آیا بارش برف و باران، تأثیری در وقوع زلزله دارد؟

معمولاً دانشمندان برای جستجو درباره علل رخداد زلزله، ابتدا به سراغ سطوح زیرین زمین می‌روند. مطالعات در قرن‌های اخیر حکایت از آن دارد که برخورد صفحات تکتونیکی و حرکت گسل‌ها و شکاف‌های زیرسطحی، دلیل اصلی ایجاد زمین‌لرزه هستند.

اما حالا دانشمندان دانشگاه MIT به این جمع‌بندی رسیده‌اند که برخی رویدادهای آب‌وهوایی نیز ممکن است در ایجاد برخی زمین‌لرزه‌ها نقش داشته باشد.

نتیجه مطالعه منتشر شده در Science Advances حکایت از آن دارد که دوره‌های بارش سنگین برف و باران در سال‌های اخیر، احتمالاً در وقوع تعدادی از زمین‌لرزه‌ها در شمال ژاپن تأثیرگذار بوده است. این اولین بررسی‌ای است که نشان می‌دهد شرایط آب‌وهوایی ممکن است در وقوع برخی زلزله‌ها نقش داشته باشند.

ویلیام فرانک، نویسنده این مطالعه و استادیار دپارتمان علوم زمین، جو و سیاره (EAPS) دانشگاه MIT دراین‌باره می‌گوید: « ما شاهد آن هستیم که بارش برف روی سطح زمین، بر وضعیت تنش زیرزمینی تأثیرگذار است و زمان‌بندی بارش‌های شدید، با شروع ازدحام زمین‌لرزه‌ها به نحوی در ارتباط است. بدین ترتیب می‌توان گفت که آب‌وهوا به‌وضوح بر واکنش زمین جامد تأثیرگذار است و بخشی از این واکنش، زلزله است.»

تمرکز مطالعه جدید روی مجموعه‌ای از زمین‌لرزه‌های جاری در شبه‌جزیره نوتو ژاپن است. اعضای این گروه کشف کردند که فعالیت‌های لرزه‌ای در منطقه، به طرز شگفت‌آوری با تغییرات خاصی در فشار زیرزمینی که تحت تأثیر الگوهای فصلی بارش برف و بارش است، مرتبطند. البته احتمالاً این ارتباط جدید بین زلزله و آب‌وهوا، منحصر به ژاپن نیست و در وقوع زلزله در بخش‌های دیگر جهان هم وجود دارد.

تاثیر گرمایش زمین بر وقوع زلزله

دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که با گرم شدن کره زمین، احتمالاً تأثیر آب‌وهوا بر زمین‌لرزه‌ها افزایش خواهد یافت. فرانک دراین‌باره ادامه داد: « اگر با تغییرات آب‌وهوایی، شاهد بارش‌های شدیدتر و توزیع بیشتر آب در جو، اقیانوس‌ها و قاره‌ها باشیم، این باعث تغییر نحوه بارگیری پوسته زمین خواهد شد و مطمئناً اثراتی را به همراه خواهد داشت که باید مورد بررسی بیشتر قرار بگیرند.»

از اواخر سال ۲۰۲۰، صدها زمین‌لرزه کوچک در شبه‌جزیره نوتو ژاپن (یک منطقه کوچک که از شمال جزیره اصلی ژاپن به سمت دریای ژاپن به شکل منحنی پیش رفته) به وقوع پیوسته. فعالیت لرزه‌ای نوتو، برخلاف توالی زلزله‌های معمولی، که با یک شوک اصلی شروع‌شده و با چندین پس‌لرزه ادامه یافته و متوقف می‌شود، به نحو دیگری است که به‌عنوان "ازدحام زلزله" از آن یاد می‌شود (الگویی از زمین‌لرزه‌های متعدد و مداوم بدون یک زلزله یا شوک اصلی یا محرک لرزه‌ای آشکار.)

بررسی الگوی شبه‌جزیره نوتو

اعضای گروه MIT و همکاران ژاپنی‌شان به دنبال یافتن الگوی هرگونه ازدحام بودند که زمین‌لرزه‌های مداوم را توضیح دهد. آن‌ها کار را با بررسی کاتالوگ زمین‌لرزه‌های آژانس هواشناسی ژاپن که داده‌هایی درباره فعالیت لرزه‌ای در سراسر کشور در طول زمان را در اختیار دارد آغاز کردند و به بررسی زمین‌لرزه‌های شبه‌جزیره نوتو که جدیدترین ازدحام زلزله را تجربه کرده، در ۱۱ سال گذشته پرداختند.

آن‌ها با بررسی داده‌های لرزه‌ای، تعداد رخدادهای لرزه‌ای را که در طول زمان در منطقه رخ داده را شمرده و متوجه شدند که زمان‌بندی زمین‌لرزه‌های قبل از سال ۲۰۲۰، در مقایسه با اواخر سال ۲۰۲۰ (که زلزله‌ها شدیدتر و خوشه‌ای شدند و نشان از آغاز ازدحام لرزه‌ای بود)، پراکنده و نامرتبط است.

دانشمندان در ادامه به سراغ به مجموعه دوم داده‌ها که داده‌ اندازه‌گیری‌های لرزه‌ای که توسط ایستگاه‌های پایش در همان دوره ۱۱ ساله گرفته شده بود، رفتند. هر ایستگاه هرگونه جابجایی یا لرزش محلی را ثبت کرده و مقایسه میزان لرزش ثبت‌شده در یک ایستگاه با ایستگاه دیگر، ایده خوبی درباره سرعت حرکت موج لرزه‌ای بین ایستگاه‌ها در اختیار دانشمندان قرار داد. این "سرعت لرزه‌ای" به ساختار زمین که موج لرزه‌ای از آن عبور می‌کند، برمی‌گردد. وانگ از اندازه‌گیری‌های ایستگاه برای محاسبه سرعت لرزه‌ای بین هر ایستگاه در داخل و اطراف نوتو در ۱۱ سال گذشته استفاده کرد.

در ادامه، محققان تصویری از سرعت لرزه‌ای در زیر شبه‌جزیره نوتو ایجاد کردند و به الگوی شگفت‌انگیزی رسیدند: در سال ۲۰۲۰، زمانی که به نظر می‌رسید که ازدحام زمین‌لرزه شروع‌شده، تغییرات سرعت لرزه‌ای با فصول هماهنگ بودند. فرانک دراین‌باره گفت: «باید توضیح می‌دادیم که چرا این تغییرات فصلی را بررسی می‌کنیم.»

فشار برف و ایجاد زلزله

این سؤال برای اعضای تیم مطرح شد که آیا تغییرات محیطی از فصلی به فصل دیگر ممکن است تا ساختار زیرین زمین را به نحوی تحت تأثیر قرار دهد که باعث ایجاد انبوه زلزله شود؟ و در ادامه به شکلی خاص، روی چگونگی تأثیر بارش فصلی بر "فشار سیال منفذی" زیرزمینی (یعنی میزان فشاری که مایعات در شکاف‌های زمین در سنگ‌بستر اعمال می‌کنند) پرداختند.

فرانک در این‌باره توضیح داد: «وقتی باران یا برف می‌بارد، این وزن اضافه، فشار منافذ را افزایش خواهد داد و همین به امواج لرزه‌ای اجازه می‌دهد تا آهسته‌تر حرکت کنند. هنگامی‌که تمام این وزن، از طریق تبخیر یا جاری شدن از بین می‌رود، فشار منفذی به‌صورت ناگهانی کاهش‌یافته و امواج لرزه‌ای سریع‌تر می‌شوند.»

وانگ و کوی، دو دانشمند ژاپنی حاضر در این پژوهش، یک مدل هیدرومکانیکی از شبه‌جزیره نوتو را ایجاد کردند تا فشار منفذی زیرین در ۱۱ سال گذشته در واکنش به تغییرات فصلی در بارش‌ها را شبیه‌سازی کنند. آن‌ها مدل داده‌های هواشناسی از جمله اندازه‌گیری روزانه برف، بارندگی و تغییرات سطح دریا در یازده سال گذشته را در اختیار گرفتند و با بهره‌گیری از این مدل، توانستند به ردیابی تغییرات فشار منافذ اضافی در زیر شبه‌جزیره نوتو، قبل و در طول ازدحام زلزله بپردازند و در ادامه، این جدول زمانی تغییر فشار منفذی را با تصویر در حال تکمیل‌شان از سرعت لرزه مقایسه کردند.

فرانک می‌گوید: « ما مشاهدات سرعت لرزه‌ای را انجام می‌دادیم و مدل فشار حفره‌های اضافی را در اختیار داشتیم و با همپوشانی آن‌ها باهم، دیدیم که چقدر با هم هماهنگ هستند.»

دانشمندان متوجه شدند که وقتی در داده‌ها بارش برف و مخصوصاً بارش شدید برف دارند، تناسب بین مدل و مشاهدات قوی‌تر از زمانی است که فقط بارش باران و سایر رویدادها را در نظر می‌گیرند. به‌عبارت‌دیگر، ازدحام زمین‌لرزه در نوتو را می‌توان تا حدی با بارش‌های فصلی و به‌ویژه بارش برف سنگین توجیه کرد.

فرانک ادامه داد: «می‌توان دریافت که زمان وقوع این زمین‌لرزه‌ها با چندین دفعه‌ای که برف شدیدی بارید، مرتبط هستند. ما فکر می‌کنیم که یک ارتباط فیزیکی بین این دو رویداد وجود دارد.»

محققان گمان می‌کنند که بارش برف سنگین و بارش‌های شدید مشابه ممکن است در وقوع زمین‌لرزه در بخش‌های دیگر زمین هم نقش داشته باشد؛ هرچند که هنوز هم معتقدند که محرک اولیه هر زمین‌لرزه همیشه از زیر زمین منشأ می‌گیرد.

فرانک می‌گوید: « وقتی برای اولین بار می‌خواهیم درک کنیم که زلزله‌ها چگونه رخ می‌دهند، به سراغ تکتونیک صفحه‌ای می‌رویم که اولین دلیل وقوع زلزله هستند؛ اما عوامل دیگری هم می‌توانند روی زمان و چگونگی وقوع زلزله تأثیرگذار باشند. اینجاست که به سراغ عوامل کنترل‌کننده درجه دوم می‌رویم که طبیعی است که آب‌وهوا نیز یکی از این عوامل ثانویه به شمار می‌رود.»

منبع: news.mit.edu