تعقيد التمزق الديناميكي يشرح التباين الافقي الملحوظ في إشعاع مصدر الزلزال

لماذا تهتز بعض الهزات الصغيرة بشدة أكبر في اتجاهات معينة

عندما يقع زلزال، نميل إلى تخيل تموجات تنتشر بالتساوي في كل الاتجاهات، كالأمواج الناتجة عن حجر رُمي في بركة. في الواقع، قد تكون الهزات أقوى بكثير في بعض الاتجاهات مقارنة بغيرها، حتى بالنسبة للزلازل الصغيرة نسبياً. تدرس هذه الورقة عدة عشرات من الزلازل المتواضعة في وسط إيطاليا وتبين أن سلوك التمزق المعقد تحت الأرض يمكن أن يفسر سبب شعور بعض المدن بناقلات أكثر قوة، لا سيما عند الترددات العالية ذات الأهمية للمباني والبنية التحتية.

دراسة مفصلة للعديد من الزلازل الإيطالية الصغيرة

حلل الباحثون 49 زلزالاً بلغت قوتها ما بين 3 و5 ووقعت خلال سلاسل زلزالية حديثة في وسط إيطاليا. سُجلت هذه الأحداث في ما لا يقل عن 80 محطة لكل حدث، مما وفر شبكة ملاحظات كثيفة. عن طريق إزالة تأثيرات مسار الانتشار وظروف التربة المحلية بعناية من البيانات، عزَلوا ما يُسمى «الطيف الظاهري للمصدر» عند كل محطة: أي مدى قوة إشعاع الهزة بترددات مختلفة في كل اتجاه. وجدوا أن كل من التردد المميز الذي ينحني عنده الطيف ("تردد الركن") ومعدل انحدار الطاقة عند الترددات العالية يتغيران بشكل ملحوظ مع الاتجاه حول كل زلزال.

هزات أحادية الجانب وزلازل أكثر توازناً

لتوضيح هذه الأنماط، ركز الفريق على حدثين نموذجيين. أظهر أحدهما توجيهاً قوياً، أي أن التمزق على الصدع تسارع بشكل مفضل في اتجاه واحد، مرسلاً هزات بترددات عالية أقوى في ذلك الاتجاه. سجلت المحطات الواقعة على هذا المسار الأمامي ترددات ركن أعلى وانحدارًا أسرع عند الترددات العالية مقارنة بتلك في الاتجاه المعاكس. أما الحدث الثاني، فبعكس ذلك بُثَّت الطاقة بشكل أكثر توازناً، مع أطياف متشابهة في كل الاتجاهات وانحدار ألطف عند الترددات العالية. عبر جميع الزلازل الـ49، وجد المؤلفون أنه عند كل محطة تميل الترددات الأعلى للركن إلى الظهور مصاحبةً لانحدار أسرع عند الترددات العالية، كاشفةً عن علاقة قوية عادة ما تكون مخفية عند تجميع البيانات عبر المحطات.

محاكاة تمزقات فوضوية على صدوع حقيقية

لتفسير هذه الملاحظات، لجأ الباحثون إلى محاكاة حاسوبية قائمة على الفيزياء لكيفية انكسار الصدوع. بدلاً من معاملَة كل زلزال على أنه انزلاق ناعم وموحد على صدع بسيط، بنوا آلاف النماذج التي تتفاوت فيها خصائص الصدع الأساسية — مثل الإجهاد، والمتانة، ومدى تضعف الصدع أثناء الانزلاق — بشكل عشوائي في الفضاء، وفق أنماط إحصائية واقعية. تنتج هذه الصدوع «الخشنَة» تمزقات تتسارع وتتباطأ وتتفاعل مع بقع صغيرة عالية الإجهاد، مولدة اندفاعات من الانزلاق المكثف وأمواج عالية التردد بكثرة. من خلال ضبط مدى قوة التغايرات الصغيرة النطاق، تمكنوا من إعادة إنتاج ليس فقط أشكال الأطياف المرصودة حتى تردد 25 هرتز، بل أيضاً الاختلافات الاتجاهية المفصّلة والعلاقة الإيجابية بين تردد الركن وانحدار الطيف عند الترددات العالية.

من أنماط بسيطة إلى طيف من السلوكيات

تكشف المحاكيات أن الشكل الطيفي المعروف بـ" أوميغا-تربيع"، الذي يُفترض غالباً في نماذج الزلازل، يظهر فقط عند مستويات معينة من تعقيد الصدع. عندما تكون خصائص الصدع شبه موحدة، يكون التمزق ناعماً وتكون الهزات عالية التردد ضعيفة جداً. مع تزايد عدم التجانس، تزداد طاقة الترددات العالية وتصبح الأطياف أقرب إلى تلك المقاسة في زلازل إيطاليا. قد تُنتج التغايرات الشديدة للغاية إشعاعاً عالياً للترددات العالية وأحداثاً تنخفض أطيافها بوتيرة أبطأ من المعتاد في كل الاتجاهات. والأهم أن النماذج تُظهر أن الفيزياء الأساسية نفسها قادرة على تفسير كلٍ من الأحداث عالية التوجيه والأحداث الأكثر تماثلاً، بمجرد تغيير مقدار التعقيد صغير النطاق على الصدع.

ما معنى ذلك للمخاطر والخطر اليومي

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن حتى الزلازل الصغيرة ليست مجرد تشققات بسيطة بل تمزقات معقدة يمكن أن ترسل هزات أقوى نحو أماكن معينة دون أخرى. تبيّن هذه الدراسة أن نماذج قائمة على الفيزياء وواقعية تضم تعقيدات صغيرة النطاق على الصدوع يمكنها مطابقة الأنماط الاتجاهية الغنية المرصودة في البيانات الحقيقية، بما في ذلك الطريقة التي تتشابك بها ميزات الطيف المختلفة. من خلال التقاط أفضل لكيفية وأين تنشأ الهزات عالية التردد، يمكن لمثل هذه النماذج تحسين توقعات حركة الأرض للزلازل المستقبلية. وبدورها، توفر مدخلاً أكثر موثوقية لرموز البناء وتقييمات المخاطر، مما يساعد المجتمعات على الاستعداد بشكل أفضل للطُرُق غير المتجانسة وأحياناً المفاجئة التي قد تهتز بها الأرض.

الاستشهاد: Joshi, L., Gallovič, F. & Sgobba, S. Dynamic rupture complexity explains observed azimuthal variability in earthquake source radiation. Commun Earth Environ 7, 329 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03326-0

الكلمات المفتاحية: تمزق الزلزال, طيفية زلزالية, حركة الأرض, وسط إيطاليا, مخاطر الزلازل