قياس شدة الزلزال: مفاهيم، طرق، وأدوات متقدمة
تُعد الزلازل من أبرز الظواهر الطبيعية التي تؤثر بشكل كبير على سطح الأرض وحياة الإنسان. ولتقييم تأثير هذه الظاهرة بدقة، يُستخدم مفهوم “شدة الزلزال” كأداة رئيسية تصف درجة الضرر والتأثير الذي يتركه الزلزال على المنشآت والأشخاص والبيئة المحيطة. يعد قياس شدة الزلزال من الجوانب الأساسية في علوم الجيولوجيا والجيوديناميكا، لما له من دور كبير في تخطيط التنمية العمرانية، تعزيز إجراءات السلامة، وتحسين آليات الاستجابة للطوارئ. في هذا المقال سيتم تناول موضوع قياس شدة الزلزال بشكل مفصل، موضحين أهم المفاهيم، الطرق المعتمدة، والتقنيات الحديثة المستخدمة في هذا المجال.
مفهوم شدة الزلزال
شدة الزلزال هي مقياس يعبر عن كمية الضرر الناتج عن اهتزازات الزلزال في مكان معين على سطح الأرض، وتختلف هذه الشدة حسب المسافة من مركز الزلزال، نوعية التربة، وكثافة البناء في المنطقة المتأثرة. بمعنى آخر، شدة الزلزال تعكس التأثير الفعلي للزلزال على البيئة المادية والبشرية، وليس بالضرورة أن تكون مرتبطة بقوة الزلزال الأصلية أو طاقته الكلية.
من المهم التمييز بين شدة الزلزال و”مقدار الزلزال” أو “قدرته” (Magnitude) التي تعبر عن كمية الطاقة المنبعثة خلال الزلزال. بينما المقدار يعتمد على قياسات أدوات الزلزال (السيزموجراف) ويتغير بشكل طفيف حسب الحسابات العلمية، فإن الشدة تعتمد على الرصد الميداني لتأثير الزلزال.
تطور مفهوم شدة الزلزال عبر التاريخ
بدأ العلماء بتوثيق شدة الزلازل منذ آلاف السنين، ولكن تطوير مقاييس معيارية بدأ في القرنين التاسع عشر والعشرين. كانت البداية مع العالم الإيطالي جيوفاني ميركالي الذي وضع مقياس “ميركالي المعدل” (Modified Mercalli Intensity Scale – MMI) عام 1902، والذي يعتمد على الوصف النوعي للأضرار التي يسببها الزلزال مثل تحرك المباني، تشقق الجدران، والانهيارات الأرضية.
تبنّى هذا المقياس لغة وصفية غير رقمية، حيث تتدرج شدة الزلزال من الدرجة I (غير محسوسة تقريباً) إلى الدرجة XII (دمار شامل). هذا المقياس بقي شائعاً إلى اليوم ويستخدم في كثير من البلدان، مع تعديلات تناسب البيئة العمرانية المحلية.
المقاييس الرئيسية لقياس شدة الزلزال
هناك عدة مقاييس مستخدمة عالمياً لقياس شدة الزلزال، وأبرزها:
1. مقياس ميركالي المعدل (MMI)
يقيس هذا المقياس التأثيرات المباشرة للزلزال على الإنسان، المنشآت، والطبيعة. يعتمد على التقييم الوصفي للأضرار وهو ذو أهمية كبرى في المناطق التي لا تتوفر فيها أجهزة قياس حديثة. يضم 12 درجة وصفية تحدد مدى شعور السكان بالزلزال ومدى الأضرار الحاصلة.
2. مقياس شدة الزلزال الأوروبي (EMS-98)
تم تطويره بناءً على مقياس ميركالي ليشمل تقييمات أكثر دقة ووضوحاً خاصة بالهياكل العمرانية الأوروبية. يشتمل هذا المقياس على جداول تقييم تفصيلية تعتمد على نوعية البناء وحالة الأرض، ويستخدم في تقييمات متخصصة للمخاطر.
3. مقياس شدة الزلزال الياباني (JMA)
يستخدم هذا المقياس في اليابان، وهو مقياس رقمي يتراوح بين 0 و7، ويعتمد على قراءات شبكات السيزموجرافات المنتشرة في البلاد. وهو مقبول دولياً بسبب دقته وشموليته في وصف تأثير الزلزال.
4. مقاييس تعتمد على بيانات السيزموجراف (ShakeMap)
تعتمد على قياس الاهتزازات الأرضية وتوزيعها باستخدام شبكات السيزموجراف لتوفير خرائط تفصيلية لشدة الزلزال في مناطق واسعة، وتستخدم هذه الطريقة في إدارة الطوارئ والتخطيط الحضري.
أدوات قياس شدة الزلزال
السيزموجرافات
أدوات حساسة تكشف عن الحركة الأرضية وتسجيلها بشكل مستمر. تتيح هذه الأجهزة قياس التردد، المدة، وسعة الاهتزاز، مما يساعد في تقدير شدة الزلزال. تواجد شبكة واسعة من السيزموجرافات حول العالم يسهل جمع بيانات دقيقة وفورية.
أجهزة ميدانية لتقييم الأضرار
بالإضافة إلى القياسات التقنية، يلجأ الخبراء إلى المسح الميداني لتسجيل الأضرار الناتجة على المباني والبنية التحتية، مثل تصدعات الجدران، سقوط الأسقف، وانهيار الطرق. هذه البيانات تُستخدم في تحسين فهم شدة الزلزال في مناطق محددة.
تكنولوجيا الاستشعار عن بعد
تعتمد على الأقمار الصناعية والطائرات المسيرة (الدرونز) لجمع معلومات عن تأثير الزلزال على البيئة والطرق والمنشآت. تساعد هذه التكنولوجيا في المناطق التي يصعب الوصول إليها، وتقدم صوراً دقيقة للدمار.
العوامل المؤثرة في شدة الزلزال
تتعدد العوامل التي تحدد شدة الزلزال في منطقة معينة، منها:
-
المسافة من مركز الزلزال: تزداد شدة الاهتزازات قرب مركز الزلزال وتنخفض مع الابتعاد عنه.
-
نوعية التربة: التربة الطينية والرملية قد تزيد من شدة الاهتزازات بسبب خصائصها الفيزيائية، مقارنة بالتربة الصخرية الصلبة.
-
تصميم المباني: تختلف الأضرار حسب متانة المباني وطرق بنائها، إذ تؤثر نوعية المواد والتقنيات الهندسية بشكل مباشر على تحمل الهزات.
-
عمق الزلزال: الزلازل السطحية ذات العمق القليل تسبب عادة أضراراً أكبر مقارنة بالزلازل العميقة.
-
طبيعة الزلزال: بعض الزلازل تكون مصحوبة بأمواج زلزالية طويلة الموجة تؤثر على مدى انتشار الاهتزازات.
أهمية قياس شدة الزلزال
تكمن أهمية قياس شدة الزلزال في عدة نقاط حيوية، منها:
-
تقييم الأضرار: يساعد على فهم مدى تضرر المناطق وتأثير الزلزال على البنية التحتية، مما يسهل اتخاذ إجراءات الإغاثة.
-
التخطيط العمراني: يوفر بيانات مهمة لتطوير قوانين البناء وتحديد المناطق التي تحتاج إلى تدعيم خاص أو منع البناء فيها.
-
البحوث العلمية: يوفر قياس الشدة بيانات تساعد في دراسة حركة الصفائح التكتونية وديناميكية الزلازل.
-
إدارة المخاطر: تمكّن الجهات المختصة من وضع خطط للطوارئ، بما في ذلك الإخلاء وتوزيع الموارد.
التطبيقات الحديثة في قياس شدة الزلازل
شهدت السنوات الأخيرة تطوراً كبيراً في تقنيات قياس شدة الزلازل، حيث استفادت الأبحاث من دمج عدة تقنيات في نظام متكامل يحقق دقة عالية ووقت استجابة سريع، مثل:
-
الأنظمة الرقمية المتصلة: تتيح هذه الأنظمة جمع بيانات من آلاف السيزموجرافات حول العالم، وتحليلها في الزمن الحقيقي.
-
النماذج الحاسوبية: تستخدم لمحاكاة تأثير الزلزال على المباني والأراضي، وتساعد في التنبؤ بالأضرار المحتملة.
-
الذكاء الاصطناعي: تم توظيف تقنيات التعلم الآلي لتحليل بيانات الزلازل وتحديد الأنماط التي قد تشير إلى زيادة خطورة الهزات.
-
الاستشعار عن بعد المتقدم: يتيح رصد تغييرات التضاريس بعد الزلزال بدقة عالية وسرعة تنفيذ تقارير الأضرار.
جدول مقارنة بين مقاييس شدة الزلزال الشائعة
| المقياس | نوع التقييم | عدد درجات الشدة | الاستخدام الأساسي | مميزات |
|---|---|---|---|---|
| ميركالي المعدل (MMI) | وصفي (نوعي) | 12 | تقييم الأضرار والتأثيرات الميدانية | بسيط وشائع، مناسب للدراسات الميدانية |
| EMS-98 | وصفي (مفصل) | 12 | تقييم مخاطر الزلازل في أوروبا | أكثر دقة حسب نوع البناء والتربة |
| مقياس JMA الياباني | رقمي | 0-7 | رصد اهتزازات الزلزال في اليابان | دقيق، سريع، رقمي |
| ShakeMap | رقمي (خرائط) | درجات متغيرة | توفير خرائط شدة الزلزال حول العالم | بيانات فورية وتوزيع جغرافي دقيق |
الخلاصة
قياس شدة الزلزال يمثل ركناً أساسياً لفهم طبيعة وتأثير هذه الظاهرة الجيولوجية على الإنسان والبيئة. من خلال استيعاب مفاهيم الشدة وتطبيق الطرق العلمية المتطورة، يمكن للدول والمجتمعات تخطيط أنظمة مقاومة للزلازل بفعالية أكبر، والحد من الخسائر الناجمة عنها. كما أن التطورات التكنولوجية الحديثة مثل استخدام الذكاء الاصطناعي وأنظمة الاستشعار عن بعد أصبحت عوامل حاسمة في تحسين دقة وسرعة قياس شدة الزلزال، مما يعزز القدرة على الاستجابة السريعة وتقليل الأضرار المستقبلية.
المراجع:
-
Stein, S., & Wysession, M. (2003). An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure. Wiley-Blackwell.
-
United States Geological Survey (USGS). ShakeMap: https://earthquake.usgs.gov/data/shakemap/
