شعار سال: زلزله یا «زمین‌لرزه» (Earthquake)، جابجایی ناگهانی پوسته زمین است. این جابجایی ناگهانی، ارتعاش و لرزش سطح زمین را به همراه دارد. در برخی از مواقع، لرزش‌های ناشی از زلزله، توسط انسان‌ها حس نمی‌شوند. در مواقع دیگر، علاوه بر محسوس بودن این لرزش‌ها توسط انسان‌ها، سازه‌ها نیز تحت تاثیر منفی (شکست یا تخریب) قرار می‌گیرد.


عوامل مختلفی بر روی رخ دادن زمین‌لرزه تاثیرگذار هستند. تجمع انرژی در اعماق زمین و رهاسازی ناگهانی این انرژی، باعث ایجاد امواج ارتعاشی و گسترش آن‌ها درون سنگ و خاک می‌شود. برخورد امواج ارتعاشی به سطح زمین، لرزش سازه‌ها و احتمال تخریب آن‌ها را به همراه دارد.

منشا انواع زلزله :
معیار‌های مختلفی برای دسته‌بندی زلزله‌ها وجود دارد. منشأ رخ دادن زلزله، یکی از مهم‌ترین این معیار‌ها است. از انواع زلزله بر اساس منشا می‌توان به زلزله‌های آتشفشانی، تکتونیکی، انفجاری، فروریختی و القایی اشاره کرد. زلزله تکتونیکی، رایج‌ترین نوع زلزله است. صفحات شکستگی پوسته زمین یا همان گسل‌ها بر روی یکدیگر می‌لغزند. در صورت وجود نیروی اصطکاکی زیاد، این صفحات مانع از حرکت یکدیگر می‌شوند. نیروی اصطکاکی، تجمع تنش‌ها در محل گیر کردن صفحات گسل را به همراه دارد. زمانی که میزان تنش‌های متمرکز از یک مقدار مشخص عبور کند، گسل هیچ چاره‌ای به جز حرکت ناگهانی (دقیقا مانند بشکن زدن) ندارد. این حرکت ناگهانی، باعث آزادسازی انرژی به شکل امواج، انتشار امواج درون زمین و لرزش سطح پوسته می‌شود. به محل آزادسازی انرژی یا منشا زلزله، «کانون زلزله» (Hypocenter) می‌گویند. کانون زلزله، همان پارامتری است که عمق زلزله را تعیین می‌کند.

عمق زمین لرزه چیست؟

به کمترین فاصله نقطه کانونی زلزله (منشا زمین‌لرزه) تا سطح زمین، عمق زلزله یا عمق زمین لرزه می‌گویند. عمق زلزله، تاثیر بسزایی بر روی قدرت تخریب این پدیده دارد. علاوه بر این، مطالعه رفتار زمین‌لرزه‌ها با استفاده از عمق و پارامتر‌های مرتبط با آن صورت می‌گیرد.

رابطه عمق زلزله با کانون زلزله چیست؟

کانون زلزله، محل رخ دادن زلزله است. این محل با عنوان‌های دیگری نظیر مرکز زلزله، کانون زمین‌لرزه، «کانون لرزه‌ای» (Seismic Focus) یا «هیپوسنتر» (Hypocenter) نیز شناخته می‌شود. تجمع انرژی و آزادسازی آن به صورت امواج لرزه‌ای، از این نقطه صورت می‌گیرد. عمق زلزله، با توجه به موقعیت کانون سنجیده می‌شود. از این‌رو به آن، «عمق کانونی زلزله» نیز می‌گویند.

فاصله کانون زلزله تا سطح زمین، همان عمق زلزله است. روش دقیقی برای محاسبه موقعیت کانونی زلزله وجود ندارد. از این‌رو، عمق زلزله نیز همواره به صورت تقریبی بیان می‌شود. به طور مثال، بر اساس داده‌های لرزه‌نگاری، محل قرارگیری کانون زلزله سرپل ذهاب، در عمق ۱۲ تا ۱۶ کیلومتری از سطح زمین قرار داشت. به عبارت دیگر، عمق این زلزله، بین ۱۲ تا ۱۶ کیلومتر تخمین زده شد. تخمین عمق زلزله با پارامتر دیگری به نام رومرکز صورت می‌گیرد.

رابطه عمق زلزله با رومرکز چیست؟

رومرکز یا «اپی‌سنتر» (Epicenter)، تصویر کانون زلزله بر روی سطح زمین است. اگر از محل قرارگیری کانون زلزله، یک خط فرضی قائم رسم کنیم، محل برخورد این خط با سطح زمین، رومرکز زلزله خواهد بود. اندازه این خط از کانون (مرکز) تا رومرکز، عمق زلزله می‌گویند.

رومرکز زلزله چیست؟

محل قرارگیری رومرکز، به عنوان معیاری برای اندازه‌گیری عمق زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرد. سرعت امواج لرزه‌ای، بر اساس فاصله رومرکز تا ایستگاه‌های لرزه‌نگاری محاسبه می‌شود. 

انواع زمین لرزه بر اساس عمق چه هستند؟

انواع زمین‌لرزه بر اساس عمق به سه دسته اصلی زمین‌لرزه‌های کم‌عمق، زلزله‌های متوسط و زلزله‌های عمیق تقسیم می‌شوند. در ادامه، به معرفی ویژگی‌های هر یک از این زلزله‌ها می‌پردازیم.

زلزله کم عمق چیست؟ به زلزله‌هایی که کانون آن‌ها در عمق کمتر از ۶۰ تا ۷۰ کیلومتری سطح زمین قرار داشته باشد، زلزله کم‌عمق می‌گویند. درصد بسیار زیادی از زلزله‌ها، کم‌عمق هستند. اغلب نقاط کره زمین، هر چند وقت یکبار، این نوع زمین‌لرزه را تجربه می‌کنند. البته، به دلیل دشواری ثبت داده‌های مربوط به زلزله‌های کوچک (با شدت پایین)، نقشه توزیع زلزله‌های کم‌عمق و شدید در نقاط مختلف زمین، کامل‌تر از نقشه توزیع زلزله‌های کم‌عمق و خفیف است. نزدیکی به سطح زمین، باعث کاهش هدررفت انرژی امواج ارتعاشی ناشی از زلزله‌های کم‌عمق در مسیر حرکت‌شان می‌شود. از این‌رو، خطر این نوع زمین‌لرزه جدی‌تر از دیگر انواع زمین‌لرزه است.

زلزله با عمق متوسط چیست؟ به زلزله‌هایی که کانون آن‌ها در عمق بین ۷۰ تا ۳۰۰ کیلومتری سطح زمین قرار داشته باشد، زلزله متوسط می‌گویند. هر چه عمق کانون زلزله بیشتر می‌شود، احتمال رخ دادن آن کاهش می‌یابد. سنگ‌ها در اعماق متوسط، خاصیت شکنندگی خود را کم‌کم از دست می‌دهند. در این اعماق، سنگ‌ها شکل‌پذیری بیشتری دارند. از این‌رو، احتمال شکست ناگهانی آن‌ها بسیار کمتر از سنگ‌های کم‌عمق است.

زلزله عمیق چیست؟ به زلزله‌هایی که کانون آن‌ها در عمق بیشتر از ۳۰۰ کیلومتری سطح زمین قرار داشته باشد، زلزله عمیق می‌گویند. این نوع زمین‌لرزه‌ها، معمولا مطابق در نواحی موسوم به «منطقه بنیوف» (Benioff Zone) رخ می‌دهد. این منطقه، بیانگر وجود دال‌های فرورانش صفحه اقیانوسی به زیر صفحه قاره‌ای است. با عبور از عمق متوسط زمین، توزیع زلزله‌ها، تقریبا یکنواخت می‌شود.

به طور کلی، ۱۲ درصد از کل انرژی آزاد شده ناشی از زمین‌لرزه‌ها، مربوط به زلزله‌های دارای عمق متوسط است. حدود ۳ درصد از کل انرژی زمین‌لرزه‌ها نیز مربوط به زلزله‌های عمیق می‌شود. از این‌رو، زلزله‌های متوسط و عمیق، سهم کمتری از تخریب‌های ناشی از زمین‌لرزه بر روی سطح زمین را به خود اختصاص می‌دهند.

تاثیر عمق زلزله بر روی شدت زلزله چیست؟
شدت و عمق زمین‌لرزه، دو ویژگی اصلی و مهم این پدیده هستند. این ویژگی‌ها، به منظور درک رفتار صفحات تکتونیکی و خطرات زلزله مورد مطالعه قرار می‌گیرند. به طور کلی، عمق زلزله با قدرت آن رابطه عکس دارد. به عبارت دیگر، هرچه عمق زلزله کمتر باشد، شدت تخریب آن بیشتر است. مهندسی زلزله، یکی از گرایش‌های رشته مهندسی عمران است که به بررسی اثرات زلزله بر روی سازه‌های مهندس می‌پردازد. مهندسان زلزله، به تحلیل رفتار سازه‌ها در برابر بار‌های لرزه‌ای و طراحی ایمن سازه‌ها برای به حداقل رساندن اثرات مخرب بار‌های لرزه‌ای می‌پردازند. زلزله، یکی از عوامل اصلی تخریب سازه‌ها و از دست رفتن جان انسان‌ها در کشور‌های لرزه‌خیز مانند ایران است. از این‌رو، توجه به الزامات طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها، اهمیت بسیار زیادی دارد. فرادرس، به منظور رفع نیاز‌های آموزشی دانشجویان و فارغ‌التحصیلان رشته‌های مرتبط با مهندسی سازه و زلزله، مجموعه‌ای از فیلم‌های آموزشی جامع و کاربردی را در این زمینه تهیه کرده است.

عمق زلزله چگونه محاسبه می‌شود؟
محاسبه محل تقریبی کانون و عمق زلزله، با توجه به سرعت امواج لرزه‌ای انجام می‌گیرد. انرژی متمرکز در اعماق زمین، به صورت امواج طولی و عرضی، از کانون زلزله در تمام جهت‌ها انتشار می‌یابد. هسته بیرونی کره زمین، امواج طولی یا فشاری (امواج P) را منعکس و امواج عرضی یا برشی (امواج S) را جذب می‌کند. به این ترتیب، منطقه‌ای با عنوان «منطقه سایه لرزه‌ای» (Seismic Shadow Zone) بر روی سطح زمین ایجاد می‌شود. در این منطقه، امکان تشخیص مستقیم امواج طولی و یا عرضی وجود ندارد. تصویر زیر، نمونه‌ای از یک منطقه سایه لرزه‌ای را نمایش می‌دهد.

منطقه سایه لرزه‌ای و عمق زلزله: 

در خارج از منطقه سایه، امکان تشخیص امواج لرزه‌ای با استفاده دستگاه‌های لرزه‌نگاروجود خواهد داشت. البته، به دلیل اختلاف سرعت و مسیر طی شده، زمان دریافت این امواج با یکدیگر متفاوت خواهد بود. با اندازه‌گیری اختلاف زمانی دریافت امواج و تعیین فاصله آن‌ها از روی نمودار‌های مسیر-زمان، امکان محاسبه فاصله لرزه‌نگار تا رومرکز (محل قرارگیری رومرکز) فراهم می‌شود. به این فاصله، «فاصله رومرکزی» (Epicentral Distance) می‌گویند.

فاصله رومرکزی، معمولا بر حسب درجه اندازه‌گیری و با حرف Δ نمایش داده می‌شوند. محاسبه این فاصله، توسط داده‌های حداقل سه ایستگاه لرزه‌نگاری و با استفاده از روش مثلث‌بندی انجام می‌گیرد. فاصله رومرکزی، در تعیین شدت زلزله نیز کاربرد دارد. پس از تعیین فاصله رومرکزی و سرعت امواج (با استفاده از اختلاف زمانی دریافت آن‌ها)، امکان محاسبه عمق زلزله با استفاده از فرمول زیر فراهم می‌شود:
Δx: عمق کانونی زلزله
Δt: اختلاف زمان دریافت موج P و S
VP: سرعت موج P
VS: سرعت موج S

موج لرزه‌ای چیست؟ این مطلب دربارهٔ امواج در درون زمین است. برای امواج اقیانوسی که گاهی «امواج لرزه‌ای دریا» نامیده می‌شوند

امواج درونی و امواج سطحی
امواج پی و اس در یک لرزه‌نگاشت

سرعت امواج لرزه‌ای در زمین به نسبت ژرفا. سرعت ناچیز موج اس در هسته بیرونی به دلیل مایع‌بودن آن است، ولی در هسته درونی جامد سرعت موج اس بالاتر از صفر است.

موج لرزه‌ای (Seismic wave) امواجی از انرژی هستند که از درون زمین عبور می‌کنند. این امواج نتیجه زمین‌لرزه، فوران آتشفشانی، حرکت ماگما، زمین‌لغزش‌های بزرگ و انفجار‌های بزرگ انسانی هستند که انرژی صوتی با فرکانس پایین از آن‌ها پخش می‌شود. چندین عامل طبیعی و انسانی دیگر باعث انتشار امواج با دامنه کوتاه می‌شوند که عموماً با نام لرزش‌های محیطی شناخته می‌شوند. امواج لرزه‌ای در دانش لرزه‌شناسی که بخشی از ژئوفیزیک است مطالعه می‌شوند. این امواج توسط دستگاه‌های لرزه‌سنج، هیدروفون (در آب) یا شتاب‌سنج ضبط و اندازه‌گیری می‌شوند. سرعت انتشار امواج لرزه‌ای به چگالی و کشسانی محیط انتشار بستگی دارد. سرعت این امواج با افزایش ژرفای زمین افزایش می‌یابد و از ۲ تا ۸ کیلومتر در ثانیه در پوسته تا ۱۳ کیلومتر در ثانیه در گوشته افزایش می‌یابد.

زمین‌لرزه باعث ایجاد انواع مشخصی از امواج با سرعت‌های متفاوت می‌شود. تفاوت در سرعت فاز این امواج در هنگام رسیدن به دستگاه‌های لرزه‌نگار به دانشمندان کمک می‌کند تا بتوانند موقعیت منشأ این امواج که کانون زمین‌لرزه نامیده می‌شود را تعیین کنند. در ژئوفیزیک، انکسار و انعکاس امواج لرزه‌ای در مطالعه ساختار زمین به کار می‌رود و اغلب لرزه‌های انسانی برای مطالعه ساختار سطحی و عمقی زمین تولید می‌شود.در میان انواع مختلف امواج لرزه‌ای، امواج درونی که از درون زمین می‌گذرند و امواج سطحی که بر روی سطح زمین حرکت می‌کنند، دو نوع مشخص و متمایز هستند. حالت‌های دیگر انتشار موج نیز وجود دارد که گرچه نسبت به امواج با منشأ زمینی اهمیت کمتری دارند، ولی در اخترلرزه‌شناسی اهمیت دارند.

امواج درونی در قسمت داخلی زمین حرکت می‌کنند.
امواج سطحی در امتداد سطح زمین حرکت کرده و با افزایش فاصله نسبت به امواج درونی با سرعت کمتری از بین می‌روند. حرکت این امواج در سه بعد انجام می‌شود. حرکت ذرات در امواج سطحی بزرگ‌تر از امواج درونی است، به همین دلیل خسارت‌های ناشی از امواج سطحی بیشتر است.

امواج داخلی (تویی) : امواج درونی در داخل زمین و در مسیری که توسط ویژگی‌هایی مانند چگالی و سختی مواد کنترل می‌شود، حرکت می‌کنند. این ویژگی‌ها به نسبت دما، ترکیب و فاز مواد تغییر می‌کنند. این اثر شبیه شکست نور است. دو نوع مختلف حرکت ذرات باعث به وجود آمدن دو نوع مختلف امواج درونی می‌شود: امواج اولیه و ثانویه.

امواج اولیه : موج‌های اولیه (P) امواجی فشاری هستند که به صورت موج طولی در طبیعت وجود دارند. امواج پی امواجی فشاری هستند که با سرعت بیشتری نسبت به دیگر امواج در درون زمین حرکت می‌کنند و به همین دلیل نخستین امواجی هستند که به دستگاه لرزه‌سنج می‌رسند و از این رو امواج اولیه نامیده می‌شوند. این امواج قادر به عبور از هر نوع ماده‌ای از جمله سیالات هستند و سرعت آن‌ها حدود دو برابر امواج S است. این امواج در هوا به شکل امواج صوتی در می‌آیند و بنابراین با سرعت صوت حرکت می‌کنند. سرعت معمولی این امواج در هوا ۳۳۰ متر در ثانیه، در آب ۱۴۵۰ متر در ثانیه و در سنگ خارا حدود ۵۰۰۰ متر در ثانیه است.

امواج ثانویه :موج‌های ثانویه (S) امواجی برشی هستند که به صورت موج عرضی در طبیعت وجود دارند. پس از روی‌دادن زمین‌لرزه، امواج S پس از امواج P که سرعت بیشتری دارند به ایستگاه لرزه‌نگاری می‌رسند و زمین را عمود بر جهت انتشار، جابه‌جا می‌کنند. موج اس بسته به جهت انتشار می‌تواند ویژگی‌های سطحی متفاوتی داشته باشد، به عنوان نمونه آن در دسته از امواج اس که به صورت افقی قطبیده شده‌اند، زمین به طور متناوب از یک سمت به سمت دیگر حرکت می‌کند. موج اس فقط می‌تواند از جامدات عبور کنند و قادر به عبور از سیالات نیست. سرعت حرکت این موج کمتر از سرعت موج پی و حدود ۶۰٪ سرعت امواج اولیه در هر محیط است.

امواج سطحی : امواج لرزه‌ای سطحی در امتداد سطح زمین حرکت می‌کنند. این امواج را می‌توان نوعی از امواج مکانیکی سطحی طبقه‌بندی کرد. چون این امواج با افزایش فاصله از سطح کاهش می‌یابند، به نام امواج سطحی خوانده می‌شوند. این امواج کندتر از امواج درونی (پی و اس) حرکت می‌کنند. در زمین‌لرزه‌های بزرگ، امواج سطحی می‌توانند دامنه‌ای تا چندین سانتی‌متر داشته باشند.

امواج ریلی : امواج ریلی دسته‌ای از امواج سطحی هستند که به شکل موجی همانند امواج سطح آب حرکت می‌کنند. سرعت امواج ریلی از امواج درونی کمتر و حدود ۹۰٪ سرعت موج اس در محیط دارای کشسانی یکسان است. سرعت امواج ریلی در محیط‌های لایه‌ای (مانند پوسته و گوشته فوقانی) بستگی به بسامد و طول موج دارد.

امواج لاو : موج لاو نوعی موج برشی است که در جهت افقی دچار قطبش شده است. سرعت حرکت این امواج کمی بیشتر از امواج ریلی و حدود ۹۰٪ سرعت امواج اس بوده و دامنه بزرگ‌تری دارند.

امواج پی و اس در گوشته و هسته زمین :
هنگامی که یک زمین‌لرزه روی می‌دهد، لرزه‌نگار‌های نزدیک رومرکز زمین‌لرزه می‌توانند هر دو موج پی و اس را دریافت کنند، ولی لرزه‌نگار‌های دورتر قادر به تشخیص فرکانس‌های بالای نخستین امواج اس نیستند. از آنجا که امواج برشی نمی‌توانند از سیالات عبور کنند، این وضعیت به عنوان شاهدی بر مایع بودن هسته بیرونی زمین به شمار می‌رود که توسط ریچارد دیکسون اولدهام بیان شده و امروزه به تأیید رسیده است.

کاربرد امواج پی و اس در تعیین موقعیت رویداد‌ها

با استفاده از داده‌های لرزه‌ای یک زمین‌لرزه که از حداقل سه نقطه متفاوت دریافت شده، می‌توان رومرکز و کانون زمین‌لرزه را محاسبه کرد. در زمان روی‌دادن یک زمین‌لرزه محلی یا نزدیک، تفاوت در زمان رسیدن امواج پی و اس می‌تواند در تعیین فاصله آن رویداد به‌کار رود. زمانی که یک زمین‌لرزه در مقیاس فاصله جهانی روی می‌دهد، سه یا بیشتر از سه ایستگاه دریافت موقعیت جغرافیایی متفاوت که از ساعت یکسان استفاده می‌کنند، با ثبت زمان رسیدن امواج پی می‌توانند زمان و محل وقوع رویداد در هرجای زمین را محاسبه کنند. به طور معمول ده‌ها یا حتی صد‌ها داده دریافت موج پی برای محاسبه کانون زمین‌لرزه به کار می‌رود.

یک راه سریع برای تعیین فاصله یک نقطه نسبت به منشأ موج لرزه در فواصل کمتر از ۲۰۰ کیلومتری، محاسبه تفاوت زمان رسیدن امواج پی و اس به ثانیه و ضرب‌کردن آن عدد در ۸ کیلومتر بر ثانیه است. آرایه‌های لرزه‌ای مدرن از روش‌های پیچیده‌تری برای تعیین موقعیت زمین‌لرزه استفاده می‌کنند.

شعار سال، با اندکی تلخیص و اضافات برگرفته از مجله فرادرس، تاریخ انتشار:۱۹ شهریور ۱۴۰۱، کدخبر:--، blog.faradars.org/ ویکی پدیا/ سایر منابع .