زلزله یا لرزه ناشی از انفجار زیر زمینی؟

 شفاانلاین»حادثه  شب گذشته زمین‌لرزه‌ای به بزرگی ۵,۵ ریشتر (و بر اساس برخی گزارش‌ها ۵٫۱) حوالی شهر سرخه را در استان سمنان لرزاند. این زلزله در بخش‌هایی از استان‌های تهران، قم و مازندران نیز احساس شد. 

به گزارش شفاآنلاین مقایسه گزارش ثبت‌شده در مرکز لرزه‌شناسی کشوری با چند مرکز معتبر لرزه‌شناسی جهانی که در جدول زیر آمده، از سازگاری داده‌ها حکایت دارد.

کم‌عمق بودن زلزله دلیل اصلی احساس شدن آن در گستره وسیعی ازجمله استان‌های تهران، قم و مازندران است. مرکز لرزه‌نگاری کشوری ایران بزرگی زلزله را ۵٫۵ اعلام کرده که اندکی بالاتر از گزارش‌های جهانی است. این اختلاف می‌تواند ناشی از نزدیکی بیشتر ایستگاه‌های داخلی به کانون زلزله و استفاده از مقیاس‌های متفاوت باشد.

دانشمندان چگونه موقعیت کانون زلزله را پیدا می‌کنند؟

تعیین محل دقیق وقوع یک زلزله یا کانون آن، فرآیند علمی دقیقی است که با استفاده از ابزارهایی به نام لرزه‌نگار (Seismograph) و تحلیل امواج لرزه‌ای انجام می‌شود. این فرآیند به طور خلاصه در سه مرحله اصلی انجام می‌شود:

۱. ثبت امواج لرزه‌ای با لرزه‌نگارها

وقتی زلزله‌ای رخ می‌دهد، انرژی آزادشده به صورت امواج لرزه‌ای در تمام جهات در داخل زمین منتشر می‌شود. این امواج انواع مختلفی دارند، اما دو نوع اصلی که برای مکان‌یابی استفاده می‌شوند عبارت‌اند از:

• امواج اولیه، طولی یا فشاری (P-waves) : این امواج سریع‌ترین امواج لرزه‌ای‌اند (با سرعت حدود ۸ کیلومتر بر ثانیه) و اولین سیگنالی هستند که به ایستگاه‌های لرزه‌نگاری می‌رسند. آن‌ها موج طولی به شمار می‌آیند و شبیه به امواج صوتی (یا نوسان منتشرشده در طول فنر)، مواد را در جهت حرکت خود فشرده و منبسط می‌کنند.
• امواج ثانویه، عرضی یا برشی (S-waves) : این امواج کندتر از امواج P حرکت می‌کنند (با سرعت حدود ۴٫۵ کیلومتر بر ثانیه) و ذرات را عمود بر جهت حرکت موج (شبیه به موج روی سطح آب)، به بالا و پایین یا چپ و راست حرکت می‌دهند. این امواج قدرت تخریبی بیشتری دارند.

در سراسر جهان، شبکه‌ای از هزاران ایستگاه لرزه‌نگاری وجود دارد که پیوسته لرزش‌های زمین را ثبت می‌کنند. این دستگاه‌ها آن‌قدر حساسند که می‌توانند لرزش‌های بسیار ضعیف را از فاصله‌های بسیار دور ثبت کنند.

دانشمندان می‌توانند با قاطعیت منشأ یک لرزش را مشخص کنند. به همین دلیل است که امروزه انجام یک آزمایش هسته‌ای مخفیانه بدون اینکه شناسایی شود، تقریباً غیرممکن است.

۲. محاسبه فاصله ایستگاه تا زلزله

کلید اصلی مکان‌یابی زلزله، تفاوت در سرعت امواج P و S است. ازآنجایی‌که امواج P سریع‌ترند، همیشه زودتر از امواج S به ایستگاه لرزه‌نگاری می‌رسند.

دانشمندان با اندازه‌گیری دقیق اختلاف زمان بین رسیدن اولین موج P و اولین موج S در هر ایستگاه، می‌توانند فاصله آن ایستگاه را تا کانون زلزله حساب کنند. هرچه این اختلاف زمانی بیشتر باشد، یعنی زلزله در فاصله دورتری از آن ایستگاه رخ داده است.

با محاسبه این فاصله، دانشمندان می‌فهمند که کانون زلزله روی دایره‌ای به شعاع همان فاصله و به مرکزیت آن ایستگاه لرزه‌نگاری قرار دارد؛ اما هنوز مکان دقیق آن روی این دایره مشخص نیست. هم‌چنین با توجه به شدت موج دریافتی و فاصله حساب‌شده می‌توان برآوردی از قدرت انفجار به دست آورد.

۳. روش مثلث‌بندی (Triangulation) برای تعیین نقطه دقیق

برای پیدا کردن نقطه دقیق کانون زلزله، به اطلاعات حداقل سه ایستگاه لرزه‌نگاری نیاز است. به این روش «مثلث‌بندی» می‌گویند:

1. ایستگاه اول، فاصله تا زلزله را محاسبه کرده و دایره‌ای را به همان شعاع روی نقشه رسم می‌کند.
2. ایستگاه دوم نیز همین کار را تکرار می‌کند. حالا محل زلزله باید یکی از دو نقطه‌ای باشد که این دو دایره یکدیگر را قطع می‌کنند.
3. ایستگاه سوم با رسم دایره سوم، محل دقیق زلزله را مشخص می‌کند. کانون زلزله نقطه‌ای است که هر سه دایره در آن یکدیگر را قطع می‌کنند.

امروزه این محاسبات به‌صورت آنی با کامپیوتر انجام می‌شود و به همین دلیل است که چند دقیقه پس از وقوع زلزله، مراکز زلزله‌شناسی می‌توانند مکان و بزرگی آن را با دقت بالا اعلام کنند. برای محاسبه بزرگی زلزله نیز برآورد قدرت زلزله در هر سه ایستگاه (و احتمالاً دیگر ایستگاه‌ها) ترکیب می‌شود.

نقطه‌ای که در آن سه دایره همدیگر را قطع می‌کنند، مرکز سطحی (Epicenter) زلزله نامیده می‌شود؛ یعنی نقطه‌ای که دقیقاً در سطح زمین و بالای محل اصلی وقوع زلزله قرار دارد. محل واقعی آزاد شدن انرژی در عمق زمین، کانون ژرفی یا هایپوسنتر (Hypocenter)  نام دارد. عمق کانون نیز با تحلیل‌های پیچیده‌تر روی داده‌های امواج لرزه‌ای محاسبه می‌شود.

چگونه عامل زمین‌لرزه را تشخیص دهیم؟

دانشمندان روش‌های کاملاً دقیقی برای تشخیص منشأ لرزش‌های زمین دارند و می‌توانند با اطمینان بالایی بگویند که فلان رویداد لرزه‌ای، زمین‌لرزه‌ای طبیعی بوده یا حاصل انفجاری زیرزمینی (مانند یک آزمایش اتمی). این تشخیص بر اساس تحلیل «اثرانگشت لرزه‌ای» هر رویداد انجام می‌شود. زلزله و انفجار، هرکدام اثرانگشت منحصربه‌فرد خود را روی دستگاه‌های لرزه‌نگار به جا می‌گذارند.

اگر رویداد لرزه‌ای در عمق ۱۰ کیلومتری یا بیشتر ثبت شود، تقریباً با اطمینان کامل می‌توان گفت که زلزله‌ای طبیعی است. رویدادهای بسیار کم‌عمق مشکوکند و باید با شواهد دیگر بررسی شوند.

چند تفاوت اصلی که به دانشمندان کمک می‌کند تا این دو را از هم تشخیص دهند، عبارتند از:

۱. نسبت انرژی امواج P به امواج S (کلیدی‌ترین تفاوت)

این ویژگی مهم‌ترین سرنخ است.

• انفجار زیرزمینی مانند بادکنکی است که ناگهان در زیر زمین باد می‌شود. تمام انرژی آن به‌صورت یکسان به بیرون فشار می‌آورد. این پدیده، موج P بسیار قدرتمندی تولید می‌کند اما چون حرکت برشی (مانند قیچی) وجود ندارد، موج S بسیار ضعیفی ایجاد می‌کند یا اصلاً تولید نمی‌کند.
• زمین‌لرزه طبیعی یا همان زلزله حاصل لغزش و برش دو تکه از پوسته زمین در امتداد یک گسل است. این حرکت برشی، انرژی بسیار زیادی را به‌صورت موج S آزاد می‌کند؛ بنابراین زلزله طبیعی هم موج P و هم موج S بسیار قدرتمندی دارد.

 اگر یک رویداد لرزه‌ای موج P  قوی ولی موج S ضعیفی داشته باشد، به احتمال بسیار زیاد یک انفجار است. اگر هر دو موج قوی باشند، یک زلزله طبیعی است.

۲. عمق کانون رویداد  (Hypocenter)

• انفجارهای زیرزمینی به دلایل فنی همیشه در عمق بسیار کم (معمولاً کمتر از ۲ تا ۳ کیلومتر) رخ می‌دهند. حفر چاله‌هایی عمیق‌تر از این برای آزمایش‌های زیرزمینی بسیار دشوار و پرهزینه و عملاً ناممکن است.
• زمین‌لرزه طبیعی اما می‌توانند در طیف وسیعی از عمق‌ها، از سطح زمین تا عمق بیش از ۷۰۰ کیلومتر رخ دهند.

اگر رویداد لرزه‌ای در عمق ۱۰ کیلومتری یا بیشتر ثبت شود، تقریباً با اطمینان کامل می‌توان گفت که زلزله‌ای طبیعی است. رویدادهای بسیار کم‌عمق مشکوکند و باید با شواهد دیگر بررسی شوند.

۳. شکل اولین موج (First Motion)

• انفجار زیرزمینی، نیروی فشاری رو به بیرون ایجاد می‌کند، بنابراین اولین موج P که به تمام ایستگاه‌های لرزه‌نگاری در هر جهتی می‌رسد، یک حرکت فشاری (Compression) یا «به سمت بالا» را نشان می‌دهد.
• در زمین‌لرزه طبیعی، حرکت گسل پیچیده‌تر است. بسته به موقعیت ایستگاه لرزه‌نگاری نسبت به گسل، اولین حرکت ثبت‌شده می‌تواند فشاری (به سمت بالا) یا کششی (Dilatation) یعنی «به سمت پایین» باشد.

اگر تمام ایستگاه‌های اطراف یک رویداد، اولین حرکت را به صورت فشاری و رو به بالا ثبت کنند، احتمال انفجاری بودن آن بسیار بالاست.

۴. امواج سطحی

برای رویدادهایی با بزرگی یکسان، زلزله‌های طبیعی (به‌خصوص کم‌عمق) در تبدیل انرژی خود به امواج سطحی که عامل اصلی تخریبند، بسیار کارآمدتر عمل می‌کنند. انفجارها انرژی کمتری را به این نوع امواج مخرب تبدیل می‌کنند.

اگر رویداد لرزه‌ای امواج درونی قوی اما امواج سطحی ضعیفی داشته باشد، می‌تواند نشانه دیگری از انفجار باشد.

با کنار هم گذاشتن تمام این شواهد، دانشمندان می‌توانند با قاطعیت منشأ یک لرزش را مشخص کنند. به همین دلیل است که امروزه انجام یک آزمایش هسته‌ای مخفیانه بدون اینکه شناسایی شود، تقریباً غیرممکن است