دوره‌های زلزله و پیش بینی زمین لرزه

سایکز و یائوم، به دنبال تحلیل دقیق لرزه خیزی 140 سال گذشته ناحیه خلیج سانفرانسیسکو مدعی اند که 10 تا 20 سال افزایش فعالیت-های لرزه ای مقدم بر هر سه زمین لرزه عظیم این ناحیه بوده است. چنین پدیده ای، علی الاصول می تواند دقت پیش گویی های میان مدت زمین لرزه را تا حدود یک دهه، بهبود بخشد. اما اول باید در خصوص کلیت و ویژگی این پدیده اطلاعات بیشتری داشت.
جستجوی این قبیل الگوهای لرزه ای سابقه ای طولانی دارد. بیلی ویلیس که در کار بررسی لرزه خیزی کالیفرنیا پیش قدم بود، در سال 1923 درباره دوره های تناوب افزایش لرزه خیزی در ناحیه خلیج سانفرانسیسکو چنین نظر داد: «در جبال ساحلی شمالی، یک رشته زمین لرزه شدید در حدود سال 1840 اتفاق افتاد، زمین لرزه های دیگری هم بین سال های 1860 و 1870 و نیز بین سال های 1887 و 1906 واقع شد.» نکته مورد ملاحظه ای که مورد توجه او قرار گرفته این است که «در کالیفرنیای جنوبی بین سال های 1852 و 1857، چندین زمین لرزه بسیار شدید اتفاق افتاد». این وقایع در پنج سالی روی داده است که به زمین لرزه عظیم 1857 (با شدت 25ر8 ریشتر) در سن آندریاس جنوبی منجر شد. واضح است که به نظر ویلیس: «زمین لرزه ها دسته دسته به دنبال هم روی می دهند و بین هر دو دسته، یک دوره آرامش نسبی برقرار است.» او در این مورد که هر دوره فعالیت به رویدادی عظیم می انجامد اظهار نظری نکرد، گرچه نمی توان قبول کرد که متوجه این الگو نشده باشد.
در همین سال 1923، در ساحل دیگر اقیانوس آرام، زلزله ای بسیار شدید و آتش سوزی ناشی از آن، توکیو را ویران کرد. یک زلزله شناس ژاپنی به نام آکیتونه ایمامورا این واقعه را به درستی پیش گویی کرده بود. اساس پیش گویی موفقیت آمیز او، تحلیل دقیق تاریخچه لرزه خیزی (که همان شکل ابتدایی نظریه گاف لرزه ای است) همراه با ترازیابی میزان کج شدگی خط ساحلی بود. بعدها او به این نکته جالب توجه اشاره کرد که «زمین لرزه سال 1923 بعد از یک دوره آرامش 150 ساله و سپس یک دوره فعالیت 70 ساله اتفاق افتاد. در خلال این 70 سال، دوازده تکان ویرانگر موضعی زمین را لرزاند». به علاوه الگوهای مشابهی نیز پیش از زلزله 1707 کوانتو مشاهده شده بود.
بعد از زمین لرزه 1957 سانفرانسیسکو (به شدت 3ر5)، دون توچر به تحلیل دوباره اطلاعات تاریخی ناحیه در مورد زمین لرزه پرداخت و به فقدان تقریبا کامل لرزه خیزی از 1911 تا 1955 پی برد و متوجه شد که سکون بعد از زمین لرزه 1906 با سه رویداد شدیدتر از 5 ریشتر (از 1955 تا 1957) به پایان رسیده است. فِدوتوف، با تحلیل لرزه خیزی شبه جزیره کامچاتکا و جزایر کوریل، چهار زمین لرزه را در ناحیه شمالی اقیانوس آرام در پایان سال های آخر 1960 و سال های اول 1970 به درستی پیش گویی کرد. فدوتوف، الگوهای لرزه خیزی ناحیه ای را همراه با چرخه انباشت کرنش (تغییر شکل) و رها شدن آن به صورت زمین لرزه های عظیم، بررسی کرد و اصطلاح چرخه لرزه ای را برای یتوصیف مدولاسیون لرزه ای ابداع کرد. توصیفی که او از واپسین مرحله فعال این چرخه ارائه می کند، چنین است: تقریبا 15 سال پیش از زمین لرزه مخرب بعدی، فعالیت لرزه ای رو به افزایش گذاشت. این توصیف به طرز قابل توجهی به نتایج سایکز و یائوم شبیه است، هرچند که اطلاعات اساسی آن از منطقه تکتونیک کاملا متفاوتی به دست آمده بود.
کیوموگی هم که مجددا به تحلیل لرزه ای در ژاپن بر حسب گاف های لرزه ای و فواصل زمانی مکرر پرداخته، مفهوم تشدید فعالیت لرزه خیزی اولیه را گامی به پیش برده؛ و به تفسیل نشان داده است که فعالیت های بیست ساله آخر لرزه خیزی قبل از زمین لرزه های 1944 و 1946 ناگائید و حول گسلی که در شرف ریختن بوده، الگویی هاله ـ مانند داشته است.
اما به رغم مشابهت های زیاد میان این گزارش ها، اختلاف های قابل ملاحظه ای هم وجود دارد. ایمامورا و توچر، افزایش لرزه خیزی ناحیه ای را در مقیاس زمانی 50 ـ 70 ساله بررسی می کنند، درحالی که فِدئوت، موگی، سایکز و یائوم به مقیاس های زمانی 10ـ20 ساله توجه دارند. در واقع دست یک عامل تصادفی نیز احتمالا در کار این پدیده است، که تا حدودی به تفاوت های زمین شناختی و تکتونیک نواحی مختلف، ناشی از فرآیندهای بزرگ مقیاس انباشت و رها شدن کرنش و انرژی در پوسته زمین است، به وضوح این نظر را مقبول می کند که این فشارهای عظیم باید عوارضی لرزه ای در آخرین مراحل انباشت کرنش داشته باشد.
یک دسته از مدل هایی که چرخه لرزه ای را توضیح می دهد مبتنی بر پیشنهاد کونیهیکو شیمازاکی است که در آن افزایش لرزه خیزی مراحل نهایی چرخه لرزه ای، پیامد انباشت و رها شدن کرنش در داخل پوسته شکننده است. فرض بر این است که هر گسل ثانوی در ناحیه، چرخه انباشت و رها شدن کرنش مخصوص به خود را دارد، که البته از چرخه اصلی کوتاه تر است و آهنگی آهسته تر دارد. وقتی گسل اصلی ناحیه ـ مثلا گسل سان آندریاس در ناحیه خلیج سانفرانسیسکو ـ دچار زمین لرزه عظیمی می شود، کرنش را به گسل های ثانوی رها می کند. میزان این رها کردن کرنش به گسل های فرعی به فاصله این گسل ها بستگی دارد. اثر کلی این امر در سرتاسر ناحیه این است که چرخه های لرزه ای گسل های ثانوی دچار تاخیر می شوند، به این ترتیب افزایش ظاهری فعالیت ناحیه ای در انتهای چرخه اصلی، عملا به معنی پایان گرفتن سلطه ناحیه ای است که از ابتدای چرخه دوام داشته است. مزیت این مدل صراحت آن است. می توان با شبیه سازی های تفصیلی، پیامدهای آن را با الگوهای مکانی و زمانی لرزه خیزی سنجید. اما بنا به گزارش سایکز و یائوم، نقص آن این است که در ساده ترین شکل، نمی تواند شتاب فعالیت کوتاه مدت انتهای چرخه را پیش گویی کند.
مقادیر کرنشی که از اعماق زیاد زمین و با دقت زیاد در مورد زمین لرزه اخیر لوما پرییتا (با شدت 1ر7) ثبت شده، مایک گلادوین را به این حدس هدایت کرده است که پیش از وقوع زمین لرزه به مدت تقریبا 18، ماه لغزشی شتاب دار روی بخشی از مرز صفحه تکتونیک زیر منطقه گسیخته لوما پرییتا (یعنی در اعمق 15 تا 20 کیلومتری سطح زمین) صورت می گرفته است. این که پیش از زمین لرزه لوما پرییتا، دو زمین-لرزه نامعمول 5 ریشتری در ژوئن 1988 و اوت 1989، در منتهی الیه جنوبی قطعه لوما پرییتا روی داده بود، خود مؤید همین مطلب است؛ در این ناحیه از سال 1906 تا کنون، چنین رویدادهایی واقع نشده بود. محل این زمین لرزه ها در عمق تقریبی 15 کیلومتری بود، که قبل از واقعه لوما پرییتا، از عمیق ترین رویدادهای این ناحیه بوده اند. علی الاصول، لرزش عمیق با اخطار قبلی، می تواند افزایش لرزه خیزی ناحیه ای را در پایان چرخه لرزه ای از طریق تسریع به آهنگ انباشت کرنش در گسل های ناحیه ای، توضیح بدهد، اما راستش این است که هنوز مشاهدات قطعی مربوط به آهنگ انباشت کرنش صورت نگرفته است.
حقیقت این است که تنها بر پایه مشاهدات لرزه خیزی، تمیز میان مدل های متفاوت، دشوار است، این کار حتی با مدل هایی نظیر مدل های متناقض شیمازاکی و گلادوین که فعالیت های کاملا متفاوتی را برای ثبت مراحل نهایی چرخه لرزه ای ایجاب می کند، به دشواری میسر است. اما امروزه می توان کرنش سنج های عمقی را (با حساسیت مفید یک در 109 برای دوره های چند دقیقه ای تا چند هفته ای، با حساسیت 1 در 108 برای دوره های یک تا دو ساله) در نقاط مختلف نصب کرد. چنین آرایه هایی، اکنون به صورت بخشی از آزمایش پیش بینی پارک فیلد، در طول سن آندریاس در کالیفرنیای مرکزی، و در برنامه پیش گویی توکایی گپ در جنوب توکیو (برای پیش گویی زمین لرزه بزرگ بعدی در منتهی الیه شمالی ناوه ناکایی) مستقر شده است.
علاوه بر این ها، با ایجاد سیستم ماهواره مکان یابی جهانی (GPS) برای دیده بانی ژئودزیکی، مشاهدات ژئودزیکی فشرده ای با دقت حدود یک در 107 ممکن شده است. این سیستم، حساسیت فوق العاده کرنش سنجی در اعماق را ندارد اما دارای مزیت پایداری بلند مدّت است. می توان آن را به صورت آرایه ای بزرگ و فشرده به کار گرفت. مخصوصا آرایه هایی که به دیده بانی سیستم سن آندریاس می پردازد، می توانند حرکت مرزهای صفحات تکتونیک را در اعماق زیاد آشکار کنند.
مشکل اساسی در توضیح الگوهای لرزه خیزی این است که هرچند زمین لرزه ها اطلاعات بسیار دقیقی را درباره فرآیندهای عمقی گسل ها به دست می دهند، اما خود آن ها از پیامدهای بسیار غیر خطّی این فرآیندها هستند. تا وقتی که الگوی فضایی و سرگذشت حرکت عمقی صفحات تکتونیک را ندانیم و معلوممان نباشد که انتقال انرژی کرنش به بالا به داخل پوسته شکننده لرزه خیز به چه نحو صورت می گیرد و چگونه به صورت زمین لرزه آزاد می شود، بیشتر کارهایی که در این زمینه انجام می دهیم، در قلمرو نظریه پردازی محدود باقی خواهد ماند. ناحیه خلیج سانفرانسیسکو فرصت منحصر به فردی را فراهم آورده است تا اطلعات گوناگون مورد نیاز را به دست بیاوریم و عنصر نظرپردازی را کاهش بدهیم.