زلزله می تواند فاجعه بار نباشد - مجله ابوذریون

به گزارش خبرنگاران، رویارویی با قهر طبیعت یکی از مظاهر ضعف انسان در برابر بسیاری از پدیده های این جهان است. در طول تاریخ زلزله یکی از نگرانی های دائمی بشر بوده است و پیشرفت فناوری در موارد زیادی توانسته جلوی بروز فجایع ناشی از این بلای طبیعی را بگیرد.

طبق برآوردهای سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS)سالانه یک میلیون زلزله در سراسر جهان رخ می دهد که بیشتر این زلزله ها بسیار کوچک بوده و موجب آسیب های جدی نمی شوند، اما برخی دیگر مانند زلزله سال 2011 در ساحل ژاپن و یا فاجعه ایتالیا، خسارات جانی و مالی بسیاری برجای می گذارند که تا چندین سال عواقب آن بر مکان وقوع زلزله باقی می ماند.

هرچند هنوز بشر قدرت پیش بینی زمان زلزله را ندارد، اما شناسایی گسل ها و تمهیدات لازم در زمان ساخت وساز از عوامل مهم ایمنی در برابر زلزله محسوب می شوند.

گسل های زیادی در بسیاری از شهرهای جهان وجود دارند که احتمال وقوع زلزله های بزرگ و ویرانگری را دارند، اما همه افراد می خواهند بدانند واقعا چه زمانی زلزله رخ می دهد؟ آیا کسی جواب این سوال را می داند؟ متخصصان ژئوفیزیک، زلزله شناسان و مدیران موارد اورژانسی و مدیریت بحران در جواب این سوال فقط می گویند: نمی دانم!

مشکل عدم پیش بینی زلزله توسط زلزله شناسان، ناتوانی در شناسایی زمان و مکان زلزله است. آنان هرگز نمی توانند به عقب بازگردند و نشانه های پیش از وقوع را آنالیز نمایند. با آنالیز زمین لرزه های بزرگ 100 سال گذشته در ایالات متحده آمریکا متوجه خواهیم شد که برخی زلزله ها در گسل هایی اتفاق افتاده که حتی از وجود آنها اطلاعی در دست نبوده است.

بلایای طبیعی مانند زلزله در روان فردی و اجتماعی تاثیر بسزایی دارند. قرار دریافت در معرض آسیب ها موجب اضطراب، افسردگی، خودکشی و حتی رفتارهای خشونت آمیز می شود.

تمام کشورهایی که زلزله های شدید را تجربه نموده اند، با برنامه ریزی و مطالعه علمی کوشش نموده اند از تلفات و خسارات حوادث آینده بکاهند.

اما آیا می توان در پیش بینی زلزله از حیوانات یاری گرفت؟ اگر مکان و زمان زلزله براساس رفتار حیوانات قابل پیش بینی باشد می توان با نصب چند دوربین حرکات و رفتار حیوانات را آنالیز کرد تا از آن در پیش بینی رخدادهای بعدی استفاده کنیم، اما ما فقط می توانیم واکنش حیوانات بعد از وقوع زلزله را با استفاده از گزارش های محلی آنالیز کنیم.

تدابیر کشورهای پیشرفته و زلزله خیز در قبال زمین لرزه

کشورهای زلزله خیز نظیر ژاپن که در عین حال پیشرفته هستند، چند مورد را برای مقابله با این رویداد طبیعی سرلوحه کارهای خود قرار داده اند که عبارتند از:

1- ضرورت افزایش سطح استانداردهای ایمنی در ساختمان ها و زیرساخت های شهری، حتی در مناطقی که احتمال زمین لرزه در آن ها کمتر است.

2- تقویت و ایمن سازی شبکه های حیاتی شهری مانند خطوط ارتباطاتی، شبکه های برق، آب و گاز در شهرهای بزرگ.

3- ضرورت افزایش سطح هماهنگی میان نیروهای یاریی و دستگاههای شهری.

4- توجه علمی و سازمان یافته به ناهنجاری های اجتماعی و مسائل روانی.

5- برنامه های مطالعاتی و دانشگاهی در زمینه پیش بینی و کاهش خطرات زلزله

در چین هم یک تیم تحقیقات ملی و 26 تیم تحقیقاتی استانی در زمینه مواجهه علمی با زلزله فعالیت می نمایند که مجموعا بیش از 3000 نفر در آنها در حال فعالیت هستند. در حال حاضر یک لرزه نگار سراسری توسط محققان چینی در دست فراوری و توسعه است که نمونه های قبلی آن در بسیاری از کشورها نیز مورد استفاده نهاده شده است.

چین توانسته است در حال حاضر بیش از 40 درصد جمعیت این کشور را با اقدامات و آموزش های لازم در جهت مقابله با زلزله و کاهش تلفات آشنا کند و بیش از 200 هزار نفر نیروی داوطلب برای آموزش این موارد در اختیار دارد.

در این گزارش سعی می کنیم فهرستی کامل از آخرین فناوری های مواجهه با زلزله را ذکر کنیم، اما قبل از آن به دو مورد از مهم ترین عوامل انسانی افزایش دهنده احتمال وقوع زلزله اشاره می کنیم:

شکافت با آب (Fracking)

فرکینگ(شکافت با آب) صنعتی جدید و بسیار خطرناک است. بسیاری از مردم بر این باورند که این روش موجب زمین لرزه های القایی می شود. اجماع علمی نیز در این مورد آن است که تزریق فاضلاب به لایه های زیرین زمین در زمان مساعد بودن زمین بدون شک باعث زمین لرزه خواهد شد.

در فرایند فرکینگ آب و روان نماینده ها به زمین وارد می شوند و موجب شکاف زمین شده تا نفت و گاز طبیعی بازیابی شود، اما فاضلاب نیز در این فرآیند بازیابی شده و به سطح بازگردانده می شوند.

نتایج تحقیقات اخیر دانشگاه استنفورد نشان میدهد زمین لرزه های کوچک ناشی از حفاری های افقی هیدرولیکی به نام (fracking) که در فناوری فراوری نفت و گاز شیل استفاده می شوند، احتمالا موجب لرزش های بزرگتر در آینده خواهند شد.

دانشمندان استنفورد در این تحقیق از روشی برای شناسایی زلزله های کوچک پیش از زلزله بزرگ استفاده کردند.

روش های مورد استفاده در حفاری قادر است بر فعالیت های لرزه ای در عملیات استخراج گاز و نفت که در آن مایع با فشار بالا به زیرزمین برای باز کردن سنگ ها و آزاد شدن گاز طبیعی تزریق می شود تاثیر داشته باشد.

طی فرآیند حفاری ترک خوردگی سنگ ها ممکن است باعث ایجاد زلزله های کوچک شود که به طور معمول شناسایی آنها به دلیل کوچکی سخت است. به همین دلیل محققان استنفورد الگوریتم پیشرفته ای برای تحلیل فعالیت لرزه ای در آرکانزاس طراحی کردند. در این الگوریتم از الگوی زلزله برای کسب سوابق دقیق لرزه ای استفاده شده است.

با این روش محققان دریافتند که بیش از 14 هزار زلزله کوچک که قبلا گزارش نشده در آرکانزاس وجود داشته و بیشتر آنها نتیجه مستقیم 17 عملیات حفاری هیدرولیکی در 53 چاه فراوری نفت شیل در منطقه بوده است.

در اکتبر 2010 زمین لرزه چهار ریشتری ساکنان نزدیک یک میدان نفتی در آرکانزاس را لرزاند و در سال بعد باعث دو پس لرزه بزرگتر شد. این گروه همچنین اوکلاهما، تگزاس و دیگر ایالت های فراورینماینده گاز و نفت را نیز آنالیز کردند.

مناطق مختلف به شیوه های متفاوتی از این روش استفاده می نمایند. برخی مانند پنسیلوانیا، فاضلاب را در استخرهای سرپوشیده جمع آوری می نمایند تا باعث آلودگی منابع آب آشامیدنی نشود. جایی مانند اوکلاهاما، آب را به زمین تزریق می نمایند. محققان با آنالیز این روش در اوکلاهاما دریافتند این تزریق موجب فشار به هسته زمین و تغییر آن شده به طوری که در جایی مانند منطقه Stillwater به طور روزانه زمین لرزه اتفاق می افتد. همانطور که می بینید پیشرفت فناوری هرچند موجب ارتقای جامعه شده اما خطر وقوع زمین لرزه را نیز افزایش داده است.

زباله های هسته ای

از دیگر موارد مهم، ایده ذخیره سازی زباله های هسته ای است که تضمینی برای امنیت آن وجود ندارد.

مسئله فوکوشیما در خصوص ذخیره سازی هسته ای زیرزمینی نیست، اما به زمین مربوط است. زلزله Tohoku در ساحل ژاپن زلزله عظیم 9 ریشتری بود که محور زمین را تغییر داد و کل ژاپن را در حدود هشت سانتی متر حرکت داد! همچنین سونامی هایی ایجاد کرد که نیروگاه هسته ای فوکوشیما را در مرداب فرو برد.

همچنین محققان دانشگاه استنفورد در نتیجه تحقیقات شان دریافتند که زمین لرزه های کوچک ناشی از حفاری های افقی هیدرولیکی به نام (fracking)که در فناوری فراوری نفت و گاز شیل استفاده می شوند احتمالا موجب لرزش های بزرگتر در آینده خواهند شد.

آخرین فناوری های مقابله با زلزله

یکی از فناوری های جدید اپلیکیشن MyQuake است که قرار است USGS آن را از لحاظ مالی تامین کند. کنسرسیومی متشکل از دانشگاه ها و USGS بر روی برخی از ابزارهای جذاب کار می نمایند، به طوری که یک شبکه متراکم از لرزه نگارها با پشتیبانی یک پردازنده اصلی رایانه ای تمام اطلاعات را در نانوثانیه قبل از وقوع زلزله در اختیار کاربر قرار می دهد.

این اپلیکیشن، نرم افزاری است که حاوی اطلاعات مربوط به سراسر جهان است. جذابیت این اپلیکیشن استفاده از گوشی همراه به عنوان لرزه نگار است. دانشمندان دانشگاه یوسی برکلی در جستجوی روشی برای جمع آوری این اطلاعات در مکان هایی فاقد لرزه نگارها برای اخطار به کاربران هستند.

اما دانشمندان موسسه فناوری کالیفرنیا(Caltech) توانسته اند سیگنالی سریع تر از امواج لرزه ای را در ارسال هشدار زودهنگام برای زلزله شناسایی نمایند.

روش محققان شامل پیگیری تغییرات کوچک در گرانش زمین است که بلافاصله پس از گسست اولیه رخ می دهد.

ربات چهار پای HyQ

مهندسان ایتالیایی موسسه فناوری جنوا نیز ربات چهارپایی موسوم به HyQ را با الهام از ساختار بدن حیوانات طراحی نموده اند که می تواند به افرادی که در زیر آوار ناشی از زلزله گیر افتاده اند، یاری کند.

این ربات که چهارپای هیدرولیک نام گرفته، می تواند روی سطوح ناهموار راه برود، از موانع عبور کند و در صورت افتادن دوباره برخیزد. این ویژگی ها باعث شده تا به ابزاری نویدبخش برای نجات گرفتارشدگان و زیرآوارماندگان تبدیل شود.

این ربات به حسگرهای مختلفی از جمله حسگر لیزری، دوربین و همچنین حسگر سنجش آلودگی و گاز مجهز شده است تا بتواند اطلاعات مختلفی را برای بهبود عملیات، به تیم نجات برساند.

دستگاه نشان دهنده موانع پشت دیوار

از طرف دیگر، دانشمندان آلمانی دانشگاه فنی مونیخ دستگاهی ساختند که با استفاده از وای فای)wifi) می تواند تصویری از پشت موانع و دیوارها به کاربران ارائه دهد.

عملکرد این دستگاه بدین گونه است که با استفاده از امواج وای فای بین دو آنتن که یکی در اتاق و دیگری بیرون از اتاق نهاده شده است، تصویری هولوگرافیک از داخل اتاق نمایش می دهد. البته این تصویر هنوز کاملا واضح نیست اما آنقدر مطلوب هست که اطلاعاتی از پشت دیوار بدهد و فقط در مرحله تئوری نباشد.

از این دستگاه می توان در زمینه های مختلفی نظیر یافتن زیرآوار ماندگان بر اثر زلزله استفاده کرد. برای این منظور می توان آنتن ها را روی دو وسیله نقلیه تعبیه کرد تا اطراف خرابه ها حرکت نمایند تا بتوان تصویری از زیر آوار دریافت کرد.

اما محققان دانشگاه استنفورد در اقدام دیگری پیروز شدند با استفاده از کابل های فیبر نوری مخصوص اینترنت، دستگاه کشف زلزله بسازند.

دستگاه های زلزله نگار موجود فعلی برد کوتاهی داشته و قیمت آنها نیز بالاست، اما محققان دانشگاه استنفورد آمریکا پیروز شدند با استفاده از کابل های فیبر نوری یک شبکه اعلام هشدار زلزله بسازند که می تواند در سراسر شهر گسترده شود.

کنتورهای گاز ضدزلزله

از جمله کارهای جالب توجهی که کشور بنگلادش در این راستا انجام داده نیز تجهیز 200 هزار خانه در شهر داکا پایتخت این کشور به کنتورهای گاز ضدزلزله در فاز اول است. این پروژه با یاری مالی دولت بنگلادش و آژانس بین المللی همکاری بین المللی ژاپن(JICA) اجرا می شود.

فنداسیون شناور

استفاده از فونداسیون شناور هم یکی از راه های مقابله با زلزله است که شامل ساخت یک ساختمان شناور در بالای پی و بر روی یاتاقان های سرب-لاستیک است که حاوی هسته سربی پیچیده شده در لایه های متناوب لاستیک و فولاد است.

یکی دیگر از تکنیک های آزمایش شده و واقعی برای یاری به ساختمان ها در برابر زمین لرزه ها، از صنعت خودرو می آید. همه ما یاری فنرها را می شناسیم؛ دستگاهی که جهش ناخواسته را در ماشین کنترل می نماید. جذب نماینده های شوک یا همان یاری فنرها حرکت های ارتعاشی را با تبدیل انرژی جنبشی به انرژی گرمایشی که می تواند به وسیله مایع هیدرولیکی تخلیه شود، کاهش می دهد. در فیزیک، این امر با عنوان تعدیل شناخته شده است.

اما تعدیل می تواند انواع مختلفی داشته باشد. یک راهکار دیگر، مخصوصا برای آسمان خراش ها، شامل معلق گذاشتن یک توده عظیم در نزدیکی بالاترین نقطه ساختمان است. کابل های فولادی این توده را حمایت می نمایند، در حالی که تعدیل نماینده های مایع چسبناک بین توده و ساختمان که در کوشش برای محافظت است، قرار دارند.

هنگامی که فعالیت لرزه ای، ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهد، آونگ در جهت مخالف حرکت می نماید و انرژی را از بین می برد.

در جای دیگری، محققان دانشگاه استنفورد و دانشگاه ایلی نوی با کوشش برای ساخت یک ساختمان مقاوم در برابر زلزله، علاوه بر قاب های فولادی، کابل های عمودی را معرفی کردند که تکان خوردن ساختمان را محدود می نماید. ضمن این که کابل ها توانایی خودسنجی دارند، بدین معنی که می توانند کل ساختمان را درست زمانی که تکان خوردن متوقف می شود، کشیده و آن را سر پا نمایند.

اجزای نهایی، فیوزهای قابل تعویض استیل هستند که بین دو صفحه در پایه های ستون قرار می گیرند. دندانه های فلزی فیوزها انرژی لرزه ای را هنگام لرزش ساختمان جذب می نمایند. اگر آنها طی یک زلزله منفجر شوند، می توان آنها را نسبتا سریع و مقرون به صرفه جایگزین کرد تا ساختمان را به شکل اولیه بازگردانیم.

دیوار هسته ای

دیوار هسته ای یک مفهوم دیگر است که در بسیاری از ساختمان های بلند مدرن، مهندسان از این ساختار برای افزایش عملکرد لرزه ای با هزینه پایین استفاده می نمایند.

در این طرح، یک هسته بتنی تقویت شده را در قلب ساختمان قرار می دهند که اطراف آن آسانسورها قرار می گیرند. دیوار هسته ای برای ساختمان های بسیار بلند می تواند کاملا قابل توجه باشد.

ناپدید کردن زمین لرزه!

اما روش جالب دیگری که در سال 2013 مورد آنالیز نهاده شد، ناپدید کردن زمین لرزه است!

زمین لرزه هم به مانند بسیاری دیگر از مسائل طبیعی مانند آب و صوت، موج فراوری می نماید. موج هایی که توسط زمین شناسان به عنوان امواج بدنه و سطحی طبقه بندی می شوند. موج بدنه به سرعت به وسیله داخل زمین منتشر می شود. دومی به آرامی به وسیله پوسته بالایی حرکت می نماید و شامل یک زیرمجموعه از امواج می شود که به عنوان امواج رایلی(Rayleigh) شناخته می شود و زمین را به صورت عمودی حرکت می دهد. این حرکت به سمت بالا و پایین، بیشترین تکان و آسیب را در یک زلزله باعث می شود.

در حال حاضر تصور کنید اگر بتوانید انتقال برخی از امواج لرزه ای را قطع کنید، آیا ممکن است انرژی را از بین ببرید یا آن را در اطراف مناطق شهری منتشر کنید؟ برخی از دانشمندان چنین فکر می نمایند و راهکار خود را ناپدید کردن زلزله(seismic invisibility cloak) نامیده اند، زیرا توانایی آن را دارد که یک ساختمان را از قرار دریافت در معرض امواج سطحی نجات دهد.

مهندسان معتقدند که برای انجام این کار می توانند از 100 حلقه پلاستیکی متمرکز زیر پایه یک ساختمان استفاده نمایند. هنگام بروز امواج لرزه ای، آنها در یک ردیف وارد یک حلقه می شوند و درون سیستم قرار می گیرند. بنابراین امواج نمی توانند انرژی خود را به ساختار بالا انتقال دهند. آنها به سادگی در اطراف پایه ساختمان قرار می گیرند و از طرف دیگر آزاد می شوند و سفر طولانی خود را از سر می گیرند.

انعطاف پذیری مواد یک چالش عمده برای مهندسان در کوشش برای ایجاد ساختمان های مقاوم در برابر زلزله هستند. مثلا فولاد و بتن تغییر شکل می دهند و انعطاف پذیر نیستند. این در حالی است که هر دوی این مواد به طور گسترده تقریبا در تمام پروژه های ساخت و ساز تجاری استفاده می شوند. اما آلیاژ عصب شکل می تواند فشارهای سنگین را تحمل کند و به شکل اصلی خود بازشود.

بسیاری از مهندسان این مواد هوشمند را به عنوان جایگزین برای فولاد و بتن می دانند. آلیاژ عصب شکل متشکل از تیتانیوم و نیکل است که این ترکیب نیتینول نامیده می شود و 10 تا 30 درصد انعطاف پذیری بیشتری نسبت به فولاد ارائه می دهد.

در هنگام ساخت یک ساختمان جدید منطقی است که مقاومت زمین لرزه را در نظر بگیرید، اما بازسازی ساختمان های قدیمی به منظور بهبود عملکرد در مقابل زلزله نیز بسیار مهم است.

مهندسان دریافته اند که اضافه کردن سیستم های جداسازی پایه به سازه های قدیمی امکان پذیر و مالی است. یکی دیگر از راهکار های امیدوار نماینده و بسیار ساده برای اجرا، یک فناوری شناخته شده به عنوان پوشش پلاستیکی تقویت شده فیبر یا FRP می باشد. فراورینمایندگان این ترکیب را با مخلوط کردن فیبرهای کربن با پلیمرهای اتصال دهنده مانند اپوکسی، پلی استر، وینیل استر و نایلون فراوری می نمایند تا مواد کامپوزیتی سبک، اما به طرز باور نکردنی قوی ایجاد نمایند. شگفت آور است که حتی ستون های آسیب دیده توسط زلزله می توانند با فیبر کربن تعمیر شوند.

اما یکی از سوژه های جالب برای مقابله با زلزله الهام از حیواناتی چون عنکبوت ها است. همه ما می دانیم که تار عنکبوت قوی تر از فولاد است، اما دانشمندانMIT معتقدند این پاسخ دینامیکی مواد طبیعی تحت فشار سنگین است که آن را بسیار منحصر به فرد می سازد.

هنگامی که محققان یک رشته تار عنکبوت را بر روی رشته هایی از تار عنکبوت کشیدند، رشته ها در ابتدا سفت و سپس انعطاف پذیر و سپس دوباره سفت شدند. این پاسخ پیچیده و غیر خطی است که باعث می شود تار عنکبوت تا این حد ارتجاعی باشد. تار عنکبوت منبع الهام بزرگی برای سازه های ضد زلزله در آینده است.

آخرین فناوری که به تازگی توسط محققانی از کشور پرو کشف شده، تقویت دیوار با پلاستیک توری شکل است.

در هند نیز مهندسان برای تقویت بتن، به طور پیروزیت آمیزی از بامبو استفاده می نمایند.

در اندونزی، برخی از خانه ها در حال حاضر بر روی تایرهایی که با شن و ماسه یا سنگ پر شده اند، ساخته می شود.

حتی مقوا می تواند یک مصالح ساختمانی محکم و با دوام باشد. شگریو بان معمار ژاپنی طراحی چندین سازه را انجام می دهد که شامل لوله های مقوا با پلی اورتان می باشد.

از آنجا که ساختار مقوا و چوب بسیار سبک و انعطاف پذیر است، در حوادث لرزه ای بسیار بهتر از بتن عمل می نماید و اگر خراب شود، مردم زیر آوار سنگینی قرار نمی گیرند و تلفاتی نخواهد نداشت.

آشکارساز ضربان قلب ناسا

آخرین فناوری که پس از وقوع زلزله به کار گرفته شد، استفاده امدادرسانان از آشکارساز ضربان قلب ناسا در زلزله 19 سپتامبر مکزیک بود. امدادرسانان در زلزله مکزیک از آشکارساز ضربان قلب ناسا که یک نوع رادار به اندازه چمدان است، برای نجات بازماندگان از زیر آوار یاری دریافتد.

این ابزار که به عنوان یابنده اشخاص در فجایع اضطراری(Finder) نامگذاری شده با همکاری ناسا و وزارت امنیت داخلی آمریکا ساخته شده است. این دستگاه یک سیگنال مایکروویو با قدرت کم- حدود یک هزارم یک خروجی تلفن همراه - را به زیرزمین ارسال می نماید.

این دستگاه در سیگنال منعکس شده به دنبال تغییراتی می شود که در اثر تحرکاتی به دلیل تنفس و ضربان قلب فردی ایجاد شده اند و ضربان قلب را از عمق 30 فوتی زیر آوار و یا 20 فوتی زیر بتن جامد تشخیص می دهد.

در انتها امیدواریم با توجه به زلزله خیز بودن کشور عزیزمان، ما نیز همچون دیگر کشورهای جهان از این فناوری ها در کنار مدیریت بحران منظم و سنجیده بهره مند باشیم.