زلزله و انواع آن

زلزله عبارتست از لرزش زمین در اثر آزاد سازی سریع انرژی که اغلب موارد در اثر لغزش در امتداد یک گسل در پوسته زمین اتفاق میافتد. انرژی آزاد شده از محل آزاد شدن آن، که کانون نامیده میشود، بصورت امواج در همه جهتها منتشر میشود. این موجها شباهت بسیار زیادی به امواج ایجاد شده در اثر فروافتادن یک سنگ در آب آرام یک حوضچه دارد. به همان ترتیب که ضربه سنگ باعث به جنبش درآوردن امواج آب میشود، یک زلزله امواج لرزهای را ایجاد میکند که در زمین منتشر میشوند. با وجود اینکه انرژی آزاد شده با فاصله گرفتن از کانون زلزله به سرعت پراکنده شده و میرا میشود، ولی ابزارهای بسیار حساسی که در سراسر جهان بمنظور ثبت ارتعاشات پوسته زمین نصب شده اند، آن را حس کرده و ثبت میکنند.

انواع زمین لرزه

1- زمین لرزه های تکتونیکی: زمین لرزه های تکتونیکی در برگیرنده تعداد بسیار زیادی از زلزلههایی هستند که سالانه در سطح جهان ثبت میشوند. حرکات صفحات تشکیل دهنده پوسته زمین عامل ایجاد این زمین لرزه ها میباشد که در فصلهای گذشته به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت.

2- زلزله های آتشفشانی: این زلزله ها فقط در نواحی فعال آتشفشانی اتفاق میافتد و به انفجارهای آتشفشانی نیز معروف است. شکل بعدی نشان میدهد که زلزله ها و آتشفشانها اغلب در کنار هم و در امتداد مرز صفحات رخ میدهند.

انواع زمین لرزه

3- زمین لرزه های فروریختی : بر اثر فروریختن غارها و كانالهای زیرزمینی، لرزه‌هایی ایجاد می‌شود كه به نام زمین‌لرزه‌های فروریختی موسومند. این تكانها بسیار كوچك بوده و فقط اهمیت محلی دارند.

4- زمین لرزه های القایی: بر اثر آبگیری یا تغییرات ناگهانی سطح آب دریاچه‌های پشت سدها، تزریق آب یا سیالهای دیگر به داخل زمین و یا استخراج آنها، مخصوصاً درجاهایی كه گسلهای فعال وجود دارد زمین‌لرزه‌هایی ایجاد می‌شود. در واقع دلیل اصلی این لرزه‌ها را می‌توان بارگذاری سریع برروی زمین و یا برداشتن ناگهانی بار زیادی از روی آن ذكر كرد. این لرزه‌ها به نام القایی موسومند. لرزه‌های ناشی از معادن نیز در این دسته قرار می‌گیرند. به عنوان مثال می‌توان به زمین‌لرزه‌ای كه درارتباط با آبگیری و تغییرات فصلی سطح آب دریاچه سد سفیدرود روی داد اشاره نمود.

5- زمین لرزه های ناشی از انفجارات: انفجارهای نظامی و صنعتی، همچنین آمدو شد و یا فعالیت‌های ساختمانی، نیز لرزه‌هایی را ایجاد می‌نمایند كه شدت، زمان وقوع و محل آنها قابل پیشبینی است .از این به بعد هرجا از کلمه زلزله استفاده میشود منظور زمین لرزه های تکتونیکی است.

مکانیزم خرابی در زلزله

عواملی که در یک زلزله باعث ایجاد خسارت میگردند عبارتند از:

1- نیروهای درونی شدید ایجاد شده بر اثر جنبش شدید زمین

2- آتش سوزی های ناشی از زمینلرزه

3- تغییر در خواص فیزیکی خاکها ( نشستها، پدیده آبگونگی و ... )

4- بر اثر جابجائی مستقیم گسلها در محل ساخت سازه ها

5- بواسطه زمین لغزشها ( زمین لغزش عبارتست از فروریزش دامنه شیبها )

6- بواسطه موجهای بلند ایجاد شده توسط زلزله در دریاها ( آبرانش )

از بین عوامل فوق، جبش شدید زمین، مهمترین عامل خرابی و تلفات جانی در زلزلهها میباشد. که با معرفی امواج لرزه و اندازه گیری آنها، این بحث ادامه مییابد.

خطر آتش سوزی پس از زمین لرزه نیز باید مورد تاکید قرار بگیرد. در ایران بدلیل مصالح مورد استفاده تا کنون گزارش زیادی از آتش سوزیهای پس از زلزله دریافت نشده است ولی در کشورهایی مانند ژاپن و آمریکا، که چوب یکی از مهمترین مصالح استفاده شده در ساختمانها میباشد، گزارشهای زیادی وجود دارد، همانند زلزله سال 1906 سان فرانسیسکو و یا زلزله 1923 شهر توکیو.

شاید جابجایی مستقیم در اثر گسلش ترسناکترین جنبه زلزلهها از دید عموم مردم باشد، با این حال در مقایسه با جبش شدید زمین، این گونه آسیب بسیار نادر است. منطقهای که در معرض گسلش قرار دارد، بسیار کمتر از سطحی است که از تکانهای شدید زمین تاثیر میپذیرد.

کانون و عمق زلزله

محل آغاز گسیختگی در گسل (گسلش) را کانون زلزله یا مرکز درونی مینامند و در واقع محل اولیه آزاد شدن انرژی در داخل زمین میباشد. تصویر کانون در سطح زمین رومرکزنامیده میشود که معمولا محل بیشترین خسارتها میباشد.

بر اساس ژرفا، زمین لرزه ها را می توان به سه دسته زیر تقسیم نمود:

- كم ژرفا: با ژرفای 0 تا 70 كیلومتر

- متوسط: با ژرفآی 70 تا 300 كیلومتر.

- عمیق: با ژرفآی بیش از 300 كیلومتر (به آین ترتیب كه تاكنون زمین لرزه آی در عمق بیش از 720 كیلومتر رخ نداده است)

از نقطه نظر ژرفا، بیشتر زمین لرزه هآی آیران كم عمق می باشند. بیشترین عمق در زمین لرزه هآی رخ داده در فلات آیران تا حدود 60 كیلومتر در ناحیه مكران مشخص شده است. از سوی دیگر آین ژرفا در ناحیه هآی داخلی فلات آیران تا حدود 40 تا 55 كیلومتر می رسد. در ناحیه البرز و شمال آیران مركزی بیشینه ژرفا در حدود 20 تا 25 كیلومتر بوده است. بنابرآین زمین لرزه هآی آیران از نوع كم عمق بوده اند.

مسأله عمق از نظر خسارت زمین لرزه نیز بسیار مهم است، چرا كه در زمین لرزه بسیار كم عمق معمولاً خسارتها به ناحیه رومركزی و حوزه نزدیك محدود می شود و سپس در حوزة دور (فاصله هآی بیش از 50 كیلومتر از سرچشمه) خسارتها بسیار محدود میگردد (نمونه هایی از چنین زلزلههای کم عمق عبارتند از زلزله منجیل، زمین لرزة طبس با ژرفآی10 كیلومتر و زلزله بم با عمق 8 کیلومتر). از سوی دیگر، هنگامی كه زمین لرزه ژرفآی زیادی داشته باشد (زمین لرزه 1985 مكزیكو، میچوآكان، با بزرگآی Ms=8.1 و ژرفآی 200 كیلومتر، كه موجب خسارتهآی فراوان در فاصله حدود 280 كیلومتری در شهر مكزیكوسیتی به دلیل مسأله اثرهآی ساختگاه گردید)، مشاهده می شود كه خسارتها می تواند به دلآیل ثانویه (نظیر اثر خاك) در فاصله هآی زیاد نیز گسترده شود.

به بحث عمق زلزله دوباره در بخش اندازه گیری زمین لرزه خواهیم پرداخت.

موجهای لرزه ای

بطور کلی پس از اینکه در داخل زمین زلزله ای به وجود آمد و انرژی زمین آزاد شد، این انرژی آزاد شده به صورت امواج ارتعاشی در کلیه جهات منتشر شده و انرژی زلزله را با خود منتقل مینمایند. امواج زمین لرزه با توجه به حرکتشان در داخل یا سطح زمین به دو دسته "امواج داخلی یا پیکری و "امواج سطحی تقسیم میشوند.

امواج داخلی یا پیکری دسته دیگری از امواح لرزه ای هستند که در درون زمین حرکت کرده و در تمامی جهات منتشر میشوند و با سرعتی بیش از موجهای سطحی حرکت مینمایند. امواج داخلی نیز به دو گروه امواج طولی یا اولیه و امواج عرضی یا ثانویه قابل تقسیم هستند.

امواج سطحی بیشترین انرژی ناشی از تکانهای کم عمق را دارا بوده و عامل اصلی خرابیهای ناشی از زمین لرزه بخصوص در مناطق مسکونی میباشند. این گروه از امواج پس از تداخل موجهای داخلی در امتداد حدفاصلها، شروع به ارتعاش کرده و عمق نفوذ محدودی دارند، از این رو همواره در نزدیکی سطح های ناپیوستگی متمرکز میشوند. بدین جهت در محیطهای همگن موجهای سطحی نخواهیم داشت. این امواج که به نامهای موجهای محدود شده و یا موجهای هدایت شده نیز معروفند خود به گروههای مختلفی چون "موج لاو و "امواج ریلی تفکیک میگردند.

این امواج توسط ویژگیهایی چون سرعت، دامنه، طول موج، دوره تناوب و فرکانس از یکدیگر تمییز داده میشوند.

در زیر به تفصی P یا اولیه

امواج تراکمی از همه محیطهایی که توان تحمل فشار را دارند از جمله گازها، جامدات و مایعات عبور میکنند. ذراتی که تحت تاثیر موج P قرار میگیرند در جهت انتشار موج به جلو یا عقب نوسان میکنند. در صورتی که بخشی از یک فنر را جمع کرده و به طور ناگهانی رها کنیم، فشردگی تمام طول فنر را طی خواهد کرد تا به انتهای آن برسد. در این مثال فنر در راستای حرکت موج به ارتعاش درآمده است که بسیار شبیه به نحوه انتشار امواج P است. دلیل نامگذاری این امواج به نام امواج اولیه سرعت بالای این امواج میباشد، چرا که اولین موجی که از زلزله احساس میشود امواج P میباشد. این امواج با وجود سرعت بالای انتقال، چون بسیار سریعتر از سایر امواج دیگر میرا میشوند (یعنی انرژی خود را از دست میدهند) باعث ایجاد خرابی زیادی در زلزله نمیشوند.

2- امواج برشی S یا عرضی

این امواج تنها در محیطهایی که میتوانند در برابر تغییر شکل جانبی مقاومت کنند - مانند محیطهای جامد - منتشر میگردند. این امواج در مایعات و گازها نمیتوانند منتقل شوند. در صورتی که یک طناب را به دیواری متصل کرده و سر دیگر آن را در دست گرفته و به صورت قائم حرکت دهیم، در طناب موجی ایجاد میشود شبیه امواج S میباشد. در این امواج ارتعاش ذرات محیط عمود بر جهت حرکت موج میباشد (همانطور که مثال طناب دیده میشود، موج در امتداد طول طناب حرکت میکند در حالی که ذرات طناب در جهت عمود بر طول طناب ارتعاش میکنند).

3- امواج رایلی LR

این امواج به نحو خاصی حرکت میکنند. بدین ترتیب که حرکت ذرات در امتداد مدارهای دایره ای (یا بیضوی) صورت میگیرد. درست مانند حرکت امواج در سطح اقیانوس البته جهت حرکت دایره ها برخلاف حرکت امواج اقیانوس است به عبارتی حرکات ذرات سنگ، مدار بیضوی پسگرد را در صفحه قائمی به طرف منشاء زمین لرزه طی میکنند.

4 - امواج لاوLQ

حرکت زمین توسط موج لاو، تقریبا شبیه موج S است با این تفاومت که ذرات ماده به موازات سطح زمین و در جهت عمود بر انتشار موج حرکت کرده و ذرات در صفحه قائم حرکت ندارند. انتشار این امواج مانند تکانهایی است که بر اثر حرکت طناب به سمت چپ یا راست ایجاد میشود. موجهای لاو قدری سریعتر از امواج رایلی حرکت کرده و زودتر بر روی لرزه نگاشت ظاهر میشوند.

اندازه گیری زمین لرزه

برای آگاهی از میزان تاثیر هر پدیده لازم است تا بتوانیم به نحوی آن را بصورت کمی بیان کنیم. برای کمی کردن اندازه زلزله، از دو رهیافت مختلف استفاده میشود؛ یک رهیافت بر اساس اندازه گیری دستگاهی بزرگای زلزله و دیگری بواسطه تاثیر پذیری دست سازهای بشر از زلزله (شدت زلزله). شدت زلزله در هر مكان متفاوت است و با دور شدن از كانون زلزله كم می شود، در حالی كه بزرگآی زلزله همواره ثابت است و ربطی به دور شدن از كانون ندارد (چرا كه با كل انرژی آزاد شده مرتبط است).

شدت زمین لرزه

شدت یك زلــزله در یك مكــان خاص بــر مبنآی اثرهآی قابل مشاهده زمین لرزه در آن مكان تعیین می شود. دقت در تعیین شدت زلزله به دقت مشاهده كننده وابسته است. تخمین شدت وسیلة مفیدی برآی تخمین اندازة زلزله هآی تاریخی است، بویژه در ناحیه هآیی نظیر كشور ما كه كشوری باستانی و با میراث تاریخی و فرهنگی كهن است و لذا اطلاعات مهمی می توان از زلزله هآی رویداده در زمانی كه ثبت تاریخی وجود دارد به دست آورد. مقیاسهای مختلفی برای تعیین شدت زمین لرزه همانند مقیاس مرکالی اصلاح شده، MSK، EMS98 و ... ارائه شده است.

تعیین شدت زمین لرزه بدین ترتیب است که برای هر کدام از مقیاسها جدولی تهیه شده است و بر اساس آن میزان آسیبهای ناشی از زلزله بر سازه های مختلف ارائه گردیده است و مشاهده گر با تطبیق خسارتهای بوجود آمده از زلزله با موارد ذکر شده در جدول، شدت زلزله را تعیین میکند.

رده بندی شدت مركالی (اصلاح شده) MMI

بزرگی	شدت	تأثیرها
	I	احساس نمی شود
3	II	توسط شخص در حال استراحت یا در طبقات بالای ساختمان احساس می شود.
	III	در داخل ساختمان احساس می شود. اشیاء آویزان تکان می خورند ارتعاشی مثل گذر کامیونهای سبک دارند. مدت لرزش قابل برآورد است. ممکن است زلزله به حساب نیید.
4	IV	اشیاء آویزان تاب می خورند. ارتعاشی مثل گذر کامیونهای سنگین یا احساس ضربتی مثل برخورد یک توپ سنگین به دیوار دارد. ماشینهای پارک شده تکان می خورند. پنجره ها، بشقابها و درها به صدا در می آیند. شیشه ها به صدا در می آیند. ظروف سفالی به هم می خورند. در حد فوقانی IV دیوارهای چوبی و قابها ترک بر می دارند.
	V	در خارج ساختمان احساس می شود. جهت آن قابل برآورد است. افراد خواب بیدار می شوند. مآیعات به حرکت در می آیند و برخی از آنها به خارج ظرف خود می ریزند. اشیاء ناپآیدار کوچک جا به جا یا واژگون می شوند. درها تکان می خورند و باز و بسته می شوند. ساعتهای آونگی متوقف شده، به حرکت آمده یا سرعتشان تغییر می کند.
5	VI	توسط همه احساس می شود. بسیاری متوحش شده و از ساختمانها خارج می شوند. اشخاص به طور نامتعادلی حرکت می کنند. پنجره ها، بشقابها و ظروف شیشه ای می شکنند. اشیاء، کتابها و چیزهای دیگر از قفسه ها به خارج می ریزند. عکسها از دیوارها فرو می افتند. مبلها جا به جا شده یا واژگون می شوند. گچهای ضعیف یا ساختمانهای نوع D ترک بر می دارند. زنگهای کوچک کلیساها و مدارس به صدا در می آیند. درختان و بوته ها تکان می خورند.
6	VII	آیستادن مشکل می شود. توسط رانندگان وسآیل نقلیه احساس می شود. اشیاء آویزان شدیداً نوسان می کنند. مبلها و وسآیل چوبی می شکنند. بناهای نوعD صدمه می بینند و ترک بر می دارند. دودکشهای ضعیف در محل اتصالشان به سقف می شکنند. قطعات گچ، آجرهای سست، سنگ و کاشی سقوط می کنند، برخی از بناهای نوع Cترک بر می دارند. امواج آب در سطح حوضها و آبگیرها گل آلود می شود. لغزشها و حفرات کوچکی در سواحل شنی و ماسه ای آیجاد می شود. زنگهای بزرگ کلیساها به صدا در می آیند. نهرهای آبیاری صدمه می بینند.
	VIII	هدآیت وسآیل نقلیه مشکل می شود. بناهای نوع C صدمه می بینند و بخشی از آنها فرو می ریزند. به بناهای نوع B کمی صدمه وارد می آید بناهای نوع A بدون صدمه باقی می مانند. گچ کاریها و برخی از دیوارها فرو می ریزند. دودکشها و بناهای یادبود، برجها و مخازن مرتفع می چرخند و فرو می ریزند. دیوارهای جداکننده ای که محکم نباشد از محل خود خارج می شوند. شمعهای فرسوده شده می شکنند. شاخه های درختان می شکنند. میزان دما و جریان آب چشمه ها و چاهها تغییر می کند. در زمینهای مرطوب و دامنه های پرشیب ترکهآیی آیجاد می شود.
7	IX	عموم مردم احساس وحشت می کنند. بناهای نوع D کاملاً تخریب می شوند، بناهای نوع C به شدت صدمه می بینند و گاه کاملاً فرو می ریزند، بناهای نوع B به طور جدی صدمه می بینند. ساختمانهای پیش ساخته، اگر خوب به هم متصل نشده باشند، از محل پی جا به جا می شوند مخازن شدیداً صدمه می بینند. لوله های زیرزمینی می برند. ترکهای آشکاری در زمین آیجاد می شود. در زمینهای آبرفتی، ماسه و گل به خارج فوران می کنند.
8	X	پی اغلب بناهای معمولی و پیش ساخته تخریب می شود. برخی از سازه های چوبی خوب ساخته شده و پلها تخریب می شوند. سدها و خاکریزها صدمه جدی می بینند. زمین لغزه های بزرگ به وقوع می پیوندد. آب از ساحل کانالها، رودخانه ها، دریاچه ها و غیره به خارج می ریزند. ماسه و گل در سواحل و زمینهای هموار به طور افقی جا به جا می شوند. ریلهای راه آهن کمی خم می شوند.
	IX	ریلها به شدت خم می شوند. خطوط لوله زیرزمینی کاملاً از سرویس خارج می شوند.
	XII	خسارت تقریباً به طور کامل است. توده های سنگی بزرگ جا به جا می شوند. اشیاء به هوا پرتاب می شوند.

بزرگای زلزله

بمنظور اندازه گیری زمین لرزه و بدست آوردن معیاری برای مقایسه و سنجش زمین لرزه ها، از بزرگای زلزله استفاده میشود که میتوان آن را با در نظر گرفتن دامنه نوسانات روی نگاشت محاسبه نمود. مقیاسهآی متفاوتی برآی اندازه گیری بزرگآی زلزله وجود دارد. اولین مقیاس بزرگا، توسط چارلز ریشتر در سال 1935 برآی زلزله هآی جنوب كالیفرنیا تعریف شد كه بزرگآی محلی یا ML نامیده میشود. علاوه بر مقیاس ریشتر، مقیاسهای مختلف دیگری نیز وجود دارند که هر کدام کاربردهای خاص خود را در مهندسی زلزله و زلزله شناسی ایفا میکنند. هر زلزله فقط و فقط یک بزرگا دارد و بزرگا با فاصله از محل وقوع زلزله تغییر نمییابد.

ذکر این نکته ضروری است که بزرگای زلزله، بتنهایی نمیتواند معیاری برای سنجش میزان خرابی در زلزله باشد. همانطور که گفته شد، بزرگای زلزله فقط بر اساس میزان انرژی آزاد شده در زلزله محاسبه میگردد و عمق و یا سایر پارامترها در محاسبه آن دخیل نمیباشد. از این رو دو زلزله با بزرگاهای یکسان ولی عمقهای متفاوت میزان خرابیهای متفاوتی را ببار میآورند. چرا که با عمیقتر شدن کانون زلزله، امواج لرزه ای فاصله بیشتری را تا سطح زمین طی میکنند که در این فاصله مقداری از انرژی آزاد شده کاهیده شده و از بین میرود. در قسمت قبل بیان شد که زلزله های ایران، اغلب از نوع کم عمق میباشند، لذا انتظار میرود میزان خرابی و آسیب ناشی از این زلزلهها بیشتر باشد.

پیش بینی زمینلرزه

منظور از پیش بینی زلزله، پیشبینی مکان، پیش بینی بزرگا و پیش بینی زمان وقوع زلزله است. برای بسیاری از افراد جامعه، مفهوم پیشبینی، فقط به معنای پیشبینی زمان زلزله است. تلاشهای بیشماری برای بدست آوردن سرنخهای فیزیکی برای پیشبینی زلزله انجام پذیرفته است. در سال 1975، چینیها توانستند زلزله هایچنگ را بر اساس افزایش لرزه خیزی ( پیش لرزه ها ) و نا آرامی حیوانات پیشبینی نموده و منطقه وسیعی را تخلیه کنند.

هر پارامتری که قبل از وقوع زمین لرزه تغییراتی در آن پدید آید، بگونه ای که بتوان با بررسی دقیق این تغییرات زمین لرزه را پیشبینی نمود، پیش نشانگر گفته میشود. تا کنون پیش نشانگرهای متعددی که تعداد آنها به بیش از 30 مورد میرسد شناخته شده است. این پیش نشانگرها عبارتند از: تغییر شکل پوسته زمین، تغییر در تراز دریا، کج شدگی، تنجیدگی و تنجشهای پوستهای، پیش نشانگرهای زمین مغناطیسی و ژئوالکتریکی، تغییر در میدان گرانشی، پیش لرزهها، انتشار گاز رادن، تغییر در دبی و ارتفاع آبهای زیرزمینی، رفتار حیوانات و ...

مشکل اصلی در استفاده از پیش نشانگرها، نیاز به ثبت مداوم و مستمر آنها و بررسی تغییرات حاصله میباشد. برای مثال سطح آبهای زیر زمینی بصورت طبیعی در فصلهای مختلف نوسان دارد، ولی با ثبت مداوم و چندین ساله این نوسانها، میزان میانگین سطح آب زیر زمینی در فصلی مشخص، بدست میآید که در صورت تغییر غیر عادی در آن قابل تشخیص است. از طرف دیگر، بدلیل دخیل بودن عوامل دیگر در پارامترهای موجود، لازم است تا چند عامل پیش نشانگر بصورت همزمان مورد بررسی قرار بگیرد

نوشته شده توسط غلامرضا آریان در یکشنبه دهم فروردین ۱۳۹۳ |