الزَّلْزال أو الهَزَّة الأَرْضِيَّة هي ظاهرة طبيعية وهو عبارة عن اهتزاز أو سلسلة من الاهتزازات الارتجاجية المتتالية لسطح الأرض، والتي تنتج عن حركة الصفائح الصخرية في القشرة الأرضية، ويسمى مركز الزلزال "البؤرة"، يتبع ذلك بارتدادات تدعى أمواجاً زلزالية، وهذا يعود إلى تكسر الصخور وإزاحتها بسبب تراكم إجهادات داخلية نتيجة لمؤثرات جيولوجية ينجم عنها تحرك الصفائح الأرضية. وتوجد الأنشطة الزلزالية على مستوى حدود الصفائح الصخرية. وينشأ الزلزال كنتيجة لأنشطة البراكين أو نتيجة لوجود انزلاقات في طبقات القشرة الأرضية.
تؤدي الزلازل إلى تشقق الأرض ونضوب الينابيع أو ظهور الينابيع الجديدة أو حدوث ارتفاعات وانخفاضات في القشرة الأرضية وأيضًا حدوث أمواج عالية تحت سطح البحر (تسونامي)، فضلًا عن آثارها التخريبية للمباني والمواصلات والمنشآت. وغالبًا ينتج عن حركات الحمل الحراري في المتكور الموري (Asthenosphere) والتي تحرك الصفائح القارية متسببة في حدوث هزات هي الزلازل. كما أن الزلازل قد تحدث خرابًا كبيرًا.
الدرجة
وتحدد درجة الزلزال بمؤشر، وتقاس من 1 إلى 10، حيث:
من 1 إلى 4 - زلازل قد لا تحدث أية أضرار أي يمكن الإحساس به فقط.
من 4 إلى 6 - زلازل متوسطة الأضرار قد تحدث ضررًا للمنازل والإقامات.
من 7 إلى 10 - الدرجة القصوى، أي يستطيع الزلزال تدمير المدينة بأكملها وحفرها تحت الأرض حتى تختفي مع أضرار لدى المدن المجاورة لها.
أثناء عملية الاهتزاز التي تصيب القشرة الأرضية تتولد ستة أنواع من موجات الصدمات، من بينها اثنتان تتعلقان بجسم الأرض حيث تؤثران على الجزء الداخلي من الأرض، بينما الأربعة موجات الأخرى تكون موجات سطحية. ويمكن التفرقة بين هذه الموجات أيضًا من خلال أنواع الحركات التي تؤثر فيها على جزيئات الصخور، حيث ترسل الموجات الأولية أو موجات الضغط جزيئات تتذبذب جيئة وذهابًا في نفس اتجاه سير هذه الأمواج، بينما تنقل الأمواج الثانوية أو المستعرضة اهتزازات عمودية على اتجاه سيرها. وعادة ما تنتقل الموجات الأولية بسرعة أكبر من الموجات الثانوية، ومن ثم فعندما يحدث زلزال، فإن أول موجات تصل وتسجل في محطات البحث الجيوفيزيقية في كل أنحاء العالم هي الموجات الأولية والثانوية.
نظريات نشأة الزلازل
كانت الأرض منذ نشأتها جسمًا ساخنًا كسائر الكواكب، وحينما بردت، كوّن الغلاف المائي وجذب له الغلاف الهوائي، ومع زيادة البرودة.. تكوَّنت الطبقة الصلبة الخارجية المعروفة باسم القشرة، لكن باطن الأرض ظل ساخنًا حتى الآن، ويحتوى على صهارة مدن يموج بظ على تآكل الصخور الصلبة في القشرة الصلبة وتحميلها أو شحنها بإجهادات وطاقات عظيمة للغاية تزداد بمرور الوقت، والقشرة نفسها مكوّنة من مجموعة من الألواح الصخرية العملاقة جدًّا، ويحمل كل لوح منها قارة من القارات أو أكثر، وتحدث عملية التحميل أو الشحن بشكل أساسي في مناطق التقاء هذه الألواح بعضها مع بعض، والتي يطلق عليها العلماء الصدوع أو الفوالق التي تحدّد نهايات وبدايات الألواح الحاملة للقارات، وحينما يزيد الشحن أو الضغط على قدرة هذه الصخور على الاحتمال لا يكون بوسعها سوى إطلاق سراح هذه الطاقة فجأة في صورة موجات حركة قوية تنتشر في جميع الاتجاهات، وتخترق صخور القشرة الأرضية، وتجعلها تهتز وترتجف على النحو المعروف، في ضوء ذلك.. نشأت على الأرض مجموعة من المناطق الضعيفة في القشرة الأرضية تعتبر مراكز النشاط الزلزالي أو مخارج تنفس من خلالها الأرض عما يعتمل داخلها من طاقة قلقة تحتاج للانطلاق، ويطلق عليها "أحزمة الزلازل" وهي: حزام المحيط الهادي يمتدّ من جنوب شرق آسيا بمحاذاة المحيط الهاديشمالًا، وحزام غرب أمريكا الشمالية الذي يمتدّ بمحاذاة المحيط الهادي، وحزام غرب الأمريكتين، ويشمل فنزويلا وشيلي والأرجنتين، وحزام وسط المحيط الأطلنطي، ويشمل غرب المغرب، ويمتدّ شمالا حتى إسبانيا وإيطاليا ويوغوسلافيا واليونان وشمال تركيا، ويلتقي هذا الفالق عندما يمتدّ إلى الجنوب الشرقي مع منطقة "جبال زاجروس" بين العراق وإيران، وهي منطقة بالقرب من "حزام الهيمالايا". وحزام الألب، ويشمل منطقة جبال الألب في جنوب أوروبا. وحزام شمال الصين والذي يمتدّ بعرض شمال الصين من الشرق إلى الغرب، ويلتقي مع صدع منطقة القوقاز، وغربًا مع صدع المحيط الهادي. وهناك حزام آخر يعتبر من أضعف أحزمة الزلازل، ويمتدّ من جنوب صدع الأناضول على امتداد البحر الميت جنوبًا حتى خليج السويس جنوب سيناء، ثم وسط البحر الأحمر فالفالق الأفريقي العظيم، ويؤثر على مناطق اليمن وأثيوبيا ومنطقة الأخدود الأفريقي العظيم. إن الكرة الأرضية وحدة واحدة، لكن من الثابت أن براكين القشرة الأرضية، والضغوط الواقعة عليها في المناطق المختلفة منها تؤدي إلى حدوث نشاط زلزالي لا يمكن الربط بينه وبين حدوث نشاط زلزالي في منطقة أخرى، وفي ضوء ذلك.. اكتسب كل حزام زلزالي طبيعة خاصة تختلف عن الآخرى من حيث الطبيعة الاراضية (الجيولوجية) والتراكيب تحت السطحية، والتي يمكن معها القول: إن نشاطها الزلزالي يكون خاصًّا بهذه المنطقة، ولا يعني تقارب زمن حدوث النشاط الزلزالي على أحزمة الزلازل المختلفة أن هناك توافقًا في زمن حدوثها بعضها مع بعض، إنما يرجع ذلك إلى عوامل كثيرة داخل باطن الأرض ما زالت محل دراسة من الإنسان.
أسباب الزلزال
ذكر العلماء عدة عوامل، وأهمها:
الانفجار البركاني الذي يرافقه زلزال.
الصدع وانزلاق الصخور عليه والذي يعرف بالزلازل التكتونية.
هناك مجموعة من العوامل تكمن وراء ثورة الزلازل على سطح الأرض، حيث يمكن تقسيمها إلى عوامل داخلية ترتبط بتكوين الأرض والتي تتألف من عدة طبقات هي من الخارج للداخل: القشرة والوشاح ولب الأرض.
ويتكون " لب الأرض " من كرة صلبة من الحديد والنيكل تتميز بدرجة تصل إلى عدة آلاف درجة مئوية "قرابة 6000 درجة مئوية" ولكون طبقات الأرض غير متجانسة تحدث عملية انتقال للحرارة من منطقة لأخرى، سواء بخاصية التوصيل في المناطق الصلبة أو الحمل في المناطق السائلة أو بخاصية الإشعاع على سطح الأرض، وعندما تتراكم الطاقة الحبيسة في منطقة ما في طبقات الأرض يظهر دور الشمس والقمر من خلال موجات الجذب التي تؤثر بها على الأرض، وهو ما يسمح بتحرير الحرارة المختزنة داخل باطن الأرض على شكل زلازل وبراكين. أيضًا تقف ظاهرة اقتران الكواكب وراء، حدوث الزلازل والبراكين، حيث تكون قوى المد الشمسي، والقمري، أكبر ما يمكن وهو ما يساعد على تحرير حرارة الأرض ويفسر قصر مدة الاقتران الكوكبي صغر المدة التي ينتاب فيها الأرض الهزات الزلزالية.
وتلعب جيولوجيا المكان أيضًا دورًا هامًا في حدوث الزلازل، حيث يؤثر سمك القشرة الأرضية بما فيها من فوالق وتصدعات وكونها جزر في المحيط أو أرض صخرية. إضافة إلى أنه كلما كان الكوكب قريبًا من الشمس زادت الجاذبية المؤثرة وتسببت في حدوث زلزال وبراكين، ضخمة مثلما يحدث على كوكب الزهرة، وكلما كبرت الكواكب وبعدت عن الشمس تقل الزلازل والبراكين عليها وتتلقى الأرض طاقتها الحرارية من مصدرين الأول هو الشمس والتي يظهر تأثيرها في المنطقة السطحية وهو الجزء العلوى من القشرة والذي لا يزيد عن 28-30م ويتمثل المصدر الثاني من حرارة باطن الأرض التي تنجم بشكل كبير عن النشاط الإشعاعي لبعض العناصر وخاصة اليورانيوم والثوريوم وغيرها من العناصر شديدة الإشعاع
الحث التزلزلي
في ذات الوقت الذي تنشأ فيه الغالبية العظمى من الزلازل بسبب حركة الصفائح التكتونية, يدعي بعض الباحثين أن هناك نشاطات بشرية قد تكون مسببة للزلازل مثل: الكميات الكبيرة جدًا للمياه المحتجزة في البحيرات خلف السدود (وكذلك بناء المباني ذات الأوزان فائقة الثقل), حفر وحقن الأبار بالسوائل، كذلك عمليات استخراج الفحم, وعمليات حفر الأبار النفطية ، على الأغلب المثال الأكثر وضوحًا لهذا السبب هو زلزال سيتشوان 2008 في الصين حيث سببت تلك الهزة الأرضية بخسائر بلغت 69 الف قتيل ويأتي في المرتبة 19 في قائمة أكثر الزلازل فتكًا, حيث يعتقد بعض الباحثين المستقلين أن سد زيبنجبو قد ساهم في تسارع تحرك الطبقات بسبب الوزن الهائل للمياه خلف السد.
كذلك أكبر زلزال سجل في تاريخ أستراليا يدعي البعض أن الأعمال البشرية حثت النشاط الزلزالي عبر التنقيب واستخراج الفحم، مدينة نيوكاسل بنيت فوق قطاع كبير من الفحم تحت الأرض والذي كان يتعرض للاستخراج، تم تسجيل الزلزال على أنه بدأ وتقوى بسبب ملايين أطنان الفحم التي استخرجت من المنطقة.
وفي جميع الأحوال تبقى مجرد آراء لباحثين جيولوجيين لأن أغلب المناطق التي حدثت فيها تلك الزلازل هي مناطق ذات نشاط تكتوني أصلًا.
التنبؤ بحدوث الزلزال
أما فوق سطح الأرض فتسمى بالمركز السطحي للزلزال. وتنتقل الطاقة المنبعثة من زلزال من البؤرة إلى جميع الاتجاهات على هيئة موجات سيزمية (زلزالية). وتنتقل بعض الموجات أسفل الأرض، وينتقل بعضها الآخر فوق سطح الأرض، وتنتقل الموجات السطحية بصورة أسرع من الموجات الداخلية. ويمكن تسجيل الموجات الصادرة عن زلزال كبير على أجهزة رصد الزلازل في المنطقة المقابلة للزلزال من العالم، وتصل تلك الموجات إلى سطح الأرض في غضون 21 دقيقة.
أنواع الزلازل
تصنف الزلازل حسب عمق البؤرة، وهي ثلاث:
الزلازل الضحلة وتنشأ على عمق 70كم.
الزلازل المتوسطة وتنشأ على عمق بين 70-300كم.
الزلازل العميقة وتنشأ على عمق 300-700كم.
الفرق بين شدة الزلزال وقوة الزلزال
يستخدم العلماء مفهومي شدة الزلزال، وقوة الزلزال، للتعبير عن حجم الزلزال، ويعرف مفهوم شدة الزلزال على أنه مصطلح يستخدم لقياس الطاقة التي تنتج عن الزلزال، وتقاس قوة الزلزال بمقياس ريختر المكون من تسع درجات، فعلى سبيل المثال: في حالة افتراضية عندما تقع البؤرة العميقة لزلزال تحت مدينة "س"، حيث تكون هذه المدينة المركز السطحي المدمر للزلزال، فإن حجم الدمار هناك أكثر من حجم الدمار في مدينة "ص"، وبذلك فإن شدة الزلزال في "س" أعلى منها في مدينة "ص". وأما قوة الزلزال فهي ثابتة ولا تتأثر في المكان الذي يحدث فيه الزلزال.
الموجات ورصدها
عندما يحدث الصدع الأرضي وتتكون فيه البؤرة الزلزالية، تتحرك الصفائح الأرضية على طريق الصدع بشدة، فينطلق نتيجة لهذه الحركة المفاجئة، والسريعة طاقة حركية هائلة تنتشر على شكل موجات اهتزازية مرنة، وهي الموجات الزلزالية الاهتزازية، الزلزالية المنطلقة من بؤرة الزلزال، وينتشر في الأوساط المحيطة بالبؤرة الزلزالية نموذجان من الموجات الاهتزازية الأساسية وهما: الموجات الابتدائية (P)، والموجات المستعرضة (s)، وينبعث معهما نموذج ثالث هو الموجات السطحية (L)، وهذه الموجات الثلاثة تختلف بالسرعة، ولذا يختلف وقت وصولها إلى محطات رصدالزلازل، وتلتقط الموجات الزلزالية بواسطة جهاز السيسموغراف الذي يزودنا بمعلومات عن شدة الموجات الزلزالية وزمن وصولها.
وهناك علاقة هامة يمكن أن تستخدم لتحديد مسافة انتقال الموجات الزلزالية من مركز نشأتها إلى محطة الرصد التي يقع فيها جهاز التسجيل السيزموغراف، وهذه العلاقة تعرف بالفرق في الزمن بين وصول الموجات الابتدائية (p)، ووصول الموجات المستعرضة (s).وهذا الفرق يتناسب مع المسافة التي تقع بين محطة الرصد، والمركز البؤدي للزلزال، ويمكن تمييز الموجات الزلزالية حسب وقت وصولها إلى محطة الرصد للزلازل. وعند حدوث صدع يصبح اهتزاز فينتشر ويرصدها الجهاز.
تحديد موقع بؤرة زلزالية
يمكن تحديد موقع البؤرة الزلزالية عن طريق تعاون ثلاث محطات رصد زلازل قريبة من موقع الزلزال، ويحدد بُعد الزلزال عن كل محطة من هذه المحطات الثلاث إما عن طريق العلاقة البيانية، أو بحساب المسافة بتقدير زمن وصول الموجات الزلزالية، وسرعتها، ويتم تطبيق قانون (المسافة = الزمن × سرعة الموجات)، وترسم دائرة من كل محطة مركزها هو مكان المحطة، ونصف قطرها هو المسافة المحسوبة، وتكون نقطة تقاطع الدوائر الثلاث هي موقع بؤرة الزلزال.
