بازدید از ایستگاهی که محققان 2 زلزله سمنان و تهران را پیش‌بینی کردند/ تصویری از گسل شمال تهران

در پردازش داده‌های الکترومغناطیس که یکی از روش‌های پیش نشانگر زمین‌لرزه است، سعی می‌شود تا با شناسایی الگوی امواج الکترومغناطیسی ساطع شده پیش از رخداد زمین‌لرزه، گامی در جهت پیش‌بینی هر چه دقیق‌تر رخداد زمین‌لرزه‌ها برداشته شود.

کد خبر: ۲۶۹۱۰۸

تاریخ: ۱۰ تير ۱۳۹۸ - ۱۳:۲۸

هر چند که مطالعه بر روی پیش‌نشانگرها راهکاری برای پیش‌بینی زلزله نیست، ولی محققان سازمان زمین‌شناسی با راه‌اندازی دو ایستگاه و استقرار تجهیزات بومی در تلاش هستند تا ضمن بررسی رفتار گسل فعال شمال تهران، وضعیت آتشفشان دماوند را پایش کنند و تاکنون توانسته‌اند پیش نشانگرهای دو زلزله "جوادآباد" در اطراف تهران و "شمال سمنان" را ثبت کنند و به گفته آنها زلزله سمنان ۲۷۸ کیلومتر از تهران فاصله دارد، ولی با استفاده از تجهیزات این ایستگاه از یک ساعت قبل از زلزله اصلی امواج این زلزله را دریافت کردند.

به گزارش ایسنا، زمین‌لرزه و سونامی ۲۰۱۱ توهوکوی ژاپن زلزله‌ای است که در ۱۱ مارس ۲۰۱۱ به قدرت ۹٫۰ درجه مرکالی رخ داد. این زمین‌لرزه سبب شد در تمامی مناطق ساحلی ژاپن در کنار اقیانوس آرام هشدار سونامی و درخواست تخلیه این مناطق اعلام شود، ضمن آنکه این هشدار حداقل در ۲۰ منطقه ساحلی دیگر در آمریکای جنوبی و آمریکای شمالی نیز اعلام شد.

این زمین لرزه امواج سونامی به ارتفاع ۱۵ متر در ژاپن و امواج کوچک‌تری در کشورهای دیگر ایجاد کرد و دولت ژاپن نام رسمی "زمین‌لرزه بزرگ شرق ژاپن" را بر این فاجعه نهاد.

اما از سوی دیگر مطالعات محققان نشان می‌دهد درست چند روز پیش از آغاز این زمین‌لرزه مهیب حرارت اتمسفر زمین در بالای منطقه گسل‌هایی که زمین لرزه را به وجود آورده بودند تا حد قابل توجهی افزایش یافت، ضمن آنکه کل میزان الکترون بر فراز کانون زمین‌لرزه تا حد قابل توجهی افزایش یافته است. علاوه بر آن چندین روز پیش از وقوع این زمین‌لرزه، فشارهای وارد آمده بر روی گسل‌های موجود بر روی پوسته زمین منجر به آزادسازی مقادیر زیادی گاز رادون شده است.

گاز رادون آزادشده از زمین منجر به یونیزه شدن هوا شده و بار الکتریکی را به آن القا می‌کند و از آنجایی که آب قطبی است، جذب ذرات باردار هوا می‌شود. سپس این پدیده منجر به متراکم شدن مولکول‌های آب در هوا می‌شود؛ فرایندی که از خود "حرارت" آزاد می‌کند. در واقع همین حرارت اضافی است که در قالب پرتوهای فروسرخ در تصاویر ماهواره‌ای که سه روز پیش از وقوع زمین‌لرزه از بالای منطقه به ثبت رسیده بود، توجه دانشمندان را به خود جلب کرد.

این علائم به عنوان پیش‌نشانگرهای زمین‌لرزه‌ها به شمار می‌رود و به اعتقاد محققان با بررسی بیشتر این پیش‌نشانگرها می‌توان اقداماتی برای کاهش تلفات انسانی در رخدادهای لرزه‌ای انجام داد.

با توجه به زلزله‌خیز بودن ایران، محققان کشور در سال‌های اخیر مطالعات وسیعی را در این زمینه آغاز کردند که از آن جمله می‌توان به تلاش‌های محققان سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی برای راه‌اندازی ایستگاه‌های شتاب‌نگاری اشاره کرد.

به گفته این محققان هر چند که مطالعات پیش‌نشانگرها آنها را به سمت پیش‌بینی زلزله هدایت کرده، ولی این امر سبب نمی‌شود که محققان دنیا به سمت مطالعات پیش نشانگرها حرکت نکنند. در این مطالعات آنها درصدد هستند بفهمند قبل از وقوع زلزله چه تغییراتی در انتشار امواج الکترومغناطیس زمین، چشمه‌هایی که در پیرامون کانون زمین‌لرزه وجود دارد و یا میزان گاز رادون رخ می‌دهد.

زلزله به مساله همیشگی ایران تبدیل شده و بر این اساس ضرورت نگهداری و توسعه سیستم‌های پیش‌نشانگرهای زلزله موضوعی بوده که در گفت‌وگوهای مسئولان و اساتید سازمان زمین‌شناسی با دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات قرار گرفت.

در این مذاکرات مصوب شد که مجموعه سیستم "پیش نشانگر الکترومغناطیسی" در محل جغرافیایی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات مستقر شود؛ چراکه این دانشگاه بر روی گسل "شمال تهران" واقع شده است و با استفاده از تجهیزات این ایستگاه امکان بررسی رفتار این گسل امکان‌پذیر خواهد شد.

به منظور بررسی عملکرد این ایستگاه بازدیدی از ایستگاه پیش‌نشانگر ارتفاعات واحد علوم و تحقیقات داشتیم.

سفر به ایستگاهی که با فناوری بومی راه‌اندازی شد

مطالعات دهه‌های اخیر نشان می‌دهد که از تغییرات جریانات الکترومغناطیسی زمین می‌توان به عنوان پیش‌نشانگر زلزله استفاده کرد. از این رو سیستم‌های پیش‌نشانگر بسیار مورد توجه قرار گرفته است؛ چراکه نتایج به دست آمده از این دستگاه‌ها در بسیاری از کشورها نشان‌دهنده برتری نسبی این روش نسبت به سایر روش‌ها در جهت پیش‌بینی زلزله به شمار می‌رود.

بر این اساس سازمان زمین‌شناسی در این زمینه بسیار فعال بوده و با نصب دو ایستگاه پیش‌نشانگر در بلندی‌های "توچال" و بلندی‌های حصارک در واحد علوم و تحقیقات به ثبت و بررسی تغییرات امواج الکترومغناطیسی زمین پرداخته است.

ایستگاه پیش‌نشانگر حصارک در بلندی‌های دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات راه‌اندازی شده است.

محوطه ایستگاه پیش‌نشانگر حصارک واقع در دانشگاه واحد علوم و تحقیقات

دکتر علیرضا شهیدی، رئیس سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی در این بازدید با اشاره به راه‌اندازی ایستگاه پیش‌نشانگر در منطقه توچال تهران، گفت: در سال ۱۳۸۹ این ایستگاه به صورت پایلوت راه‌اندازی شد و با دریافت نتایج امیدبخش اقدام به راه‌اندازی و توسعه چنین ایستگاهی در بلندی‌های حصارک کردیم.

وی با بیان اینکه ساخت این ایستگاه از سال ۱۳۹۰ آغاز شده است، یادآور می‌شود که از سال ۱۳۹۲ این ایستگاه عملیاتی شد، ولی یکی دو سال رها شد، به گونه‌ای که کابل‌های این ایستگاه و برخی دستگاه‌های آن ربوده شد و از سال گذشته مجدداً اقدام به بازسازی این ایستگاه کردیم و امیدواریم از سال جاری به بهره‌برداری کامل برسد.

پدیده کابل دزدی در ایستگاه پیش‌نشانگر

اینکه آیا با استفاده از داده‌های این ایستگاه می‌توان به پیش‌بینی زلزله رسید، موضوعی بود که در این بازدید به آن پرداخته شد. ولی دکتر شهیدی با تاکید بر اینکه هیچ کشوری تاکنون موفق به پیش‌بینی زلزله نشده است، می‌افزاید: اکثر پیش‌بینی‌هایی که بر اساس مطالعات پیش نشانگرهای زلزله صورت گرفته، در حد چند ثانیه قبل از وقوع زمین لرزه است، ولی مطالعات در این زمینه ادامه دارد و سازمان زمین شناسی نیز در این حوزه وارد شده است.

رئیس سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی به برخی از تلاش‌های این سازمان برای کسب اطلاعات بیشتر از گسل‌های کشور اشاره کرد و گفت: بزرگترین ترانشه دنیا را در گسل "اتوبان کرج و همت" احداث کردیم و نقشه‌های ترانشه‌هایی که بر روی گسل‌های فعال کشور ایجاد شده، نشان می‌دهد که این ترانشه‌ها پوشش مناسبی برای مطالعات ما بر روی گسل‌های کل کشور ایجاد خواهد کرد.

تجهیزات بومی نصب شده در ایستگاه حصارک

به گفته رئیس سازمان زمین‌شناسی، کلیه دستگاه‌های نصب شده در ایستگاه‌های پیش نشانگر از سوی محققان این سازمان طراحی و ساخته شده است.

مبنای علمی سیستم پیش‌نشانگر الکترومغناطیسی، جریان‌های الکتریکی درون سنگ‌ها در پوسته زمین است.

با توجه به شواهد موجود علمی، قبل از وقوع زمین‌لرزه، اصواتی به سطح زمین می‌رسد. دستگاه ثبت داده‌های الکترومغناطیس تمامی حرکات لرزه‌ای در راستای افقی را با حساسیت بالا دریافت می‌کند، ضمن آنکه امواج صوتی نیز قابل دریافت است. محدوده فرکانسی صوتی قابل دریافت ۰.۱ هرتز تا یک کیلو هرتز است.

این دستگاه در بالای چاه بر روی زمین نصب شده و برای کاهش تأثیر صداهای محیط، دیواره‌های اتاقک محل نصب با یونولیت پوشیده شده است.

دستگاه اصلی تقویت‌کننده و دیجیتایزر امواج الکترومغناطیس این ایستگاه نیز شامل واحدهای مختلف بوده و تقویت آنالوگ احساس کننده‌ها، تبدیل موج آنالوگ به دیجیتال امواج، ارسال موج دیجیتالی ۴ کانال اطلاعاتی به صورت سریال، دریافت فرامین از طریق پورت سریال و فرمان‌دهی به دستگاه‌های جانبی و مانیتورینگ امواج خروجی از دستگاه و فرامین ورودی را بر عهده دارد.

دستگاه اصلی (Main Device)، تغییرات ولتاژ حسگرهای الکترومغناطیسی و صوتی را ابتدا تقویت کرده و سپس دیجیتایز کرده و به صورت سریال به فرستنده ارسال می‌کند. از طرف دیگر فرامین ارسالی از مرکز را به صورت سریال دریافت و اجرا می‌کند.

تونل ایستگاه پیش‌نشانگر حصارک که در انتهای آن چاهی به عمق ۱۰ متر برای نصب دستگاه پیش‌نشانگر حفر شده است

سیستم پیش‌نشانگر نصب شده در این ایستگاه شامل تونل ۵۰ متری و چاهی به عمق ۱۰ متر است و دستگاه ثبت داده‌های الکترومغناطیس در درون این چاه قرار گرفته که با ارسال اطلاعات به مرکز پردازش داده‌ها، رفتار گسل مورد نظر (شمال تهران) را مورد بررسی قرار می‌دهد.

چاهی به عمق ۱۰ متر و نصب دستگاه پیش‌نشانگر در آن

زلزله‌هایی که پیش‌بینی شد

با نصب سنسورهای ایستگاه پیش‌نشانگر، ایستگاه حصارک کار خود را در فاز مطالعات اولیه آغاز کرده و این محققان توانستند با داده‌های به دست آمده از تغییرات امواج الکترومغناطیسی، قبل از وقوع زلزله اصلی، زمین‌لرزه سمنان در ۵ شهریور سال ۱۳۸۹ را پیش‌بینی کنند. به گفته آنها این امواج الکترومغناطیسی که از چند ساعت قبل از زلزله شروع شده و تا چند ساعت بعد از آن نیز ادامه داشته است را می‌توان به عنوان امواج پیش‌نشانگر در نظر گرفت.

دکتر کورش لطیفی، رئیس گروه لرزه زمین‌ساخت سازمان زمین‌شناسی، این ایستگاه را یک ایستگاه چند منظوره پیش‌نشانگر زمین‌لرزه دانست که شامل پیش نشانگرهای لرزه‌ای، الکترومغناطیسی و رادون خشک است و گفت: سنسورهای الکترومغناطیس این ایستگاه در سازمان زمین‌شناسی طراحی و ساخته شده و سنسورهای رادون خشک نیز خریداری نشده، ولی اتاقک آن ساخته شده است.

لطیفی اظهار کرد: سنسورهای الکترومغناطیس ساخته شده قادر به دریافت امواج تا ۱۰۰ هرتز است و "گین" آن ۴۵ هزار است، به این معنا که امواج را تا ۴۵ هزار برابر می‌کند. این سنسورها در عمق چاه نصب شده است. از آنجایی که امواج مورد نظر از زمانی که از زمین ساطع می‌شود تا به دستگاه برسد، متأثر از سایر امواج خواهد بود؛ از این رو با غلاف‌هایی سعی شد که سایر امواج کمتر بر سنسورها اثرگذار باشد.

به گفته وی، به منظور عملکرد بهتر سنسور رادون، در اتاقک آن هیچ مصالح بنایی به کار نرفته است.

لطیفی با بیان اینکه در ایستگاه پیش‌نشانگر به دلیل استفاده از فلز در ساخت آن امکان استفاده از سنسورهای مغناطیسی نبود، خاطر نشان کرد: از این رو از سنسورهای الکترو مغناطیس استفاده شد و با استفاده از آن می‌توانیم امواجی که از کانون زمین‌لرزه به سطح زمین منتشر می‌شود را پایش کنیم. این سنسورها قادر به ثبت داده‌های مربوط به امواج الکترومغناطیس است.

رئیس گروه لرزه زمین‌ساخت سازمان زمین‌شناسی تاکید کرد: طی چند سال اخیر با استفاده از تجهیزات ایستگاه لرزه‌نگاری "توچال" توانستیم پیش‌نشانگرهای دو زلزله "جواد آباد" در اطراف تهران و زلزله "شمال سمنان" را ثبت کنیم. زلزله سمنان ۲۷۸ کیلومتر از تهران فاصله دارد، ولی ما از یک ساعت قبل از زلزله اصلی امواج این زلزله را دریافت کردیم. امواج این زمین‌لرزه امواجی ضعیف، ولی قابل شناسایی بود.

به گفته وی در تجربه ثبت زمین‌لرزه سمنان توسط محققان سازمان زمین‌شناسی، ابتدا امواج این زلزله دریافت و پس از مدتی قطع شد و بعد از مدتی زلزله اصلی رخ داد، ضمن آنکه این محققان امواج پس‌لرزه‌های این زمین‌لرزه را دریافت کردند.

بهروز امینی نیز از محققان ایستگاه لرزه‌نگاری حصارک و مسئول و طراح اولیه پروژه ساخت سیستم ثبت پیش‌نشانگرهای الکترومغناطیسی زمین‌لرزه با بیان اینکه در سال ۱۳۸۹ با استفاده از دستگاه‌های خاصی مطالعات مکان‌یابی برای احداث این ایستگاه انجام شد، گفت: در فرآیند مکان‌یابی میزان امواج الکترومغناطیس را اندازه‌گیری کردیم و در نهایت تپه‌های واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد بهترین مکان برای احداث این ایستگاه شناخته شد و تاکنون کیفیت خود را حفظ کرده است.

وی علت کیفیت بالای این تپه را جلوگیری از نفوذ امواج الکترومغناطیس ساطع‌شده از سطح شهر دانست و ادامه داد: علاوه بر آن این منطقه بر روی گسل شمال تهران است، به گونه‌ای که ورودی واحد علوم و تحقیقات بر روی این گسل قرار دارد.

امینی در عین حال یادآور شد: با همه مطالعات موج‌سنجی که برای راه‌اندازی این ایستگاه انجام شد، امواج الکترومغناطیس موجود در این منطقه ۱۵۰۰ برابر بیشتر از حد استاندارد کار در این ایستگاه‌ها است؛ از این رو تونلی به طول ۵۰ متر را حفر و در داخل آن چاهی به عمق ۱۰ متر حفر کردیم. اگر این تونل حفر نمی‌شد، باید چاهی به عمق ۵۰ متر حفر می‌شد. حفر این تونل و چاه موجب شده که تأثیر شدت امواج جوی بر روی سنسورهای این ایستگاه ۱۵۰۰ برابر کاهش یابد و قادر به دریافت امواجی هستیم که از زمین ساطع می‌شود.

به گفته وی، در زمان رعد و برق و یا عبور هواپیما و یا ایجاد شوک‌های الکتریکی خاصی عملکرد سنسورها مختل می‌شود، ولی این محققان با الگوهای فرکانسی که به دست آورده‌اند، اپراتور می‌تواند تشخیص دهد که امواج ثبت شده ناشی از رعد و برق است و یا در ارتباط با امواج پیش‌نشانگر است.

وی با بیان اینکه امکان انتقال داده‌های این ایستگاه به سازمان وجود دارد، در این باره توضیح داد: برای این منظور دکلی در این ایسنگاه نصب کردیم که فاصله این دکل تا سازمان زمین‌شناسی ۱۵ کیلومتر هوایی است و داده‌ها از این طریق به فرستنده نصب شده در سازمان ارسال خواهد شد.

مسئول و طراح اولیه پروژه ساخت سیستم ثبت پیش‌نشانگرهای الکترومغناطیسی زمین‌لرزه با بیان اینکه سنسورهای دستگاه مورد نظر در تله‌کابین توچال نصب شده‌اند، گفت: داده‌ها توسط فرستنده‌ها به سازمان زمین‌شناسی کشور ارسال و توسط گیرنده‌های مخصوص دریافت می‌شوند که بدین ترتیب کارشناسان قادر به ثبت و جمع‌آوری اطلاعات و بررسی دقیق آنها در زمان مقرر هستند.

وی با بیان اینکه محل سایت تله‌کابین توچال به شکلی انتخاب شد که از امواج ناخواسته شهری به دور باشد، گفت: این دستگاه در شمال تهران و در محل تلاقی دو گسل "شمال تهران" و "امامزاده داوود" قرار گرفته است.

سازنده این دستگاه در خصوص نحوه عملکرد این دستگاه، یاد آور شد: این دستگاه پس از ساخت در شرایط گوناگون از جمله در زیر آب در سد کرج و تونل‌های مختلف مورد آزمایش قرار گرفت تا اینکه عملکرد دستگاه و فرکانس‌های مورد نیاز برای ساخت تجهیزات الکترونیکی دستگاه توسط کارشناسان به دست آید، به نحوی که دستگاه حتی‌الامکان از امواج ناخواسته شهری به دور باشد و آنها را کنترل کند که بر همین اساس دستگاه در چاهی به عمق ۳۰ متری زمین برای دور ماندن از امواج جوی قرار داده شده و در نهایت دستگاه مورد نظر امواج را با فرکانس بسیار کم از یکصدم هرتز تا حدود ۵ کیلو هرتز دریافت می‌کند.

نمایی از گسل فعال شمال تهران

به قصد بازدید از چاه ۱۰ متری، ابتدا وارد تونلی شدیم و در انتهای این تونل تاریک که کابل‌های روشنایی آن ربوده شده بود، به دیواری رسیدیم که با یونیت شیشه‌ای پوشانده شده بود. این دیوار رنگی حاکی از گسل فعال و لرزان شمال تهران است که در حفر این تونل به آن رسیده بودند.

نمایی از گسل شمال تهران که در انتهای تونل ایستگاه پیش‌نشانگر حصارک به آن رسیدند

گسل شمال تهران بزرگ‌ترین گسل شهر است که در جنوب دامنه رشته‌کوه البرز و در شمال شهر تهران قرار دارد. این گسل از لشکرک و سوهانک آغاز شده و تا فرحزاد و حصارک و از آن‌جا به سمت غرب امتداد یافته است. این گسل در مسیر خود، نیاوران، تجریش، زعفرانیه، الهیه و فرمانیه و سعادت‌آباد را در برمی‌گیرد.