خلاصه درس فصل ۴ زمین‌شناسی یازدهم؛ درسنامه و نکات مهم

زمینِ آرام، ورقه‌های متحرک

وقتی به کوه یا دشت نگاه می‌کنی، شاید به نظرت برسد همیشه همین‌جا و به همین شکل بوده است؛ اما آرام به نظر رسیدن زمین، به معنی بی‌حرکت بودن آن نیست.

سنگ‌کره یک پوستۀ یک‌تکه و پیوسته نیست؛ از قطعات بزرگی به نام ورقه ساخته شده است. این ورقه‌ها نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند، ولی جابه‌جایی آنها معمولاً فقط چند سانتی‌متر در سال است؛ آن‌قدر کم که در زندگی روزمره متوجهش نمی‌شویم.

برای تصورش، رشد ناخن را در نظر بگیر: با نگاه‌کردن به ناخنت حرکت یا رشدی نمی‌بینی، اما پس از مدتی تغییرش آشکار می‌شود. حرکت ورقه‌ها هم آهسته است، ولی وقتی در میلیون‌ها سال ادامه پیدا کند، جای قاره‌ها و شکل دریاها و کوه‌ها را تغییر می‌دهد.

پس برای شناخت گذشتهٔ زمین باید حرکت بسیار آهسته را در زمانی بسیار طولانی در نظر بگیریم.

جنینی؛ آغاز یک شکاف

داستان پیدایش یک اقیانوس می‌تواند از درون یک قاره آغاز شود؛ جایی که هنوز اقیانوسی وجود ندارد! این آغاز را مرحلۀ جنینی می‌نامیم.

جریان‌های همرفتی در سست‌کره، پوستۀ قاره‌ای را گرم می‌کنند و باعث کشیده‌شدن آن می‌شوند. برای تصور این اتفاق، تکه‌ای خمیر را در نظر بگیر که از دو طرف می‌کشی؛ با ادامۀ کشش، بخش میانی نازک‌تر می‌شود و ممکن است از هم باز شود. البته پوستۀ زمین خمیر نیست؛ این مثال فقط به تجسم اثر کشش کمک می‌کند.

با ادامۀ کشش، پوستۀ قاره‌ای می‌شکند و شکاف قاره‌ای یا ریفت پدید می‌آید. ریفت شرق آفریقا نمونۀ این مرحله است. مرحلۀ جنینی با صعود مواد بازالتی پایان می‌پذیرد؛ پس ایجاد شکاف را نباید با تشکیل یک اقیانوس پهن یکی دانست.

مسیر این مرحله را به خاطر بسپار: گرم‌شدن ← کشیده‌شدن ← شکستگی و پیدایش ریفت ← صعود مواد بازالتی.

جوانی و بلوغ؛ اقیانوس باز می‌شود

شکاف قاره‌ای ایجاد شده؛ حالا چطور یک اقیانوس شکل می‌گیرد؟ مواد مذاب سست‌کره در محل شکاف بالا می‌آیند و با سردشدن، پوستۀ جدید اقیانوسی می‌سازند. در محل بالاآمدن این مواد، پشته‌های میان‌اقیانوسی تشکیل می‌شوند. پوستۀ تازه به دو طرف حرکت می‌کند و حوضۀ اقیانوسی کم‌عرضی پدید می‌آید: این مرحلۀ جوانی است. دریای سرخ، با دورشدن عربستان از آفریقا، نمونۀ امروزی آن است.

اگر ساخت پوستۀ جدید و گسترش بستر اقیانوس ادامه پیدا کند، قاره‌های دو طرف از هم دورتر و اقیانوس پهن‌تر می‌شود. این مرحلۀ بلوغ است؛ مانند اقیانوس اطلس که گسترش آن با دورشدن آمریکای جنوبی از آفریقا همراه است. فوران‌های خطی در امتداد پشته‌های میان‌اقیانوسی نیز ادامه دارند.

برای تصور این فرایند، دو نوار کاغذی را کنار هم بگذار و از هم دور کن؛ هم‌زمان فضای میانشان را با کاغذ تازه پر کن. نکته همین است: بستر اقیانوس فقط کش نمی‌آید؛ پوستۀ تازه ساخته می‌شود.

افول؛ آغاز بسته‌شدن اقیانوس

اقیانوس همیشه پهن‌تر نمی‌شود! در مرحلۀ افول، ورقۀ اقیانوسی در حاشیۀ حوضه به زیر ورقه‌ای دیگر فرو می‌رود؛ به این فرایند فرورانش می‌گوییم. اقیانوس آرام نمونۀ این مرحله است.

برای تصور حرکت ورقه‌ها، دو تکه مقوا را روی میز به هم نزدیک کن و لبۀ یکی را زیر دیگری ببر. این فقط مدلی ساده برای جهت حرکت است؛ ورقه‌های واقعی در زمان‌های بسیار طولانی جابه‌جا می‌شوند.

در محل فرورانش، درازگودال اقیانوسی شکل می‌گیرد. نوع ورقۀ بالایی هم مهم است:

• اگر ورقۀ اقیانوسی زیر ورقۀ اقیانوسی دیگر برود، جزایر قوسی پدید می‌آیند.
• اگر ورقۀ اقیانوسی زیر ورقۀ قاره‌ای برود، کمان آتشفشانی تشکیل می‌شود.

پس نشانۀ اصلی افول، فقط بزرگ‌بودن اقیانوس نیست؛ فرورانش در حاشیه‌ها و آغاز بسته‌شدن حوضۀ اقیانوسی است.

پایانی و زمین‌درز؛ از دریا تا کوه

آیا اقیانوسِ در حال بسته‌شدن، یک‌باره به کوه تبدیل می‌شود؟ نه؛ باید دو مرحلۀ آخر را از هم جدا کنیم.

در مرحلۀ پایانی، بسته‌شدن حوضۀ اقیانوسی ادامه دارد؛ قاره‌های دو طرف به هم نزدیک‌تر می‌شوند و حوضه کوچک‌تر می‌شود. رشته‌کوه‌ها در حال شکل‌گیری‌اند و فعالیت‌های آذرین درونی و بیرونی نیز مانند مرحلۀ افول ادامه دارند. دریای مدیترانه نمونۀ این وضعیت است؛ هنوز حوضه‌ای دریایی میان خشکی‌ها وجود دارد.

در مرحلۀ زمین‌درز، اقیانوس بسته شده و قاره‌ها به هم برخورد می‌کنند. رسوبات میان آنها فشرده می‌شوند و رشته‌کوه پدید می‌آید؛ شبیه پارچه‌ای که با نزدیک‌کردن دو دست از دو طرف، جمع و چین‌خورده می‌شود. هیمالیا حاصل برخورد هندوستان با آسیا و زاگرس حاصل برخورد عربستان با ایران است.

پس نشانۀ تمایز این دو مرحله را به خاطر بسپار: حوضۀ کوچکِ باقی‌مانده در مرحلۀ پایانی، در برابر بسته‌شدن اقیانوس و برخورد قاره‌ها در زمین‌درز. البته کوه‌زایی فقط به زمین‌درز محدود نیست؛ مراحل افول، پایانی و زمین‌درز همگی در مجموعۀ مراحل کوه‌زایی قرار می‌گیرند.

تنش و واکنش سنگ

چطور یک لایهٔ سنگ خم می‌شود، اما لایه‌ای دیگر می‌شکند؟ برای پاسخ، باید هم تنش را بشناسیم و هم رفتار سنگ را.

نیروهای ناشی از حرکت ورقه‌های سنگ‌کره به سنگ‌ها فشار می‌آورند، آن‌ها را می‌کشند یا باعث برش می‌شوند. نیروی وارد بر واحد سطح درون سنگ را تنش می‌نامیم:

$\text{تنش}=\frac{F}{A}$

در این رابطه، $F$ نیرو با واحد $\mathrm{N}$ و $A$ مساحت با واحد $\mathrm{m^2}$ است. پس با نیروی یکسان، هرچه سطح کوچک‌تر باشد، تنش بیشتر می‌شود؛ شبیه بند باریک کیف که با همان وزن، شانه را بیشتر از بند پهن می‌فشارد.

واکنش سنگ به تنش می‌تواند متفاوت باشد:

• کشسان یا الاستیک: تغییر شکل می‌دهد، اما با برداشتن تنش به حالت اول برمی‌گردد؛ مثل کشی که پس از رهاکردن جمع می‌شود.
• خمیرسان یا پلاستیک: پس از برداشتن تنش، کاملاً به حالت اول برنمی‌گردد؛ مانند خمیرِ شکل‌داده‌شده.
• شکننده: اگر تنش ناگهانی از مقاومت سنگ بیشتر شود، سنگ می‌شکند.

مقاومت سنگ بیشترین تنش یا ترکیبی از تنش‌هاست که سنگ بدون شکستن تحمل می‌کند؛ بنابراین تغییر شکل همیشه به معنی شکستن نیست.

نشانی لایه: امتداد و شیب

فرض کن یک کتاب را کج روی میز نگه داشته‌ای. برای توصیف وضعیت آن، فقط گفتن «کج است» کافی نیست؛ باید جهت قرارگیری و میزان کجی آن را هم مشخص کنی. زمین‌شناس هم برای نشانی‌دادن یک لایه از امتداد و شیب استفاده می‌کند.

امتداد، خط برخورد سطح لایه با یک سطح افقیِ فرضی است و با جهت جغرافیایی بیان می‌شود. مثلاً $\mathrm{N30^\circ W}$ یعنی امتداد لایه از شمال، به‌اندازهٔ $30^\circ$ به‌سوی غرب انحراف دارد؛ این عدد، زاویهٔ کجی لایه نیست.

شیب، زاویهٔ سطح لایه با سطح افق است. برای کامل‌کردن نشانی، جهت پایین‌رفتن لایه را هم می‌گوییم. مثلاً $50^\circ\,\mathrm{SW}$ یعنی لایه با زاویهٔ $50^\circ$ به‌سمت جنوب‌غرب پایین می‌رود.

لایهٔ افقی شیب $0^\circ$ و لایهٔ قائم شیب $90^\circ$ دارد. پس امتداد، جهت خط برخورد با افق را نشان می‌دهد؛ شیب، میزان کجی و جهت پایین‌رفتن را.

شکستگی با جابه‌جایی یا بدون آن

فرض کن در دیوار سنگی کنار جاده، شکافی می‌بینی. آیا همین شکاف برای تشخیص گسل کافی است؟ نه؛ باید ببینی سنگ‌های دو سوی شکستگی نسبت به هم جابه‌جا شده‌اند یا نه.

• درزه: شکستگی رخ داده، اما دو طرف آن نسبت به هم جابه‌جا نشده‌اند.
• گسل: شکستگی با جابه‌جایی نسبی دو طرف همراه بوده است.

مثلاً اگر یک لایهٔ مشخص را در دو سوی شکاف دنبال کنی و ببینی دو بخش آن نسبت به هم جابه‌جا شده‌اند، نشانه‌ای از گسل یافته‌ای؛ صرف دیدن ترک کافی نیست.

در گسل، سطحی که شکستگی و جابه‌جایی روی آن رخ می‌دهد، سطح گسل نام دارد. این سطح می‌تواند افقی، قائم یا مایل باشد. اگر مایل باشد، سنگ‌های بالای سطح گسل، فرادیواره و سنگ‌های زیر آن، فرودیواره نام دارند.

برای به‌خاطرسپردن، سطح مایل گسل را مثل سقف یک فضای فرضی تصور کن: سنگ بالای این سقف، فرادیواره است. این نام‌گذاری به جای سنگ نسبت به سطح گسل بستگی دارد، نه به جهت حرکت آن.

حرکت گسل‌ها و پستی‌وبلندی زمین

برای تشخیص نوع گسل، حرکت دو طرف را نسبت به هم بررسی کن؛ لازم نیست یکی از آن‌ها ثابت باشد.

• گسل عادی: تنش کششی باعث دورشدن بخش‌های پوسته از هم می‌شود. در این گسل، فرادیواره نسبت به فرودیواره پایین می‌رود.
• گسل معکوس: تنش فشاری بخش‌های پوسته را به هم نزدیک می‌کند. در این حالت، فرادیواره نسبت به فرودیواره بالا می‌رود.
• گسل امتدادلغز: تنش برشی باعث می‌شود دو سوی شکستگی در راستای افقی از کنار هم بلغزند؛ شبیه دو کتاب کنار هم که یکی را به جلو و دیگری را به عقب می‌کشی.

در گسل‌های عادی و معکوس، سطح گسل مایل است. یادت باشد فرادیواره را از جای آن بالای سطح گسل می‌شناسیم، نه از جهت حرکتش؛ پس فرادیواره می‌تواند پایین برود!

کشش پوسته گاهی چند گسل عادی ایجاد می‌کند. در میان این گسل‌ها، بخش پایین‌افتاده فروزمین یا گرابن و بخش بالاآمده نسبت به اطراف فرازَمین یا هورست نام دارد. بنابراین، کشش هم می‌تواند پستی‌وبلندی بسازد.

چین‌ها؛ خمیدگی و سن لایه‌ها

اگر دو سر یک دسته پارچهٔ چندلایه را به‌آرامی به هم نزدیک کنی، لایه‌ها خم می‌شوند. این تصویر به فهم چین‌خوردگی کمک می‌کند: تنش فشاری، همراه با رفتار خمیرسان سنگ، می‌تواند لایه‌ها را به‌تدریج خم کند.

برای توصیف چین، سه جزء را بشناس:

• سطح محوری: سطحی فرضی که از همهٔ لایه‌های چین می‌گذرد و تا جای ممکن آن را به دو بخش متقارن تقسیم می‌کند.
• پهلو یا یال: هر یک از دو بخشِ طرفین سطح محوری.
• محور چین: خط برخورد سطح محوری با سطح یک لایه.

برای تشخیص تاقدیس و ناودیس، فقط به ظاهر قوسی یا کاسه‌ای تکیه نکن؛ سن لایه‌ها راهنمای اصلی است:

• تاقدیس: لایه‌های مرکز قدیمی‌تر و لایه‌های حاشیه جوان‌ترند.
• ناودیس: لایه‌های مرکز جوان‌تر و لایه‌های حاشیه قدیمی‌ترند.

مثلاً اگر در مرکز یک چین، جوان‌ترین لایه را پیدا کنی، نشانهٔ ناودیس است.

در چین تک‌شیب، فعالیت گسل عادی یا معکوس باعث می‌شود بخشی از لایه‌های رسوبی از حالت افقی خارج شود و بالاتر یا پایین‌تر از سطح اصلی قرار بگیرد.

از خاکستر تا گدازه و گاز

آیا بیرون‌نیامدن گدازه یعنی آتش‌فشان دیگر فعالیتی ندارد؟ نه؛ خروج گاز و بخار می‌تواند سال‌ها، حتی قرن‌ها، ادامه پیدا کند. دماوند و تفتان اکنون چنین فعالیتی دارند که مرحلۀ فومرولی نامیده می‌شود.

مواد خروجی آتش‌فشان سه گروه‌اند:

• تفرا: ذرات جامدی که به هوا پرتاب می‌شوند؛ از خاکستر ریز تا قطعات درشت. خاکستر کوچک‌تر از $2$ میلی‌متر، لاپیلی بین $2$ تا $32$ میلی‌متر و بلوک و بمب بزرگ‌تر از $32$ میلی‌مترند. به‌هم‌چسبیدن و سخت‌شدن تفراها، سنگ‌های آذرآواری می‌سازد.
• گدازه یا لاوا: مادۀ مذابی که به سطح زمین رسیده است.
• گاز و بخار: شامل بخار آب و گازهایی مانند کربن دی‌اکسید و گازهای گوگردی.

اما چرا بعضی گدازه‌ها راحت‌تر جاری می‌شوند؟ گرانروی یعنی مقاومت در برابر جاری‌شدن؛ عسل نسبت به آب گرانروی بیشتری دارد. سیلیس بیشتر، گرانروی مذاب را افزایش می‌دهد و تجمع گازها در چنین مذابی می‌تواند به انفجار بینجامد. در مقابل، گدازۀ کم‌سیلیس روان‌تر است، بیشتر پخش می‌شود و مخروطی با شیب و ارتفاع کمتر می‌سازد.

چهرۀ سازندۀ آتش‌فشان‌ها

آتش‌فشان فقط عامل ویرانی نیست؛ فعالیت آن در ساختن محیط زندگی ما هم نقش داشته است. مواد بیرون‌آمده از آتش‌فشان مانند نمونه‌هایی از درون زمین‌اند و به شناخت پوسته و گوشتۀ بالایی کمک می‌کنند.

در گذشتۀ زمین، خروج گازها از درون زمین به تشکیل هواکره کمک کرد. بخشی از گازهای خروجی نیز با یکدیگر ترکیب شدند و آب پدید آوردند؛ این آب در فرورفتگی‌ها جمع شد و در تشکیل آب‌کره نقش داشت.

خاکستر و گدازه هم می‌توانند مادۀ اولیهٔ خاک حاصلخیز باشند؛ مثلاً برخی مزارع قهوۀ جاوه روی خاک‌های حاصل از خاکستر آتش‌فشانی قرار دارند. در کف اقیانوس‌ها نیز خروج آرام مواد مذابِ معمولاً بازالتی، پوستۀ جدید اقیانوسی می‌سازد. تشکیل بعضی رگه‌های طلا، نقره و مس هم با فعالیت آتش‌فشانی ارتباط دارد.

فایدۀ دیگر، گرمای درون زمین است: آب درون پوسته گرم می‌شود و از شکاف‌ها به شکل چشمه‌های آب‌گرم بیرون می‌آید. از این گرما برای تأمین انرژی هم استفاده می‌کنند؛ نیروگاه زمین‌گرمایی نزدیک سبلان نمونه‌ای ایرانی است. پس سود آتش‌فشان‌ها فقط به مواد خروجی محدود نیست؛ گرمای آن‌ها نیز ارزشمند است.

انرژی چگونه زمین را می‌لرزاند؟

یک خط‌کش پلاستیکی انعطاف‌پذیر را تصور کن: وقتی کمی خم می‌شود، انرژی در آن ذخیره می‌شود و با رهاشدن، به حرکت درمی‌آید. سنگ‌ها هم در برابر نیرو، تا حدی رفتار کشسان یا الاستیک دارند؛ یعنی می‌توانند تغییر شکل دهند و انرژی ذخیره کنند.

حرکت ورقه‌های سنگ‌کره به سنگ‌ها نیرو وارد می‌کند. اگر تنش از مقاومت سنگ بیشتر شود، سنگ می‌شکند و بخشی از انرژی ذخیره‌شده، ناگهان به شکل امواج لرزه‌ای به اطراف می‌رود؛ زمین می‌لرزد!

اما برای هر زمین‌لرزه لازم نیست شکستگی تازه‌ای ایجاد شود. گاهی حرکت ناگهانی در امتداد شکستگی‌های قدیمی، انرژی را آزاد می‌کند.

حالا پراکندگی زمین‌لرزه‌ها هم معنا پیدا می‌کند: بیشتر آن‌ها در حاشیۀ ورقه‌ها رخ می‌دهند، چون نیروهای ناشی از حرکت ورقه‌ها در این نواحی به سنگ‌ها وارد می‌شود. ایران نیز در کمربند لرزه‌خیز آلپ ــ هیمالیا قرار دارد؛ بنابراین شناخت خطر زمین‌لرزه برای ما اهمیت زیادی دارد.

کانون و مرکز سطحی

وقتی در خبرها محل یک زمین‌لرزه را روی نقشه نشان می‌دهند، آیا آن نقطه همان جایی است که انرژی درون زمین آزاد شده است؟ برای پاسخ، دو جای متفاوت را بشناسیم:

• کانون درون زمین قرار دارد؛ انرژی ذخیره‌شده از آنجا آزاد می‌شود. با اینکه امواج در بخشی از صفحۀ گسل تولید می‌شوند، برای ساده‌ترشدن مطالعه، خاستگاه آن‌ها را یک نقطه در نظر می‌گیریم.
• مرکز سطحی یا رومرکز روی سطح زمین، درست بالای کانون است و از میان نقاط سطح زمین، کمترین فاصله را با آن دارد.

برای تجسم، نقطه‌ای را داخل یک کیک تصور کن. اگر از آن نقطه خطی عمودی به طرف روی کیک بکشی، محل رسیدن خط به سطح، مانند مرکز سطحی است؛ نقطۀ داخل کیک هم مانند کانون است.

کانون اغلب زمین‌لرزه‌ها در عمق کمتر از $70\ \text{کیلومتر}$ قرار دارد. پس یادت باشد: مرکز سطحی، محل آزادشدن انرژی درون زمین نیست؛ جای آن را روی سطح مشخص می‌کند.

امواج، پیام‌آور درون زمین

چطور می‌توان از موادی خبر گرفت که نمی‌توانیم مستقیماً به آن‌ها دسترسی پیدا کنیم؟ یکی از راه‌ها، بررسی سرعت امواج لرزه‌ای است؛ این امواج از درون زمین برای ما خبر می‌آورند.

امواج لرزه‌ای از نوع مکانیکی هستند؛ یعنی برای انتشار به محیط مادی نیاز دارند. برای تصور این موضوع، به لرزشی فکر کن که با تکان‌دادن یک سر طناب، در طول آن پیش می‌رود؛ طناب محیط انتقال موج است. در زمین هم مواد تشکیل‌دهندۀ آن، محیط انتشار امواج‌اند.

سرعت امواج لرزه‌ای در همۀ بخش‌های زمین یکسان نیست. در توضیح این درس، هرچه سنگ‌ها متراکم‌تر باشند، امواج سریع‌تر از آن‌ها عبور می‌کنند. پس زمین‌شناسان با بررسی تغییر سرعت امواج، دربارۀ تفاوت تراکم مواد درونی زمین اطلاعات به دست می‌آورند.

نکتۀ کلیدی: موج فقط نشانۀ وقوع زمین‌لرزه نیست؛ وسیله‌ای برای شناخت درون زمین هم هست.

موج‌ها؛ پیام‌آوران درون زمین

چطور می‌توانیم از درون زمین خبر بگیریم، وقتی نمی‌توانیم تا اعماق آن پیش برویم؟ یکی از راه‌ها، بررسی حرکت امواج لرزه‌ای است.

این امواج از نوع مکانیکی هستند؛ یعنی برای انتشار به محیط مادی نیاز دارند. برای تصورش، به موجی فکر کن که با تکان‌دادن یک سر طناب ایجاد می‌کنی: حرکت در طول طناب پیش می‌رود و خودِ طناب محیط انتقال موج است. امواج لرزه‌ای هم برای پیش‌رفتن به ماده نیاز دارند و در خلأ منتشر نمی‌شوند.

سرعت این امواج در همهٔ محیط‌ها یکسان نیست. در توضیح کتاب، هرچه سنگ‌ها متراکم‌تر باشند، امواج سریع‌تر حرکت می‌کنند. پس تغییر سرعت فقط یک تفاوت در حرکت موج نیست؛ سرنخی از تراکم مواد درون زمین است. زمین‌شناسان با بررسی این تغییرها، دربارهٔ بخش‌هایی از زمین اطلاعات به دست می‌آورند که مستقیماً در دسترس نیستند.

دو موج درونی با رفتار متفاوت

فرض کن دو پیام‌رسان هم‌زمان از یک نقطه راه می‌افتند، اما سرعت و مسیرهای قابل‌عبورشان متفاوت است. دو موج درونی زمین‌لرزه هم چنین تفاوتی دارند: هر دو در کانون زمین‌لرزه ایجاد می‌شوند و درون زمین پیش می‌روند، ولی هم‌زمان به لرزه‌نگار نمی‌رسند.

• موج اولیه یا طولی $P$ سریع‌ترین موج لرزه‌ای است؛ بنابراین نخستین موجی است که لرزه‌نگار ثبت می‌کند. این موج می‌تواند از جامد، مایع و گاز عبور کند. در موج طولی، ذرات در راستای انتشار موج رفت‌وبرگشت می‌کنند؛ شبیه حلقه‌های فنری که با فشار و کشش، به هم نزدیک و از هم دور می‌شوند.
• موج ثانویه یا عرضی $S$ کندتر است و پس از موج $P$ ثبت می‌شود. این موج فقط از جامد عبور می‌کند. در موج عرضی، حرکت ذرات عمود بر راستای انتشار موج است؛ مثل طنابی که سر آن را بالا و پایین تکان می‌دهی.

پس برای مقایسهٔ این دو، دو پرسش کلیدی داشته باش: «کدام زودتر می‌رسد؟» و «از چه محیط‌هایی می‌گذرد؟»

امواج سطحی و خسارت بیشتر

تصور کن کف اتاق هم به پهلو تکان بخورد و هم حرکتی چرخشی داشته باشد؛ حفظ تعادل آسان نیست! امواج سطحی هم با حرکت‌دادن زمین، بیشترین خسارت را در نزدیکی محل وقوع زمین‌لرزه ایجاد می‌کنند.

امواج سطحی برخلاف امواج درونی، در کانون تولید نمی‌شوند. آن‌ها از برخورد امواج درونی با مرز میان لایه‌ها و سطح زمین پدید می‌آیند. دو نوع رایجشان، لاو و ریلی، حرکت متفاوتی دارند:

• لاو، $L$: ذرات را به موازات سطح زمین جابه‌جا می‌کند؛ یعنی حرکت آن‌ها افقی است و جابه‌جایی قائم ندارند. این موج پس از موج $S$ ثبت می‌شود.
• ریلی، $R$: ذرات را در مسیری دایره‌ای به حرکت درمی‌آورد؛ شبیه حرکت ذرات آب در امواج دریا، اما با جهت چرخش مخالف. اثر این موج با رفتن از سطح به عمق کاهش می‌یابد.

برای به‌خاطرسپردن تفاوتشان، حرکت لاو را مثل تکان‌دادن یک سینی به چپ و راست تصور کن؛ ریلی علاوه بر حرکت افقی، حرکت بالا و پایین هم دارد.

شدت؛ آنچه در هر محل می‌بینیم

فرض کن پس از یک زمین‌لرزه، در یک شهر دیوارها ترک خورده‌اند، اما در شهری دورتر فقط وسایل آویزان تکان خورده‌اند. این گزارش‌ها از شدت زمین‌لرزه در هر محل خبر می‌دهند؛ یعنی آثار و خرابی‌هایی که همان‌جا مشاهده شده است.

شدت، مقیاسی مشاهده‌ای و توصیفی است؛ برای تعیین آن، به‌جای اندازه‌گیری با دستگاه، آثار زمین‌لرزه بررسی می‌شود. مقیاس مرکالی شدت را از $1$، برای شدت کم، تا $12$، برای ویرانی کامل، توصیف می‌کند.

برای فهم نقش فاصله، «مرکز سطحی» را به یاد بیاور: نقطه‌ای روی سطح زمین که درست بالای کانون قرار دارد. با دورشدن از مرکز سطحی، شدت زمین‌لرزه کاهش می‌یابد. پس یک زمین‌لرزه می‌تواند در محل‌های مختلف، شدت‌های متفاوتی داشته باشد؛ هنگام شنیدن گزارش شدت، باید بپرسیم: در کدام محل؟

بزرگی؛ انرژی و دامنهٔ موج

اگر شدت می‌گوید «در این محل چه خرابی‌ای رخ داده؟»، بزرگی نشان می‌دهد «زمین‌لرزه چه مقدار انرژی آزاد کرده است؟» بزرگی را با کمک اطلاعات دستگاه لرزه‌نگار تعیین می‌کنند؛ بنابراین، بزرگیِ یک زمین‌لرزه در شهرهای مختلف یکسان است، حتی اگر خرابی‌ها متفاوت باشند.

هرچه انرژی آزادشده بیشتر باشد، دامنهٔ نوسان امواج هم بیشتر می‌شود. دامنه را می‌توان معیاری از اندازهٔ نوسان موج دانست؛ مثل تاب‌بازی که هرچه تاب از جایگاه تعادلش بیشتر دور شود، دامنهٔ حرکتش بیشتر است.

در مقیاس ریشتر، افزایش بزرگی به معنی افزایش ساده و جمعی نیست: با افزایش هر $1$ واحد بزرگی، دامنهٔ موج $10$ برابر و انرژی آزادشده $31.6$ برابر می‌شود. این دو ضریب را جابه‌جا نکن! اگر اختلاف بزرگی بیش از یک واحد باشد، این افزایش برای هر واحد دوباره تکرار می‌شود؛ پس حتی اختلافی کوچک در بزرگی می‌تواند بیانگر تفاوت چشمگیر انرژی باشد.

پیش‌نشانگر، نه خبر قطعی

فرض کن سطح آب یک چاه ناگهان تغییر کند. آیا می‌توان گفت فردا حتماً زمین‌لرزه رخ می‌دهد؟ نه؛ دیدن یک نشانه، با پیش‌بینی قطعی فرق دارد.

زمین‌شناسان مناطق لرزه‌خیز را شناسایی کرده‌اند؛ یعنی می‌دانند کدام نواحی بیشتر در معرض زمین‌لرزه‌اند. اما شناخت این مناطق به معنی دانستن زمان دقیق لرزش بعدی نیست. هنوز روش علمی قابل اعتمادی برای پیش‌بینی زمان دقیق وقوع زمین‌لرزه وجود ندارد.

به نشانه‌هایی که برای بررسی احتمال وقوع زمین‌لرزه مطالعه می‌شوند، پیش‌نشانگر می‌گویند. کتاب از تغییر سطح آب زیرزمینی، افزایش گاز رادون در آن، تغییر تعداد زمین‌لرزه‌های کوچک و افزایش هدایت الکتریکی سنگ‌ها نام می‌برد. رفتار غیرعادی حیوانات و «ابر زمین‌لرزه» نیز در فهرست کتاب آمده‌اند؛ اما این موارد به‌تنهایی مبنای علمی قابل اعتمادی برای اعلام وقوع زمین‌لرزه نیستند.

پس اگر خبری دیدی که از روی یک نشانه، ساعت دقیق زمین‌لرزه را اعلام می‌کند، نشانه را با خبر قطعی اشتباه نگیر.

آمادگی پیش از لرزش

فرض کن زمین شروع به لرزیدن کند؛ یک قفسۀ محکم‌شده به دیوار با ظرف‌های سنگین در طبقات پایین، کم‌خطرتر از قفسۀ آزادی است که وسایل سنگین بالای آن چیده شده‌اند. آمادگی یعنی پیش از حادثه، فرصت آسیب‌دیدن را کمتر کنیم.

برای آماده‌کردن خانه، این سه کار را در نظر بگیر:

• خطرها را کم کن: قفسه‌ها را به دیوار و چراغ‌ها و لوسترها را محکم کنید. وسایل سنگین و شکستنی را پایین بگذارید. از بزرگ‌ترها بخواه سیم‌های فرسوده و احتمال نشتی گاز را با کمک فرد متخصص بررسی کنند.
• جای چیزهای مهم را بشناس: محل‌های امن خانه و جای فیوز برق، شیر اصلی گاز و شیر اصلی آب را همراه خانواده پیدا کن؛ شناختن جای آن‌ها با دست‌کاری‌کردنشان فرق دارد.
• وسایل ضروری را آماده کن: بستۀ کمک‌های اولیه، مواد غذایی خشک و چراغ‌قوه را در جای مناسبی قرار دهید که اعضای خانواده آن را بشناسند.

این کارها به دانستن زمان زمین‌لرزه نیاز ندارند؛ می‌توان از همین امروز انجامشان داد.

هنگام لرزش چه کنیم؟

فرض کن در کلاس نشسته‌ای و ناگهان زمین می‌لرزد. شاید اولین فکرت دویدن به‌سوی در باشد؛ اما حرکت شتاب‌زده هنگام لرزش می‌تواند خطر آسیب‌دیدگی را بیشتر کند. به‌جای تلاش برای بیرون‌رفتن، در همان محل، پناه مناسبی پیدا کن.

• داخل ساختمان: زیر یک میز محکم پناه بگیر و از شیشه‌های پنجره فاصله بگیر. برای روشنایی، شمع یا کبریت روشن نکن؛ ممکن است گاز نشت کرده باشد.
• بیرون ساختمان: از دیوارها، ساختمان‌ها، پل‌ها، تیرها و سیم‌های برق فاصله بگیر؛ این‌ها ممکن است سقوط کنند یا آسیب ببینند.
• داخل خودرو: اگر راننده هستی، دور از پل‌ها و ساختمان‌ها در محل مناسب توقف کن؛ اگر سرنشینی، با حفظ آرامش به راننده فرصت توقف بده.

پس «در همان محل پناه گرفتن» یعنی برای خروج عجله نکن، اما از خطرهای نزدیک فاصله بگیر. مثلاً در کلاس، به‌جای دویدن به راهرو، زیر میز محکم و دور از پنجره پناه بگیر.

پایان لرزش، پایان خطر نیست

لرزش تمام شده؛ آیا می‌توان فوراً کنار دیوار ترک‌خورده رفت؟ نه؛ پس‌لرزه‌ها ممکن است بخش‌های آسیب‌دیدهٔ ساختمان، شیشه‌ها یا وسایل ناپایدار را فرو بریزند. پس از جاهای آسیب‌دیده فاصله بگیر و به پیام‌های رسمی و راهنمایی‌های امدادی گوش بده.

خطر دیگر، آتش‌سوزی است. شکستن لولهٔ گاز می‌تواند باعث نشت گاز شود و سیم برق آسیب‌دیده ممکن است جرقه ایجاد کند. مثلاً اگر پس از لرزش در خانه بوی گاز حس کردی، برای روشنایی سراغ کبریت یا شمع نرو و کلید برق را هم نزن. موضوع را به بزرگ‌ترها اطلاع بده؛ اگر دسترسی ایمن باشد، باید شیر اصلی گاز بسته و پنجره‌ها باز شوند و نشتی به مسئولان مربوط گزارش شود.

در صورت آسیب سیم‌های برق یا لوله‌های آب نیز باید برق یا آب از محل اصلی، با رعایت ایمنی قطع شود. به سیم افتاده یا آسیب‌دیده دست نزن. کمک به کودکان و افراد ناتوان هم مهم است، اما اول باید مراقب سلامت خودت باشی تا به فرد دیگری که نیازمند کمک است تبدیل نشوی.

ایمنی از زمان ساخت

ایمنی ساختمان فقط به رفتار ما هنگام لرزش وابسته نیست؛ بخشی از آن از زمان انتخاب زمین و ساخت بنا شکل می‌گیرد. زمین شیب‌دار انتخاب مناسبی برای ساختمان‌سازی نیست. سبک‌بودن ساختمان، به‌ویژه سقف، و شکل متقارن آن نیز به کاهش آسیب کمک می‌کند. همچنین نباید همۀ درها و پنجره‌ها را در یک سمت ساختمان متمرکز کرد.

اجزای ساختمان باید درست به هم متصل باشند. سقف و دیوار اگر اتصال مناسبی نداشته باشند، صرفاً کنار هم قرار گرفته‌اند؛ مثل قطعات یک وسیله که بدون محکم‌کردن اتصال‌ها، یک مجموعۀ پایدار نمی‌سازند. در ساختمان اسکلت فلزی، تیرآهن‌های ضربدری به اتصال چهارچوب‌های داخلی کمک می‌کنند.

کتاب، مصالح را از مناسب‌تر به نامناسب‌تر چنین مرتب می‌کند: چوب، آجر با اسکلت بتنی، آجر بدون اسکلت بتنی و خشت. البته نوع مصالح به‌تنهایی تضمین ایمنی نیست؛ طراحی و اجرای درست هم ضروری‌اند. ساختمان خشتی نباید بیش از یک طبقه باشد و پشت دیوارهای آن باید با حائل تقویت شود. اضافه‌کردن بخش‌های تازه به بنای قبلی نیز می‌تواند ایمنی آن را کاهش دهد.