آبهای زیرزمینی وقوع زمین لرزه را هشدار دادند
گزارشی از پیتر هَدفیلد (Peter Hadfield)
ترجمه دکتر فرزاد وحید
رشد - آموزش فيزيك - سال دهم - پاييز و زمستان ١٣٧٤ - شماره ٣٨ و ٣٩
براساس گزارش پژوهشگران ژاپنی آبهای زیرزمینی می توانستند علائم هشدار دهنده ای قبل از وقوع زلزلهٔ ویرانگر هفدهم ژانویه شهر کوبه (Kobe) در ژاپن بدهند.
ترکیب آبهای زیرزمینی مدتهاست که به عنوان یک شاخص احتمالی برای پیش بینی زمین لرزه های بزرگ در نظر گرفته شده است. اما متأسفانه تاکنون زمین لرزه های کمی در نزدیکی دستگاه های اندازه گیری به وقوع پیوسته است. با وجود آنکه مرکز زمین لرزه اخیر شهر با محل نصب شبکه های دیدبانی فعالترین ناحیه تکتونیک (Tectonic) ژاپن در نزدیکی توکیو، ۳۰۰ کیلومتر فاصله داشت اما خوشبختانه گروه پژوهشگران دانشگاه هیروشیما به سرپرستی جورج ایگاراشی (George Igarashi) سه ماه پیش از وقوع این زمین لرزه شروع به اندازه گیری مداوم در آبهای زیرزمینی شهر کرده بودند. ایگاراشی منتظر زمین لرزه نبود بلکه هدف او بررسی غلظت رادون در آب زیرزمینی بود و شهر کوبه را از این جهت انتخاب کرده بود که در گذشته مطالعات زیادی روی چاه های آن انجام شده بود. گاز رادون در اثر فروپاشی رادیواکتیو اورانیوم در پوستهٔ زمین ایجاد می شود و مقدار بسیار کمی از آن از صخره های حاوی اورانیوم وارد آبهای عمیق زیرزمینی می شود. اگر فشارهای وارد بر صخره های زیرزمینی باعث ایجاد ترکهایی در آنها شود رادون بیشتری در آبهای زیرزمینی نشت می کند.
از آنجا که فشارهای وارده بر صخره های زیرزمینی پیش از وقوع زمین لرزه افزایش می یابد، افزایش ناگهانی تراکم رادون ۲۲۲ در آبهای زیرزمینی می تواند خبر از وقوع زمین لرزه در آیندهٔ نزدیک دهد. مطالعاتی که ۲۰ سال پیش در شبه جزیرهٔ ایزو (Izu) در نزدیکی توکیو انجام شد، سطح رادون در آب را با وقوع زمین لرزه مرتبط می دانست.
در سال ۱۳۷۲ (اواخر سال ۱۹۹۳ میلادی) ایگاراشی و همکارانش در چند اندازه گیری مقدماتی تراکم رادون را در چاهی که در ۳۰ کیلومتری شمال شرقی مرکز زمین لرزهٔ شهر کوبه قرار داشت، محاسبه کردند. در سال ۱۳۷۳ (۲۷ اکتبر ۱۹۹۴) که سطح رادون اندکی بیش از مقادیر ثبت شده در سال ۱۳۷۲ (۱۹۹۳ میلادی) گردید، اعضاء تیم به دیدبانی مداوم این چاه پرداختند. در آخرین شمارهٔ مجله ساینس (Science شمارهٔ ۲۶۹ صفحهٔ ۶۰) این پژوهشگران افزایش مداوم سطح رادون را طی چند هفته پیش از وقوع زمین لرزه گزارش کردند. سپس در سال ۱۳۷۴ (ژانویه ۱۹۹۵ میلادی) سطح رادون با افزایش سریع، ناگهان به ۱۲ برابر مقدار آن در سال ۱۳۷۲ (۱۹۹۳ میلادی) رسید. پس از آن سطح رادون کاهش یافت و چند روز بعد (دهم ژانویه) به پایین تر از مقدار آن در سال ۱۳۷۲ رسید. این پژوهشگران هیچ عامل دیگری را به غیر از فعالیتهای زمین لرزه ای برای این تغییرات پیدا نکردند. ایگاراشی می گوید که بسیاری از لرزه شناسان در درستی گزارش شبه جزیرهٔ ایزو تردید داشتند ولی داده ها ی اخیر بسیار قانع کننده اند. به گفتهٔ وی «بی هنجاری بسیار مشخص بود و پس از زمین لرزه تراکم رادون به سطح پایدار برگشت».
در یک مقالهٔ دیگر که درهمان شماره از مجلهٔ ساینس (شمارهٔ ۲۶۹ صفحهٔ ۶۱) انتشار یافت اورومو تسونگای (Urumu Tsunogai) و هیروشی واکیتا (Hiroshi Wakita) پژوهشگران دانشگاه توکیو مدعی شناسایی پیش لرزه های دیگری شده اند. به گفتهٔ آنها قبل از وقوع زمین لرزه تراکم یونهای کلراید و سولفات در آبهای زیرزمینی کوبه افزایش یافت. برخلاف گروه ایگاراشی این پژوهشگران قبل از زمین لرزه به گردآوری داده ها نپرداخته بودند. بلکه بطریهای آب معدنی از چاه های ناحیهٔ کوبه که تاریخ دار بودند خریداری کردند. این پژوهشگران دریافتند که تراکم کلرید این نمونه ها از خرداد ۱۳۷۲ (ژوئن ۱۹۹۳) تا تیر ۱۳۷۳ (ژوئیه ۱۹۹۴) در حدود ۱۳/۹ قسمت در میلیون (ppm) باقی مانده اما از مرداد ۱۳۷۳ (اوت ۱۹۹۴) شروع به افزایش کرد و میزان آن چند روز پیش از زمین لرزه ده درصد بالاتر از مقدار پایدار گردید و همبستگی مشابهی در مورد سولفاتها مشاهده شد. تولید آب معدنی پس از زمین لرزه برای مدتی متوقف شد. اما با توجه به نمونه های تسونگای و واکیتا نتیجه گرفتند که سطح کلریدها و سولفاتها روند صعودی را طی می کنند و در اواخر بهمن (اواسط فوریه) به قلهٔ خود رسیدند و سپس در ماه اسفند (مارس) به میزان پیشین خود برگشتند. تسونگای و واکیتا این تغییرات شیمیایی را در نتیجه نشت آبهای زیرزمینی حاوی مقادیر زیاد کلرایدها و سولفاتها به ناحیه شهر کوبه دانسته اند. به نظر این پژوهشگران تراکم زیاد کلراید و سولفات ناشی از گرانیت موجود در زیر شهر کوبه نیست بلکه آب زیرزمینی غنی از یونها در ناحیهٔ گسلهای زمین شناختی کوه های پشت کوبه وجود دارند. تنش تکتونیک قبل از زلزلهٔ کوبه ممکن است سبب ایجاد ترکهایی در صخره ها شده باشد و در نتیجه آبهای منطقهٔ گسلها٬ چاه های کوبه را آلوده کرده باشند.
بسیاری از لرزه شناسان امیدوارند که نتایج پژوهشهای این دو گروه سرانجام راهی راهی را برای پیشگویی زمین لرزه های بزرگ بگشاید. خود ایگاراشی معتقد است که پژوهشهای بسیاری در این مورد ضروری است. به نظر او «مطالعات ما را نمی توان برای پیشگویی زلزله طی چند سال آینده به کار برد٬ اما این مطالعات از نظر علمی بسیار جالب توجه اند».
زیرنویسها
۱ـ این گزارش برای مجله نیوساینتیست New Scientist شمارهٔ ۱۹۸۶ جلد ٬۱۴۷ ۱۵ ژوئیهٔ ۱۹۹۵ تهیه شده است.