מורכבות קרע דינמי מסבירה שונות מזווית צפויה בהקרנת מקור רעידת אדמה

למה רעידות קטנות מרעידות חזק יותר בכיוונים מסוימים

כשמתרחשת רעידת אדמה אנחנו נוטים לדמיין גליים מתרחבים באופן אחיד בכל הכיוונים, כמו גלים מאבן שמושלכת לבריכה. במציאות, הרעידה יכולה להיות חזקה משמעותית בכיוונים מסוימים יותר מאשר באחרים, אפילו ברעידות יחסית קטנות. המחקר הזה בוחן עשרות רעידות צנועות במרכז איטליה ומראה שתכונות הקרע המורכבות בעומק יכולות להסביר מדוע ערים מסוימות חשות זעזועים חזקים יותר, במיוחד בתדרים הגבוהים המשפיעים על מבנים ותשתיות.

בחינה מעמיקה של רעידות קטנות רבות באיטליה

החוקרים ניתחו 49 רעידות בעוצמה 3 עד 5 שהתרחשו במהלך רצפים סייסמיים אחרונים במרכז איטליה. האירועים נרשמו על ידי לפחות 80 תחנות כל אחד, מה שסיפק רשת צפופה של תצפיות. על ידי הסרת השפעות מסלול ההגעת הגלים ותנאי הקרקע המקומיים מהנתונים, הם בידלו את מה שנקרא "ספקטרום מקור נראה" בכל תחנה: במילים אחרות, עד כמה הרעידה הקרינה רעידות בתדרים שונים בכל כיוון. הם מצאו שגם התדר האופייני שבו הספקטרום מתעקם ("תדר הפינה") וגם קצב הירידה של האנרגיה בתדרים גבוהים משתנים באופן משמעותי לפי כיוון סביב כל רעידה.

רעידה חד־כיוונית ורעידות מאוזנות יותר

להמחשת הדפוסים הללו התמקדה הקבוצה בשני אירועים מייצגים. באחד מהם נצפתה דירקטיביות חזקה — כלומר הקרע על התקעת השבר התקדם בעיקר בכיוון אחד, שידר רעידות בתדרים גבוהים בעוצמה גבוהה יותר באותו כיוון. תחנות הממוקמות לאורך דרגת ההתקדמות הזו רישמו תדרי פינה גבוהים יותר וירידה חדה יותר באנרגיה בתדרים גבוהים בהשוואה לאלה שבכיוון ההפוך. האירוע השני, בניגוד לכך, הקרין אנרגיה באופן שווה יותר, עם ספקטרות דומות בכל הכיוונים וירידה מתונה יותר בתדרים הגבוהים. לאורך כל 49 הרעידות מצאו המחברים שבכל תחנה תדרי פינה גבוהים נטו להופיע יחד עם ירידה מהירה יותר באנרגיה בתדרים הגבוהים, חשיפה למערכת יחסים חזקה שבדרך כלל מטושטשת כשמממדים את הנתונים על פני תחנות.

סימולציה של קרעים מורכבים על שברים אמיתיים

כדי להסביר תצפיות אלו פנו החוקרים לסימולציות ממוחשבות מבוססות פיזיקה של אופן שבירת השברים. במקום לטפל בכל רעידה כגלישה חלקה ואחידה על שבר פשוט, הם בנו אלפי מודלים שבהם תכונות מפתח של השבר — עומס, חוזק ומהירות החלשת החוזק בעת גלישה — משתנות באופן אקראי במרחב, לפי דפוסים סטטיסטיים ריאליסטיים. שברים "גסים" אלה מייצרים קרעים שמזרזים, מאטים ומתקשרים עם כיסי מתיחות קטנים, מייצרים פרצי החלקה עזים וכמות רבה של גלים בתדרים גבוהים. על ידי כיוונון עוצמת השינויים בקנה המידה הקטן הם הצליחו לשחזר לא רק את הצורות הכלליות של הספקטרות הנמדדות עד 25 הרץ, אלא גם את ההבדלים הכיווניים המדויקים ואת הקשר החיובי בין תדר הפינה לירידת האנרגיה בתדרים הגבוהים.

מהדפוסים הפשוטים למגוון התנהגויות

הסימולציות מראות כי הצורה המוכרת של ספקטרום "אומגה בריבוע" — שמקובלת לעתים קרובות במודלים של רעידות — צפוייה רק ברמות מסוימות של מורכבות השבר. כאשר תכונות השבר כמעט אחידות, הקרע חלק ותנועת התדרים הגבוהים חלשה מדי. ככל שהאי־הומוגניות גדלה, האנרגיה בתדרים הגבוהים עולה והספקטרות מתקרבות יותר למה שנמדד ברעידות האיטלקיות. אי־הומוגניות חזקה במיוחד יכולה לייצר קרינה חזקה בתדרים גבוהים ואירועים שספקטרותיהם יורדות לאט מהרגיל בכל הכיוונים. חשוב לציין שהמודלים מראים שאותה פיזיקה בסיסית יכולה להסביר הן אירועים עם דירקטיביות חזקה והן אירועים סימטריים יותר, פשוט על ידי שינוי כמות המורכבות בקנה המידה הקטן על פני השבר.

מה זה אומר לסיכון ולסיכון היומיומי

עבור לא־מומחים, המסר המרכזי הוא שגם רעידות קטנות אינן סדקים פשוטים אלא קרעים מורכבים שיכולים לשדר רעידות חזקות יותר לעבר מקומות מסוימים מאשר לאחרים. מחקר זה מדגים שמודלים מבוססי פיזיקה ריאליסטיים הכוללים מורכבות בקנה מידה קטן על השברים יכולים להתאים את דפוסי הכיווניות העשירים הנראים בנתונים אמיתיים, כולל האופן שבו תכונות ספקטרליות שונות קשורות זו לזו. על ידי לכידת מקורות ותזמונים של רעידות בתדרים הגבוהים בצורה טובה יותר, מודלים כאלה יכולים לשפר תחזיות של תנועת קרקע לרעידות עתידיות. כתוצאה, הם מספקים קלט מהימן יותר לקודי בנייה ולהערכות סיכון, ועוזרים לקהילות להתכונן טוב יותר לאופנים הלא אחידים ולעתים המפתיעים שבהם הקרקע עלולה לרעוד.

ציטוט: 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

מילות מפתח: קרע רעידת אדמה, ספקטרות סייסמיות, תנועת קרקע, מרכז איטליה, סיכון סייסמי