في 16 فبراير 1861 ، ضرب زلزال بقوة 8.5 درجة جزيرة سومطرة الإندونيسية بالقرب من سومطرة في المحيط الهندي. هز الزلزال الجانب الجنوبي الشرقي من الجزيرة ، المسمى Simeulue ، مما تسبب في حدوث تسونامي. تدفق هذا الجدار الضخم من المياه المتدفقة على الشاطئ ، ودمر البلدات وأودى بحياة الآلاف.
اكتشف فريق من العلماء مؤخرًا أن زلزالًا آخر سبق هذا الحدث المميت. بدأ ذلك الزلزال عام 1829 - ولم يتوقف لمدة 32 عاما!
ومع ذلك لم يشعر أحد بهزة واحدة.
يُطلق على هذا النوع من الزلازل البطيئة الحركة "حدث الانزلاق البطيء". وقد أطلق عليها أيضًا اسم "الزلازل الصامتة" لأنه لا يمكن حتى لأدوات مثل مقاييس الزلازل (Size-MAH-meh-turs) اكتشافها. بدأ العلماء في اكتشافهم فقط بسبب التقدم الذي حدث منذ حوالي عقدين من الزمن في تقنية GPS (نظام تحديد المواقع العالمي).
تساعد دراسة الزلازل العلماء على اكتشاف ما يحدث تحت سطح الأرض. يمكن لكل زلزال ، صغير أو كبير ، أن يعلم العلماء شيئًا عن مدى اهتزاز الأرض في المستقبل. لسوء الحظ ، لا يمكن لأحد أن يتوقع متى سيضرب الزلزال. يتعين على العلماء فقط الاستعداد لدراسة أي زلزال يضرب.
لكن أحداث الانزلاق البطيء مثل تلك التي وقعت بالقرب من سومطرة غيرت اللعبة بالنسبة للعلماء. تحدث هذه الزلازل الصامتة بشكل متكرر في جميع أنحاء العالم. في بعض الأحيان ، يحدث حدث الانزلاق البطيء قبل وقوع زلزال عادي. هذا يعني أن نوعي حركات الأرض قد يكونان مرتبطين. من خلال التحقيق في أحداث الانزلاق البطيء ، يأمل العلماء في فهم الزلازل المنتظمة بشكل أفضل - وربما كيفية التنبؤ بها.
الزلازل الصامتة
يتكون سطح الأرض من مجموعة من الصفائح التكتونية:كتل ضخمة من الصخور ، مثل الأرض تحت قدميك. تقع هذه الصفائح فوق طبقة عميقة من الصخور الساخنة اللزجة التي تسمح لها بالانزلاق. أحيانًا تصطدم الألواح ببعضها البعض. في أوقات أخرى ، ينزلقون بعيدًا عن بعضهم البعض. في بعض الأحيان ينزلقون أمام بعضهم البعض.
نظرًا لأن هذه اللوحات تلعب لعبة بطيئة الحركة من السيارات الواقية من الصدمات ، فإنها تتعثر أحيانًا معًا. ثم تدفع الصخور وتدفع بعضها ضد بعض ، مما يخلق ضغوطًا. عندما تنفصل الصخور فجأة أو تنكسر ، فإنها تطلق الكثير من هذا الضغط على شكل زلزال. هذا مشابه لما يحدث عندما تثني عصا. عندما تبدأ في ثني العصا ، يتراكم التوتر في المنتصف. بمجرد أن يكون هناك الكثير من الضغط ، فإن العصا تنفجر.
الشرح:فهم الصفائح التكتونية
عندما يحدث هذا تحت الأرض ، يرسل هذا الضغط موجات من الطاقة ، تسمى الموجات الزلزالية ، عبر الأرض. على الأرض ، يمكننا أن نرى ذلك ونشعر به عندما تهتز الأرض. يمكن لمقاييس الزلازل تسجيل تلك الموجات - حتى في منتصف الطريق عبر الكوكب.
ربما تكون هذه الزلازل من النوع الذي تفكر فيه عندما تسمع كلمة "زلزال". صور مؤطرة تتساقط من الجدران ، مزهريات محطمة ، الأرض قعقعة. وعلى الرغم من أن هذه الزلازل يمكن أن تكون مخيفة ومميتة ، إلا أنها تدوم عادة أقل من دقيقة. أحداث الانزلاق البطيء مختلفة تمامًا. يمكن أن تستمر أيامًا أو أسابيع أو أكثر. كما يكتشف الباحثون الآن ، يمكن أن تستمر هذه الزلازل الصامتة لعقود في بعض الأحيان.
يقول ريشاف ماليك:"نحن نحب أحداث الانزلاق البطيء لأنها تمنحك كل إثارة الزلازل ، فقط بالحركة البطيئة". يدرس الجيوديسيا (Jee-AH-deh-see) ، أو الشكل الدقيق ثلاثي الأبعاد للأرض في أي نقطة معينة على الأرض. يعمل في جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة.
في حدث الانزلاق البطيء ، لا تزال الصخور تنزلق على بعضها البعض ولكن ببطء شديد ، كما توضح لورا والاس. إنها عالمة جيوديسية تقسم وقتها بين مؤسستين علميتين. أحدهم موجود في GNS Science ، Te Pū Ao ، في نيوزيلندا. تقع في مدينة تسمى لوير هات. مؤسستها الأخرى هي جامعة تكساس في أوستن. أثناء حدث الانزلاق البطيء ، تتحرك الصخور ببطء شديد بحيث "تتبدد الطاقة ببطء شديد ،" كما تقول. "لا تشعر بالاهتزاز".
يمكن أن تنزلق الصخور بقدر ما تنزلق في الزلزال العادي. انها فقط تستغرق وقتا أطول بكثير. يقول والاس إنه إذا انزلقت الصخور بنفس المسافة في ثوانٍ ، فقد يُسجل مثل هذا الزلزال بقوة 7 درجات. هذا من شأنه أن يؤدي إلى بعض الاهتزازات القوية. إنه قوي بما يكفي لإتلاف المباني أو حتى قتل الأشخاص غير المحظوظين.
يكتشف العلماء العديد من أحداث الانزلاق البطيء على طول هياكل تسمى مناطق الاندساس. في مثل هذه المنطقة ، تغوص صفيحة محيطية تحت صفيحة قارية. على طول الساحل الشمالي الغربي للمحيط الهادئ للولايات المتحدة ، تغوص صفيحة خوان دي فوكا المحيطية تحت صفيحة أمريكا الشمالية. وقد شكل هذا منطقة اندساس. تسمى حدود الصفائح التكتونية منطقة الاندساس كاسكاديا (CSZ). يمتد من فانكوفر ، كندا إلى شمال كاليفورنيا.
يقول والاس إن الأجزاء الضحلة من خطأ CSZ "مقفلة" حاليًا. الصخور العالقة على طول هذا الصدع لا يمكنها تجاوز بعضها البعض. كل 400 إلى 600 عام أو نحو ذلك ، يتراكم التوتر لدرجة أن الصخور تنفجر وتتأرجح مع بعضها البعض بسرعة كبيرة. هذا يؤدي إلى وقوع زلزال "هائل". الزلازل الضخمة هي بعض من أكبر الأحداث الطبيعية وأكثرها تدميراً على كوكب الأرض. كان زلزال اليابان عام 2011 الذي تسبب في حدوث تسونامي وقتل الآلاف بمثابة زلزال من هذا القبيل.
يقول والاس إن العلماء يكتشفون دوريًا أحداث الانزلاق البطيء على مساحات غير مقفلة من CSZ. وطبيعتها الصامتة وطول مدتها ليست السمات الوحيدة التي تجعلها مختلفة عن الزلازل العادية. عادة ما تحدث أحداث الانزلاق البطيء على عمق أعمق من الزلازل العادية. قد يحدث الزلزال من 20 إلى 30 كيلومترًا (12 إلى 18 ميلًا) تحت الأرض. يمكن أن يقع حدث الانزلاق البطيء حتى عمق 60 كيلومترًا (37 ميلًا). يعتقد العلماء أن هذه الزلازل تحدث على عمق أكبر لأنها أكثر سخونة هناك. لذلك تكون الصخور أكثر مرونة في هذه درجات الحرارة المرتفعة. قد تكون هناك أيضًا سوائل تعمل على تليين العطل ، مما يقلل الاحتكاك ويسهل على الألواح الانزلاق عبر بعضها البعض.
اكتشاف أحداث الانزلاق البطيء
تسمح سرعتها الفائقة لأحداث الانزلاق البطيء بالتهرب من مقاييس الزلازل. فهي لا تنتج موجات زلزالية قوية يمكنها السفر عبر الأرض - وتسبب كل ذلك الاهتزاز. تفسر هذه الطبيعة الخفية سبب استغراق العلماء وقتًا طويلاً حتى لاكتشافهم. قبل خمسين عامًا ، أشارت مجموعات البيانات الصغيرة إلى حدوث زلازل تتحرك ببطء. لكن التكنولوجيا لم تكن جيدة بما يكفي لاكتشافها بشكل كامل. في الواقع ، لم يكن الأمر كذلك حتى العشرين عامًا الماضية أو نحو ذلك حتى تمكن العلماء من إظهار أن هذه الأحداث البطيئة كانت جارية ، كما يقول والاس. ساعدت التطورات في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) العلماء في التعرف عليهم في النهاية.
منذ الثمانينيات من القرن الماضي ، درس العلماء حركات ألواح الأرض باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). هذه هي نفس التقنية التي توفر موقع خريطتك والاتجاهات على هاتفك. يعتمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على حوالي 30 قمراً صناعياً. كل يدور حول الأرض مرتين في اليوم. عندما يتلقى هاتفك الذكي إشارة من عدة أقمار صناعية ، يمكنه حساب مكان وجوده على الأرض ، وأنت. يمكن لأجهزة استقبال GPS المثبتة في مناطق الصدع أن تخبر العلماء عن مقدار تحرك الأرض بين الزلازل وأثناءها وبعدها. يمكن لهذه الأجهزة قياس حركة الأرض وصولاً إلى المليمتر (حوالي واحد وعشرون من البوصة).
قبل اكتشاف أحداث الانزلاق البطيء ، كان العلماء يزورون مناطق الصدع بشكل دوري باستخدام وحدة GPS لقياس موقعها. سيسمح لهم ذلك بتسجيل حركة الأرض بمرور الوقت. في أواخر التسعينيات ، بدأ العلماء في الشك في حدوث أحداث الانزلاق البطيء. لذلك بدأوا في وضع وحدات GPS "تعمل باستمرار" في مناطق الأعطال. وحدات GPS الدائمة هذه توفر دفقًا ثابتًا من البيانات.
أثناء حدث الانزلاق البطيء ، قد تتحرك إحدى وحدات GPS هذه بضعة سنتيمترات (حوالي بوصة واحدة أو نحو ذلك) على مدار أسبوعين. تُظهر هذه الحركة حدوث حدث انزلاق بطيء. على سبيل المثال ، عندما تغوص صفيحة خوان دي فوكا شرقًا ، فإنها تدفع صفيحة أمريكا الشمالية شرقًا أيضًا. تلتقط إشارات GPS الحركة باتجاه الشرق على لوحة أمريكا الشمالية. ولكن ، أثناء حدث الانزلاق البطيء ، ستتحرك وحدات GPS هذه باتجاه الغرب قليلاً فقط. هذه هي لوحة أمريكا الشمالية التي تنزلق ببطء للخلف مقابل لوحة خوان دي فوكا.
يمكن للعلماء اكتشاف أحداث الانزلاق البطيء القديمة أيضًا. وحدات GPS ليست مفيدة ، لأن هذه الأحداث حدثت منذ زمن بعيد. هنا ، يجب على العلماء أن يكونوا مبدعين. اكتشف ماليك وفريقه ، على سبيل المثال ، حدث الانزلاق البطيء البالغ من العمر 200 عام بالقرب من سومطرة من خلال قراءة أنماط النمو في الشعاب المرجانية القديمة.
تنمو الشعاب المرجانية من خلال بناء طبقات من الهيكل العظمي ، واحدة فوق الأخرى. هذه الطبقات الهيكلية المختلفة تشبه نوعًا ما حلقات الأشجار. يمكن للطبقات المختلفة - في حلقات الأشجار أو في الشعاب المرجانية - أن تخبر العلماء عن البيئة التي نمت فيها الطبقة. يلاحظ ماليك أن الشعاب المرجانية تنمو بشكل أفضل في المياه الضحلة. هنا يمكنهم الحصول على الكثير من الضوء أثناء نموهم باتجاه سطح المحيط. عندما يكون هناك ارتفاع في مستوى سطح البحر ، تنمو الشعاب المرجانية لأعلى باتجاه الضوء. عندما تنخفض مستويات سطح البحر ، تنمو الشعاب المرجانية للخارج لتجنب ملامستها للهواء الطلق.
في بعض الشعاب المرجانية على طول ساحل جزيرة سيمولو ، بالقرب من سومطرة ، لاحظ ماليك وزملاؤه أن الشعاب المرجانية أظهرت أنماط نمو غريبة. يبدو أن مستوى سطح البحر قد ارتفع أكثر مما كان معتادًا في ذلك الجزء من الكرة الأرضية. أكد الباحثون أن البحر لم يرتفع - الأرض نفسها غرقت.
لفهم أنماط النمو الغريبة للشعاب المرجانية ، نظر فريق ماليك في البيانات من الأبحاث السابقة. قام العلماء السابقون بقياس عمر الشعاب المرجانية. لقد فعلوا ذلك من خلال دراسة الطبقات الفردية لنمو المرجان. تحتوي كل طبقة على معلومات حول وقت تشكلها. يمكن للباحثين تحديد عمر تلك الطبقات بناءً على الكميات المختلفة لنظائر الكربون التي تحتوي عليها. (هذه النظائر هي نسخ من ذرات الكربون تختلف في عدد النيوترونات في نواتها). قرر العلماء أن الأرض كانت تغرق لمدة 32 عامًا ، بدءًا من عام 1829. ثم في عام 1861 ، ماتت جميع الشعاب المرجانية. لقد تم دفعهم فوق سطح المحيط وتعرضوا للهواء. الشيء الوحيد الذي كان بإمكانه دفع الشعاب المرجانية عالياً هو الزلزال الذي بلغت قوته 8.5 درجة والذي ضرب بالقرب من سومطرة في ذلك العام.
نشر الفريق النتائج التي توصلوا إليها في مايو في Nature Geoscience .
الآن يتساءل الباحثون:هل يمكن ربط أحداث الانزلاق البطيء والزلازل المنتظمة؟ إذا كان الأمر كذلك ، فكيف؟ يقول والاس:"ربما يكون هذا أحد أكبر الأشياء التي نحاول التعامل معها الآن".
لغز لحلها
تحدث بعض أقوى الزلازل التي يتعرض لها الناس على طول مناطق الانغماس. يحدث هذا أيضًا في المكان الذي يكتشف فيه العلماء أيضًا العديد من أحداث الانزلاق البطيء. هناك ذلك الزلزال الذي بلغت قوته 9 درجات والذي هز شمال شرق اليابان في عام 2011 ، على سبيل المثال. وضرب زلزال بقوة 8.2 درجة على مقياس ريختر منطقة الاندساس قبالة سواحل شمال تشيلي في عام 2014.
يقول والاس:"هناك دليل جيد حقًا على أن هذين الزلزالين الهائلين سبقهما حدث انزلاق بطيء كبير". وشددت على أنه من المستحيل حاليًا تحديد ما إذا كانت أحداث الانزلاق البطيء يمكن أن تؤدي إلى حدوث زلزال. تحدث أحداث الانزلاق البطيء في كثير من الأحيان ، وأحيانًا على فترات منتظمة يمكن التنبؤ بها. في كثير من الأحيان ، لا تتبع الزلازل الكبيرة أحداث الانزلاق البطيء. على سبيل المثال ، تشير إلى:"لقد رأينا المئات من أحداث الانزلاق البطيء حول العالم والتي لم تؤد حقًا إلى زلازل كبيرة".
ومع ذلك ، لا تزال هناك أسباب تجعل العلماء يشكون في احتمال وجود صلة قرابة بينهم. يقول والاس أحدهما هو التوتر.
عندما تتعثر لوحتان معًا ، يتراكم الضغط على طول الصدع. يمكن أن تحدث أحداث الانزلاق البطيء في جزء عميق من الخطأ ، مما يخفف بعض الضغط في تلك المنطقة. لكن هذه الحركة نفسها يمكن أن تزيد الضغط على المنطقة المغلقة أعلاه ، كما يقول والاس ، في مرحلة ما "تسبب زلزالًا أكبر."
يصف مايكل برودزينسكي الطبق العالق بأنه تنين نائم. إنه عالم زلازل في جامعة ميامي في أكسفورد بولاية أوهايو. إذا كانت اللوحة العالقة تنينًا نائمًا بسلام ، فإن حدث الانزلاق البطيء هو ريشة تدغدغ خطمها. التنين لن يستيقظ على كل دغدغة. ولكن دغدغة واحدة أكثر من اللازم ، وقد يزأر التنين.
يقول ماليك إن سر حل لغز كيفية ارتباط أحداث الانزلاق البطيء بالزلازل هو البيانات. الكثير من البيانات. يحتاج العلماء إلى قياس العديد من أحداث الانزلاق البطيء والعديد من الزلازل الأخرى. لسوء الحظ ، فإن العديد من الأخطاء التي تحدث فيها أحداث الانزلاق البطيء تقع في أعماق المحيط. يصعب على العلماء وضع أجهزة GPS هناك لتتبع حركات الألواح. يلاحظ ماليك أن العلماء يطورون الآن تقنية شبيهة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للعمل في أعماق البحار.
في نيوزيلندا ، حيث يعمل والاس ، تحدث الزلازل بالفعل أثناء أحداث الانزلاق البطيء على طول مناطق الانغماس في هذه المنطقة. ستساعد دراسة هذا المجال العلماء على فهم العلاقة بين الظاهرتين.
يقول والاس:"لا أعتقد أننا سنكون قادرين على التنبؤ بالزلازل". ولكن ، مع المزيد من البيانات والمزيد من البحث ، فقد نقترب من ذلك.
ملاحظة:تم تحديث هذه القصة لتصحيح بعض التفاصيل العددية والجغرافية.
