كيف تحدث الزلازل وما هي أسبابها

الزلازل: القوة الكامنة تحت أقدامنا، كيف تحدث وما هي أسبابها؟

تعتبر الزلازل واحدة من أكثر الظواهر الطبيعية إثارة للرهبة والقلق في نفوس البشر. فهي تحدث بشكل مفاجئ، وغالباً ما تخلف وراءها دماراً واسعاً وخسائر بشرية ومادية جسيمة. إن فهم آلية حدوث الزلازل وأسبابها العميقة ليس مجرد فضول علمي، بل هو ضرورة حيوية تساهم في تطوير استراتيجيات التخفيف من آثارها وحماية المجتمعات المعرضة لخطرها. في هذا المقال الشامل، سنغوص في أعماق الأرض لنكشف عن الأسرار الكامنة وراء هذه الاهتزازات العنيفة، ونستكشف كيف تحدث الزلازل وما هي العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى نشوئها.

ما هي الزلازل؟ نظرة تعريفية

بدايةً، يمكن تعريف الزلزال بأنه اهتزاز مفاجئ وسريع لسطح الأرض، ينجم عن تحرر مفاجئ للطاقة المتراكمة في القشرة الأرضية. هذه الطاقة تنتقل عبر الأرض على شكل موجات زلزالية، وهي التي تسبب الاهتزاز الذي نشعر به. تتراوح قوة الزلازل بشكل كبير، فبعضها يكون خفيفاً جداً لدرجة أننا لا نشعر به، بينما قد يكون بعضها الآخر عنيفاً بما يكفي لإحداث دمار هائل في المدن والمناطق المأهولة.

الآلية المعقدة لحدوث الزلازل: رحلة إلى باطن الأرض

لفهم كيف تحدث الزلازل، يجب أن نتعمق في فهم بنية كوكبنا الديناميكية، وتحديداً نظرية الصفائح التكتونية التي تعتبر المفتاح الرئيسي لتفسير هذه الظاهرة.

1. نظرية الصفائح التكتونية: محرك الزلازل الرئيسي
   يتكون الغلاف الصخري الخارجي للأرض (الليثوسفير)، والذي يشمل القشرة الأرضية والجزء العلوي الصلب من الوشاح (الستار)، من عدة قطع ضخمة وغير منتظمة الشكل تسمى "الصفائح التكتونية". هذه الصفائح ليست ثابتة، بل هي في حركة دائمة وبطيئة جداً فوق طبقة أكثر لدونة من الوشاح تسمى "الغلاف المائع" (الأستينوسفير). يمكن تشبيه هذه الصفائح بقطع عملاقة من لغز (بازل) تطفو وتتحرك، وتتسبب حركتها في معظم النشاط الزلزالي والبركاني على سطح الكوكب.

2. أنواع حدود الصفائح وتأثيرها على نشوء الزلازل
   تحدث معظم الزلازل عند حدود هذه الصفائح التكتونية، حيث تتفاعل الصفائح مع بعضها البعض بطرق مختلفة:

   • الحدود التقاربية (Convergent Boundaries):
     هنا، تتحرك صفيحتان باتجاه بعضهما البعض. طبيعة التفاعل تعتمد على نوع الصفائح المتقاربة:

     • تقارب محيطي-قاري: عندما تصطدم صفيحة محيطية (أكثر كثافة) بصفيحة قارية (أقل كثافة)، تغوص الصفيحة المحيطية تحت الصفيحة القارية في عملية تسمى "الاندساس" (Subduction). هذه العملية تولد زلازل قوية وعميقة، وتشكل براكين وسلاسل جبلية مثل جبال الأنديز.

     • تقارب محيطي-محيطي: تغوص إحدى الصفيحتين المحيطيتين تحت الأخرى، مكونة خنادق عميقة في المحيط وأقواس جزر بركانية. هذه المناطق تشهد زلازل قوية أيضاً.

     • تقارب قاري-قاري: عندما تصطدم صفيحتان قاريتان، لا تغوص أي منهما بشكل كبير بسبب كثافتهما المنخفضة نسبياً. بدلاً من ذلك، تتجعد وتتكسر الصخور، مما يؤدي إلى تكوين سلاسل جبلية ضخمة مثل جبال الهيمالايا. تكون الزلازل هنا قوية ولكنها قد تكون أقل عمقاً.

   • الحدود التباعدية (Divergent Boundaries):
     في هذه المناطق، تتحرك صفيحتان مبتعدتين عن بعضهما البعض. تسمح هذه الحركة بصعود الصهارة (الماجما) من الوشاح لتكوين قشرة محيطية جديدة، كما يحدث في مناطق ظهر المحيط (Mid-Ocean Ridges). الزلازل عند الحدود التباعدية تكون عادةً أقل قوة وأكثر سطحية مقارنة بالحدود التقاربية.

   • الحدود التحويلية (Transform Boundaries):
     عند هذه الحدود، تنزلق صفيحتان أفقياً بمحاذاة بعضهما البعض. لا يتم تكوين أو تدمير للقشرة الأرضية هنا. لكن الاحتكاك بين الصفيحتين يكون هائلاً، مما يؤدي إلى تراكم الإجهاد الذي يتحرر فجأة على شكل زلازل قوية. مثال شهير على ذلك هو صدع سان أندرياس في كاليفورنيا.

3. تراكم الإجهاد والانطلاق المفاجئ: شرارة الزلزال
   بغض النظر عن نوع حدود الصفائح، فإن الحركة المستمرة لهذه الصفائح ليست سلسة دائماً. غالباً ما "تتعثر" حواف الصفائح ببعضها البعض بسبب الاحتكاك الهائل. هذا التعثر يمنع الحركة المؤقتة، لكن القوى المحركة للصفائح تستمر في العمل، مما يؤدي إلى تراكم تدريجي للإجهاد (Stress) والتشوه (Strain) في الصخور على طول هذه الحدود، وخاصةً عند مناطق الضعف المعروفة باسم "الفوالق" (Faults).

   عندما يتجاوز الإجهاد المتراكم قوة تحمل الصخور، يحدث كسر مفاجئ وانزلاق للصخور على طول الفالق. هذا الانزلاق المفاجئ يحرر الطاقة المتراكمة على شكل موجات زلزالية، وهو ما نشعر به كزلزال. النقطة التي يبدأ عندها التمزق تحت سطح الأرض تسمى "بؤرة الزلزال" أو "المركز الباطني" (Hypocenter)، أما النقطة الموجودة على سطح الأرض مباشرة فوق البؤرة فتسمى "المركز السطحي للزلزال" (Epicenter)، وهي المنطقة التي تكون فيها شدة الاهتزازات عادةً هي الأقوى.

4. الموجات الزلزالية: رسل الدمار والطاقة
   عندما تتحرر الطاقة من بؤرة الزلزال، فإنها تنتشر في جميع الاتجاهات على شكل موجات زلزالية. هناك نوعان رئيسيان من الموجات الزلزالية:

   • الموجات الجسمية (Body Waves): تنتقل عبر باطن الأرض.

     • الموجات الأولية (P-waves - Primary waves): هي موجات تضاغطية، تشبه الموجات الصوتية. تتسبب في تمدد وانضغاط الصخور في اتجاه انتشار الموجة. هي الأسرع بين جميع الموجات الزلزالية ويمكنها الانتقال عبر المواد الصلبة والسائلة والغازية.

     • الموجات الثانوية (S-waves - Secondary waves): هي موجات قصية، تتسبب في اهتزاز جزيئات الصخور بشكل عمودي على اتجاه انتشار الموجة. هي أبطأ من الموجات الأولية ولا يمكنها الانتقال عبر السوائل (لأن السوائل لا تقاوم قوى القص).

   • الموجات السطحية (Surface Waves): تنتقل على طول سطح الأرض. تتولد هذه الموجات عندما تصل الموجات الجسمية إلى السطح. هي أبطأ من الموجات الجسمية ولكنها عادةً ما تكون ذات سعة أكبر وبالتالي هي المسؤولة عن معظم الدمار المرتبط بالزلازل.

     • موجات لوف (Love waves): تتسبب في حركة أفقية لسطح الأرض بشكل متعامد على اتجاه انتشار الموجة.

     • موجات ريليه (Rayleigh waves): تتسبب في حركة دائرية لسطح الأرض، تشبه حركة الأمواج على سطح الماء.

الأسباب المتنوعة وراء حدوث الزلازل

بينما تعتبر حركة الصفائح التكتونية هي السبب الأغلب والأقوى للزلازل، إلا أن هناك أسباباً أخرى قد تؤدي إلى حدوث اهتزازات أرضية:

1. الزلازل التكتونية (Tectonic Earthquakes):
   كما شرحنا بالتفصيل، هذه هي الزلازل الأكثر شيوعاً والأكثر تدميراً. تحدث نتيجة للحركة المفاجئة على طول الفوالق عند حدود الصفائح التكتونية أو حتى داخل الصفائح نفسها (زلازل داخل الصفيحة - intraplate earthquakes).

2. الزلازل البركانية (Volcanic Earthquakes):
   ترتبط هذه الزلازل بالنشاط البركاني. يمكن أن تحدث نتيجة لحركة الصهارة (الماجما) تحت سطح الأرض، أو تكسر الصخور بسبب ضغط الصهارة المتصاعدة، أو الانفجارات البركانية العنيفة. عادة ما تكون الزلازل البركانية أقل قوة من الزلازل التكتونية وتكون محصورة في المناطق القريبة من البركان. ومع ذلك، يمكن أن تكون مؤشراً هاماً على قرب حدوث ثوران بركاني.

3. الزلازل الانهيارية (Collapse Earthquakes):
   هي زلازل صغيرة ومحلية تحدث نتيجة لانهيار الكهوف الجوفية الكبيرة أو المناجم القديمة. الاهتزازات الناتجة تكون ضعيفة نسبياً وتؤثر على مساحة محدودة.

4. الزلازل المستحثة (Induced Earthquakes):
   تحدث هذه الزلازل نتيجة للأنشطة البشرية التي تغير الإجهادات والضغوط في القشرة الأرضية. من الأمثلة على ذلك:

   • ملء الخزانات المائية الكبيرة (سدود المياه): يمكن لوزن الماء الهائل في الخزان أن يزيد الضغط على الفوالق الموجودة تحته، مما قد يحفز حدوث زلازل.

   • حقن السوائل في باطن الأرض: عمليات مثل التخلص من النفايات السائلة عن طريق الحقن العميق، أو استخراج النفط والغاز بتقنية التكسير الهيدروليكي (Fracking)، يمكن أن تغير ضغط السوائل في مسام الصخور وتحفز حركة الفوالق.

   • التفجيرات النووية تحت الأرض: يمكن أن تولد اهتزازات أرضية قوية تشبه الزلازل الطبيعية.

قياس قوة الزلازل: فهم الأرقام

لتحديد قوة الزلزال، يستخدم العلماء أجهزة تسمى "السيزموجراف" (Seismograph) تسجل حركة الأرض. تُستخدم مقاييس مختلفة لوصف حجم الزلزال:

• مقياس ريختر (Richter Scale): كان هذا المقياس هو الأكثر شيوعاً في الماضي. يعتمد على قياس سعة (ارتفاع) أكبر موجة زلزالية مسجلة على السيزموجراف. وهو مقياس لوغاريتمي، مما يعني أن الزلزال بقوة 6 درجات على مقياس ريختر يكون أقوى بعشر مرات من زلزال بقوة 5 درجات من حيث سعة الموجة، ويحرر طاقة أكبر بحوالي 32 مرة. لم يعد هذا المقياس هو المعتمد بشكل رئيسي للزلازل الكبيرة.

• مقياس العزم الزلزالي (Moment Magnitude Scale - Mw): هو المقياس الأكثر دقة والمستخدم حالياً من قبل علماء الزلازل، خاصة للزلازل الكبيرة. يعتمد هذا المقياس على "العزم الزلزالي" الذي يعتبر مقياساً مباشراً للطاقة الكلية المتحررة من الزلزال. يأخذ في الاعتبار مساحة الفالق الذي انزلق، ومقدار الانزلاق، وصلابة الصخور. يمكن أن تتطابق قيمه مع قيم ريختر للزلازل المتوسطة، لكنه أكثر دقة للزلازل القوية جداً.

آثار الزلازل: ما بعد الاهتزاز

تتسبب الزلازل القوية في مجموعة واسعة من الآثار المدمرة:

• الاهتزاز الأرضي: هو التأثير المباشر والأكثر وضوحاً، ويسبب انهيار المباني والجسور والبنى التحتية.

• تصدع الأرض: يمكن أن تظهر شقوق كبيرة على سطح الأرض على امتداد الفالق.

• الانهيارات الأرضية والتدفقات الطينية: يمكن للاهتزازات أن تزعزع استقرار المنحدرات، مسببة انهيارات أرضية وطينية مدمرة.

• تسونامي (Tsunami): إذا حدث زلزال قوي تحت قاع المحيط، يمكن أن يتسبب في إزاحة كمية هائلة من الماء، مما يولد موجات مد عاتية (تسونامي) تنتقل عبر المحيطات وتضرب السواحل بقوة تدميرية.

• تسييل التربة (Liquefaction): في بعض أنواع التربة الرملية المشبعة بالماء، يمكن للاهتزازات أن تجعل التربة تتصرف كسائل، مما يؤدي إلى غوص المباني وانهيارها.

• الحرائق: نتيجة لتضرر خطوط الغاز والكهرباء.

• الخسائر البشرية والإصابات: كنتيجة مباشرة للانهيارات أو الآثار الثانوية.

هل يمكن التنبؤ بالزلازل؟

حتى يومنا هذا، لا يوجد طريقة علمية موثوقة للتنبؤ بحدوث الزلازل بدقة من حيث التوقيت والمكان والقوة على المدى القصير. ومع ذلك، يمكن للعلماء تحديد المناطق الأكثر عرضة للزلازل (الأحزمة الزلزالية) بناءً على دراسة تاريخ الزلازل وحركة الصفائح التكتونية. كما يمكنهم تقدير احتمالية حدوث زلزال بحجم معين في منطقة ما على مدى فترة زمنية طويلة (عقود أو قرون)، وهو ما يعرف بالتنبؤ طويل الأمد.

الجهود الحالية تركز على:

• أنظمة الإنذار المبكر: يمكن لهذه الأنظمة اكتشاف الموجات الأولية (P-waves) السريعة وإصدار تحذير قبل وصول الموجات الثانوية (S-waves) والموجات السطحية الأكثر تدميراً. يوفر هذا بضع ثوانٍ إلى دقائق قليلة لاتخاذ إجراءات وقائية مثل إيقاف القطارات، وإغلاق خطوط الغاز، واحتمال لجوء الأفراد إلى أماكن آمنة.

• تحسين معايير البناء المقاوم للزلازل: بناء مبانٍ وهياكل قادرة على تحمل الاهتزازات.

• التوعية والتثقيف العام: تدريب السكان على كيفية التصرف قبل وأثناء وبعد الزلزال.

في الختام، تظل الزلازل تذكيراً قوياً بالطبيعة الديناميكية لكوكبنا والقوى الهائلة الكامنة تحت أقدامنا. ورغم عدم قدرتنا على منع حدوثها، فإن فهمنا العلمي المتزايد لكيفية حدوث الزلازل وأسبابها يمكننا من تطوير استراتيجيات أفضل للتكيف مع هذا الخطر الطبيعي، وتقليل آثاره المدمرة، وحماية الأرواح والممتلكات. إن البحث المستمر والتعاون الدولي في مجال دراسة الزلازل يمثلان الأمل في مستقبل أكثر أماناً للمجتمعات التي تعيش في كنف هذه القوى الأرضية العظيمة.