ديناميات الزلازل المدعومة بثاني أكسيد الكربون الزلزالي

غاز مخفي في الزلازل

معظمنا يتخيل الزلازل على أنها صخور تنزلق بجانب بعضها تحت الأرض. تضيف هذه الدراسة شخصية مفاجئة إلى ذلك المشهد: غاز ثاني أكسيد الكربون العادي. يوضح المؤلفون أنه خلال الزلازل القوية في الجبال الغنية بالجير، يمكن للحرارة الناتجة عن الاحتكاك أن تحول الصخور الصلبة مؤقتًا إلى مصدر لثاني أكسيد الكربون عالي الضغط. ويساهم هذا الغاز بدوره في جعل الانزلاق على الصدع أسهل، مما قد يجعل الزلازل أكبر وأكثر تدميراً.

أين تقع الزلازل

تركز الدراسة على الصدوع العادية التي تقطع الصخور الكربوناتية في جبال الأبينين بإيطاليا، وهي منطقة شهدت عدة زلازل مدمرة في العقود الأخيرة، بما في ذلك أحداث لاكويليا 2009 وأماتريس–نورجيا 2016. تقطع هذه الصدوع طبقات سميكة من الحجر الجيري والصخور ذات الصلة الغنية بمعدن الكالسيت. على السطح اليوم، يمكن للعلماء المشي على نفس المستويات التي انزلقت في زلازل سابقة وفحص كيف تغيرت تلك الانكسارات القديمة في القشرة بفعل الحرارة والسوائل.

دلالات مكتوبة في الصخر المتكسر

من خلال دمج الملاحظات الميدانية مع مجاهر قوية، وتحليل حيود الأشعة السينية، وقياسات النظائر المستقرة، حدّد الفريق طبقات فائقة الرقة—بسمك 2–10 ميكرومتر فقط—تقع مباشرة تحت أسطح الانزلاق الرئيسية. تحتوي هذه الطبقات على حبيبات كربونات متآكلة مبطّنة بمسام مستديرة ومسارات تتطابق مع القوام الناتج في تجارب زلازل مخبرية عالية السرعة. كما تظهر أسطح الانزلاق محتوى كالسيت أقل قليلًا من الصخر الذي تحتها مباشرة، وتتحول إشارات نظائر الكربون والأكسجين فيها بطرق متوقعة عندما يطلق الحجر الساخن CO₂ ثم «يلتئم» جزئيًا لاحقًا حيث تسدّ الأسمنتات الجديدة من الكالسيت الفراغات. معًا، تشير هذه الخطوط من الأدلة إلى تكرار نزع الكربون السريع للصخر في المكان الذي يكون فيه الانزلاق أكثر حدة.

ما كمية الغاز وما مقدار الضغط

باستخدام هذه الملاحظات المجهرية كقيود، بنى المؤلفون نموذجًا ستوكيومتريًا وحراريًا لتقدير كمية CO₂ التي يمكن أن تولدها زلازل الأبينين الكبيرة. حتى مع افتراضات متعمدة محافظة—باستخدام أرقى طبقات التفاعل الملاحَظة وأصغر خسارة مقاسة في الكالسيت—يجدون أن حدثًا بقوة 5.9–6.5 يمكن أن ينتج نحو 6–12 طنًا متريًا من CO₂ على طول المقطع المنزلق من الصدع. ثم حسبوا الضغوط الناتجة لحالتين حدوديتين. إذا حُبِس الغاز مؤقتًا في منطقة صدع شبه مغلقة (حالة «غير مصروفة»)، يمكن للضغوط أن تقترب من تلك التي يمارسها الصخر المحيط على أعماق عدة كيلومترات، بترتيب مئات ميغاباسكال. إذا فتحت مسارات وسمح الصدع بتدفق السوائل (حالات «مصروفة»)، تنخفض الضغوط لكنها تظل أعلى بكثير من المستويات الطبيعية للمياه الجوفية، وتبقى في نطاق هيدروستاتيكي إلى فوق الهيدروستاتيكي.

لماذا يهم الغاز المضغوط

تعمل مثل هذه الضغوط المسامية العالية على تقليل القوة الفعالة التي تضغط الصدع مغلقًا. بعبارة أخرى، يعمل CO₂ المتولد بالتحمّس السريع كمواد تزليق مؤقتة: يضعف الصدع، ويشجع استمرار الانزلاق، وقد يسمح أيضًا للتمزق بالانتشار على طول الصدع بسرعات غير معتادة. يقترح المؤلفون أن تسلسل الزلازل في التضاريس الكربوناتية قد يتشكل بقوة بواسطة نبضات CO₂ قصيرة العمر هذه. ومع تراجع الحدث وهبوط الضغوط، يمكن للسوائل الخارجية أن تُسحب مرة أخرى إلى المنطقة الساخنة والمتضررة، مما يسبب ترسيب كالسيت جديد يحفِظ سجلًا مجهرِيًا للزلزال.

ماذا يعني هذا للناس

تخلص الدراسة إلى أن خلال الزلازل في المناطق الغنية بالحجر الجيري، لا يعد CO₂ الزلزالي مجرد ناتج جانبي غير ضار بل عنصر نشط في ميكانيكا الصدوع. يمكن أن تُبقي زيادة ضغط الغاز السريعة الانزلاق السريع مستدامًا وتزيد من الهزّ، وفي الوقت ذاته تحول الصدوع إلى خزانات مؤقتة لـ CO₂ تربط الكربون العميق بالسطح. إن إدراك دورة الغاز الخفية هذه يحسّن فهمنا الفيزيائي لكيفية نمو بعض الزلازل لتصبح كبيرة ومدمرة، ويشير إلى ضرورة أن تأخذ نماذج المخاطر المستقبلية في الحسبان الإضعاف المدفوع بالسوائل داخل قشرة الأرض.

الاستشهاد: Curzi, M., Billi, A., Aldega, L. et al. Earthquake dynamics sustained by seismic CO₂. Nat Commun 17, 2766 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69174-w

الكلمات المفتاحية: الزلازل, ثاني أكسيد الكربون, مناطق الصدع, الصخور الكربوناتية, مخاطر زلزالية