دراسة تجريبية ورقمية لسلوك حركة وتراكم زلازل الصخور بمحاكاة ظروف تضاريس ثلاثية الأبعاد فعلية

لماذا تهم الانهيارات الصخرية سريعة الحركة

عندما ينهار جانب جبل فجأة، يمكن أن يتصرف الصخر الساقط ليس كمجموعة من الصخور المتجمعة فحسب بل كسائل هادر. هذه الأحداث النادرة لكنها المدمرة، التي تُدعى زلازل الصخور، قد تجري لعدة كيلومترات، وتدفن القرى خلال ثوانٍ، ويصعب التنبؤ بها. تدرس هذه الورقة عن كثب انهياراً صخرياً قاتلاً في جنوب غرب الصين وتطرح سؤالاً عملياً: كيف تشكّل التضاريس الثلاثية الأبعاد الحقيقية المكان الذي ينتهي إليه كل ذلك الركام المتفتت؟

إعادة خلق انزلاق قاتل على منضدة المختبر

ركز الباحثون على كارثة عام 2017 قرب قرية في مقاطعة ناينغ، بمقاطعة قويتشو، حيث انفصل لوح ضخم من الحجر الجيري عن جانب جبل شديد الانحدار وامتد أكثر من نصف كيلومتر، ما أدى إلى مقتل العشرات. بدلاً من استخدام مزلاق مستقيم بسيط، كما فعلت تجارب سابقة عديدة، بنوا نموذجاً مادياً مُقاساً يحاكي بدقة الارتفاعات والانخفاضات الفعلية للوادي. باستخدام بيانات ارتفاع مفصلة من قبل وبعد الحدث، قطعوا وجمعوا تضاريس ثلاثية الأبعاد من ألواح، ملأوها ونقّوها بالمونة، وفحصوا شكلها بمسح ليزري للحفاظ على أخطاء ارتفاع صغيرة للغاية.

حجارة متدحرجة وحصى ملون

لمحاكاة الركام المتحرك، استخدم الفريق حصىً من الحجر الجيري الطبيعي بأربعة أحجام مختلفة، صُبغ كل حجم بلون مختلف. سمح هذا برصد كيف تفصلت القطع الصغيرة والكبيرة أثناء جريانها. أطلقوا أحجاماً محسوبة بعناية من الحصى من منطقة المصدر في النموذج وصوروا كيف اندفعت الحبيبات أسفل المنحدر، وانشقت حول تل صغير، وتوقفت أخيراً في الوادي. بتكرار التجارب بأحجام حبيبات مفردة مختلفة، ومخاليط من الأحجام، وأحجام إجمالية مختلفة، وإطلاق كبير واحد مقابل عدة إطلاقات صغيرة، تمكنوا من تفكيك أثر كل عامل على مسافة الانتشار وشكل وسمك الرواسب النهائي.

ماذا يفعل التضاريس وحجم الحبيبات للانزلاق

أظهرت التجارب أن شكل الأرض يسيطر بقوة على مكان استقرار الركام. بغض النظر عن كيفية ترتيب المادة في البداية، كان الحصى يميل إلى الاستقرار في الوديان، وانتهت كل الرواسب بخطوط متشابهة التفافاً حول التل الصغير. تدفقت الحبيبات الأكبر بسهولة أكبر وأنتجت امتدادات أطول، لكنها شكلت أيضاً أكواماً أنحف. عندما اختلطت أحجام حبيبات مختلفة، أصبح السلوك أكثر دقة. اقترحت تجارب المزلقة المستقيمة السابقة أن المخاليط دائماً تتحرك بحرية أكبر من الأحجام المفردة. في هذا التضاريس الواقعي، مع ذلك، لم تؤدِّ الخلطات دوماً إلى زيادة التنقل. كانت الحبيبات الناعمة تميل إلى الانفلات إلى الأسفل والتراكم بسرعة عندما واجهت التدفق عقبة، فتقفل الحبيبات الأكبر في مكانها وتحد من مدى تحرك الكتلة بأكملها.

كمية الصخر وتكرار سقوطه

تبين أن كمية المادة المطروحة تهم أساساً لحجم وارتفاع الراسب النهائي، لا لمقدار وصول حافته الأمامية. خلقت الإطلاقات الأكبر أكواماً أكثر سمكاً واتساعاً، لكن الحافة الأمامية للتدفق تقدمت قليلاً فقط. بالمقابل، تقسيم نفس الحجم الإجمالي إلى عدة دفعات منفصلة—محاكاة لسلسلة من الانهيارات الصغيرة قبل انهيار كبير—قصّر المسافة المقطوعة بشكل واضح. عملت الرواسب السابقة عند قاعدة المنحدر كحاجز، مما تسبب في تراكم المادة اللاحقة بارتفاع أكبر وتوقّفها أبكر. هذه البصيرة مهمة بشكل خاص في الوديان الجبلية الحقيقية حيث غالباً ما تسبق الانهيارات الصغيرة فشلًا كارثياً.

تحويل عملية خطيرة إلى أرقام

نظراً لأن التجارب صغيرة النطاق لا يمكنها التقاط كل تفاصيل كارثة طبيعية، بنى الفريق أيضاً نموذجاً حاسوبياً لحدث ناينغ باستخدام برنامج متخصص يعامل كتلة الصخر كجسيمات متفاعلة عديدة. قاموا بمعايرة الحبيبات الرقمية الصغيرة بحيث تتصرف في اختبارات القوة الافتراضية كالحجر الجيري الحقيقي من الموقع. طابق التضاريس الرقمية الوادي المرسوم، وتطابق الجسم الصخري الابتدائي مع الحجم المقدر وتوزيع أحجام الحبيبات. في المحاكاة، تسارعت الكتلة المنزلقة إلى ما يقرب من 50 متراً في الثانية، ثم تباطأت عند عبورها التل الصغير وانتشرت في الوادي. توافق التوقيت والسرعات القصوى وشكل الراسب النهائي إلى حد كبير مع المسوحات الميدانية التي أُجريت بعد الانهيار الحقيقي، مما يعزز الثقة في أن النهج المختلط بين المختبر والحاسوب قادر على إعادة إنتاج مثل هذه الأحداث.

ما يعنيه هذا لأهل السكن تحت المنحدرات الحادة

بعبارات بسيطة، تُظهر هذه الدراسة أن مسار ومكان استقرار زلزال الصخور يعتمدان بقدر كبير على التفاصيل الدقيقة للطبيعة ومزيج أحجام الحبيبات بقدر اعتمادهما على الحجم الكلي للصخور. تتصرف الوديان كفخاخ، ويمكن للعقبات الصغيرة أن تشطر التدفقات وتعيد توجيهها، ويمكن للانهيارات الصغيرة السابقة أن تُغذي وتسد جزئياً الانهيارات اللاحقة. من خلال استخدام نماذج تضاريس واقعية لضبط المحاكاة الحاسوبية، يمكن للعلماء تقدير مدى وسرعة تحرك زلازل الصخور المستقبلية بشكل أفضل. وهذا بدوره يمكن أن يساعد المخططين على رسم مناطق الخطر بدقة أكبر وتصميم مواقع أكثر أماناً للطرق والمنازل والبنى التحتية في المناطق الجبلية.

الاستشهاد: Shi, F., Wang, Z., Zhang, X. et al. Experimental and numerical study on movement and accumulation behaviour of rock avalanche by simulating actual 3D terrain conditions. Sci Rep 16, 14346 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43592-8

الكلمات المفتاحية: انهيار صخري, مخاطر الانزلاقات الأرضية, تضاريس جبلية, جريان الحبيبات, المحاكاة العددية