
زلزله:
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.
یک انفجار آتشفشانی و یا انفجار حاصل از یک بمب اتمی قادر به ایجاد زلزله است، ولی این اتفاقات ضعیف بوده و پدیدهای نادر بشمار میروند. پس عامل ایجاد یک زلزله ویرانگر چیست؟
پوسته خارجی کره زمین، بر اساس تئوری زمینساخت صفحهای، به تکههای متعددی شکسته شده است که هرکدام از آنها صفحه یا ورق نام دارند که در حال حرکت بوده و بصورت بیوقفه تغییر شکل و اندازه میدهند. که این تغییر شکل و اندازه بدلیل پدیده همرفتی است که در درون کره زمین بدلیل تفاوت دمایی مواد مذاب تشکیل دهنده آن میباشد. هفت صفحه اصلی بر روی پوسته زمین شناخته شده است که همانند یخی که بر روی آب شناور است، این صفحات نیز بر روی لایه های پایینی خود حالت شناوری دارند.
با پیاده سازی زلزله های گذشته، مشاهده میشود که اغلب زلزله های جهان، منطبق بر مرز صفحات کره میباشند. یعنی با جابجائی صفحات نسبت به هم، انرژی این جابجائی بدلیل وجود اصطکاک بین صفحات، ذخیره میگردد و لحظهای که این مقدار انرژی برای غلبه بر نیروی اصطکاک سنگها کافی بود، بصورت ناگهانی آزاد میشود. علاوه بر این پدیده، عوامل مختلف دیگری نیز باعث ایجاد لرزش در زمین میگردند که در ادامه به توضیح آنها میپردازیم.
انواع زمین لرزه.:
1- زمین لرزههای 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.
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 انفجارها: 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.
خطرات ناشی از یک 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 )
لرزه نگاری
قرنهاست كه انسان به مطالعه زمین لرزه ها كه موجب خسارت های جانی و مالی وسیعی می شدهاند علاقهمند بوده است. اولین تلاش در چنین راهی به چینیها مربوط می شود. 132 قبل از میلاد مسیح یك فیلسوف چینی به نام چانگ- هنگ1 لرزه نگاری به نام لرزه نما اختراع نمود.. چنین دستگاهی مشاهدة بروز یك حركت را امكان پذیر می کرد ولی اندازه گیری میزان حركت با آن ممكن نبود.
پس از چنین وسیله ای ظاهراً از زلزله نگار دیگری در تاریخ ذكر نشده است تا آینكه در قرن هجدهم از سیستمهآی پاندولی كه جهت موج دریافتی را نشان می دادند، (ابتدا در آیتالیا و سپس در ژاپن) مجدداً استفاده شد. اولین لرزه نگاشت روی كاغذ به طور همزمان درایتالیا، انگلستان و آلمان در سال 1889 به دست آمد. در سالهآی بعد نیز جرم و اندازه لرزه نگارها همچنان بزرگتر گردید تا آینكه وزن آنها به حدود 19 تن رسید. چنین وزنی موجب آیجاد یك آینرسی زیاد نسبت به كل تغییرمكان زمین می گردید ولی از سوی دیگر ضرر آن آین بود كه امكان جا به جآیی چنین لرزه نگاری وجود نداشت.
امروزه شبکه عظیمی از لرزه نگارها در سراسر جهان نصب شده و در حال ثبت ارتعاشات میباشند. شتابنگارهای ثبت شده توسط این دستگاهها امکان مطالعه دقیق زمین لرزه ها را فراهم میآورد. شکل زیر بصورت شماتیک نگاشت ثبت شده از زلزله را نشان میدهد. همانطور که در بخش قبل گفته شد، در اثر زلزله امواج مختلفی منتشر میشوند که سرعت و دامنه هرکدام از این موجها متفاوت میباشد. سرعت متفاوت باعث میشود که زمان رسیدن هرکدام از این موجها متفاوت باشد و در نتیجه بر روی نگاشت ثبت شده قابل تشخیص باشند.
محل کانون و عمق زلزله نیز بر اساس تفاوت موجود بین زمان رسیدن موجهای P و S محاسبه میشود.
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 مبنای اثرهای 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 های تاریخی است، بویژه در ناحیه هایی نظیر كشور ما كه كشوری باستانی و با میراث تاریخی و فرهنگی كهن است و لذا اطلاعات مهمی می توان از زلزله های 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 نوعC 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. |
|
9 |
IX |
ریلها به شدت خم می شوند. خطوط لوله زیرزمینی کاملاً از سرویس خارج می شوند. |
|
10 |
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.
یش بینی زمین لرزه
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.
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 رومرکز نامیده 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.

