التطور الزماني المكاني لإجهادات القشرة قبل الزلازل المدمرة باستخدام GNSS

مراقبة تنفس الأرض قبل الزلزال

تخيّل لو استطعنا رؤية قشرة الأرض وهي تشد وتسترخي ببطء في السنوات التي تسبق زلزالاً كبيراً، كما يراقب الطبيب علامات حياة المريض. تبحث هذه الدراسة فيما إذا كانت التغيرات الطفيفة في شكل الأرض — المقاسة بواسطة تحديد المواقع الفضائي — قادرة على كشف أنماط إنذار موثوقة قبل زلازل مدمّرة مثل حدث شبه جزيرة نوتو في اليابان عام 2024. من خلال تحويل قياسات طويلة الأمد على غرار GPS إلى خرائط توضح أماكن امتداد وضغط القشرة، يستكشف المؤلفون ما إذا كانت الزلازل تترك بصمات مميزة على اليابسة قبل حدوثها.

كيف تكشف حركات صغيرة عن إجهاد مخفي

تمكن أقمار الملاحة الحديثة العلماء من تحديد مواقع محطات على سطح الأرض بدقة بضعة مليمترات. بنت اليابان أحد أكثر الشبكات كثافة في العالم، المسماة GEONET، التي تضم أكثر من ألف محطة GNSS منتشرة في أرجاء البلاد. بدل تتبّع حركة كل محطة منفردة، تنظر هذه الدراسة إلى كيفية تحرك مجموعات المحطات بالنسبة إلى بعضها البعض. بربط المحطات القريبة في شبكات مثلثية وتطبيق طريقة يستخدمها المهندسون للجسور والمباني، يحوّل الفريق تغيّرات المواقع اليومية إلى «إجهادات قشرية» — مقاييس لمدى تمدد أو انضغاط أو قص سطح الأرض.

نظرة أقرب على زلزال شبه جزيرة نوتو

ركّز الباحثون على ثلاثة زلازل يابانية مدمّرة خلال العقد الماضي، مع اهتمام خاص بزلزال شبه جزيرة نوتو بقوة 7.5 الذي ضرب في الأول من يناير 2024. حول مركز الهزة، بنوا شبكة مثلثية تربط محطات GEONET وتتبّعوا تطور الإجهاد يوماً بيوم لحوالي 13 عاماً قبل الحدث. بدت الإزاحات الأرضية العادية — مدى تحرك كل محطة شرقاً أو غرباً أو شمالاً أو جنوباً أو عمودياً — سلسة وغير ملفتة إلى حد كبير. وحتى مع تصاعد النشاط الزلزالي المحلي بعد أواخر 2020، لم توضح منحنيات الإزاحة بشكل كبير أن تمزقاً كبيراً وشيك.

رؤية علامات تحذيرية في الاتساع والانضغاط

روت الإجهادات قصة مختلفة تماماً. ركز الفريق على نوع معين من الإجهاد يعرف بالتمدد السطحي (dilatation)، الذي يصف مدى اتساع أو انكماش مساحة السطح. بدءاً من ديسمبر 2020، أظهرت المناطق المثلثية القريبة من بؤرة نوتو المستقبلية تغيراً بطيئاً ومستمراً في التمدد استمر لعدة سنوات. بعض المناطق توسعت بصورة ثابتة، وأخرى انكمشت، مشكّلة نمطاً مكانياً واضحاً ازداد قوة قرب الصدع المستقبلي. من خلال ملاءمة خطوط مستقيمة على هذه الاتجاهات متعددة السنوات، وجد الباحثون أن المناطق ذات أكبر تغيرات في التمدد توافقت مع منطقة التمزق اللاحقة وتطابقت تقريباً مع نمط التشوه النهائي الذي شوهد عند وقوع الزلزال. وهذا يشير إلى أن موقع وحجم الزلزال الوشيك قد تكون مشفّرة في حقل الإجهاد المتطور.

وميض قصير الأجل قبل الانهيار

بعيداً عن الاتجاه البطيء للخلفية، فحص المؤلفون مدى «ضوضاء» إشارة التمدد مع مرور الوقت. قارنوا قيمة كل يوم بمتوسط متحرك أسبوعي وتتبّعوا مدى كبر الانحرافات. لسنوات، تصرفت هذه التقلبات بطريقة منتظمة إلى حد ما وتعتمد على المواسم، مع نشاط أكبر قليلاً في الصيف. لكن في 2023، العام الذي سبق الهزة الرئيسية في نوتو، نمت الانحرافات بشكل غير معتاد حول حدثين مفتاحيين: هزة سابقة بقوة 6.5 في مايو والهزة الرئيسية بقوة 7.5 في يوم رأس السنة. في الأسابيع التي سبقت كل من الزلزالين، ازداد تشتت قيم التمدد فوق نطاقها الإحصائي طويل الأمد، خصوصاً في العناصر الأقرب إلى المركز، مما يوحي بـ«اهتزاز» قصير الأجل للقشرة مع اقترابها من الفشل.

دلائل من كوارث حديثة أخرى

لاختبار ما إذا كان نوتو فريداً، قارنت الدراسة تاريخ إجهاد نوتو بتاريخ حدثين مدمرين آخرين: زلزال كوماموتو 2016 وزلزال إيبواري الشرقي في هوكايدو 2018. وقع كل منهما في بيئة تكتونية وعمق مختلفين، ومع ذلك أظهر الجميع تراكمات متعددة السنوات مميزة في إجهاد التمدد قرب منطقة التمزق النهائية. بدا أن مدة وأسلوب الزيادة التدريجية تتناسبان مع حجم الزلزال، مما يوحي بأن الأحداث الكبيرة قد تسبقها حلقات أطول من التشوه البطيء. عززت الفروقات بين المناطق التي شهدت زلازل كبرى وتلك التي لم تشهدها فكرة أن هذه الأنماط ليست مجرد ضجيج خلفي.

ماذا قد يعني هذا للتحذيرات المستقبلية

لغير المتخصصين، الخلاصة الأساسية هي أن الأرض في اليابان لم تنكسر فجأة دون سابق إنذار عندما وقع زلزال شبه جزيرة نوتو. بل بدا أن القشرة في تلك المنطقة كانت تتشوه ببطء بطريقة مميزة لعدة سنوات، وزادت تقلباتها اليومية بشكل غير اعتيادي في الأسابيع التي سبقت أقوى الصدمات. وبينما لا يعد هذا وصفة لتنبؤ قصير الأمد ودقيق للغاية، فإنه يشير إلى أن مراقبة إجهاد القشرة بعناية — وخصوصاً التمدد السطحي — عبر مناطق واسعة قد تساعد في تحديد أماكن ازدياد احتمالات حدوث زلازل كبرى، وحجمها المحتمل، وربما متى تدخل القشرة نافذة مخاطرة أعلى. تؤكد الدراسة أنه مع شبكات GNSS الكثيفة وتحليل إجهاد أكثر دقة، قد تقترب علوم الزلازل من أدوات إنذار مبكر عملية مستندة إلى الكيفية التي «تتنفس» بها سطح الأرض بهدوء قبل أن ينكسر.

الاستشهاد: Kamiyama, M., Mikami, A., Sawada, Y. et al. Spatiotemporal evolution of crustal strains preceding destructive earthquakes using GNSS. Sci Rep 16, 9708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38681-7

الكلمات المفتاحية: مقدمات الزلازل, مراقبة GNSS, إجهاد القشرة, زلزال شبه جزيرة نوتو, تشوه الانزلاق البطيء