زلزله چيست؟ بخش اول
سلام...
بعد از زلزله هفته گذشته قم و لرزش تهران تصميم گرفتم يه پست پر و پيمون در مورد زلزله و مهندسي زلزله براتون بنويسم كه به دليل طولاني بودن،مطلب رو در دو پست ميگذارم.
آقاي احمد حامي كتابي دارد به نام "تاريخ مهندسي در ايران" كه در آن نوشته شده كه يكي از اولين مللي كه زلزله را جدي گرفتهاند ايرانيان بودهاند (مثل تخت جمشيد و پاسارگاد و منارجنبان).
با وجود اينكه زلزله رشته جديدي است قدمت زيادي در ايران دارد (در منارجنبان با ارتعاش يك پايه و انتقال ارتعاش از طريق پوسته يا گنبد،پايه ديگر نيز به ارتعاش در ميآيد).
در سال 1870 يك پزشك انگليسي به نام "كِلانتر" روشي به نام تكنيك جداسازي لرزهاي رو پيشنهاد داد كه در اين روش پيشنهاد ميشود كه در زير ساختمان از يك سري لايههاي ميكا (لايههاي انعطاف پذير) استفاده شود و ساختمان از زمين جدا شود.(نمونه چنين كاري را در يكي از روستاهاي دور افتاده اطراف لاهيجان چند صد سال است كه مردم بومي انجام ميدهند)به طور آكادميك از سال 1906 كه همزمان با زلزله 7.5 ريشتري سانفرانسيسكو بود محققين به فكر توسعه روشي براي مقاوم سازي ساختمان در برابر زلزله افتادند و اولين كساني كه اين كار رو كردند ايتاليائيها بودند كه با توجه به سيستم رفت و برگشتي زلزله،ساختمان را براي بار جانبي (باري كه در راستاي افقي با ساختمان وارد ميشود) طراحي كردند و اين بار را بر اساس وزن ساختما حدود 12% در نظر گرفتند و جالب اينكه با گذشت حدود بيش از 100 سال اگر در حال حاضر با نرمافزارهاي دقيق ساختمان تحليل شود باري در حدود 0.12w به دست ميآيد.
در سال 1909 يك آمريكايي تبار ژاپني الاصل به نام "استانو" براي اولين بار ضوابطي براي طراحي سازههاي مقاوم در برابر زلزله پيشنهاد كرد؛در آن زمان سازههاي بتنياي ساخته ميشد با ميلگردهاي طولي و خاموت؛كه استانو به اين نتيجه رسيد كه اين كافي نيست و بايد در بعضي جاها ميلگردها و خاموتها با آرايش خاص و تعداد بيشتري قرار گيرد مثل 45 درجه بودن قلاب و بيشتر گذاشتن خاموت در محل تكيهگاهها (براي ساختمانهاي بتني).
بعد از اين سالها توسعه مهندسي زلزله مدتي دچار ركود شده و دوباره با هر زلزله توسعه شدت گرفته و دوباره به همين ترتيب... تا اينكه در حدود سالهاي 1945 و بعد از آن تسليحات و اسلحه سازي پيشرفت كرد و در طي آن دستگاههاي "سنجش زلزله" ساخته شدند كه در اصل براي فهميدن لرزههاي مربوط به فعاليتهاي هستهاي ساير كشورها بود و در سال 1960 تبديل به دستگاههاي سنجش زلزله شدند و در سال 1964 دستگاه SS-1 كه اولين دستگاه بود ساخته شد.بنابراين ركوردهاي موجود مربوط به سالهاي دهه 60 ميلادي و بعد از آن ميباشد.قبلا فقط تاريخ زلزله ثبت ميشد و كمكم شدت،بزرگا و مشخصات جغرافيايي زلزله ثبت شد.
خوب حالا ديگه بهتره كه به پاسخ اين سوال بپردازيم كه اصولا چرا ميخوايم كه زلزله را پيش بيني كنيم؟
چون ميخواهيم كه در برابر زلزله آماده باشيم و چون ميخواهيم كه آماده باشيم پس بايد زلزله و ماهيت آن را خوب بشناسيم.
كلا از دو ديدگاه ميتوان به پيش بيني زلزله نگاه كرد.
1- توزيع زماني زلزلهها (پيشبيني زمان زلزله)
2- توزيع مكاني زلزلهها (پيشبيني مكاني زلزله)
توزيع زماني زلزلهها:
يك موسسه انگليسي (مركز لرزه نگاري انگلستان) حدود 30000 - 25000 زلزله را درسطح كره زمين پيشبيني ميكند و به اين نتيجه رسيدهاست كه 2 زلزله به بزرگاي 8.9 - 8 ريشتر در سال در كره زمين داريم و 20 - 15 زلزلهي 7.9 - 7 ريشتري و 150 - 100 زلزلهي 6.9 - 6 ريشتري داريم.
حداكثر آماري كه در حال حاضر در مورد زمان زلزله در اختيار داريم به صورت بالادست و بر مبناي زلزلههاي گذشته است.
در حال حاضر دانش ما تا اين حد نيست كه بتوانيم پيش بيني كنيم دقيقا در چه ماهي،روزي و ساعتي زلزله در يك منطقه اتفاق ميافتد،البته تحقيقاتي در زمينه اينكه با ارتباط بين پديدههاي مختلفي مثل علم نجوم يا هواشناسي نيز بتوان زلزله را پيش بيني كرد انجام گرفته و در كشور ما نيز بعد از زلزله كجور (نور) پيشنهاد چنين مركزي داده شده است.با علم نجوم در چين 2 بار احتمال وقوع زلزله درست حدس زده شده ولي 1000 بار نيز غلط حدس زده شده است.
درباره مسئله پيش بيني زلزله يك سري پيش-نشانگانهايي وجود دارند كه قبل از زلزله شروع به فعاليت ميكنند ولي قطعا به اين منظور نيست كه بعد از وقوع آنها زلزله حتما اتفاق خواهد افتاد.(صدا كردن حيوانات و عكسالعمل نشان دادن آنها،نوسانات سطح آبهاي زيرزميني كه چند ماه قبل از زلزله پايين ميآيد و مجددا بالا ميرود،گرم شدن كره زمين يا آبهاي
زيرزميني كه معمولا هنگام زلزله اتفاق ميافتد).
توزيع مكاني زلزلهها:
بر اساس وجود گسل و تكرارپذيري زلزله يعني منطقهاي كه زلزله در آن قبلا اتفاق افتاده است.
به دو دليل ميتوان مكان وقوع زلزله را پيش بيني كرد:
1- سابقه تاريخي منطقه: مناطقي كه در گذشته زلزله داشتهاند در آينده نيز حتما خواهند داشت ( كاليفرنيا،سانفرانسيسكو،تو كيو،تهران و...)
جالب است بدايند كه تنها منطقهاي از كره زمين كه تا به حال در آن زلزله ثبت نشده است،شهر "مكه" ميباشد.(حتي در مدينه نيز زلزله ثبت شده است)
2- وقوع منشاء زلزله يا گسلها كه در طول زلزلههاي گذشته تشكيل شدهاند.
با نگاه به نقشه ايران ديده ميشود كه هيچ جايي نيست كه فاصلهي آن از گسلها بيشتر از 50 - 40 كيلومتر باشد،بنابراين مجبوريم در تمام ايران ساختمانها را متناسب با فرهنگ زلزلهي منطقه،مقاوم بسازيم.
معمولا زلزلههاي تا 5 ريشتر حتي براي روستاها نيز خطرزا نيستند،زلزلههاي بين 6 - 5 ريشتر براي روستاها،شهرهاي كوچك و خانههاي خشتي بدون كلاف ميتواند تخريب ايجاد كند.براي شهرهاي ما كه وضعيت خانهها مناسب نيست زلزله بالاي 6 ريشتر ميتواند خطرزا باشد.مخصوصا ساختمانهاي بزرگ تهران مسائل بيشتري ايجاد خواهند كرد و به همان نسبتي كه انتظار ميرود ساختمانهاي بزرگ مانند برجها مقاومت بيشتري در برابر زلزله داشته باشند،به همين دليل به خاطر وجود ساختمانهاي بلند زياد در تهران انتظار ميرود با وقوع زلزله خسارات بيشتري نسبت به زلزه بم در تهران بهوجود آيد و تبديل به يك فاجعه خواهد شد.
حال با توجه به توضيحات بالا به علت و چگونگي وقوع زلزله بپردازيم.
بطور كل ميتوان زلزلهها را به2 دسته از نظر منشاء وقوع زلزله تقسيم كرد:
1- طبيعي
2- مصنوعي
منشاء زلزلههاي مصنوعي.
زلزلههاي با منشاء مصنوعي ناشي از دخالت بشر در طبيعت هستند كه به شرح زير ميباشند.
1) انفجارات هستهاي:
انفجارات هستهاي كه به دنبال آزمايشات هستهاي اتفاق ميافتند و عمدتا كوچك هستند؛ولي زلزله سال 1976گواتمالا به شدت 7.6 ريشتر در پي آزمايشات هستهاي آمريكا بود.علايم اين نوع زلزلهها كاملا مشخص و متفاوت با زلزلههاي طبيعياست.زلزله گواتمالا معادل انفجار 200000 تن TNT بوده است.(50000 تن TNT ميتواند زلزلهاي معادل 5 ريشتر ايجاد
كند)
2) خاكبرداريهاي حجيم:
تغييرات در لايههاي سطحي زمين ميتواند زلزلههايي را ايجاد كند كه شدت آنها زياد هم باشد.
3) تغييرات در سطح آبهاي زيرزميني:
پروژههاي آبخيزداري يا در قبل از ساخت سدها در اثر انحراف ميتواند باعث وقوع زلزله شود.
منشاء زلزلههاي طبيعي.
1) فروريختن غارهاي زيرزميني:
در زير لايههاي خاك سطحي غارهايي هستند كه تعداد معدودي از آنها به سطح زمين راه دارند و تعداد زيادي از آنها به سطح زمين راه ندارند و پوشيده هستند كه اگر در اعماق زياد باشند،فروريختن سقف آنها باعث زلزله ميشود.زلزلههاي حاصل از اين عامل كوچك هستند.
2) فعاليت آتشفشانها:
قسمتهاي زيادي از اروپا مثل ايتاليا يا آمريكاي جنوبي يا خاور دور (ژاپن) گاهي اوقات دچار اين نوع زلزله ميشوند.مثل زلزله 1999 كامرون.اين عامل ميتواند باعث زلزلههاي بزرگتري نسبت به غارهاي زيرزميني شود ولي باز هم مخربترين نوع نيستند.اين زلزلهها حالت خاصي از زلزلهها هستند و ناگهاني اتفاق نميافتند،بلكه پيوسته هستند و پي در پي تكرار ميشوند. ابتدا لرزشهاي كوچكي به مدت طولاني ايجاد و قطع ميشود،مدتي بعد دوباره شروع و قطع ميشود.در واقع حركت پريوديك در سطح زمين ايجاد ميكند.(حركات پريوديك لرزهاي).اين نوع زلزله معمولا قبل از فوران ايجاد ميشود.
3) حركات لايههاي زمين:
به نظر ميرسد طبق نظريات موجود دليل اصلي زلزلههاي بزرگ همين عامل است كه با حركت لايههاي زمين روي يكديگر انرژي آزاد ميشود و اين انرژي به سطح زمين (به سمت بالا) حركت ميكند و باعث لرزشهايي در سطح زمين ميشود.
در مورد حركت لايههاي زمين نسبت به يكديگر نظريهاي وجود دارد به نام تئوري صفحه زمين ساخت كه اين تئوري معتقد است كه پوسته زمين از 10 تا 12 صفحه اصلي و تعداد زيادي صفحات فرعي تشكيل شده است و اين صفحات به وسيله مرزهايي از يكديگر جدا هستند.اين صفحات نسبت يه يكديگر در حركتند و سرعت حركت آنها حدود 2 تا 10 cm در سال است (در طول 1000 يا 2000 سال عدد قابل توجهي ميشود.)
دليل اينكه كشور ما ايران به شدت لرزه خيز است،حركت صفحه عربستان به سمت صفحه فلات قارهاي ايران است كه كشور ما در مرز اين دو صفحه واقع گشته.
وقتي صفحات فوق با سرعتهاي مختلف به سمت يكديگر حركت كنند چندين نوع برخورد ممكن است ايجاد شود:
1- هر دو صفحه به سمت بالا ميروند (كوهزائي)
2- دور شدن لبهها از يكديگر (ايجاد حفرهها)
3- فرورانش (كه صفحه سنگين تر به زير صفحه سبك تر ميرود.)
به هرحال حركت اين صفحات از يكديگر باعث ايجاد تنشهاي مكانيكي و در نهايت شكست سنگها ميشود كه در اثر فرآيندهاي حرارتي و حركتي اتفاق افتادهاست.
پس ميتوان دو دليل روشن براي وقوع زلزله نام برد كه ناشي از حركات لايههاي زمين هستند.
1) حركت ماگما به سمت بالا و هل دادن صفحات به سمت طرفين كه باعث ايجاد اصطكاك در لبههاي به هم برخورد كرده ميشود.تا آنجا كه تنشهاي ايجاد شده از مقاومت سنگ بيشتر ميشود و سنگ ناگهان ميشكند؛حاصل اين شكست آزاد شدن مقدار زيادي انرژي است كه باعث نوسان لايههاي اطراف خودش و توليد نوسان و انتشار آن در لايههاي كناري و رسيدن آن به سطح زمين و لرزاندن سطح زمين ميشود. (در اثر انتشار موج).
2) در عمق زمين حرارت زياد است و در سطح آن كم،اختلاف درجه حرارت در زير پوسته و بالاي پوسته و همين طور اختلاف ضريب انبساط موجب تنشهاي حرارتي ميگردد و حالتي مانند حالت فوقالذكر اتفاق ميافتد.اين عامل ميتواند حركت ماگما را تشديد كند.
(پايان قسمت اول)
در پست بعدي به توضيح گسلها ،عمق زلزله و نيز شدت و بزرگي زلزله و اثرات بعدي زلزلهها ميپردازم.
پ.ن:
كلاف: المانهايي چوبي،فلزي و بتني كه آيين نامه براي مقاوم سازي بخشهايي از سازه اجباري كرده است.
پاسخ با نقل قول
پاسخ: زلزله چيست؟ بخش اول
این مطلب را به اشتراک بگذارید