كيف تتكون الزلازل: تكتونيات الصفائح والضغط وموجات زلزالية موضحة

قشرة الأرض هي لغز متحرك

وفقاً للمسح الجيولوجي الأمريكي (USGS)، فإن الغلاف الخارجي للأرض مقسم إلى قطع كبيرة تسمى صفائح تكتونية تتناسب معاً مثل اللغز. هذه الصفائح تتحرك باستمرار ببطء - وتنزلق بجانب بعضها البعض أو فوق أو تحت بعضها. تحدث معظم زلازل الكوكب على الحدود حيث تلتقي هذه الصفائح، لأن هذا هو المكان الذي تتركز فيه الصدوع - الكسور في القشرة.

الصفائح نفسها نادراً ما تتحرك بسلاسة. يشرح USGS أن الاحتكاك على حواف الصدع يسبب التصاق الصخر، حتى وإن كانت بقية الصفيحة تستمر في الحركة. عدم التطابق هذا هو نقطة البداية لكل زلزال تكتوني.

كيفية تراكم الضغط على طول صدع

بينما يتم تقييد الصدع بالاحتكاك، فإن القشرة المحيطة تنحني وتتشوه بمرونة، مثل نابض تحت التوتر. وفقاً لـ USGS، يتم تخزين هذا الضغط في الصخر بينما يبقى الصدع مقيداً. كلما طالت مدة تقييد الصدع، زاد تراكم الضغط - قد يحدث هذا على مدى سنوات في بعض المناطق أو على مدى قرون في مناطق أخرى.

يعطي USGS صدع سان أندرياس بولاية كاليفورنيا كمثال عملي لهذه العملية. تتحرك الصفيحة الهادئة نحو الشمال الغربي بالنسبة للصفيحة الأمريكية الشمالية بحوالي بوصتين (حوالي 5 سم) سنوياً، كما يقول USGS، والصدع نفسه يمتد أكثر من 650 ميلاً (حوالي 1050 كم) ويمتد أكثر من 10 أميال (16 كم) عميقاً. على طول بعض الأقسام، تنزلق الصفائح بثبات وتنتج رعشات صغيرة متكررة؛ وعلى أقسام أخرى تبقى مقيدة لفترات طويلة، مما يؤدي إلى تراكم الضغط الذي يتم إطلاقه في النهاية في زلزال كبير.

لحظة الكسر: مركز الزلزال السطحي والعميق

عندما يتجاوز الضغط المتراكم أخيراً الاحتكاك الذي يحافظ على الصدع معاً، ينقسم الصخر ويطلق الطاقة المخزنة للخارج على شكل موجات زلزالية، وفقاً لـ USGS. النقطة تحت الأرض حيث يبدأ الكسر هي مركز الزلزال العميق (hypocenter)؛ والنقطة على السطح مباشرة فوقها هي مركز الزلزال السطحي (epicenter) - الموقع الذي يُبلغ عنه عادةً في التغطية الإخبارية.

يلاحظ USGS أن الرعشات الأصغر التي تسمى الهزات الأمامية (foreshocks) قد تسبق الكسر الرئيسي، بينما قد تستمر الهزات اللاحقة (aftershocks) - الزلازل الأصغر على طول نفس الصدع - لأيام إلى سنوات بعد ذلك حيث تتكيف القشرة المحيطة مع التوزيع الجديد للضغط.

كيف تنتقل الطاقة المحررة: موجات زلزالية

تنتشر الطاقة المحررة من مركز الزلزال العميق للخارج في عدة أنواع موجات مختلفة، لكل منها سرعة وسلوك مختلف. يقارن USGS نمط الانتشار بالموجات على حوض ماء، بينما تجميع كالتيك (Caltech's Science Exchange) الموجات إلى فئتين عريضتين: الموجات الجسمانية (body waves)، التي تسافر عبر داخل الأرض، والموجات السطحية (surface waves)، التي تسافر على طول الأرض.

يشبه USGS الفجوة بين موجة P وموجة S بالتأخير بين رؤية البرق وسماع الرعد: كلما زاد الوقت بين الوصول الاثنين إلى محطة زلزالية، كلما كان الزلزال بعيداً. تلاحظ كالتيك (Caltech) أن الموجات السطحية - موجات Love وموجات Rayleigh - تصل آخراً ولكنها عادة ما تكون الأكثر تدميراً لأنها تحمل طاقة أكثر بالقرب من السطح، حيث توجد المباني والبنية التحتية.

أين وكم عميقة تحدث الزلازل

ينص USGS على أن الزلازل تحدث داخل القشرة أو الوشاح العلوي، في نطاق عمق من السطح حتى حوالي 800 كيلومتر (حوالي 500 ميل). تقرر كالتيك (Caltech's Science Exchange) أن حوالي 80% من أكبر الزلازل في العالم تحدث على طول الحزام الزلزالي المحيط بالمحيط الهادئ، والذي يُطلق عليه غالباً "حلقة النار"، والذي يتتبع حدود الصفائح حول المحيط الهادئ.

ليس كل زلزال تكتوني الأصل. كما تسرد كالتيك (Caltech's Science Exchange) الزلازل البركانية وزلازل الانهيار والزلازل المتعلقة بالانفجارات كفئات معترف بها أخرى، وتلاحظ أن الأنشطة مثل كسر الصخور (fracking) أو التخلص من مياه الصرف قد ترتبط أحياناً بأحداث زلزالية محفزة أصغر في بعض المناطق.

كيف يقيس العلماء ما حدث

لأن الصدوع عادةً ما تكون عميقة جداً للملاحظة المباشرة، يشرح USGS أن الزلزاليين يعتمدون على تسجيلات جهاز قياس الزلازل بدلاً من ذلك. يشير خط قصير متعرج على رسم بياني زلزالي إلى زلزال صغير، بينما يشير خط طويل متعرج إلى زلزال أكبر - يرتبط طول التعرج بحجم الصدع الذي انقسم، ويرتبط سعة التذبذب بمدى انزلاق الصخر.

• تبدأ الزلازل عندما يتجاوز الضغط على الصدع المقيد الاحتكاك الذي يمسكه في مكانه (USGS).
• مركز الزلزال العميق (hypocenter) هو نقطة الكسر تحت الأرض؛ ومركز الزلزال السطحي (epicenter) هو النقطة على السطح مباشرة فوقه (USGS).
• تصل موجات P أولاً وتضغط الصخر في اتجاه الانتشار؛ وتصل موجات S ثانياً وتتحرك فقط عبر المواد الصلبة (USGS, Caltech).
• الموجات السطحية - موجات Love وموجات Rayleigh - تصل آخراً ولكنها عادة ما تسبب أكثر الأضرار الهيكلية (Caltech).
• حوالي 80% من أكبر الزلازل تحدث على طول حزام المحيط الهادئ "حلقة النار" (Caltech).