امواج زلزله

موج زلزله موجی است که از طریق زمین حرکت می کند، که اغلب سبب ایجاد زمین لرزه یا انفجار می شود. امواج زلزله توسط زلزله شناسان مطالعه میشوند، و توسط لرزه نگار و زلزله سنج اندازه گیری می شوند.

بطور کلی پس از اینکه در داخل زمین زلزله ای به وجود آمد و انرژی زمین آزاد شد، این انرژی آزاد شده به صورت امواج ارتعاشی در کلیه جهات منتشر شده و انرژی زلزله را با خود منتقل مینمایند.

انواع امواج زلزله

امواج زمین لرزه با توجه به حرکتشان در داخل یا سطح زمین به دو دسته تقسیم میشوند:

امواج داخلی یا پیکری

دسته ای از امواح لرزه ای هستند که در درون زمین حرکت کرده و در تمامی جهات منتشر میشوند و با سرعتی بیش از موجهای سطحی حرکت می نمایند. امواج داخلی نیز به دو گروه امواج طولی یا اولیه و امواج عرضی یا ثانویه قابل تقسیم هستند.

امواج سطحی

سرعت امواج سطحی از امواج عرضی کمتر است وشدت آن نسبت به عمق و نسبت به فاصله از مرکز به سرعت کاهش می یابد . این امواج درتحت شرایط خاص ودر فصل مشترک دو محیط گازی ومایع ،در اثر ارتعاشات ناشی از زلزله بوجود می آید .

بیشترین انرژی ناشی از تکانهای کم عمق را دارا بوده و عامل اصلی خرابی های ناشی از زمین لرزه بخصوص در مناطق مسکونی میباشند. این گروه از امواج پس از تداخل موجهای داخلی در امتداد حدفاصلها، شروع به ارتعاش کرده و عمق نفوذ محدودی دارند، از این رو همواره در نزدیکی سطح های ناپیوستگی متمرکز میشوند. بدین جهت در محیطهای همگن موجهای سطحی نخواهیم داشت. این امواج که به نامهای موجهای محدود شده و یا موجهای هدایت شده نیز معروفند خود به گروههای مختلفی چون موج لاو و امواج رایلی تفکیک میگردند. حرکت این دو موج بسیار پیچیده و قدرت تخریبی این امواج و موج S بسیار زیادتر از امواج P است .

این امواج توسط ویژگیهایی چون سرعت، دامنه، طول موج، دوره تناوب و فرکانس از یکدیگر تمییز داده میشوند.

در فاصله ای در حدود 120 کیلومتری مرکز زلزله ،اولین موجی که ازکانون زلزله ( با عمق 18 کیلومتر ) به ایستگاه زلزله نگار می رسد موج P است . سرعت این موج 6 تا 6.5 کیلومتر است . بعداز آن موج sوسپس موجهای L و R می رسند . سرعت امواج P در حدود 1.73 برابر امواج S است.

:: بررسی انواع موج زلزله

در زیر به تفصیل به بررسی این چهار نوع موج می پردازیم:

امواج طولی(P) :

این امواج باعث کشش ها و انقباضهای متوالی درامتداد حرکت موج می شود . سرعت انتشار این امواج زیادتر ازامواج دیگر است و اولین امواجی هستند که به ایستگاه لرزه نگار می رسد .

امواج تراکمی از همه محیطهایی که توان تحمل فشار را دارند از جمله گازها، جامدات و مایعات عبور می کنند. ذراتی که تحت تاثیر موج P قرار میگیرند در جهت انتشار موج به جلو یا عقب نوسان میکنند. در صورتی که بخشی از یک فنر را جمع کرده و به طور ناگهانی رها کنیم، فشردگی تمام طول فنر را طی خواهد کرد تا به انتهای آن برسد. در این مثال فنر در راستای حرکت موج به ارتعاش درآمده است که بسیار شبیه به نحوه انتشار امواج P است. دلیل نامگذاری این امواج به نام امواج اولیه سرعت بالای این امواج میباشد، چرا که اولین موجی که از زلزله احساس میشود امواج P میباشد. این امواج با وجود سرعت بالای انتقال، چون بسیار سریعتر از سایر امواج دیگر میرا میشوند (یعنی انرژی خود را از دست میدهند) باعث ایجاد خرابی زیادی در زلزله نمیشوند.

امواج برشی(S) :

این امواج باعث می شود که سنگ خم شود و شکل خود را از دست بدهد . این امواج فقط ازجامدات می گذر ند.

تقریباً اثر تخریبی تمام زلزله ها بر اثرامواج برشی است و به این معنی که وقتی لحظه شکستن سنگ فرا برسد سنگ شکاف بر میدارد ونقاط مجاور شکاف بطور جانبی نسبت بهم حرکت می نمایند . در این زمان است که دو نوع موج P وS ایجاد می شوند.

این امواج تنها در محیطهایی که میتوانند در برابر تغییر شکل جانبی مقاومت کنند - مانند محیطهای جامد - منتشر میگردند. این امواج در مایعات و گازها نمیتوانند منتقل شوند. در صورتی که یک طناب را به دیواری متصل کرده و سر دیگر آن را در دست گرفته و به صورت قائم حرکت دهیم، در طناب موجی ایجاد میشود شبیه امواج S میباشد. در این امواج ارتعاش ذرات محیط عمود بر جهت حرکت موج میباشد (همانطور که مثال طناب دیده میشود، موج در امتداد طول طناب حرکت میکند در حالی که ذرات طناب در جهت عمود بر طول طناب ارتعاش میکنند

امواج لاو (love) :

حرکت زمین توسط موج لاو، تقریبا شبیه موج S است با این تفاومت که ذرات ماده به موازات سطح زمین و در جهت عمود بر انتشار موج حرکت کرده و ذرات در صفحه قائم حرکت ندارند. انتشار این امواج مانند تکانهایی است که بر اثر حرکت طناب به سمت چپ یا راست ایجاد میشود. موجهای لاو قدری سریعتر از امواج رایلی حرکت کرده و زودتر بر روی لرزه نگاشت ظاهر میشوند.

امواج رایلی LR

این امواج به نحو خاصی حرکت می کنند. بدین ترتیب که حرکت ذرات در امتداد مدارهای دایره ای (یا بیضوی) صورت میگیرد. درست مانند حرکت امواج در سطح اقیانوس البته جهت حرکت دایره ها برخلاف حرکت امواج اقیانوس است به عبارتی حرکات ذرات سنگ، مدار بیضوی پسگرد را در صفحه قائمی به طرف منشاء زمین لرزه طی میکنند.

:: زمین لرزه

تعریف زلزله

برای شناخت هر پدیده ای درجهان واقع لازم است ابتداازآن تعریف مناسب ونسبتاً جامعی داشته باشیم ، چرا که بدون دانستن تعریفی مناسب ازآن نمی توان به کنه پدیده پی برد وآن رابه خوبی درک نمود.

مردم عامی درکلامی ساده زلزله راحرکت ناگهانی زمین ناشی ازخشم نیروهای ماوراء الطبیعه وخدایان می دانند که بر بندگان عاصی و عصیـانگر خودکه نافرمانی خداخود را نموده ومرتکب گناهان زیادی شده اند می دانند .

اگر چه امروزه با گسترش دانش تجربی این تعریف در زمره اباطیل وخرافات قرارگرفته ،ولی هنوز در جوامع ومردم کم دانش وجاهل مورد قبول است.

درفرهنگ تک جلدی عمید زلزله را با فتح حروف‌‌ ‍‍‍‍‎‏« زَ» و « لَ » یعنی زَلزلَه برخلاف آنچه در زبان عامه مردم رایج است ، آورده ومی نویسید :

" زمین لرزه ، لرزش وجنبش شدید ویا خفیف قشر کره زمین که به نقصان درجه حرارت مواد مرکزی واحداث چین خوردگی وفشار یادر اثر انفجارهــای آتشفشانی بوقوع می رسد ."

در فرهنگ جغرافیا تالیف پریدخت فشارکی وهمچنین در فرهنگ جغرافیائی تالیف مهدی مومنی تعریفی مشابه هم به گونه زیر ارائه شده است:

"جنبش یا تکان پوسته زمین که به صورت طبیعی ناشی از زیر پوسته زمین است بعضی وقتها زلزله باعث تغییراتی در سطح زمین می شود ، اما اغلب زیان بوجود آمده ناشی از تکان ها فقط محسوس است وممکن است زلزله بوسیله یک انفجار آتشفشانی بوجود آید. زلزله در حقیقت در بیشتر نواحی آتشفشانی امری عادی است واغلب قبل ویا همزمان با انفجار اتفاق می افتد . اصل زلزله تکتونیکی است واحتمالاً وجود یک شکست لازمه آن است . موجهای زلزله دست کم در سه جهت اتفاق می افتد ودر یک مسافت قابل ملاحظه از مکــــان اصلی بطور جداگانه حس می شوند . وقتی امواج زلزله ازمکانی می گذرد زمین وساختمانها می لرزند و به جلو و عقب می روند .بالاترین زیان ناشی از زلزله همیشه در مرکز زلزله یعنی جائی که حرکت بالا و پائین است نیست اما در مکانهائی که موجهای زلزله بصورت مایل به سطح می رسد ونزدیک مرکز زلزله باشند دارای بالاترین زیان می باشند .یک زلزله شدید معمولاً بوســـیله یکسری دیــــگر ازتکانها همراه می شود .زلزله ای که که در نزدیک یازیردریا اتفاق مـــــی افتد سبب حرکات شدیدآبها شده وبعضی وقتها امواج بــــــزرگی ازآن ناشی مـــی شود و در مسافت زیاد این امواج ادامه پیدا می کنند وگاهگاهی باعث تلفات جــبران ناپذیر ومرگ ومیرمی شوند .طغیان نواحی ساحلی بیشتراز خود زلزله باعث خسارت می شوند ، در نواحی آتشفشانی زلزله عملاً هر روز اتفاق می افتد. به عنوان مثال در هاوائی هرساله صدهاتکانهای کوچک ثبت می شوند "

در فرهنگ گیتا شناسی تالیف عباس جعفری آمده است:

"جنبش سریع ومحسوسی که درنتیجه جابجائی ویا جایگیری تخته سنگهای زیر پوسته زمین پدید می آید،در نتیجه این جنبش یک سری لرزش های موجی شکل پدید می آید و گاه تغییرات ارتفاعی پوسته زمین راباعث می گردد و اغلب ضایعات و زیان های جانی و فراوانی از خود برجا میگذارد.زمین لرزه بیشتر مخصوص نواحی آتشفشانی بوده وگاه باخروش وفوران کوههای آتشفشانی همراه می گرددودرحالات شدیدشکستها وبریدگیهای مهم ومشخص درروی پوسته زمین از خودبجای میگذارد.غالب زمین لرزه ها حداقل با سه نوع موج لرزاننده همراه است .در مرکز وقوع زمین لرزه سه موج مزبور بطور همزمان اثرگذارده و ساختمانهاو تاسیسات واقع دراین منطقه را با نوسان های شدید به عقب و جلو می برد و حد اکثر خسارت و زیان در محلی که امواج مزبور بطور مورب به سطح زمین می رسندوارد می سازد....."

محمود صداقت درکتاب“ زمین شناسی برای جغرافیا ” تعریفی بدینگونه ارائة می دهد:

"زمین لرزه عبارت است ازحرکات ولرزش های ناگهانی و گذرا در زمین که از ناحیه محدودی منشأ می گیرد و ازآنجا درتمام جهات منتشر می شوند."

در کتاب فیزیکال جئوگرافی1 آمده است:

"زلزله یکسری ازتکانها ولرزشهای ناگهانی که از آزاد شدن فشار در طول گسل های فعال ودر مناطق آتشفشانی فعال ناشی می شود.تکانها و لرزشهای سطح زمین که در ارتباط با حرکات پوسته زمین در زیر زمین می باشد."

در فرهنگ آکسفورد آمده است:

"حرکات ناگهانی وشدید سطح زمین."

از تعاریف ذکر شده در فوق ومنابع دیگر می توان برداشت زیر را نمود:

"زلزله عبارت از حرکات و ارتعاشات نا گهانی سطح زمین ناشی از شکسته شدن سنگهای پوسته زمین و رها شدن انرژی ذخیره شده در آنها است که در صورت شدت زیاد در مراکز انسانی موجب خسارتهاوزیانهای فراوان می شود."

زلزله از یکطرف موجب شکسته شدن و جابجائی بین توده های سنگی پوسته زمین می شود و ازطرف دیگر همین جابجائی و شکسته شدن منجر به ایجاد امواج و انتشار در درون زمین می شود ، مانند انداختن قطعه سنگی در حوض یا دریاچه که منجر به ایجاد امواجی می شود.

زلزله مانند شکسته شدن قطعه چوب خشک شده ای می ماند که از یک طرف موجب گسیخته شدن چوب و از طرف دیگر موجب انتشار امواج در اطراف خود می شود.

مناطق زلزله خیز کره زمین:

مهمترین مناطق زلزله خیز دنیا درسه منطقه پراکنده اند:

کمر بند چین خورده آلپ – هیمالیا :

جائی که پوسته آسیا – اروپا(اوراسیا) به صفحه آفریقا – هند برخورد می کند .در کشورهای ایتالیا ، یونان ، ترکیه ، ایران ، شمال هند …..

کمر بند اطراف اقیانوس آرام :

جايي که صفحه اقیانوس آرام به صفحه قاره آسیا – اروپا ـ آمریکای جنوبی ـ استرالیا و امریکای شمالی برخورد می کند. در این ناحیه از کامچاتکا تا هکایدو شدیدترین زلزله ها اتفاق می افتد . عمق کانون زلزله در این منطقة به حدود 60 کیلومتر می رسد وامواج تسونامی در اثر زلزله دراین منطقه ایجاد می شود.

کمربند میانی اقیانوس اطلس :

جائی که صفحه اقیانوس اطلس در حال گسترش است این زلزله ها نسبتاً ملایم وآرامش مردم را چندان بهم نمی زند.به استثنای گودالهای اقیانوسی کانون زمین لرزه ها در عمق 50 کیلومتری پوسته زمین است . در گودالهای اقیانوسی کانون زلزله ها در عمق 300 تا 700 کیلومتر مشاهده شده است جائی که به صفحه ای موربی بنام “ سطح بنیوف ” وجود دارد.البته زلزله ها در طول گسلهای تغییرشکل دهنده ( جائی که صفحه ها درامتداد هم می لغزند )نیز وجود دارند مثل زلزله ای که در طول گسل سن آندریاس اتفاق افتاد . (سان فرانسیسکو 1906 )

زلزله نگاشت

ارتعاشاتی که توسط دستگاههای ثبات درایستگاههای بر روی کاغذ رسم می شود “ لرزه نگاشت ” نام دارد . لرزه نگارها دائم در حال کارند ، لذا در فاصله بین زمین لرزه ها روی لرزه نگاشتها خطوط ممتدی رسم می شود که امواج خیلی کوچک که می تواند ناشی از عوامل مختلف مثل تغییرات فشار اتمسفر ، حرکت قطارها ، برخورد درختان و غیره باشد را ثبت می نماید

که این ارتعاشات کوچک را “ کهلرزه ” می گویند که همیشه ودر هر حال در زمین وجود دارند. اولین نشانه وجود زمین لرزه مهم در یک ناحیه عبارت از شروع ناگهانی یک سری امواج بزرگتر از حد متوسط است .راجع به امواج که در لرزه نگاشتها ثبت می شود قبلاً در بخش امواج توضیح داده شد . امواج یا مستقیم به زمین می رسند یا طی مسیری پیچیده و پس از انعکاس و انکسار در مرزهای مختلف به لرزه نگار می رسند. امواج اینگونه بصورت “ پالس ” مجزا در لرزه نگاشتها ظاهر می شوند.

امواج طولی ( P ) ابتدا به لرزه نگاشتها می رسند و بعد از اینکه این امواج تا حدودی از بین رفت امواج عرضی ( S ) آغاز می شوند ، آغاز این امواج ناگهانی است . امواج دیگری که بطور تدریجی به دامنه ارتعاش آنها افزوده می شود به مقدار ما کزیمومی می رسد و سپس کاهش می یابند که همان امواج سطحی با دامنه بلند است .

ژئوفیزیکدانان با مطالعه تغییر روند امواج ثبت شده در لرزه نگاشتها قادرند مشخصات زمین لرزه ها مثل فاصله ، عمق ، زمان وقوع وبزرگی آن را تعیین کنند.

کانون زلزله

اغلب زمین لرزه ها بر اثر ایجاد گسل یا حرکت و جابجائی سنگها در امتداد گسل های قدیمی تر ایجاد می شوند ، بنابراین امواج زلزله در یک صفحه تولید می شوند نه یک نقطه . ولی دانشمندان برای سهولت مطالعه خاستگاه موج را یک نقطه فرض می کنند که البته فرضی دور ازواقعیت نمی باشد ، چرا که فاصله بین ایستگاههای اندازه گیری و محل وقوع زلزله بیشتر از طول یک گسل است . بنابراین نقطه ای را که امواج ازآن منتشر می شوند “ کانون زلزله ” می نامند. این همان محل داخل زمین است که سنگها شکسته می شوند و منجر به آزاد شدن انرژی و انتشار به اطراف می شود.

مرکز زلزله

اگر از کانون زلزله که درداخل زمین قرار داردخطی قائم به سمت سطح زمین رسم نمائیم ، محل برخورد این خط با سطح زمین را “ مرکز زلزله ”می نامند.

عمق زلزله

فاصله بین مرکز و کانون زلزله به “ عمق زلزله ” معروف است .

زلزله هااز نظر عمق معمولاً به سه دسته تقسیم می شود:

زلزله های عمیق:

که عمق کانون آن بیش از 300 کیلومتر است.

زلزله های متوسط :

که عمق کانون آن بین 70 تا 300 کیلو متر است.

زلزله های کم عمق :

که عمق آنها از 60 کیلومتر کمتر است.

هر چه عمق زلزله ها کمتر باشد خرابیهای بیشتری دارد. زلزله ها معمولاً از عمق 5 کیلومتری تا عمق 300 کیلومتری هم مشاهده شده است. اثرات زلزله های با عمق بالای 300 کیلومتر بر روی زمین ناچیز است . هرچه بزرگی یک زلزله بیشتر و کانون آن به سطح زمین نزدیکتر خطرات بیشتری دارد . لرزه شناسان دریافته اند که تقریباً تمام زمین لرزه ها ی با عمق متوسط و عمیق از مناطق دراز گودالهای اقیانوسی منشاء گرفته اند ،جائی که صفحه ها به زیر رانده می شوند.

زمین لرزه های که بگونه ای غیر عادی عمیق اند به چند طریق قابل تشخیص است ، اولاً امواج سطحی این زلزله ها بطور غیرمعمولی ضعیف اند ، ثانیاً زلزله در منطقه خیلی وسیعی احساس می شود با لرزش های که تقریباً در تمام نقاط به یک اندازه شدید است . در زلزله های کم عمق معمولاً شدت تکانها به سرعت از مرکز زلزله کاهش می یابد.

برای تعیین موقعیت مرکز زلزله از منحنی های زمان سیر ( فاصله – زمان ) استفاده می شود . اگر موقعیت دقیق یک زمین لرزه و زمان وقوع آن معلوم باشد می توان از روی لرزه نگاشتی که در فاصله ای معلوم ازکانون زلزله ثبت شده ، زمان رسیدن اولین پالس موج (طولی P )را تعیین کرد .

این کار توسط زلزله شناسان درمناطق عمده زلزله خیز انجام و بمرور اصلاح گردیده است . برای تعیین موقعیت زمین لرزه ها از این منحنی سیر استفاده می نمایند . برای اینکار ابتدا باید اولین امواج P و S( Sموج برشی است) را در روی لرزه نگاشتهای حداقل سه ایستگاه تشحیص داد ، آنگاه باید مشخص کرد که موج S چه مدت بعد از موج P به ایستگاه وارد شده است . اختلاف زمان بین رسیدن دو موج در روی منحنی های زمان سیر بوسیله قائم منحنی مشخص می شود بنا براین می توان فاصله بین مرکز زلزله از یک لرزه نگار را با توجه به منحنی های زمان سیر بدست آورد . برای این کار باید دید که درچه فاصله ای اختلاف زمانی بین دو منحنی همان مقداری است که در لرزه نگاشت اندازه گیری شده است .

برای تعیین موقعیت مرکز زلزله حداقل باید فاصله مرکز زلزله از سه ایستگاه معلوم باشد . روی نقشه ای به مرکز هر ایستگاه و به شعاع فاصله بین ایستگاه و مرکز زمین لرزه دایره ای رسم می نمائیم از برخورد دایره ها نقطه تقاطعی بوجود می آید که مرکز زلزله رامشخص می نماید .

برای اندازه گیری عمق کانون زلزله اختلاف زمان رسیدن فازهای موج P را که مسیرهای مختلفی در درون طی کرده اند مورد استفاده قرار می دهند . بنابراین با اندازه گیری فاصله زمانی رسیدن دو فاز زلزله و با دانستن تغییرات سرعت نسبت به عمق ، عمق کانون زلزله قابل محاسبه است . این روش در زلزله های عمیق دقیقتر است ،عمق بدست آمده با 15+یا-15 کیلومتر خطا همراه است.