الزلازل العملاقة للشمال الغربي الباسيفيكي

الزلازل العملاقة للشمال الغربي الباسيفيكي

لقد ثبت أن خطر حدوث زلزال عنيف على الشواطئ ما بين

شمال كاليفورنيا وكولومبيا البريطانية، أكبر بكثير من التوقعات.

D.R<D.R. هيندمان>

 

يتساءل قلة من الناس عن احتمال ضرب زلزال مدمر مرة أخرى للوس أنجلوس وسان فرانسيسكو. لقد عانت ولاية آلاسكا أيضا بعض الزلازل الخطيرة بما فيها واحد من أعنف زلازل العالم في عام 1964. مع ذلك، وحتى وقت قريب، اعتقد العديد من السكان بأن الإقليم الواقع بين أقصى شمال كاليفورنيا وجنوب كولومبيا البريطانية (المنطقة التي يطلق عليها اسم كاسكاديا أحيانا) أكثر أمانا للحياة فيه. لقد عرف علماء الزلازل بأن ڤانكوڤر وسياتل ليستا آمنتين تماما، فقد صدمت الإقليم زلازل شديدة في الأعوام 1946 و1949 و1965 ـ لكن لم تُصبْ أية زلازل كارثية حقا تلك المدن.

 

ينتقل الغلاف الصخري المحيطي المتولد في مركز تمدد جوان دي فوكا الباسيفيكي جانبيا (الأسهم تدل على الحركة) قبل أن يغوص تحت الشاطئ الغربي لأمريكا الشمالية. يبقى جزء من الفالق الذي يصل بين الصفيحتين التكتونيتين  مغلقا مما يسبب التواء مرنا للقارة بالقرب من الشاطئ مع ازدياد الإجهاد. وفي النهاية عندما يُطلِق الفالق هذه الطاقة المختزنة، قد ينطلق زلزال عملاق.

 

لقد تغيرت الآراء بشكل متطرف، فمنذ عشرة أعوام بدأ كل من <H.Th.هيتون> (من إدارة المسح الجيولوجي الأمريكية) و<C.G.روجرز> (من إدارة المسح الجيولوجي الكندية) بالتحذير من احتمال ضرب زلازل عملاقة لهذا المتسع من الساحل الذي يبدو أكثر هدوءا. في البداية شكك العديد من العلماء بجدية الخطر، لكن أكثر المتشككين تأكدوا الآن بأن مثل هذه الزلازل قد حدثت في الماضي وستحدث ثانية. كيف أمكن تغيير المدارك بهذه السرعة؟

 

كيفية حدوث الزلازل العنيفة غير المتكررة وأين. يتناقص معدل حدوث الزلازل بطريقة نظامية من أجل معظم نُطُق الفوالق (الصدوع) الناشطة، بازدياد قدرة الزلازل كما بيّن <B. گوتنبرگ> و<F.Ch.ريختر> في الثلاثينات. ينطبق هذا النمط المنتظم على قيمة عظمى لقدرة الزلزال ـ ذلك الذي يقابل انكسار النطاق الفالقي (الصدعي) من طرف إلى آخر. يمكن لعلماء الزلازل، باستخدام علاقة گوتنبرگ ـ ريختر، تقدير تكرارية حدوث الزلازل لمنطقة ما حتى لو لم تُسجَّل حوادث مماثلة قط. يمكن بعدها للمهندسين تصميم الأبنية والسدود والمنشآت الأخرى بناء على ذلك.

 

لقد فشلت هذه الاستراتيجية في عدة مناطق. يمكن للزلازل العنيفة أن تضرب من دون حدوث الزلازل الضعيفة مما يسبب مشكلة محيرة لعلماء الزلازل: كيف يمكن أن تُحدِّد بشكل مقبول أخطار الزلازل الكبيرة؟ تنطبق هذه الصعوبة على كاسكاديا حيث تنغرز إحدى الصفائح التكتونية من قاع المحيط الهادي تحت الساحل الغربي لأمريكا الشمالية بعملية تدعى الغوص (الانغراز) subduction. ومع أن النشاط السيزمي الإقليمي يمكن أن يكون شديدا جدا في بعض المناطق الداخلية (باتجاه القارة) لهذا الساحل، لم يُسجَّل أي زلزال ـ حيث تبدو الحركة متمركزة ـ على فالق الدسر thrust faultالرئيسي الذي يفصل صفيحة جوان دي فوكا عن القارة الأمريكية الشمالية.

 

يبدو من منظور عالمي أن غياب فوالق الدسر مدهش. إن معظم نُطُق الغوص خضعت لحوادث انزلاق كبيرة (تعرف بأنها تلك التي قوتها على مقياس ريختر أعلى من 8) في وقت ما. تتركز هذه الزلازل خاصة حول حافة المحيط الهادي بحزام واسع يدعى حلقة النار ring of fire ـ أتت التسمية من خطوط البراكين الناشطة التي تتوضع باتجاه القارة بالنسبة لموقع غوص القشرة المحيطية في وشاح الأرض.

 

عانت ألاسكا دمارا شاملا عام 1964 عندما انطلق زلزال دسر عملاق في يوم الجمعة الحزينة (التي تسبق عيد الفصح). دُمر معظم مدينة أنشورج (أعلى اليمين) نتيجة الحركة الأرضية وأغرقت المواقع الساحلية حول مدينة سيوارد بالمياه والطين (فوق). إن الشاطئ الجنوبي لألاسكا مازال يظهر آثار هذا الزلزال العنيف في العديد من الأشجار التي ماتت عندما انخفست الأرض (في اليمين) مؤدية إلى غمر المياه المالحة لجذور تلك الأشجار.

 

غياب الزلازل العنيفة؟

 هنالك عدة تفسيرات لغياب زلازل غوص رئيسية. ومع أن لجزء كاسكاديا من غرب أمريكا الشمالية العديد من مميزات نطاق الغوص، فربما تكون صفيحة جوان دي فوكا قد توقفت عن الحركة باتجاه أمريكا الشمالية في الأزمنة الجيولوجية الحديثة. منذ عشرين سنة، عندما ناقش الجيولوجيون هذا السؤال، كتبت مع زميلي <R.P.ريدهو> (في مركز علوم الأرض المتعلق بالمحيط الهادي) مقالة وأشرنا إلى أن التقارب convergence والانغماسunderthrust مستمران فعلا. منذئذ أكد عمل الكثيرين من الباحثين أن صفيحة جوان دي فوكا لم تتوقف فجأة. وتأتي الدلائل المقنعة على الحركة المستمرة من دراسة الرسوبيات تحت المائية على قاعدة المنحدر القاري. لقد توضعت هذه الرمال والوحول في عمق البحر كطبقات مستوية، لكن حتى أحدث الرسوبيات توجد ملتوية بشدة. لقد قامت قارة أمريكا الشمالية، التي تعمل كشفرةِ جرّافة (بلدوزر) عملاقة، على كشطها عن القشرة المحيطية تاركة تجعدًا كدليل على استمرار الغوص. 

 

ربما كان الدليل الأكثر إثارة على استمرار الغوص هو الثوران البركاني عام 1980 لجبل سانت هيلين في جنوب غربي ولاية واشنطن. لقد عرف العلماء مدة طويلة من الزمن بأن مثل هذه البراكين هي نواتج الغوص. ولقد ظن بعض الجيولوجيين بأن براكين كاسكيد خامدة. لكن هذه الجائحة البركانية تركت شكا ضعيفا بأن شاطئ كاسكاديا هو في الحقيقة جزء ناشط من حلقة النار.

 

للتوفيق بين تقارب الصفائح وغياب حوادث الدسر، افترض بعض العلماء أن الدفع نحو الأسفل تحت الشاطئ شمل انزلاقا سلسًا مستقرا وليس تصرفا متشنجا إقحاميا يُولِّد الزلازل. إن التفسير البديل هو أن الفالق بينهما مغلقlocked تماما (أي إن الاحتكاك كبير جدا لدرجة أنه يثبِّت الصفيحتين إحداهما بالأخرى)، بحيث لا يوجد حركة كافية لتوليد حتى الزلازل الضعيفة. لو كان الفالق حر الانزلاق، فإن الفرصة ضعيفة لحدوث زلازل دسر كبيرة. لكن إن كان الفالق مغلقا سيتم احتواء تقارب الصفائح بالنمو الصامت لكن المفرط للانفعال في الصخور حول الفالق، مما يسبب زلزالا عظيما.

 

قد يبدو للوهلة الأولى بأن النقص في الزلازل القوية في السجل التاريخي يدعم الفكرة بأن الفالق ينزلق بهدوء. ومع ذلك فإن التفسير يهمل قصر مدة التسجيل على طول هذا الساحل. فمنذ ما يزيد على 200 عام زار المكتشفان<J. بيريز> و<J.كوك> الإقليم للمرة الأولى. إن محدودية التاريخ المكتوب تتباين بشكل كبير مع فترة التسجيلات اليابانية التي تصف الكثير من زلازل الغوص الكبيرة وما يدعى أمواج المرفأ «الأمواج السنامية»tsunamis  التي تنتج منها. ويمتد هذا التسجيل المفصل إلى القرن السابع.

 

متى كان آخر الزلازل؟ 

لسبر تلك الأوقات التي مضت قبل وصول الأوروبيين إلى هذه الشواطئ، يفتش الباحثون عن آثار الزلازل القديمة في السجل الجيولوجي. ولقد وجدوا بعض الأدلة على حدوثها في الخلجان المحمية حيث تتشكل المستنقعات الملحية بين ذروة المد وحضيض الجزر. كشفت الحفريات في تلك المستنقعات الساحلية عن سجل لافت للنظر. كان<F.B.أتووتر> (من إدارة المسح الجيولوجي الأمريكية) أول من بيّن وجود طبقات مميزة تحت المستنقع الحالي (موزعة على أعماق متعاقبة بفواصل قدرها متر واحد تقريبا) تحتوي على خث (دبال) peat مؤلف من بقايا نباتات مشابهة للنباتات التي تعيش الآن في نطاق المد والجزر. وقد استنتج بأن كل توضُّع خثّي يمثل مستنقعا سابقا طمر عندما انخفضت الأرض فجأة مع انطلاق الانفعال بشكل زلزال كبير جدا.

 

إن ما يجعل التفسير أكثر إقناعا هو أن العديد من طبقات الخثّ المطمورة مغطاة برمال مجلوبة بوساطة الأمواج السنامية التي اندفعت على الشاطئ المنخفس. وتشير النمذجة modeling النظرية وكذلك التأثيرات الجيولوجية المحفوظة على خط الشاطئ إلى أن هذه الأمواج وصلت إلى ارتفاع 100 أمتار على الشاطئ المكشوف وأعلى من ذلك في بعض الخلجان الضيقة. 

 

بعد تبدد الأمواج السنامية ملأ الوحل ببطء الإقليم المنخفس وعادت الحياة النباتية إلى المستنقع. وهكذا يبرهن تكرار تعاقب الخثّ والرمل والوحل بوضوح على تعرض الإقليم لزلازل عنيفة في الماضي. لكن منذ متى حدث هذا الجَيَشان ما قبل التاريخي؟ يصعب تحديد أعمار طبقات الخثّ بدقة لكن وُجدت أشجار تنوب fir شاطئية غرقت في المحيط بعد انخفاس  الأرض المفاجئ. وبفحص حلقات النمو وقياس الكربون المشع في هذه الأشجار قدّر الباحثون بأنها ماتت أثناء آخر زلزال عنيف ـ ضرب المنطقة قبل نحو 300 عام. وقبل ذلك وقعت حوادث مماثلة على فترات غير منتظمة بلغت 500 عام.

 

 يؤيد هذا الاستنتاج كذلك رسوبيات غير عادية وُجِدت بعيدا على قاع المحيط. أخذ علماء من جامعة أوريگون عينات من رسوبيات قاع المحيط بوساطة أنابيب طويلة ووجدوا وحولا ناعمة الحبيبات متناوبة مع طبقات أكثر رملية. إن الوحل من الرسوبيات النموذجية لقاع البحر العميق ويتجمع من تساقط وابل بطيء ومستمر من الرسوبيات الناعمة. من ناحية أخرى فإن الرسوبيات الرملية غريبة بوجودها بعيدا عن الشاطئ. وقد قدم<J.أدامز> (من إدارة المسح الجيولوجي الكندية) تفسيرا لذلك: ربما أثارت الزلازل القوية انزلاقات تحت بحرية ضخمة أدت إلى حمل الرسوبيات الشاطئية نحو الأسفل على المنحدر القاري ثم إلى قاع المحيط العميق.

 

تنثني صفيحة أمريكا الشمالية كانثناء لوح خشبي حول حافة طاولة، مؤدية إلى انتفاخ داخل القارة أثناء سحب هامشها الغربي نحو الأسفل بوساطة اللوح المحيطي (في الأعلى). بعد إطلاق الزلزال للإجهاد، ينهار الانتفاخ (في الوسط) مؤديا إلى انخفاس جزء كبير من المنطقة الساحلية وامتلائه بالرسوبيات (في الأسفل).

 

يصعب توقيت الحوادث من الرسوبيات، لكن وجود رسوبيات غريبة قرب قاعدة بعض الألباب cores يعطي مفتاحا لحل اللغز. تحتوي هذه الطبقة على رماد بركاني من ثوران بركان جبل مازاما Mazama السابق في ولاية أوريگون (يُعرف حاليا بكريتر ليك «بحيرة فوهة البركان»). حدث ذلك الانفجار الهائل ـ المشابه لانفجار بركان سانت هيلين الحالي ـ قبل 7700 عام. وبفرض أن وابل الوحل الهابط إلى قاع البحر كان منتظم التوزيع، فإن هذا يبرهن على أن التسلسل الزمني لتلك الزلازل مشابه تماما للنتائج التي تم الحصول عليها من توضعات الخثّ الساحلية. لقد وقع أحدث زلزال قبل نحو 300 عام والفاصل الزمني بين كل انهيارين تحت بحريين من الانهيارات الـ 12 السابقة يتراوح ما بين 300 و900 عام.

 

السوابق التاريخية

كان النوتكا Nootka في جزيرة ڤانكوڤر والقبائل  الأمريكية الأصلية في المنطقة عرضة لكوارث الأمواج السنامية. كانت الأمواج السنامية التي تولدت في الزلازل العملاقة في غرب أمريكا الشمالية كبيرة بما فيه الكفاية لتقطع المحيط الهادي وتضرب اليابان. ربما كان للأمواج التي غمرت جزيرة هونشو في كانون الثاني عام 1700 المصدر النائي نفسه. لقد جسد اليوروك Yurok ـ السكان الأصليون الذين سكنوا المنطقة الساحلية ـ القوى الطبيعية مثل الزلازل والرعد في معتقداتهم. يصف هذا المقتطف من مقابلة سجلها <L.A.كروبير> في مجلة أساطير اليوروك YurokMyths  ما يمكن أن يكون زلزالا حديثا نسبيا: ومن هناك (زلزال ورعد) ذهبوا جنوبا… ذهبوا جنوبا أولا ثم أغرقوا الأرض… كل فترة قصيرة كان هناك زلزال ثم زلزال آخر، ثم زلزال آخر… ثم تملأ المياه تلك الأمكنة (المنخفضة)… «هذا هو الذي يزدهر عليه الإنسان،» قال الزلزال. «لأنه لن يكون لهم وجود إذا كان هنالك لا شيء للمخلوقات (البحرية) للعيش فيه. لأنه هناك حيث سيحصلون على ما يعيشون عليه، عندما يصبح هذا المرج ماء، هذه الرقعة التي كانت مرجا: سيكون هناك محيط.»… «نعم، ذلك صحيح. ذلك صحيح. هكذا سيعيشون.» قال الرعد. «الآن اذهب شمالا.» عندئذ ذهبوا شمالا معًا وفعلوا الشيء نفسه: استمروا بإغراق الأرض. وكانت الأرض تهتز وتهتز وتهتز مرة ثانية. وكان الماء يفيض فوق كل شيء. يشهد الخثّ المطمور (الطبقة البنية في اليمين) المتوضع تحت المستنقعات الساحلية على حدوث زلزال سابق. لقد تشكلت مثل تلك التوضعات عندما هبط سطح الأرض فجأة، واندفعت الأمواج السنامية على المناطق المنخفسة مغرقة الحياة النباتية بين المد جزرية بالرمال. ثم ملأ الطين ُالمنخفضَ المتبقي قبل أن ترسخ النباتات نفسها مرة أخرى على السطح الجديد. وفي الأسفل، تتوضع سلسلة من طبقات الخث.

 

قد يؤدي استخدام استراتيجية ذكية إلى تحديد أدق لزمن وقوع أحدث زلزال. يجب أن تكون الأمواج السنامية المتولدة من زلازل كاسكاديا التي قوتها بحدود 9 عاليةً بما فيه الكفاية لكي تُلاحظ في اليابان حتى بعد رحيلها عبر المحيط الهادي. بمعرفة هذه الحقيقة، ظن <K. ساتاكي> وزملاؤه (من إدارة المسح الجيولوجي اليابانية) أنهم قد وجدوا التسجيل المكتوب: وهو أمواج سنامية ارتفاعها متران غمرت ساحل هونشو منذ نحو 300 عام. وبعد إجراء التصحيح للزمن الذي استغرقته للرحيل إلى اليابان (وتغير الزمن حسب النطاق «أي التوقيت المحلي»)، حدد ساتاكي زمن حدوث الزلزال على طول شاطئ أمريكا الشمالية بتاريخ 26/1/1700 وبحدود الساعة التاسعة مساء. 

 

يتوافق هذا التحري، بشكل مدهش، مع التقارير المحفوظة في التاريخ المروي للسكان الأصليين لكولومبيا البريطانية عن حدوث كارثة. وجد زميلي (روجرز) في السجل المحلي في فيكتوريا ما يمكن أن يكون وصفا لهذا الحدث. يسجل التراث الشعبي أن زلزالا ضرب خليج پاشينا Pachena على  الشاطئ الغربي من جزيرة ڤانكوڤر في ليل شتائي، وفي الصباح كانت القرية التي في مقدمة الخليج قد اختفت. وكشف<A.G.كارڤر> (من جامعة هومبولت الرسمية) عن رواية مماثلة في التراث غير المكتوب لأقصى شمال كاليفورنيا. وهكذا تشير القصص الشعبية والكتابات اليابانية والتوضعات الرسوبية كلها إلى الاستنتاج الحتمي بأن زلزالا عملاقا يتردد بالفعل على شاطئ كاسكاديا. 

 

دورة الزلازل العنيفة

مثل كل الزلازل، أثبتت حوادث نطاق الغوص الكبيرة بأنها معقدة عند دراستها بالتفصيل. ومع هذا، تتبع العملية الأساسية نظرية «الارتداد المرن» التي طُورت أولا من أجل فالق سان أندرياس الشهير في كاليفورنيا. وبناء على هذا المفهوم فإن الحركة المستمرة بين صفيحتين تضغط وتلوي القشرة مع تجمع الإجهاد. وعلى العكس من الصورة المضللة (الوهم) بأن الأرض مؤلفة من صخور قاسية وصلبة فإن التقلص مرن تقريبا. وإذا لم تعصر الأرض بشدة أكبر من اللازم، فإنها تتصرف كقطعة هائلة من المطاط. مع ذلك، في النهاية تصبح القوى التكتونية كبيرة جدا بحيث تتجاوز قوة الاحتكاك على طول الفالق، فينزلق السطح فجأة وتنطلق الطاقة المرنة التي خُزِّنت على مدى سنين عديدة نحو الخارج كأمواج زلزالية تهز الأرض. ثم يغلق الفالق مرة أخرى وتُستأنف دورة تنامي الإجهاد التكتوني وانطلاقه. 

 

تزحف صفيحة جوان دي فوكا المحيطية على أمريكا الشمالية نحو 40 ملّيمتر في السنة على طول نطاق غوص كاسكاديا. قد يبدو هذا التقدم بطيئا لكنه يمثل تقصيرا لا يستهان به ـ بحدود 20 مترا خلال 500 سنة نموذجية فاصلة بين زلزالين عملاقين. تُستهلك الحركة بتقصير مرن موزع على رقعة عرضها عدة مئات من الكيلومترات. لكن الإجهادات التكتونية تسبب أكثر من التقلص الأفقي ـ فالأرض تتحرك شاقوليا أيضا. وفي الوقت الذي تغوص فيه الصفيحة المحيطية تحت الشاطئ فإنها تسحب النتوء القاري الداخل في البحر إلى الأسفل وتسبب تحدُّبا لأجزاء داخلية على الصفيحة الأمريكية الشمالية: تُماثل هذه العملية ثني لوح طويل على حافة طاولة، فعند إخضاع المقدمة للانثناء نحو الأسفل يتشكل انتفاخ نحو الأعلى في الجزء الخلفي. وعندما يكسر زلزال كبير الفالق المغلق، يرتد الجزء القاري المواجه للبحر نحو الأعلى وينهار الانتفاخ. يولِّد الارتفاع المفاجئ للرصيف القاري الخارجي الأمواج السنامية. ويسبب السقوط المفاجئ «للانتفاخ الانثنائي» flexural bulge  ـ المتمركز قرب الشاطئ ـ الهبوط الذي يطمر  المستنقعات الملحية بين المد جزرية.

 

تلتحم (تغلق) الصفائح المتقاربة بعضها ببعض على طول منطقة ضيقة من فالق الدسر الواقع تحت الشاطئ. إن امتداد النطاق المغلق محدود من طرفه الغربي لأن الغضار المتوضع على سطح القشرة المحيطية الهابطة نحو الأسفل يساعد على زلق الفالق. وإلى الشرق يخبو النطاق المغلق إلى درجة أن الفالق العميق المطمور ينزلق بحرية بسبب درجات الحرارة العالية.

 

إن لتحديد موقع النطاق المغلق أهمية خاصة؛ لأن هذا السطح يصبح مصدرا لطاقة الأمواج السيزمية عندما يخضع الفالق في النهاية لزلزال. يؤثر امتداد حد مصدر الزلزال المواجه للقارة في كيفية وقع الزلزال على مراكز التجمعات السكنية الكبيرة، في حين يتحكم الحد المواجه للبحر في مكان تشكل الأمواج السنامية. ويؤثر العرض الكلي لنطاق مصدر الزلزال في الخطر السيزمي لأنه يقرر القدرة العظمى للزلزال.

 

تغيِّر القشرة المتشوهة شكلها ببطء شديد، لكن القياسات الحذرة يمكن أن تتبع الحركات الدقيقة للأرض. يمكن للمسح الجيوديسي التقليدي أن يلتقط الحركة الشاقولية، كما يفعل تحليل تسجيلات مقاييس المد الشاطئية (في الأعلى). تمكن العلماء باستخدام مقياس مدى ليزري بين قمم الجبال من قياس التقلص الأفقي في الإقليم منذ أكثر من عقد، لكن الأجهزة الحديثة التي تستخدم نظام تحديد الموقع العالمي بوساطة السواتل (الأقمار الصنعية) (في اليسار) سهلت مهمة إنجاز المسوحات الدقيقة.

 

يمكن للعلماء تحديد امتداد النطاق الفالقي المغلق من هيئة التشوه القشري. إذا كان النطاق المغلق ضيقا ويمتد لمسافة قصيرة فقط تحت الفالق المائل، تكون منطقة الانثناء المرن محدودة جدا أيضا. وبالعكس، إذا كان النطاق المغلق يمتد أكثر نحو الأسفل، فإن الانثناء يستمر لمسافة كبيرة ضمن القارة. وهكذا يمكن أن يساعد المسح القاري على تخطيط منطقة الخطر الزلزالي. إن معدلات التشوه هي عدة ملّيمترات سنويا فقط، لكن يمكن أن تحدد بدقة بتقنيات المسح الحديثة فيما لو طُبِّقت القياسات بعناية استثنائية. 

 

مراقبة تنامي الانفعال

تحدد عدة أنواع من المراقبات المختلفة المتكررة كيف يتشوه حاليا هامش كاسكاديا. يمكن للجيوفيزيائيين تتبع التقصير الأفقي للإقليم الساحلي بقياس، مثلا، المسافة بين نقاط العلام «الجيوديسية» على قمم الجبال باستخدام مقياس مدى ليزري. يتطلب هذا العمل حذرا شديدا وسماء صافية جدا (هذه غير مألوفة في جبال الشاطئ الغربي الكثيرة المطر). وباستخدام هذه الآلية، كتب <G.J.سافج> وزملاؤه (في إدارة المسح الجيولوجي الأمريكية) تقريرا لأول مرة في عام 1981 مفاده أن القشرة بالقرب من سياتل تقصر باتجاه معامِدٍ للشاطئ. واستنتجوا بأن الانفعال يتنامى نحو زلزال لا يستهان به. 

 

ثمة بعض طرائق للمسح حساسة بما يكفي للحركة الشاقولية. وأبسط هذه الطرائق تعرف بالتسوية leveling وتستخدم الآلية نفسها التي يراها المرء تُجْرى على طول الطرق العامة. يسدِّد المساحون على قضبان مرقمة لقياس فرق الارتفاع بين مكانين. وبجمع الفروق المقاسة، يمكن للمسّاحِين تحديد الارتفاعات النسبية على شبكة من النقاط المترابطة والموزعة على مسافات كبيرة. تكشف إعادة المسح بعد عدة سنوات الارتفاع أو الانخفاض لموقعٍ بالنسبة لآخر. على سبيل المثال، أنجزت إدارة المسح الجيوديسي الكندية عدة مسوحات بدقة متميزة مخصصة لدراسة الارتفاعات المتعلقة بالزلازل. وقد غطت إحدى هذه التجارب جيئة وذهابا عرض جزيرة ڤانكوڤر (نحو 100 كيلومتر لكل مسار) في سلسلة من التسديدات، واحدة لكل 100 متر أو ما يقاربها. وحُدِّد الخطأ الشاقولي على كامل الدورة بسنتيمتر واحد فقط. 

 

تَستخدِم طريقةٌ أخرى مقاييس المد التي تراقب مستوى سطح البحر بالنسبة لصخور قاع البحر الشاطئية. إن الهدف الأول لهذه المقاييس هو مراقبة المحيط، ولكن المدهش، أنه يمكن استخدام متوسط ارتفاع سطح البحر من تسجيلات المقاييس التي تسجل منذ عشرين عاما ونيف، كمرجع لتعقب الانحرافات الشاقولية الدقيقة للأرض. طبعا، يجب أن يكون التسجيل طويلا بما يكفي لصقل (لإزالة) تأثير المد والجزر والتغيرات المحيطية الأخرى، مثل النينو⁽²⁾ El Nino التي قد تدوم لسنوات. يحتاج المرء إلى أخذ الارتفاع العالمي المستمر لمستوى سطح البحر (بحدود ملّيمترين سنويا) وإجراء التصحيح «الارتداد بعد الجليدي» للارتفاع المستمر والبطيء للقشرة الأرضية التي هبطت تحت ثقل الجليديات من آخر عصر جليدي. 

 

فضلا عن ذلك، هنالك طريقة ثالثة لالتقاط الحركة الشاقولية باستخدام الثقالة، القوة التي تتغير عكسا مع مربع البعد عن مركز الأرض. ومع أنه من المستحيل أن يشعر الناس بالانحراف الضئيل بوزنهم عند تغيير الارتفاع، فإن الأجهزة الحساسة يمكنها تسجيل هذه التغيرات. وبتكرار قياس الثقالة في البقعة نفسها مرة كل عدة سنوات يتمكن الجيوفيزيائيون من تقدير معدل الارتفاع الشاطئي.

 

خلال السنوات القليلة الماضية، سمح نظام تحديد الموقع العالمي بوساطة السواتل (الأقمار الصنعية) satelite اختصارا (GPS)  للعلماء بقياس المسافات والانزياح الشاقولي بين المواقع التي يبعد بعضها عن بعض مئات الكيلومترات. على سبيل المثال، استعمل <H. دراكيرت> و<M. شميت> (من إدارة المسح الجيولوجي الكندية) النظام GPS لبيان  أن فيكتوريا الساحلية تقترب بمقدار سنتيمتر واحد سنويا من پينتكتون (موقع يبعد 3000 كيلومتر نحو داخل القارة). إن النظام GPS  دقيق وقليل الكلفة وقد يبرهن مستقبلا بأنه التقنية الأكثر فعالية لمراقبة الالتواء والكبس الدقيق للقشرة الأرضية اللذين يؤديان إلى حدوث الزلازل. 

 

تعطي كل هذه الطرائق نتائج متشابهة: يرتفع هامش كاسكاديا حاليا ما بين ملّيمتر و4 ملّيمتر سنويا، ويتقلص أفقيا بمقدار عدة مليمترات سنويا. يسجل هذا التشوه ـ وهو دليل مباشر على أن القشرة تُكبس بين الصفائح المتقاربة ـ التجمع البطيء، لكن القاسي، للانفعال الذي يتنامى نحو الانطلاق الكارثي في الزلزال العملاق التالي.

 

نظرا لأن معرفة مكان الجزء المغلق من الفالق حاسمة لتعيين خطر الزلزال، حاولت مع زملائي (في مركز علوم الأرض المتعلق بالمحيط الهادي PacificGeoscience Center) تحديد امتداد الفالق المغلق بمقارنة نتائج المسح بالنماذج الرياضياتية للتشوه. وقد سمحت لنا مطابقة المشاهدات بالنظرية بتخطيط عرض النطاق المغلق العميق تحت سطح الأرض. إن الحالة الفعلية أكثر تعقيدا، إلى حد ما، من هذا المفهوم المبسط: ففي الحد الأعمق المتجه نحو القارة للنطاق المغلق يوجد انتقال تدريجي بين المناطق الصلبة الإغلاق وبين تلك الحرة الانزلاق تماما.

 

رفع شاطئي في كاسكاديا موثق بوساطة مسوحات تسوية مكررة (النقاط). تنسجم المعلومات مع التوقعات النظرية (الخط الأسود) لانحناء صفيحة أمريكا الشمالية وتعمل على تحديد مكان الجزء المغلق من فالق الغوص.

 

أظهرت المقارنة بين معطياتنا والنماذج بأن النطاق المغلق ـ لمعظم شاطئ كاسكاديا ـ ينحصر برقعة عرضها ما بين 50 و100 كيلومتر وتمتد تحت الرصيف القاري (يزداد عرضها كثيرا بالقرب من شاطئ واشنطن الشمالية فقط). يمثل هذا السطح منطقة فالق فسيحة مؤهلة لحدوث زلازل هائلة. ومع ذلك، وللغرابة، فهو ضيق بشكل غير عادي مقارنة بنطق غوص أخرى.

 

حثتنا هذه الفوارق على البحث عن الخصائص الجيولوجية التي تؤثر في عرض الفالق المغلق. هنالك عديد من العوامل المؤثرة، لكن الحرارة تلعب الدور الغالب. مثلا، قد تقوم الرسوبيات الغنية بالغضار  ـ التي تغطي الصفيحة المحيطية ـ بزلق حافة الفالق المقابلة للبحر «المائلة نحو الأعلى»Up-dip، ومع ذلك، كلما تعمق الرزغ ooze  المطمور يتحول الغضار كيميائيا إلى معادن قوية تمنع الفالق من الانزلاق. يحدث هذا التغير على عمق  10 كيلومترات تقريبا حيث تبلغ الحرارة 150 درجة سيلزية.

 

يبدو أيضا أن الحرارة تتحكم في الحد المقابل للقارة «المائل نحو الأسفل»down-dip  للنطاق المغلق. تتصرف الصخور تصرفا احتكاكيا طبيعيا في درجات الحرارة المتوسطة. أي إن المقاومة الابتدائية الكبيرة للحركة تهبط إلى مستوى أقل عندما يبدأ الفالق بالانزلاق. وهكذا، حالما يبدأ الانزلاق، يحدث انطلاق خاطف ـ زلزال ـ للطاقة المرنة الكامنة. لكن باتجاه عمق القشرة،  حيث تزيد الحرارة على 350 درجة سيلزية، يجب أن تتصرف الصخور المبطّنة لسطح الفالق كسائل لزج حيث تقابل الحركة الأسرع بمقاومة متزايدة. إذًا، تميل أجزاء الفالق الأعمق والأسخن إلى الزحف ببطء من دون توليد أمواج سيزمية.

 

إلى أي مدى تتطابق هذه الحدود الحرارية مع الحدود الفعلية للنطاق المغلق؟ جربتُ مع زملائي تقديم الجواب باستخدام نماذج حاسوبية وضعناها لحساب درجات الحرارة على فالق الدسر الانغرازي. وقد أكدت نتائج ذلك العمل حدسنا. يتوافق العمق الذي تصل فيه حرارة الصخور على الفالق إلى 350 درجة سيلزية تماما مع الحد الأقصى، المائل نحو الأسفل، للنطاق المغلق كما حُدِّد من قياسات التشوه.

 

سيبقى سؤال مهم: هل يتوافق حقا النطاق المغلق الذي حسبناه مع منطقة المنبع لزلازل الغوص الكبيرة؟ إننا نؤمن بأنه يتوافق؛ لأن الهبوط الشاقولي الذي نتنبأ به لتمزق النطاق المغلق يماثل ذلك الذي لوحظ في المستنقعات الساحلية المطمورة. يأتي التأييد الإضافي من جهودنا المبذولة لتطبيق الآليات نفسها على هوامش غوص أخرى. بيّنتُ مع زميليّ <K.وانگ> و<M.يامانو> (من جامعة طوكيو) أن عرض النطاق المغلق الحالي على هامش نانكاي Nankai في جنوب غربي اليابان يماثل تماما منطقة التمزق الناتجة من الزلزال الذي قوته 8 والذي وقع هناك عام 1940. وهكذا يمكن أن نكون واثقين بأن نماذجنا لكاسكاديا تُعلِمُنا عن نوع الزلازل المدمرة التي ستقع على طول شاطئ أمريكا الشمالية.

 

عندما يضرب الزلزال الكبير

بأي شدة ستهتز الأرض في مدن الشاطئ الغربي الرئيسية أثناء زلزال غوص عملاق؟ يعتمد الجواب على قوة الزلزال الحقيقية وكذلك على موقع نطاق المنبع السيزمي. إن القوة الأعظمية التي يمكن لزلزال كاسكاديا أن يحققها تعتمد تماما على موقع انطلاق الفالق على الشاطئ. إن حدوث تمزق آني على كامل الرقعة الممتدة بين كولومبيا البريطانية وكاليفورنيا سيكون مفاجئا لأن الانكسارات بهذا الامتداد نادرة جدا في أي مكان في العالم. وحاليا، تشير بعض الدلائل إلى حدوث انهيار من هذا القياس خلال زلزال كاسكاديا لعام 1700. وإذا انطلق كامل النطاق المغلق (مساحة 100000  كيلومتر مربع تقريبا) دفعة واحدة فإنه قد ينتج زلزالا عملاقا قوته 9 ـ أكبر بكثير، على سبيل المثال، من زلزال سان فرانسيسكو المدمر الذي حدث عام 1906. لقد سجل حدثان بهذا القياس فقط: زلزال على طول شاطئ تشيلي عام 1960 وآخر في جنوب ألاسكا عام 1964.

 

يستطيع علماء الزلازل تقدير كمية حركة الأرض التي قد تنتج من مثل هذه الزلازل في كاسكاديا بطريقتين؛ إحداهما تتم بمقارنة الحالة على طول الشاطئ الغربي لأمريكا الشمالية بالزلازل التي حدثت في مكان آخر، والأخرى باستخدام نماذج نظرية معقدة لمنطقة التمزق والانزياح الانزلاقي السيزمي. في كلتا الطريقتين تكون الاستنتاجات متشابهة. سيولِّد الزلزال الكبير المقبل في كاسكاديا أمواجا زلزالية عنيفة جدا ستستمر عدة دقائق. وبعد الاهتزاز ستكون معظم المواقع الساحلية أخفض بحدود متر أو مترين مما هي عليه حاليا وستتحرك باتجاه البحر بما بين 5 و10 أمتار من حيث بدأت.

 

لحسن الحظ إن الجزء المغلق من الفالق الذي سيولّد مثل هذا الزلزال  يقع بشكل رئيسي تحت الرصيف القاري ويمتد قليلا، إن وجد، تحت الشاطئ. ولهذا فإن ڤانكوڤر وسياتل وبورتلاند (التي تقع على بعد ما بين 100 و200 كيلومتر داخل القارة) معرضة لاهتزاز أقل من المواقع القريبة من الشاطئ الغربي الخارجي. ومع ذلك، فإن الطاقة السيزمية المنطلقة من مثل هذه الزلازل ستنتشر إلى مسافة كبيرة، بحيث إن الخطر على تلك المدن مازال كبيرا. وفي الحقيقة، يجب على السكان الأمريكيين والكنديين القاطنين في هذا الإقليم الساحلي الباسيفيكي والذين تصوروا بأنهم عاشوا على أرض هادئة أن يتعلموا حقا قبول التهديد من ثوران زلزال عملاق قد يحدث في أية لحظة.

 

المؤلف

Roy D. Hyndman

باحث علمي متقدم في مركز علوم الأرض المتعلق بالمحيط الهادي  التابع لإدارة المسح الجيولوجي الكندية، وهو أيضا أستاذ منتدب في جامعة فيكتوريا بكولومبيا البريطانية. بعد حصوله على الدكتوراه في الجيوفيزياء من الجامعة الوطنية الأسترالية  عام 1967 وزّع هيندمان جهوده بين دراسة قاع المحيط ودراسة باطن القارات. في السنوات الحالية وفق بين الاهتمامين اللذين وزعا انتباهه وذلك بالتركيز على الحدود بين اليابسة والبحر وبخاصة في منطقة نُطُق الغوص (الانغراز). وشارك هيندمان في رحلات أبحاث إلى كل محيطات العالم. وهو زميل في الجمعية الملكية الكندية ورئيس الاتحاد الجيوفيزيائي الكندي.

 

مراجع للاستزادة 

SEISMIC POTENTIAL OF THE CASCADIA SUBDUCTION ZONE. Garry C. Rogers in Nature, Vol. 332, page 17; March 3, 1988.

CASCADIA SUBDUCTION ZONE: THE CALM BEFORE THE QUAKE? Thomas H. Heaton in Nature, Vol. 343, pages 511-512; February 8, 1990. 

THERMAL CONSTRAINTS ON THE ZONE OF MAJOR THRUST EARTHQUAKE FAILURE: THE CASCADIA SUBDUCTION ZONE. R. B. Hyndman and K. Wang in Journal of Geophysical Research (Solid Earth), Vol. 98, No. 2, pages 2039-2060; February 10, 1993. 

CURRENT DEFORMATION AND THE WIDTH OF THE SEISMOGENIC ZONE OF THE NORTHERN CASCADIA SUBDUCTION THRUST. H. Dragert et al. in Journal of Geophysical Research (Solid Earth), Vol. 99, No. 1, pages 653-668; January 10, 1994

 Scientific American, December 1995

 

(1) منطقة شمال غربي أمريكا الشمالية الواقعة على المحيط الهادي (الباسيفيكي).          (التحرير)

(2) تيارات مياه دافئة تندفع دوريا على طول شاطئ الإكوادور.                           (التحرير)