ما هي الموجات الزلزالية؟
تعتبر الزلازل من الكوارث الطبيعية المخيفة التي أصابت وما زالت تصيب الأرض، وقد اعتبرها جميع البشر ظاهرةً غامضةً ومرعبةً، حتى تم تفسيرها، وتحديد مقدار خطورتها بوساطة مقاييس خاصة.
والزلزال هو اهتزازٌ شديد يضرب سطح الأرض بسبب تحركات في طبقة الأرض الخارجية، ويقع عندما تصطدم كتلٌ من الأرض أو تنزلق فجأة، وتحدث أحيانًا هزاتٌ استباقيةٌ في نفس مكان الزلزال الأكبر. ولم يستطيع العلماء حتى الآن التفريق بين الزلزال الخطير والهزة الاستباقية حتى يقع الزلزال الذي يعد الهزة الرئيسية أو الأضخم، والتي يتبعها عادةً هزة أخرى تسمى هزة ارتدادية، وتحدث في نفس المكان، وقد تستمر لأسابيع وشهور أو حتى سنوات تبعًا لحجم الهزة الرئيسية وضخامتها.
ما هي الموجات الزلزالية؟
أما الموجات الزلزالية (Seismic Waves) فهي موجات من الطاقة يسببها تكسر الصخور المفاجئ داخل الأرض أو انفجار ما، وهي الطاقة التي تنتقل عبر الأرض، وتُسجَّل على جهاز قياس الزلازل (seismographs).
وتوجد عدة أنواع مختلفة من الموجات الزلزالية، وتنتقل كلها بطرق مختلفة، لكن يُميز نوعان رئيسيان، هما:
الموجات الجسمية (body waves)
تنتقل عبر طبقات الأرض الداخلية، وتصل قبل الموجات السطحية التي يقذفها الزلزال. وهي ذات تردد أعلى من الموجات السطحية، ولها نوعان أيضًا:
موجات P
تمثل النوع الأول من الموجات الجسمية أو الموجة الأولية، وهي النوع الأسرع من الموجات الزلزالية، والأولى في الوصول إلى مركز الزلزال. يمكن أن تنتقل عبر الصخور الصلبة وعبر السوائل كالماء أو طبقات الأرض السائلة. وهي تدفع وتسحب الصخر الذي تنتقل عبره مثل الموجات الصوتية التي تدفع وتسحب الهواء.
قد تسمع الحيوانات أحيانًا هذه الموجات الزلزالية، فالكلاب على سبيل المثال، تبدأ بالنباح بشكل هستيري قبل أن يضرب الزلزال (أو بالتحديد، قبل وصول الموجات السطحية)، عادة، يشعر الناس فقط بارتطام وجلبة هذه الموجات.
تعرف موجات P أيضًا بالموجات التضاغطية (compressional waves)، بسبب الدفع والسحب الذي تقوم به، وتنتقل جزيئاتها بنفس الاتجاه التي تنتقل فيه الموجة ذاتها، أي ذات اتجاه انتقال الطاقة، ويسمى أحيانًا “اتجاه انتشار الموجة”.
وهي أول الموجات التي ترصد، تشابه الموجات الصوتية بشكل كبير فهي تنتقل عبر الأجسام السائلة والأجسام الصلبة، لا يمكن للإنسان أن يسمع هذه الموجات الصوتية إلا أن الحيوانات تستطيع سماعها، وهذا ما يفسر النباح الهستيري الذي يسبق الزلزال أي تشعر الكلاب بهذه الموجات الأولية قبل قوع الزلزال الحقيقي. يطلق على الموجات الأولية هذه اسم الموجات الانضغاطية ايضًا نتيجة لعمليات السحب والدفع التي تقوم بها.
موجات S
وتسمى الموجة الثانوية وتمثل النوع الثاني من الموجات الجسمية، وهي الموجة الثانية التي يشعر بها أثناء الزلزال. وتكون أبطأ من الموجة P، وتنتقل فقط خلال الصخور الصلبة، وليس في الأوساط السائلة. وهي الميزة التي قادت مختصي الزلازل إلى الاستنتاج أن لب الأرض الخارجي سائل.
تحرك الموجة S جزئيات الصخور إلى أعلى وأسفل، أو من جانب لجانب بشكل متعامد مع الاتجاه الذي تنتقل فيه الموجة (اتجاه انتشار الموجة)، وهي تنتقل عبر الأجسام الصلبة فقط.
الموجات السطحية (SURFACE WAVES)
تنتقل فقط عبر القشرة، وهي ذات تردد أقل من الموجات الجسمية، ويمكن تميزها بسهولة على مقياس الزلازل. وتعتبر المسؤولة عن التخريب والتدمير المرتبط بالزلازل رغم وصولها بعد الموجات الجسمية، لكن ينخفض مستوى التدمير وقوة هذه الموجات في الزلازل الأعمق، ولها نوعان:
موجات لوف (LOVE WAVES)
النوع الأول من الموجات السطحية، وأطلق عليها هذا الاسم بعد تصميم الرياضي البريطاني A.E.H. Love للنموذج الرياضي الخاص بها عام 1911. تعتبر أسرع الموجات السطحية وتنتقل عبر الأرض من جانب لجانب، وتقتصر على سطع القشرة، وتولد حركة أفقية تمامًا.
موجات رايلي (RAYLEIGH WAVES)
سميت تيمنًا بلورد رايلي “جون ويليام سترت” الذي تنبأ رياضيًا بوجود هذا النوع من الموجات عام 1885م. وتلف هذه الموجة على طول سطح الأرض مثل موجة تلف سطح بحيرة أو محيط. ولأنها تلف، فهي تنتقل إلى أعلى وأسفل، ومن جانب إلى جانب بنفس الاتجاه الذي تنتقل فيه الموجة. وينسب الشعور بالاهتزاز جراء زلزال إلى موجة رايلي التي قد تكون أكبر من بقية الموجات.
هل يمكن التنبؤ بالزلزال؟
إن الزلزال هو ظاهرة طبيعية تحدث بشكل شائع، حيث تنزلق طبقتان من طبقات الأرض بشكل مفاجئ فوق بعضها، يسمى السطح الذي انزلقت منه الطبقة الأرضية بالصدع، بينما يسمى الجزء السفلي للطبقة الأرضية المشاركة في الزلزال باسم الهابط، وما بين هذين الجزئين يتوضع مركز الزلزال.
وقد يسبق الزلازل هزة أرضية، وهي هزات صغيرة يشعر بها بشكل خفيف تحدث في نفس مكان حدوث الزلزال الحقيقي، وإن الهزات هذه عامل مفيد ولكنه ليس حاسمًا في التنبؤ بحدوث الزلزال الأكبر، فهي تنبه سكان منطقة معينة من حدوث خطر أكبر مما يعطيهم الوقت لكي يخلوا المنطقة.
كيف يحدث الزلزال؟
لمعرفة آلية حدوث الزلزال علينا أن نعلم بداية أن الأرض مكونة من أربع طبقات رئيسية: اللب الداخلي يتبعه اللب الخارجي ومن ثم العباءة فالقشرة، تتكون القشرة من عدة طبقات تغطي كامل وجه الأرض، تتحرك هذه الطبقات ببطء وتنزلق وتصطدم ببعضها، وتشكل ما يسمى اللوحات التكتونية، حدود هذه اللوحات تكون متصدعة وخشنة وهذا ما يجعلها تتوقف عن الانزلاق بينما تستمر باقي الطبقات الناعمة بالانزلاق حتى تبعد اللوحة بشكل كافٍ وتنفصل عن بعضها وعندئذ يحدث الزلزال.
ويقدر حجم الزلزال بحجم الصدع ودرجة الانزلاق، ولكن لا يعتبر هذا القياس معيارًا لأن الزلازل تقاس من خلال جهاز متخصص بقياسها، ويطلق على الطاقة التي تقاس بمقياس الزلازل بـ “الموجات الزلزالية” حيث تعرف على أنها موجات طاقية تنتج عن حدوث الزلزال وما يترتب عن ذلك من انهيار للصخور، أي تُسجل الطاقة التي تنتقل عبر طبقات الأرض محدثة الانهيارات والخراب.