چند ثانیه‌ی‌ سرنوشت‌ساز؛ پیش‌بینی و هشدار زلزله در ایران و جهان چگونه است؟

در ساعت ۴۸ دقیقه بامداد ۱۹ اردیبهشت ماه، زلزله‌ای با بزرگی ۵.۱ درجه دماوند در استان تهران را لرزاند. «مهدی زارع» استاد تمام پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله در باره زلزله تهران اعلام کرد این زلزله در اثر فعال شدن گسل مشا اتفاق افتاد. او همچنین افزوده که گسل مشا در ۱۹۰ سال قبل زلزله‌ای ۷ ریشتری ایجاد کرده بود. به عقیده زارع این گسل توانایی لغزایی بالاتری را هم دارد و نمی‌توان مدعی شد زلزله اخیر با بزرگای ۵ ریشتر باعث تخلیه کامل انرژی آن شده است.

با این که در زلزله اخیر تهران نشانه‌هایی از وقوع زمین لرزه اصلی در ثانیه‌‌های پیش از آن به ثبت رسیده بود اما چرا این موضوع به اطلاع مردم نرسید و اساسا چرا پیش‌بینی زلزله تا این حد پیچیده است؟

زلزله چطور رخ می‌دهد؟

به طور خلاصه زلزله زمانی رخ می‌دهد که دو بخش یا بلوک زمین روی یکدیگر می‌لغزند و به یک باره انرژی عظیمی آزاد می‌شود. زمین لرزه‌هایی که کانون‌شان در نزدیکی سطح زمین باشد معمولا به شدت ویرانگر هستند.

بر اساس اعلام مرکز لرزه‌نگاری آمریکا همه ساله در حدود پانصد هزار زلزله قابل شناسایی در سرتاسر دنیا رخ می‌دهد که از این تعداد صد هزار موردشان قابل احساس و صد موردشان خسارت آفرین هستند.

همچنین باید اشاره کنیم که بیشتر زمین لرزه ها در مرز خشکی رخ می دهند و بزرگ‌ترین آنها در بستر اقیانوس اتفاق می‌افتند.

آیا می‌توان زلزله را پیش‌بینی کرد؟

تاکنون هیچ دانشمندی موفق به پیش‌بینی دقیق زلزله‌ای بزرگ نشده است. با این حال می‌توان احتمال وقوع زلزله‌ای قوی در آینده در یک منطقه خاص و برای محدوده چند سال را پیش‌بینی کرد.

موسسه مطالعه زمین شناسی ایالات متحده می‌گوید که هر پیش‌بینی زلزله باید این سه مورد را مشخص کند: زمان وقوع،‌ منطقه وقوع و بزرگی آن.

در طول تاریخ افراد بسیاری زلزله را پیش‌بینی کرده اند اما به دلایل زیر ادعای آنها حقیقت نداشته است:

• پیش‌بینی‌ها بر اساس مدارک علمی نبوده‌اند.
• پیش‌بینی‌ها به هر سه عامل ذکر شده (زمان، مکان و بزرگی) اشاره نکرده‌‌اند.
• پیش‌بینی‌ها بسیار کلی بوده‌اند و به این موضوع اشاره کرده‌اند که همیشه زلزله‌ای رخ خواهد داد: مثلا در ۳۰ روز آینده زلزله‌ای به بزرگی ۴ درجه در منطقه‌ای خاص رخ می‌دهد.

پیش‌بینی‌های غیر علمی که معمولا از شبکه‌های اجتماعی آغاز می‌شوند بیشتر بر اساس وقایعی هستند که تصور می‌شود نشان از زلزله‌ای بزرگ در آینده دارند. به عنوان مثال انتشار مواد سمی در آب‌ها یا رفتار غیر طبیعی جانوران. بیشتر این پیش‌بینی‌ها غلط از آب در می‌آیند و مبنای علمی ندارند.

به گفته محققان امکان مشاهده عمق چند کیلومتری زمین وجود ندارد و به همین دلیل باید از روش‌های غیر مستقیم برای بررسی زلزله استفاده کرد. یکی از بهترین روش‌ها بررسی و تشخیص دقیق زلزله‌های کوچک برای پیش‌بینی زمین لرزه های قدرتمندتر بعدی است.

سیستم‌های تشخیص و هشدار زلزله از گذشته تا امروز

نمونه‌های مدرن سیستم‌های تشخیص زمین لرزه بر اساس شناسایی امواج پی (اولیه) و اس (ثانویه) کار می کنند. امواج پی سرعتی در حدود ۷ کیلومتر در ثانیه دارند و به طور کلی آسیب کمی می‌رسانند. موج اس اما سرعتی در حدود ۴ کیلومتر بر ثانیه دارد. در بیشتر زمین لرزه‌ها موج پی زودتر از اس احساس می‌شود. البته باید اشاره کنیم که سرعت امواج بسته به تراکم زمین و جنس آن متفاوت است. از آنجایی که سرعت امواج رادیویی بالاتر از سرعت موج‌های زلزله است، می‌توان از ارتباطات رادیویی برای اطلاع رسانی سریع فرا رسیدن موج پی، پیش از موج اس استفاده کرد. به این ترتیب سیستم‌های تشخیص لرزه،‌ به محض تشخیص امواج پی هشدارها را به مناطق دورتر ارسال می کنند.

ایده اولیه سامانه هشدار سریع زلزله اولین بار توسط دکتر کوپر در سال ۱۸۶۸ در مجله‌ای در کالیفرنیا مطرح شد و البته در حد طرح باقی ماند. این سیستم شامل وسیله مکانیکی ساده‌ای بود که در نقاط مختلف ۱۰ و ۱۰۰ مایلی سان فرانسیسکو قرار می‌گرفت. با وقوع زلزله‌ای قوی،‌ سیستم تخریب می‌شد و به دنبال آن یک جریان الکتریکی قوی زنگ خطری بزرگ را به صدا در می‌آورد.

سیستم‌های هشدار فعلی معمولا امکان اطلاع رسانی از چند ثانیه تا چند ده ثانیه پیش از وقوع زلزله شدید بعدی را دارند. شاید این زمان کم به نظر برسد اما همین مدت کوتاه،‌ زمانی طلایی برای بستن فوری لوله‌های گاز و خطوط انتقال نیرو به منظور جلوگیری از آتش‌سوزی، تخلیه و خاموش کردن آسانسورها، توقف عملیات فرودگاه‌ها، هشدار به اتاق‌های عمل، شروع به کار ژنراتورهای اضطراری و بستن خطوط انتقال نفت کفایت می‌کند. از سوی دیگر شهروندانی که در ساختمان‌های غیر ایمن سکونت دارند فرصت کافی برای خروج یا قرار گرفتن در موقعیت ایمن را پیدا می‌کنند.

در کنار سیستم‌های تشخیص و هشدار،‌ موضوع پروتکل‌های اطلاع رسانی هم اهمیت بالایی دارد. به عنوان مثال در ژاپن برای هشدار روی تلفن‌های همراه راهکار مشخصی تعریف شده است. مرکز هواشناسی ژاپن هشدارها را برای مناطقی در سطح کشور ارسال می‌کند که قدرت زلزله قریب‌الوقوع در آنها ۴ درجه یا بیشتر باشد. علاوه بر این فرمت متن ارسالی پیام‌های تلفن همراه به کاربران با متن‌های نمایش داده شده در تلویزیون یکسان است. پروتکل‌های اضطراری در این باره در مجله فنی اپراتور موبایل NTT Docomo توضیح داده شده است.

اولین سیستم آشکارساز زلزله برای خطوط راه‌آهن در دهه ۱۹۵۰ میلادی در ژاپن توسعه یافت. در ادامه سیستم‌هایی توسعه داده شد که بر اساس تشخیص امواج پی کار می‌کردند. اولین سیستم هشدار زمین لرزه برای عموم در سال ۱۹۹۵ در مکزیک پیاده‌سازی شد و پس از آن بسیاری از کشورها از جمله ژاپن و ایالات متحده سیستم‌‌های ویژه خود را تولید کرده و به کار گرفتند.‌ در تایوان در سال ۱۹۹۵ زیربنای سیستم هشدار زمین لرزه بنا نهاده شد. بر اساس تجربه تایوانی‌ها مشخص شده بود که بیشترین خسارت زمین لرزه سال ۱۹۸۶ با قدرت ۶.۸ درجه،‌ در فاصله‌ای ۱۲۰ کیلومتری از محل وقوع ایجاد شده بود. به این ترتیب در صورت وقوع زمین لرزه‌‌ای مشابه امکان اطلاع رسانی در حدود ۳۰ ثانیه قبل وجود داشت.

در حال حاضر روش‌های تشخیص زلزله پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته‌اند. به عنوان مثال دانشمندان شناورهایی تولید کرده‌اند که بررسی حرکت سه بعدی بستر دریا با استفاده از شناورها را ممکن می‌کند. این ابزار می‌تواند در پیش‌بینی احتمال زمین لرزه،‌ فوران آتش‌فشان یا سونامی کاربرد داشته باشد. این شناورها در خلیج مکزیک نصب شده‌اند و به سیستم GPS بسیار دقیق مجهزند که امکان ردیابی حرکت‌های یک تا دو سانتی‌متر را فراهم می‌کند.

در حال حاضر خطوط راه‌آهن منطقه خلیج سان‌فرانسیسکو به سامانه هشدار زلزله مجهز هستند و قطارهایی که هشدار زلزله دریافت می‌کنند، بلافاصله از سرعت خود می‌کاهند تا از ریل خارج نشوند. ژاپن هم از سیستم‌های ویژه خود برای تشخیص زلزله در نزدیکی ریل‌های قطار بهره می‌برد.

یکی از روش‌هایی که می توان از طریق آن به افراد در مورد زلزله هشدار داد اپلیکیشن گوشی‌های هوشمند و یا ارسال پیام کوتاه است. در ماه‌های انتهایی سال ۲۰۱۹ در ایالت کالیفرنیا آمریکا سیستمی راه‌اندازی شد که از اپلیکیشن MyShake، برای تشخیص زلزله بهره می‌برد. این اپلیکیشن که توسط محققان دانشگاه برکلی توسعه داده شده، از طریق شناسایی لرزش‌های تعداد بالایی از گوشی‌ها در یک منطقه، موج پی را تشخیص می‌دهد. با کمک اپلیکیشن امکان شناسایی موج پی و اطلاع رسانی به کاربران در ۲۰ ثانیه پیش از حادثه فراهم می‌شود. در حال حاضر، اپ توانایی تشخیص و اطلاع رسانی زلزله‌های بالای ۴.۵ درجه را دارد.

از دیگر راهکارهای جدید برای پیش‌بینی وقوع زلزله می‌توان به استفاده از کابل های فیبر نوری برای تشخیص زلزله در اعماق دریا و نیز در زیر زمین اشاره کرد.

سیستم هشدار زلزله تهران در ۱۹ اردیبهشت چگونه عمل کرد؟

«سازمان پیشگیری و مدیریت بحران شهر تهران» راه‌اندازی آزمایشی سیستم هشدار سریع زلزله را کلید زده که بر ایستگاه‌های شتاب‌نگاری متعدد (از جمله در اطراف گسل مشاء) مبتنی است. به منظور راه‌اندازی نرم‌افزار هشدار سریع زلزله عملیات برنامه‌نویسی زیر نظر متخصصین داخلی و با همکاری کارشناسان مشاور ژاپنی انجام شده است. زلزله اخیر نشان داد که سیستم‌های موجود قادر به ثبت اطلاعات تا چندین ثانیه قبل از وقوع زلزله اصلی هستند اما بر اساس گزارش‌ها هیچ هشداری به شهروندان ارسال نشده است.

بنا بر گزارش دنیای اقتصاد اطلاعات به‌دست آمده از یک دستگاه لرزه‌ای نصب شده روی گسل مشاء نشان می‌دهد حدود ۱۵ ثانیه قبل از وقوع زمین‌لرزه بامداد جمعه در تهران، این دستگاه موج اولیه زلزله را از محل دریافت کرده بود. دستگاه ثبت تغییرات شتاب زمین سازمان نقشه برداری (حسگر دوم که در حوالی میدان آزادی نصب است) نیز از عصر پنج‌شنبه تا لحظه زلزله سه نویز دریافت کرده بود که یکی از موارد قابل توجه آن یک ساعت و بیست دقیقه پیش از وقوع زمین لرزه اصلی و قوی‌ترین آنها یک دقیقه پیش از وقوع بود.

به عبارت دیگر اطلاعات ثبت شده توسط دو حسگر «سامانه هشدار سریع زلزله» و «دستگاه ثقل‌سنج» حاکی از آن است که علائم اولیه بروز زلزله اصلی ۱۵ تا ۱۷ ثانیه قبل از وقوع در این دو دستگاه ردیابی و ثبت شده است. به این ترتیب می‌توان گفت با وقوع زلزله بامداد جمعه ۱۹ اردیبهشت ماه امسال، اولین تست عملیاتی سامانه هشدار سریع زلزله در تهران انجام شده و تا این لحظه سامانه عملیاتی شده است.

اگر چه یکی از کارکردهای اصلی و نهایی این سامانه، اعلام عمومی هشدار وقوع زلزله به تیم‌های مدیریت بحران و امداد و نجات و همچنین هشدار عمومی به شهروندان است اما مطابق با اطلاعات به دست آمده در مرحله تست اولیه در زمان وقوع زلزله ۱۹ اردیبهشت، هیچ یک از این دو گروه هشداری را دریافت نکرده‌اند. البته پیش از این که این سیستم آماده اعلام مخاطرات زلزله آتی به شهروندان شود،‌ باید آموزش‌های عمومی برای ایجاد آمادگی در شهروندان انجام گیرد. در کنار آن باید زیر ساخت‌های صدا و سیما، شبکه تلفن همراه، آژیر شهری و تابلوهای ترافیکی و تلویزیون های شهری هم آماده اطلاع رسانی به موقع باشند.

در حال حاضر چهار دستگاه از مجموعه سامانه هشدار سریع در حوالی شرق استان تهران (محدوده گسل مشاء، جاده هراز، سد لار و...) نصب شده است. در عین حال، ۲۲ دستگاه هشدار سریع دیگر نیز از کشورهای سوئیس و انگلیس خریداری شده و تا پایان سال جاری در نقاط جنوبی، شمالی و غرب خارج از محدوده شهر تهران نصب می‌شود.

حال این سوال مطرح می‌شود که چرا سازمان نقشه‌برداری این اطلاعات را به عنوان عوامل غیرعادی و نشانه احتمالی وقوع زلزله به متولی مدیریت بحران در تهران اعلام نکرد؟ در جواب باید گفت که کارشناسان معتقدند هر نویز لرزه‌ای الزاما به معنای در پیش بودن زلزله نیست؛ هر چند که نویزها در برخی مواقع می‌توانند به ‌عنوان پیش نشانگر زلزله باشند.

علاوه بر دو دستگاه مورد اشاره تعداد زیادی از دستگاه‌های پیش ‌نشانگر وقوع و پایش زلزله در سایر سازمان‌ها و دستگاه‌ها وجود دارد اما به ‌دلیل آنکه ارتباط یکپارچه‌ای میان سازمان‌های متولی آنها وجود ندارد عملکرد سامانه‌ها با هم ناهماهنگ است. علاوه بر این در کشورهای پیشرو،‌ برای چنین سیستم‌هایی امکان ارسال آنلاین داده‌ها در نظر گرفته شده و مسئولیت‌های کارشناسان به سیستم‌های خودکار واگذار شده است. امید می‌رود در ایران نیز با مکانیزه شدن سیستم‌‌ها و برقراری ارتباط آنلاین آنها با مراکز مدیریت بحران،‌ امکان هشدار سریع زلزله به سازمان‌ها و شهروندان فراهم شود.

سخن پایانی

با بررسی سوابق زلزله‌های گذشته می‌توان پیش‌بینی های درازمدتی در مورد فعالیت های احتمالی در لایه های زمین داشت و مناطق زلزله‌خیز را شناسایی نمود. علاوه بر این استفاده از داده‌های ثبت شده توسط ایستگاه‌های لرزه‌نگاری به تحلیل شرایط مناطق زلزله‌خیز کمک می کند.

اما اطلاعات دیگری نیز در این رابطه وجود دارند که به کمک دانشمندان می‌آیند. از جمله این اطلاعات می‌توان به اندازه گیری و مشخص نمودن تاریخ جابجایی‌ها (حرکاتی که به خاطر بروز زلزله صورت گرفته‌اند) اشاره نمود که به دلیل اتفاقات طبیعی یا ساخت انسان در یک منطقه رخ داده است.

زلزله شناسان همچنین اقدام به حفر خندق روی گسل‌هایی می‌کنند که فعال بوده یا مشکوک به فعالیت هستند و از این طریق خاک و لایه‌هایی که تحت تاثیر زلزله قرار گرفته‌اند را مورد بررسی قرار می‌دهند. به عنوان مثال با تحلیل رادیوکربنی بخش‌هایی که به واسطه حرکت گسل‌ها پراکنده شده‌اند می‌توان تاریخ بروز زلزله‌های قبلی را مشخص کرد.

اما مهم‌ترین عاملی که می‌تواند از مخاطرات متعدد زلزله بکاهد،‌ سیستم‌های هشدار سریع است. علاوه بر این ایجاد اتاق‌های امن (به ویژه در ساختمان‌های نا ایمن)‌ می‌تواند به حفاظت از جان انسان‌ها کمک کند. آموزش همگانی برای رفتار صحیح هنگام زلزله از دیگر مواردی است که می‌تواند در کاهش مخاطرات زلزله نقش اساسی داشته باشد.