زلزلههای انسانساخت واقعیاند؛ فعالیتهای ما چگونه گسلهای خفته را بیدار میکند؟
در ۱۶ آگوست ۲۰۱۲، ساکنان روستای کوچک هویزینگه در هلند شاهد زلزلهای ۳٫۶ ریشتری بودند که عامل آن کاملاً غیرمنتظره بود. لرزش به دلیل استخراج گاز از میدان گاز خرونینگن، یکی از بزرگترین میدانهای گاز خشکی در جهان، رخ داد. این منطقه بهطور معمول زلزلههای طبیعی را تجربه نمیکند و این حادثه به عنوان شدیدترین زلزله ناشی از فعالیتهای انسانی در هلند تا به امروز شناخته میشود.
مکانهایی مانند خرونینگن، فلات دکن در هند و اوکلاهاما از نظر تکتونیکی پایدار هستند. این مناطق در مرزهای مستعد لرزش صفحات تکتونیکی قرار ندارند. گسلهایی که در این مناطق وجود دارند، تنها چند کیلومتر زیر سطح زمین قرار دارند و عمق آنها برای ایجاد لرزشهای طبیعی قابلتوجه کافی نیست. حتی اگر سنگها در امتداد این گسلها میلیونها سال پیش جابهجا شده باشند، از آن زمان بهبودیافته و اتصالات قویتری در این شکافهای سطحی ایجاد کردهاند. گرچه، فعالیتهای انسانی مانند معدنکاری، استخراج نفت و گاز، ساخت سد و بهرهبرداری از انرژی زمینگرمایی باعث وقوع زلزلههای غیرمنتظره در این مناطق پایدار شده است.
یولونا فان دینتر، فیزیکدان زلزلهشناس از دانشگاه اوترخت هلند میگوید: «معمولاً طبق فیزیک زلزلههای موجود در کتابهای درسی، اگر گسلها قویتر شوند، نباید زمینلرزه ایجاد شود. اما در خرونینگن شاهد وقوع زلزلههای زیادی بودیم.» لرزش زمین در سال ۲۰۱۲ باعث شد مقامات در نهایت استخراج گاز از این میدان را متوقف کنند.
پژوهش یولونا فان دینتر و همکارانش نشان میدهد گسلهای ثابت و درحال بهبودی در برابر دخالتهای انسانی آسیبپذیر هستند. این گسلها در طول هزاران سال عدم فعالیت قدرت ذخیره میکنند و فعالیتهای انسانی میتوانند آنها را به نقطه شکست و آزادسازی ناگهانی قدرت انباشته شده برساند. این نتایج در ۱۵ اکتبر در ژورنال Nature Communications منتشر شد.
زلزله ۳٫۶ ریشتری هویزینگه در سال ۲۰۱۲ نشان داد که حتی در مناطق بهظاهر پایدار استخراج گاز میتواند گسلهای بهبودیافته را فعال کرده و لرزشهای قابلتوجه ایجاد کند
چند سال پیش، همکاران فان دینتر سنگهایی را که در زیر میدان گازی خرونینگن قرار دارند، بررسی کردند و متوجه شدند گسلهای زیرین از نوعی هستند که پس از حرکت تکتونیکی قویتر میشوند. برخلاف برخی گسلهای عمیقتر که در لبههای صفحات تکتونیکی قرار دارند، هرچه سنگهای دو طرف این گسلهای پایدار مدت زمان بیشتری بدون جابهجایی در کنار هم باقی بمانند، سطح تماس بین آنها بیشتر میشود.
اگر دو صفحه تکتونیکی بخواهند از کنار یکدیگر عبور کنند، اما گسل بین آنها به دلیل اصطکاک گیر کرده باشد، فشار و تنش در این گسل تجمع پیدا میکند. پس از مدتی، سنگهای دو طرف گسل برای آزاد کردن این فشار انباشتهشده، میلغزند و درنتیجه زلزله رخ میدهد.
گسلهای پایدار داخلصفحهای که در مرزهای اصلی صفحات تکتونیکی قرار ندارند، معمولاً تحت تأثیر حرکت صفحات تکتونیکی قرار نمیگیرند. بااینحال، این گسلها هنوز هم ممکن است تحت تأثیر تنشهای دیگر مانند فعالیتهای انسانی یا تغییرات محیطی قرار بگیرند. این تنشها میتوانند باعث شوند که گسلهای به ظاهر ثابت و بیحرکت، در شرایط خاصی به یکباره فعال شده و زلزلهای ایجاد کنند.
فان دینتر و گروهی در مطالعه جدید خود از شبیهسازیهای کامپیوتری استفاده کردند تا بررسی کنند وقتی گسلهای داخلصفحهای بدون هیچگونه مزاحمتی به مدت میلیونها سال درحال بهبودی و ثابت باقی میمانند، و سپس به طور ناگهانی با اختلالی مانند استخراج گاز مواجه میشوند، چه اتفاقی میافتد.
نتایج نشان داد اختلال ناشی از فعالیتهای انسانی، باعث وارد آمدن تنش به گسلها میشود و تنش به مرور زمان در گسلها جمع میشود. پس از چندین سال، فشار انباشتهشده آنقدر زیاد میشود که قدرت اضافی ذخیرهشده در گسل رها میشود. آزادسازی ناگهانی نیروی ذخیرهشده باعث کاهش شدید تنش در گسل میشود و در نتیجه، زلزلهای تحریکی رخ میدهد که معمولاً بزرگتر از چیزی است که انتظار میرود.
- بزرگترین زلزله ممکن چند ریشتر میتواند باشد؟14 بهمن 01مطالعه '5
- چرا زمینلرزه ۶٫۹ ریشتری فیلیپین بسیار مرگبار بود؟12 مهر 04مطالعه '4
- زمینلرزه فقط لرزش نیست؛ بیشتر انرژی زلزلهها بهصورت گرما آزاد میشود06 مهر 04مطالعه '3
پژوهشگران دریافتند که وقتی این قدرت آزاد میشود، گسل آرام میشود و احتمال وقوع زلزله دیگر در همان گسل بسیار کم میشود، زیرا بازسازی آن قدرت میلیونها سال طول میکشند. اما با توجه به اینکه در مناطق پایدار بیش از هزار گسل درحال بهبودی وجود دارد، فعالیتهای انسانی میتوانند باعث ایجاد چندین لرزش در طول زمان شوند.
زلزلههای تحریکی گسلهایی را که معمولاً به عنوان سپری در برابر لرزشهای طبیعی عمل میکنند، به تهدیدی یکباره تبدیل میکنند. گسلهای سطحی به دلیل نزدیکی به سطح زمین میتوانند انرژی بیشتری را آزاد کنند و آزادسازی ناگهانی انرژی در سطح زمین، باعث میشود لرزشها به شدت محسوس و قابل توجه شوند.
گسلهای کمعمق و داخلصفحهای، پس از میلیونها سال آرامش، بر اثر فعالیتهای انسانی دچار تنش شده و با آزادسازی ناگهانی انرژی به زلزلههای تحریکی منجر میشوند
دانیل فولکنر، ژئوفیزیکدان دانشگاه لیورپول، میگوید ذینفعانی که قصد اجرای پروژه در مناطق به ظاهر پایدار دارند، باید شناخت دقیقی از گسلهای زیرسطحی و خطرات بالقوه آنها داشته باشند. او یادآوری میکند که حتی با کنار گذاشتن نفت و گاز، هنوز به زمین برای منابعی مانند انرژی زمینگرمایی نیاز داریم؛ در حالی که بسیاری از پروژههای زمینگرمایی در جهان به دلیل لرزشهای تحریکی متوقف شدهاند.
نمونه روشن آن، زلزله ویرانگر سال ۲۰۱۷ در پوهانگ کرهجنوبی است که به پروژهای زمینگرمایی نسبت داده شد و به تعطیلی آن منجر شد. این رخدادها نشان میدهد که فعالیتهای انسانی حتی در مناطق پایدار، میتوانند پیامدهای جدی و غیرمنتظره داشته باشند، و درک درست ساختار زمین و تأثیرات بلندمدت پروژهها کاملاً ضروری است.
فان دینتر میگوید شرکتها باید منابع را طوری استخراج کنند که گسلها بهتدریج حرکت کنند، نه اینکه نیروی انباشتهشده ناگهان آزاد شود. به گفته او، این کار با کنترل سرعت و حجم سیالات تزریقشده به زمین برای مثال در پروژههای زمینگرمایی، امکانپذیر است. شروع آرام و افزایش تدریجی تزریق یا تزریق دورهای میتواند از ایجاد فشار ناگهانی جلوگیری کند.
بااینحال، فان دینتر بر این موضوع نیز تأکید میکند که شرکتها و مسئولان باید از این موضوع آگاه باشند که حتی در مناطقی که بهطور معمول آرام و پایدار هستند، احتمال وقوع زلزله تحریکی وجود دارد. به همین دلیل، ضروری است این خطر به ساکنان، نهادهای محلی و همه ذینفعان اطلاع داده شود تا آمادگیهای لازم ایجاد شود.
نمونههایی از زلزلههایی که به فعالیتهای انسانی نسبت داده شدهاند:
- زلزله سیچوان ۲۰۰۸ (چین) – فرضیه ارتباط با سد زیپینگپو: برخی پژوهشگران معتقدند پر و خالی شدن مخزن سد زیپینگپو تنش روی گسل را افزایش داده و ممکن است در تحریک زلزله سهم داشته باشد.
- زلزلههای اوکلاهما ۲۰۱۱ (ایالات متحده) – تزریق پساب حفاری: تزریق حجم زیاد پسابِ حاصل از استخراج نفت و گاز باعث افزایش شدید لرزهخیزی در منطقه شد، از جمله زلزله ۵٫۷ ریشتری در پراگِ اوکلاهما.
- پسلرزههای گورخا ۲۰۱۵ (نپال) – تأثیر احتمالی مخازن نیروگاههای آبی: برخی مطالعات احتمال میدهند تجمع فشار ناشی از مخازن در منطقه در الگوی لرزهای نقش داشته است.
- زلزله کویناناگر ۱۹۶۷ (هند): نمونهای کلاسیک از زلزلههای «القاشده توسط سد». پس از پر شدن مخزن سد کوینا، زلزلهای با بزرگی ۶٫۳ رخ داد.
- زلزلههای دریاچه کاریبا (زامبیا–زیمبابوه، از دهه ۱۹۶۰ به بعد): ایجاد یکی از بزرگترین مخازن جهان باعث افزایش لرزهخیزی در منطقه شد.
- زلزلههای بازل (سوئیس، ۲۰۰۶–۲۰۰۸) – پروژه زمینگرمایی: تزریق آب در اعماق زمین برای یک پروژه زمینگرمایی موجب چند زلزله کوچک تا متوسط شد و پروژه در نهایت متوقف شد.
- زلزله پونی ۲۰۱۶ (اوکلاهما، ایالات متحده): زلزله ۵٫۸ ریشتری که بر اساس مطالعات علمی ارتباط قوی با تزریق پساب در چاههای عمیق داشته است.
- زلزلههای مرکز تسلیحات راکی مانتین (کلرادو، ایالات متحده، دهه ۱۹۶۰): یکی از نخستین نمونههای مستند که نشان داد تزریق عمیق آب میتواند زلزله ایجاد کند.