- تأثیر گسلهای فعال بر فرسایش میتواند تا حدود ۱۰۰ کیلومتر گسترش یابد.
- بررسی بیش از ۱۷۰۰ حوضه آبریز نشان داد فاصله از گسل مهمترین عامل افزایش فرسایش است.
- لرزشهای مکرر زمینلرزهها با ایجاد ریزترک در سنگها، فرسایش و رانش زمین را تشدید میکنند.
مطالعهای جدید نشان میدهد تأثیر زلزله تنها به شکاف ایجادشده روی گسل محدود نمیشود. پژوهشگران دریافتهاند که زمینلرزهها میتوانند سنگها را تا دهها کیلومتر دورتر از گسلها تضعیف کنند، فرایند فرسایش را سرعت ببخشند، شکلگیری چشماندازهای طبیعی را تحت تأثیر قرار دهند. این یافته نگاه دانشمندان به نقش زلزله در تحول سطح زمین را دگرگون میکند.
براساس این پژوهش جهانی، سرعت فرسایش در نزدیکی گسلهای فعال بهطور چشمگیری بیشتر است، سپس با افزایش فاصله کاهش مییابد. نتایج نشان میدهد دامنه این اثر میتواند تا حدود ۶۰ مایل، معادل نزدیک به ۱۰۰ کیلومتر، ادامه داشته باشد.
برد پنهان زلزله بسیار فراتر از تصور دانشمندان است
برای دههها تصور میشد بیشترین آسیب ناشی از زلزله تنها در امتداد گسل رخ میدهد؛ همان جایی که زمین شکافته میشود و سنگها خرد میشوند. پژوهشگران نیز بر همین اساس، محدوده آسیب را عمدتاً در فاصلهای کمتر از یک مایل از گسل برآورد میکردند.
اما اندازهگیریهای جدید تصویر کاملاً متفاوتی ارائه میدهد. این بررسی نشان میدهد تضعیف سنگها بسیار فراتر از ترک قابل مشاهده گسترش پیدا میکند و همین ضعف پنهان، سرعت فرسایش کل چشماندازهای طبیعی را کنترل میکند.
در این پژوهش جهانی، بیش از ۱۷۰۰ اندازهگیری مربوط به سرعت فرسایش سنگها در حوضههای آبریز سراسر جهان بررسی شد. نتایج نشان داد هرچه فاصله از گسلهای فعال کمتر باشد، سرعت فرسایش بیشتر است و با دور شدن از گسل بهتدریج کاهش مییابد.
بررسیها نشان داد این اثر در بزرگترین سامانههای گسلی تا حدود ۶۰ مایل، نزدیک به ۱۰۰ کیلومتر، امتداد پیدا میکند.
Boontigan Kuhasubpasin این تحقیق را در دوران دکترای خود در University of California, Los Angeles (UCLA) هدایت کرده است.
شدیدترین آسیب در فاصله حدود ۹ مایل، نزدیک به ۱۴ کیلومتر، از گسل مشاهده شد. پس از آن شدت اثر بهتدریج کاهش یافت تا در فاصله حدود ۶۰ مایل تقریباً از بین رفت.
پیش از این، بیشتر شواهد علمی نشان میدادند تخریب سنگها تنها تا حدود یک مایل از گسل ادامه دارد، اما هیچ مطالعهای چنین گستره وسیعی را مستند نکرده بود.
رودخانهها چگونه راز فرسایش را آشکار کردند؟
سرنخ اصلی این کشف از رودخانهها به دست آمد. هنگامی که سنگها فرسایش پیدا میکنند و رسوبات به پاییندست منتقل میشوند، این رسوبات اطلاعات ارزشمندی درباره سرعت فرسایش مناطق بالادست در خود حفظ میکنند.
در میان این رسوبات، نوعی ایزوتوپ طبیعی و کمیاب عنصر بریلیم وجود دارد که بهتدریج در سنگهایی که مدت طولانی در سطح زمین قرار دارند تجمع پیدا میکند.
هرچه یک سنگ مدت بیشتری در معرض سطح زمین باقی بماند، مقدار بیشتری از این بریلیم طبیعی را در خود جمع میکند. بنابراین اندازهگیری میزان آن به پژوهشگران امکان میدهد سرعت فرسایش سطح زمین را برآورد کنند.
دانشمندان دادههای مربوط به بیش از ۱۷۰۰ حوضه آبریز را با نقشه گسلها، سابقه لرزهخیزی مناطق مقایسه کردند. نتیجه، الگویی کاملاً روشن را آشکار کرد.
سنگهای واقع در نزدیکی گسلها بسیار سریعتر فرسایش پیدا میکردند، زیرا این مناطق نسبت به سایر نقاط از استحکام کمتری برخوردار بودند.
چه عواملی سرعت فرسایش زمین را کنترل میکنند؟
فرسایش چشماندازهای طبیعی تنها به یک عامل وابسته نیست. بارندگی میتواند دامنهها را سست کند، سنگهای نرم سریعتر از سنگهای سخت فرسوده میشوند، ویژگیهای زمینشناسی نیز نقش مهمی در این فرایند دارند.
برای مشخص شدن اینکه کدام عامل بیشترین تأثیر را دارد، پژوهشگران همه دادههای موجود را وارد مدلهای یادگیری ماشین کردند تا اهمیت هر متغیر بهصورت مستقل ارزیابی شود.
یادگیری ماشین مهمترین عامل را مشخص کرد
نتایج مدلها نشان داد فاصله از گسل، مهمترین عامل تعیینکننده سرعت فرسایش است. این متغیر در بسیاری از مناطق فعال از نظر لرزهای، حتی از میزان بارندگی، جنس سنگها نیز تأثیر بیشتری داشت.
پژوهشگران همچنین شاخصی از شدت لرزش زمین را به مدلهای خود افزودند. اضافه شدن این دادهها، دقت پیشبینی مدلها را بیش از پیش افزایش داد.
این نتیجه برای تیم تحقیقاتی غیرمنتظره بود، زیرا تاکنون اقلیم، نوع سنگها مهمترین عوامل کنترلکننده فرسایش محسوب میشدند.
اما زمانی که در حوضههای آبریز مختلف، فاصله از گسل همواره در رتبه نخست قرار گرفت، پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که زمینلرزهها نقش بسیار پررنگتری در این فرایند دارند.
زلزله چگونه سنگها را تا دهها کیلومتر دورتر ضعیف میکند؟
پاسخ دقیق این پرسش هنوز مشخص نیست. پژوهشگران نمیتوانند رخدادهای درون زمین را بهطور مستقیم مشاهده کنند، بنابراین سازوکار پیشنهادی آنها بر پایه شواهد علمی و تحلیل دادهها است، نه مشاهده مستقیم.
بهترین توضیح ارائهشده، لرزشهای مکرر ناشی از زمینلرزهها است. هر زلزله، سنگهای اطراف گسل را تکان میدهد. تکرار این فرایند طی هزاران سال احتمالاً باعث ایجاد ترکهای بسیار ریز یا Microfractures درون سنگها میشود.
«لرزشهای مکرر میتوانند ریزترکها را باز کنند، پیوند میان دانههای معدنی را تضعیف کنند، استحکام سنگهای نزدیک سطح زمین را کاهش دهند.»
Carolina Lithgow-Bertelloni، دانشمند علوم زمین در UCLA و از نویسندگان این پژوهش
وقتی سنگها ضعیف شوند، در برابر عوامل طبیعی بسیار آسیبپذیرتر خواهند شد.
- رودخانهها راحتتر بستر خود را عمیقتر میکنند.
- دامنهها بیشتر مستعد رانش زمین میشوند.
- فرایند هوازدگی با سرعت بیشتری سنگها را تخریب میکند.
شواهد میدانی از جنوب کالیفرنیا
هرچند الگوی جهانی بسیار قانعکننده بود، پژوهشگران تصمیم گرفتند یافتههای خود را در منطقهای با فعالیت لرزهای شناختهشده نیز بررسی کنند.
برای این منظور، آنها جنوب کالیفرنیا را انتخاب کردند؛ منطقهای که San Andreas Fault همراه با گسلهای متعدد دیگر، پوسته زمین را دائماً تحت تنش قرار میدهد.
نتایج دقیقاً با الگوی جهانی مطابقت داشت.
در نزدیکی گسلها، امواج لرزهای هنگام عبور از میان سنگهای شکسته و ضعیف، سرعت کمتری داشتند. این کاهش سرعت نشاندهنده وجود آسیب گسترده در ساختار سنگها بود.
همان مناطق، بیشترین نرخ فرسایش را نیز نشان دادند. این همپوشانی، ارتباط میان لرزشهای مکرر زمینلرزهها، تضعیف سنگها، افزایش فرسایش را بیش از پیش تقویت کرد.
پژوهشگران معتقدند توضیح دیگری برای همزمانی کاهش سرعت امواج لرزهای، افزایش فرسایش وجود ندارد. در این مناطق، گسلها همزمان باعث بالا آمدن زمین، ضعیف شدن سنگهای زیرسطحی میشوند.
زلزلهها زخمهایی ماندگار بر چهره زمین بر جای میگذارند
برای سالها، گسلها بیشتر بهعنوان عامل شکلگیری رشتهکوهها شناخته میشدند. اما این مطالعه نشان میدهد آنها علاوه بر ساختن کوهستانها، سرعت تجزیه و فرسایش زمینهای اطراف خود را نیز در مقیاسی بسیار بزرگتر از آنچه تاکنون تصور میشد کنترل میکنند.
«این پژوهش توضیحی فیزیکی برای این موضوع ارائه میدهد که چرا فرسایش در مناطق فعال تکتونیکی کارآمدتر است.»
این یافته نگاه دانشمندان به مناطق زلزلهخیز را تغییر میدهد. چشماندازهای طبیعی فرسوده در نزدیکی گسلها ممکن است بیش از آنکه تحت تأثیر بارندگی یا نوع سنگ باشند، حاصل قرنها لرزشهای مکرر زمینلرزهها باشند.
پیامدهای این کشف برای مدیریت خطرات طبیعی
نتایج این تحقیق تنها برای زمینشناسان اهمیت ندارد، بلکه میتواند در برنامهریزی مدیریت مخاطرات طبیعی نیز نقش مهمی ایفا کند.
اگر سنگهای ضعیفشده تا دهها مایل دورتر از گسلها امتداد داشته باشند، محدوده خطر نیز باید گستردهتر از نقشههای فعلی در نظر گرفته شود.
- مناطق مستعد رانش زمین ممکن است بسیار وسیعتر باشند.
- مخازن سدها میتوانند با سرعت بیشتری از رسوبات پر شوند.
- روند فرسایش کوهستانها در محدودهای بزرگتر رخ دهد.
مطالعات پیشین نیز نشان دادهاند زمینلرزهها میتوانند حجم عظیمی از سنگها را از طریق رانش زمین به پاییندست منتقل کنند.
البته این یافته به معنای بیاهمیت بودن بارندگی یا نوع سنگ نیست. این عوامل همچنان در شکلدهی چشماندازهای طبیعی نقش دارند، اما این پژوهش نشان میدهد سهم زمینلرزهها بسیار بیشتر از چیزی بوده که تاکنون تصور میشد.
در واقع، تأثیر یک گسل بسیار فراتر از شکاف قابل مشاهده آن امتداد پیدا میکند و با تضعیف سنگها، فرسایش را در گسترهای وسیع از سطح زمین افزایش میدهد.
نتایج این پژوهش در نشریه Science منتشر شده است.
جمعبندی
این پژوهش جهانی نشان میدهد تاثیر زلزله بر فرسایش بسیار گستردهتر از برآوردهای پیشین است. لرزشهای مکرر زمین میتوانند تا حدود ۱۰۰ کیلومتر از گسلها، سنگها را ضعیف کنند و سرعت فرسایش، رانش زمین، تغییر شکل چشماندازهای طبیعی را افزایش دهند. این یافته میتواند در مطالعات زمینشناسی، مدیریت منابع آب، ارزیابی خطرات طبیعی، برنامهریزی عمرانی نقش مهمی داشته باشد.
اگر به تازهترین یافتههای علمی درباره زمین، طبیعت، فناوری علاقهمند هستید، مطالب فوتوفن را دنبال کنید.
سوالات متداول
آیا اثر زلزله فقط در امتداد گسل است؟
خیر. این پژوهش نشان میدهد اثر تضعیف سنگها میتواند تا حدود ۶۰ مایل، نزدیک به ۱۰۰ کیلومتر، از گسلهای بزرگ ادامه پیدا کند.
دانشمندان چگونه سرعت فرسایش را اندازهگیری کردند؟
آنها با بررسی ایزوتوپ طبیعی بریلیم موجود در رسوبات بیش از ۱۷۰۰ حوضه آبریز، سرعت فرسایش سطح زمین را برآورد کردند.
چرا زلزله باعث افزایش فرسایش میشود؟
بهگفته پژوهشگران، لرزشهای مکرر زمینلرزهها ریزترکهایی در سنگها ایجاد میکند، استحکام آنها را کاهش میدهد و فرسایش را تسریع میکند.
مهمترین نتیجه این مطالعه چیست؟
فاصله از گسل، مهمترین عامل پیشبینیکننده سرعت فرسایش شناخته شد و حتی از بارندگی، نوع سنگ نیز تأثیر بیشتری داشت.
