجات P، موجات ثانويّة أو موجات S وموجات السّطح. تتحرّك الموجات الأوّليّة والثّانويّة داخل الكرة الأرضيّة، بينما تتحرّك موجات السّطح كما هو واضح من اسمها على سطح الكرة الأرضيّة ولا تخترقه.

الموجات الأوّليّة هي موجات ضغط، تتحرّك بشكلٍ أفقيّ عن طريق دفع الجسيمات إلى الأمام، تدفع هذه الجسيمات باقي الجسيمات الأخرى المتواجدة أمامها، ومن ثمّ تتحرّك الى الخلفِ لتعود إلى مكانها الأصليّ، تشبه هذه الآليّة حركة موجات الصّوت في الهواء. تتحرّك الموجات الأوّليّة بسرعة 24000 كيلومتر في السّاعة، تقريبّا 1.7 ضعف سرعة الموجات الثّانويّة، وهي الموجات الأولى الّتي يتمّ رصدها عن طريق محطّات قياس الزلازل.

موجات القًطع هي الموجات الثّانويّة الّتي يتمّ رصدها في محطّات قياس الزّلازل، وهي تدفع الجسيمات إلى الأعلى والأسفل والجوانب خلال عمليّة تقدّمها. تأتي موجات السّطح بعد الموجات الثّانويّة، وتؤدّي إلى حركاتٍ ميكانيكيّةٍ متنوّعة، مثل حركات القًطع، الّتي من الممكن أن تصلَ إلى طول عدّة سنتيمترات. موجات لاب (Love) هي نوعٌ من هذه الموجات، وهي تحرّك السّطح من جانب لجانب بشكل متعرّج. نوع آخر، هو موجات رايلي (Rayleigh) الّتي تجعل الجسيمات على السّطح تكمل حركة دائريّة قبل أن تعود إلى مكانها، بنفس طريقة حركة أمواج المياه على سطح المحيط. تؤدّي الموجات الثّانويّة والسّطحيّة إلى الضّرر الأكبر عند وقوع الهزّة الأرضيّة، لأنها تهزّ الصّخور والمباني من جانبٍ إلى آخر. 

تساعد معرفة صفات الموجات المختلفة في البحث العلميّ عن الهزّات الأرضيّة ومبنى الكرة الأرضيّة. أنواع الموجات والوسيط الذي تمرّ من خلاله | رسم توضيحي: VectorMine, Shutterstock 
 

لقد تغيّرت التكنولوجيا، وبقيت المبادئ متشابهة. جهاز قديم محمول لقياس الزّلازل، معروض في متحف فيزوف في إيطاليا | تصوير: MAURO FERMARIELLO SCIENCE PHOTO LIBRARY

كان من الدّارج قديمًا وصف قوّة الهزّة الأرضيّة بواسطة سلّم ريختر، الّذي اعتمد على تردّد (ارتفاع) الموجات الزّلزاليّة حسب ما تمّ قياسه في جهاز قياس الزّلازل. طُوّر هذا السلّم لمتابعة الهزّات الأرضيّة في غرب الولايات المتّحدة بمساعدةِ أجهزةٍ قياسٍ خاصّة، ولم تكن بجودةٍ كافية لوصف هزّات أرضيّة في مناطق أخرى في العالم. من المتّبع اليوم تدوين قوّة الهزّة الأرضيّة بواسطة "سلّم مجنيتودا حسب الدّوران"، الّذي يعمل بنفس الطّريقة في كلّ نقطة في العالم. يعتمد هذا السّلّم على صلابة الأرض وأبعاد الحركة الّتي حدثت على طول الإزاحة، تشمل طول الحركة وحجم المساحة في الخطّ الواصل بين طرفي الإزاحة الّذي حدثت به الحركة.

يعبّر مقياس سلّم مجنيتودا حسب الدّوران عن قوّة الهزّة كقيمة بين 1 إلى 10 شبيهًا بمقياس سلّم ريختر. اِرتفاعُ وحدة واحدة في السّلّم تعني ارتفاع الطّاقة ب 31.6 أضعاف من الّتي تحرّرت عند الهزّة. ارتفاعُ وحدتين يعني ارتفاع بـِ 1000 ضعف في تحرير الطّاقة. تسبّب الهزّات الأرضيّة أضرارًا للمباني ابتداءً من درجة قوّة 4، وتصبح معرّضةً للخطر بشكل خاصّ ابتداءً من درجة قوّة 6.

الهزّات الأرضيّة بدرجة 6 وما فوق من الممكن أن تكون خطيرة. مستوى الضّرر حسب سلّم ريختر| رسومات: Tartila, Shutterstock
 

تنبّؤ الهزّات الأرضيّة

للأسف، لم يتمّ اكتشافُ أيّة طريقةٍ مجديّةٍ تتنبّأ بحدوث الهزّات الأرضيّة مسبقًا، لكن في بعضِ الدّول وُزّعت أجهزةٌ قادرةٌ على تحديد بداية الهزّة الأرضيّة، وبذلك يتمّ تحذير سكّان المنطقة بعشرات الثّواني قبل إصابتهم فعليًّا بموجات الطّاقة المدمّرة. هذه الأجهزة مزوّدة بمئات المجسّات الزّلزاليّة الموزّعة على سطح الأرض، وتعتمد طريقة عمَلِها على مبدأ أنّ موجات الطّاقة الأوّليّة غير الخطرة، تتحرّك بشكل أسرع من الموجات الثّانويّة، وبهذا الشّكل تدلّ على اقتراب الخطر. كلّما ابتعد الشّخصُ عن بؤرةِ الهزّةِ الأرضيّة توفّر لهُ وقتُ تنبيهٍ أكبر.

يكمن هنا الحديث عن وقت تحذير قليل، على الأغلبِ يكونُ ثواني معدودة، لكنّه من الممكن أن يوفّر القدرة للنّاس أن يختبئوا في مكانٍ آمنٍ داخل البنايات، إيقافِ وسائل النّقل الجماعيّ، إيقافِ معدّاتٍ ثقيلةٍ وتوقيفِ إجراءاتٍ طبّيّة. يقدّر أن من بين آلاف المصابين بالهزّة الأرضيّة لوما بريتا، الّتي أصابت مركز كاليفورنيا سنة 1989، كان نصفهم بسبب سقوط أغراض ثقيلة. هدف أجهزة الإنذار هو التّقليل من مدى هذه الإصابات. عندما حدثت الهزّة الأرضيّة الصّعبة في اليابان سنة 2011 سجّل هذا الجهاز المفعّل هناك نجاحًا، وتسبّبت هذه الهزّة في تسونامي، وفشل في محطة القوّة الذرّيّة فوكوشيما. ساهمَ الإنذارُ المبكّر في عدم انحراف أيّ قطار عن السكّة الحديديّة، الأمر الّذي كان من الممكن أن يؤدّي إلى إصابات كثيرة.

يصعب تطوير أنظمة الإنذار المبكّر للهزّات الأرضيّة، فهي بحاجةٍ إلى شبكة معقّدة. اِستغرق تأسيس جهاز ShakeAlert، الّذي تمّ تشغيله على طول الشّاطئ الغربيّ للولايات المتّحدة، 15 سنة، وبلغت تكلفتُهُ حوالي 60 مليون دولار. يُمكن استقبال الإنذارات الّتي ترسل من هذا الجهاز بشكل مباشر على الهاتف النقّال، عن طريق تطبيق MyShake المخصّص لذلك.

أخذت شركة جوجل فكرة استعمال الهواتف النقّالة كأجهزة التّحذير المسبق من الهزّات الأرضيّة خطوة إضافيّة إلى الأمام، وقامت بتثبيت في نظام التّفعيل في الأجهزة النقّالة أندرويد، برنامجًا قادرًا على أن يتعرّف على الهزّات الأرضيّة، بدون الحاجة إلى المجسّات الأرضيّة. يعتمدُ هذا البرنامج على استعمالِ مقياس التّسارع المثبّت في كلّ جهاز نقّال تقريبًا، وبهذا حولّت الجهاز النقّال لجهازِ استشعار الزّلازل. عندما يميّز أكثر من مئة جهاز في وقت واحد وفي منطقة معيّنة حركة شبيهة للهزّة الأرضيّة، يرسل النظام تنبيهًا لكلّ أجهزة الأندرويد في المنطقة. ما زال النّظام تحت التّجربة، وهو مفعّل اليوم في اليونان ونيوزيلندا فقط.

على الرّغم من عدم القدرة على التّنبّؤ بحدوث هزّة أرضيّة، يمكن أن يتمّ التّحضير لها مسبقًا بواسطة طرق بناء تزيد من مقاومة الأبنية ضدّ تحرّكات قويّة. إحدى الطّرق الأكثر انتشارًا هي عزل قاعدة المبنى عن الأرض الّتي أسفلها باستخدام المزيج من المكوّنات المطّاطيّة أو كوابل كبيرة، الّتي تمنع انتقال الطّاقة المرنة من الأرض إلى المبنى. غالبًا، لا تسعى هذه المقاييس الموجّهة لبناء أبنية مقاومة للهزّات الأرضيّة من منع الضّرر نهائيًا، إنّما تعمل قدر الإمكان للتّجنّب من إصابات في الأرواح. حُدّدت في إسرائيل مقاييس لبناءٍ مقاومٍ للهزّات الأرضيّة، الّتي أصبحت سارية المفعول في سنة 1980.

إنذار قصير، أوقات التحذير حسب البُعد عن بؤرة الهزّة ( علامته -+) في الهزّة الأرضيّة التي حدثت في نيبال في عام 2015 | رسم توضيحيّ: Blue8111, Wikipedia
 

تصوير مقطعيّ زلزاليّ. متابعة الموجات الناتجة عن الهزّة الأرضيّة تساعد في تخطيط مناطق على سطح الكرة الأرضيّة، مثل البقع التي تحت الغلاف في الجهة اليمنى من الصورة | رسم توضيحيّ: CLAUS LUNAU / SCIENCE PHOTO LIBRARY