رفتن به محتوای اصلی
Koohestun
توضیح کوهستانمکانیک زلزلهمقاله تشریحی· 3 دقیقه مطالعه· در محیط زیست

انرژی کرنشی الاستیک ذخیره‌شده که باعث وقوع زلزله می‌شود

با جابه‌جایی صفحات تکتونیکی، پوسته زمین تنش را از طریق خم شدن و انباشت انرژی کرنشی الاستیک در طول دهه‌ها جذب می‌کند. زلزله زمانی رخ می‌دهد که این انرژی ذخیره‌شده در نهایت بر اصطکاک گسل غلبه کرده و به‌شدت به شکل امواج لرزه‌ای آزاد شود.

به قلم سامان جعفری

زلزله‌شناسان و ژئوفیزیک‌دانان 45%مهندسان سازه 30%محققان ژئودزی 25%
زلزله‌شناسان و ژئوفیزیک‌دانان
تمرکز بر مکانیک بازگشت الاستیک، انرژی شکست و فیزیک گسیختگی گسل‌ها برای بهبود پیش‌بینی زلزله.
مهندسان سازه
تمرکز بر انرژی لرزه‌ای ساطع‌شده و فراجهش افت تنش برای طراحی ساختمان‌هایی که قادر به مقاومت در برابر سبک‌های خاص گسیختگی باشند.
محققان ژئودزی
تمرکز بر اندازه‌گیری تغییر شکل پوسته و انباشت کرنش با استفاده از شبکه‌های جی‌پی‌اس برای شناسایی بخش‌های قفل‌شده گسل.

دیدگاه‌هایی که این گزارش پوشش نداده

  • جوامع محلی ساکن در مناطق تکتونیکی با کرنش بالا
  • مقامات مدیریت بحران

هنگامی که زمین در طول یک زلزله بزرگ به شدت می‌شکافد، ویرانی حاصل از آن نتیجه یک برخورد ناگهانی نیست، بلکه آزادسازی نهایی انرژی کرنشی الاستیک است که طی دهه‌ها در سکوت انباشته شده است. پوسته زمین مانند یک فنر عظیم زمین‌شناختی عمل می‌کند و حرکت بی‌وقفه صفحات تکتونیکی را تا زمانی که در نهایت بر اصطکاک نگه‌دارنده گسل غلبه شود، جذب می‌کند.[1][3]

این مکانیسم که به عنوان نظریه بازگشت الاستیک شناخته می‌شود، برای اولین بار توسط زمین‌شناسی به نام هری فیلدینگ رید پس از زلزله ویرانگر سال ۱۹۰۶ سانفرانسیسکو مطرح شد. پیش از گسیختگی، صخره‌های دو طرف خط گسل توسط اصطکاک به یکدیگر قفل می‌شوند، حتی در شرایطی که صفحات تکتونیکی زیر آن‌ها با سرعت چند سانتی‌متر در سال به حرکت خود ادامه می‌دهند.[3][4]

با حرکت صفحات، صخره‌های قفل‌شده نمی‌توانند از کنار یکدیگر بلغزند و این امر باعث می‌شود که در طول زمان خم شده و تغییر شکل دهند. سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده توضیح می‌دهد که «یک گسل تا زمانی که کرنش انباشته‌شده در صخره‌های دو طرف آن بر اصطکاک غلبه نکند، گیر کرده باقی می‌ماند.»[1]

انرژی کرنشی الاستیک به آرامی در طول زمان انباشته می‌شود و سپس در طول یک گسیختگی به شدت افت می‌کند.

هنگامی که تنش انباشته‌شده از آستانه اصطکاک فراتر می‌رود، صخره به شکل اولیه و بدون کرنش خود بازمی‌گردد؛ فرآیندی که انرژی ذخیره‌شده را آزاد می‌کند. بر اساس گزارش سازمان زمین‌شناسی بریتانیا، این حرکت «انرژی 'کرنش الاستیک' ذخیره‌شده را به شکل امواج لرزه‌ای آزاد می‌کند که در سراسر زمین منتشر شده و باعث لرزش سطح زمین می‌شوند.»[3]

حجم عظیم انرژی درگیر در این فرآیند حیرت‌انگیز است. در جریان زلزله ۹٫۰ ریشتری توهوکو در سال ۲۰۱۱ در ژاپن، محققانی که جابه‌جایی‌های هم‌لرزه‌ای را از ۱٬۰۲۴ ایستگاه جی‌پی‌اس در سراسر شبکه ژئونت تجزیه و تحلیل می‌کردند، محاسبه کردند که کل انرژی کرنشی آزادشده برابر با ۱٫۷۵ × ۱۰^۱۷ ژول بوده است.[6]

این رقم با ۱٫۹ × ۱۰^۱۷ ژول انرژی لرزه‌ای ساطع‌شده که توسط سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده در همان رویداد مشاهده شد، مطابقت نزدیکی دارد. نکته قابل توجه این است که اگرچه آزادسازی انرژی در نزدیکی مرکز زلزله متمرکز بود، اما حدود ۱۲ درصد از کل انرژی در سراسر جزایر ژاپن در فواصل بیش از ۵۰۰ کیلومتری تخلیه شد.[6]

ایستگاه‌های جی‌پی‌اس تغییر شکل‌های جزئی پوسته زمین را برای اندازه‌گیری انباشت کرنش ردیابی می‌کنند.
این رقم با ۱٫۹ × ۱۰^۱۷ ژول انرژی لرزه‌ای ساطع‌شده که توسط سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده در همان رویداد مشاهده شد، مطابقت نزدیکی دارد.

با این حال، تمام انرژی کرنشی الاستیک ذخیره‌شده به امواج لرزه‌ای لرزاننده زمین تبدیل نمی‌شود. بخشی از آن صرف فرآیند فیزیکی شکستن سنگ، که به عنوان انرژی شکست شناخته می‌شود، و همچنین افزایش فشار حرارتی و گرمایش اصطکاکی در امتداد صفحه گسل می‌گردد.[5][7]

مدل‌سازی دینامیکی اخیر که در سال ۲۰۲۲ توسط مؤسسه ملی بهداشت منتشر شد، نشان می‌دهد که انرژی فروپاشی یک زلزله با میزان لغزش متناسب است، حتی اگر انرژی شکست زیربنایی در حدود ۱۰ ژول بر متر مربع نسبتاً ثابت باقی بماند.[5]

این مطالعه نشان می‌دهد که این تناسب به دلیل «فراجهش افت تنش مستقل از مقیاس» رخ می‌دهد که میانگین آن بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلوپاسکال است. این امر حاکی از آن است که خروجی مخرب یک زلزله کمتر به مقاومت مصالح پوسته و بیشتر به حالت کلی گسیختگی بستگی دارد؛ خواه مانند یک ترک منتشر شود یا یک پالس کرم‌مانند.[5]

نظریه بازگشت الاستیک توضیح می‌دهد که چگونه گسل‌های قفل‌شده خم می‌شوند و در نهایت به شکل اولیه خود بازمی‌گردند.

درک تعادل دقیق میان انرژی کرنشی الاستیک ذخیره‌شده، انرژی شکست و امواج لرزه‌ای ساطع‌شده برای زلزله‌شناسی مدرن حیاتی است. دانشمندان با نقشه‌برداری از نحوه انباشت کرنش در امتداد مناطق تکتونیکی شناخته‌شده، می‌توانند بهتر تشخیص دهند که کدام بخش‌های گسل قفل شده و برای یک بازگشت الاستیک در آینده آماده هستند و بدین ترتیب به هدف نهایی یعنی پیش‌بینی دقیق خطرات لرزه‌ای نزدیک‌تر شوند.[2][6]

چرا مهم است

درک چگونگی ذخیره و آزادسازی انرژی کرنشی الاستیک توسط زمین، پایه و اساس ارزیابی مدرن خطرات لرزه‌ای است. دانشمندان با نقشه‌برداری از مکان‌های انباشت این انرژی، می‌توانند مناطق قفل‌شده گسل‌ها را شناسایی کرده و پتانسیل مخرب زلزله‌های آینده را بهتر پیش‌بینی کنند.

روند رویداد

  1. ۱۹۰۶

    زلزله ویرانگر سانفرانسیسکو رخ می‌دهد و باعث آغاز بررسی‌های زمین‌شناختی گسترده در گسل سن آندریاس می‌شود.

  2. ۱۹۰۸

    هری فیلدینگ رید، زمین‌شناس، نظریه بازگشت الاستیک را برای توضیح مکانیک ایجاد زلزله مطرح می‌کند.

  3. ۲۰۱۱

    زلزله ۹٫۰ ریشتری توهوکو در ژاپن رخ می‌دهد و تخمین زده می‌شود که ۱٫۷۵ × ۱۰^۱۷ ژول انرژی کرنشی ذخیره‌شده را آزاد می‌کند.

  4. ۲۰۲۲

    محققان مدل‌های دینامیکی را منتشر می‌کنند که نشان می‌دهد انرژی فروپاشی زلزله به دلیل فراجهش افت تنش با میزان لغزش متناسب است.

آنچه نمی‌دانیم

  • چگونگی اندازه‌گیری دقیق انرژی حرارتی تلف‌شده در اثر اصطکاک در اعماق منطقه گسل در طول یک گسیختگی.
  • آستانه دقیق کرنش انباشته‌شده مورد نیاز برای ایجاد زلزله در یک بخش خاص و بسیار پیچیده از گسل.
  • چرا برخی از گسل‌ها انرژی ذخیره‌شده خود را به صورت گسیختگی‌های ترک‌مانند آزاد می‌کنند، در حالی که برخی دیگر پالس‌های کرم‌مانند ایجاد می‌کنند.

منابع

پوشش منابع

8 منبع

3 دیدگاه شناسایی‌شده

زلزله‌شناسان و ژئوفیزیک‌دانان 45%مهندسان سازه 30%محققان ژئودزی 25%
  1. [1]U.S. Geological Surveyزلزله‌شناسان و ژئوفیزیک‌دانان

    Elastic Rebound

    مطالعه در U.S. Geological Survey
  2. [2]Britannica

    Earthquake

    مطالعه در Britannica
  3. [3]British Geological Surveyزلزله‌شناسان و ژئوفیزیک‌دانان

    What causes earthquakes?

    مطالعه در British Geological Survey
  4. [4]University of California Berkeleyزلزله‌شناسان و ژئوفیزیک‌دانان

    The elastic-rebound theory of earthquakes / by Harry Fielding Reid.

    مطالعه در University of California Berkeley
  5. [5]National Institutes of Healthزلزله‌شناسان و ژئوفیزیک‌دانان

    Earthquake breakdown energy scaling despite constant fracture energy

    مطالعه در National Institutes of Health
  6. [6]Portland State Universityمحققان ژئودزی

    Strain Energy Release from the 2011 9.0 Mw Tōhoku Earthquake, Japan

    مطالعه در Portland State University
  7. [7]Open Journal of Earthquake Researchمهندسان سازه

    Seismology in the Light of Fundamental Sciences

    مطالعه در Open Journal of Earthquake Research
  8. [8]تیم سردبیری کوهستان

    تحلیل تیم سردبیری کوهستان

    مطالعه در تیم سردبیری کوهستان

نظرات

همیشه در جریان باشید

هر زاویه. هر روز.

دریافت محیط زیست اخبار همراه با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاه‌ها، مستقیم در صندوق ورودی شما.