رسم علماء الزلازل تقريباً كل خط صدع رئيسي على الكوكب، وبنوا شبكات كثيفة من الأجهزة الحساسة، ونمذجوا فيزياء انكسار الصخور لأكثر من قرن كامل. ومع ذلك، لا يستطيع أي عالم في أي مكان اليوم إخبارك باليوم أو الأسبوع أو حتى السنة التي سيضرب فيها زلزال كبير محدد موقعاً معيناً بأي درجة من الموثوقية.
هذه الفجوة بين مدى الفهم العام للزلازل ومدى قلة ما يمكن قوله عن زلزال معين ليست فشلاً في الجهد أو التمويل. إنها تعكس مجموعة من الحدود الفيزيائية الصارمة لما يمكن معرفته عن عملية جوفية فوضوية، وفهم هذه الحدود يفسر لماذا يبقى التنبؤ بعيد المنال بينما تقدم التوقع الاحتمالي والإنذار المبكر بشكل ملموس.
لماذا لم يحل قرن من الجهد مشكلة التنبؤ
جذب التنبؤ بالزلازل اهتماماً علمياً جاداً وممولاً جيداً طوال القرن العشرين، مع برامج بحثية كاملة في الولايات المتحدة واليابان والصين والاتحاد السوفيتي مخصصة تحديداً لإيجاد إشارة نذير موثوقة تتيح للسلطات تحذير السكان قبل وقوع زلزال كبير.
أنتجت عدة من هذه البرامج حماساً حقيقياً في نقاط مختلفة، بما في ذلك نجاح ظاهري معروف على نطاق واسع في الصين عام 1975 حين أخلت السلطات مدينة قبل زلزال كبير، رغم أن التحليل اللاحق أشار إلى أن هذه النتيجة تضمنت حظاً كبيراً إلى جانب مجموعة حقيقية لكن غير موثوقة في النهاية من الملاحظات النذيرة.
فشلت عقود من الأبحاث اللاحقة عبر بلدان متعددة في إنتاج إشارة نذير تعمل باستمرار عبر صدوع ومناطق مختلفة، وتحول الإجماع العلمي تدريجياً من الاعتقاد بأن التنبؤ هدف قابل للتحقيق في المدى القريب إلى استنتاج أنه قد يكون مستحيلاً من حيث المبدأ بالنظر إلى الفيزياء الكامنة.
كيف تبدأ الزلازل فعلياً تحت الأرض
ينقسم غلاف الأرض الخارجي إلى صفائح تكتونية كبيرة تتحرك ببطء بالنسبة لبعضها البعض، وحيث تحتك صفيحتان ببعضهما على طول صدع، يقفل الاحتكاك الصخر في مكانه حتى مع استمرار محاولة الصفائح للتحرك، مما يتسبب في تراكم الإجهاد تدريجياً على مدى سنوات أو قرون.
يحدث الزلزال عندما يتجاوز الإجهاد المتراكم أخيراً قوة الاحتكاك التي تُبقي الصدع مقفلاً، مما يتسبب في انزلاق الصخر فجأة على كلا الجانبين وإطلاق الطاقة المرنة المخزنة كموجات زلزالية، وهي عملية يسميها علماء الزلازل الارتداد المرن، وُصفت بالتفصيل لأول مرة بعد زلزال سان فرانسيسكو عام 1906.
هذه الآلية الأساسية مفهومة جيداً منذ أكثر من قرن، وهذا تحديداً ما يجعل مشكلة التنبؤ محبطة إلى هذا الحد: معرفة كيف ولماذا تحدث الزلازل بشكل عام لا يترجم إلى معرفة متى بالضبط سيتجاوز الإجهاد المتراكم على قطعة صدع محددة نقطة انكسارها أخيراً.
لماذا لا يمكن قياس إجهاد الصدع بدقة كافية
من حيث المبدأ، لو استطاع العلماء قياس حالة الإجهاد الدقيقة وخصائص الاحتكاك لكل نقطة على طول صدع ما، لأمكنهم حساب موعد تمزقه تماماً كما يحسب المهندس متى ستفشل عارضة مجهدة، لكن هذا القياس غير قابل للتحقيق بأي تقنية حالية أو متوقعة.
تمتد الصدوع لعشرات أو مئات الكيلومترات وتصل إلى عمق كيلومترات عديدة تحت الأرض، بعيداً عن متناول القياس المباشر، ويتفاوت احتكاك الصخور بشكل هائل عبر مسافات صغيرة بسبب التركيب المعدني ووجود السوائل وخشونة السطح المجهرية التي لا يمكن رسمها بتفصيل كافٍ من السطح.
حتى أعمق آبار الحفر البحثية تصل إلى جزء صغير فقط من العمق الذي تنشأ عنده العديد من الزلازل المدمرة، مما يعني أن العلماء يحاولون أساساً استنتاج حالة الإجهاد الداخلية لنظام لا يمكنهم ملاحظته إلا بشكل غير مباشر من آثاره السطحية، وهو قيد أساسي لا يمكن لأي تمويل إضافي تجاوزه بالكامل.
لماذا يُعد التمزق عملية فوضوية حقاً
إلى جانب مشكلة القياس، يتصرف تمزق الصدع كما يسميه الفيزيائيون نظاماً فوضوياً، بمعنى أن نتيجته حساسة للغاية لتفاوتات دقيقة في الظروف الأولية يستحيل قياسها بدقة كافية، وهو أمر شبيه في طبيعته بالفوضى الجوية التي تحد من التنبؤ بالطقس إلى نحو أسبوع أو أسبوعين مقدماً.
قد تتصرف قطعتان من الصدع بمستويات إجهاد متوسطة متقاربة بشكل مختلف تماماً اعتماداً على تفاصيل مجهرية في الاحتكاك ونسيج الصخر، مما يعني أن قياساً افتراضياً مثالياً للإجهاد اليوم لن يتنبأ بشكل موثوق بحدوث التمزق غداً أو بعد عشر سنوات.
هذه الحساسية الفوضوية هي السبب في أن كثيراً من علماء الزلازل يجادلون الآن بأن التنبؤ بزلزال فردي قد لا يكون صعباً تقنياً فحسب بل قد يكون مستحيلاً من حيث المبدأ فعلياً، بنفس معنى استحالة التنبؤ بالمسار الدقيق لورقة معينة تسقط في عاصفة ريحية بغض النظر عن قوة الحوسبة.
ماذا تخبرنا الفجوات الزلزالية وما لا تخبرنا به
الفجوة الزلزالية هي قطاع من صدع نشط لم يتمزق في زلزال كبير لفترة أطول من القطاعات المحيطة به، استناداً إلى السجلات التاريخية للزلازل، واقترحت فرضية الفجوة الزلزالية أن هذه القطاعات المتأخرة أكثر ترجيحاً لإنتاج الزلزال الكبير القادم.
يحمل هذا المفهوم قيمة علمية حقيقية لتقييم المخاطر طويل المدى، إذ يساعد في تحديد قطاعات الصدع التي تستحق اهتماماً خاصاً لأكواد البناء والتأهب للطوارئ، لكنه فشل باستمرار كأداة تنبؤ قصيرة المدى، إذ تمزقت بعض الفجوات في موعدها المتوقع وبقيت أخرى هادئة لفترة أطول بكثير من المتوقع.
يوضح مفهوم الفجوة نمطاً أوسع يُرى في جميع أنحاء علم الزلازل: توفر الأنماط التاريخية معلومات احتمالية مفيدة حقاً عبر مقاييس زمنية تمتد لعقود بينما تبقى عديمة الفائدة أساساً لتحديد ما إذا كانت فجوة معينة ستتمزق هذا العام أو العام القادم أو بعد عدة عقود من الآن.
لماذا نادراً ما تقدم الهزات الأولية إنذاراً قابلاً للاستخدام
يسبق نحو نصف جميع الزلازل الكبرى هزات أولية أصغر في الأيام أو الأسابيع المحيطة، وهو ما قد يوحي بأن الهزات الأولية يمكن أن تكون إشارة إنذار، لكن الصعوبة العملية هي أن الزلازل الصغيرة تفوق عدداً الزلازل الكبيرة بكثير ولا يتبين أن سوى جزء صغير من الزلازل الصغيرة هزات أولية لشيء أكبر.
بدون طريقة موثوقة للتمييز مسبقاً بين زلزال صغير معزول وآخر يمثل الفصل الافتتاحي لتسلسل أكبر، فإن معاملة كل هزة طفيفة كنذير محتمل ستولد عدداً هائلاً من الإنذارات الكاذبة، مما يقوض ثقة الجمهور ويسبب اضطراباً اقتصادياً جدياً إذا تبعت كل واحدة منها عمليات إخلاء.
تصدر بعض المناطق فعلاً تحذيرات مؤقتة برفع مستوى الخطر عقب مجموعة زلزالية ملحوظة، تعكس زيادة حقيقية إحصائياً وإن كانت متواضعة في احتمالية وقوع حدث أكبر بعد سرب من الهزات، لكن هذا يقل كثيراً عن تنبؤ محدد وقابل للتنفيذ ويُبلَّغ عنه صراحة كتحول في الاحتمالية لا كتوقع.
ماذا كشف جدل طريقة فان
في ثمانينيات القرن الماضي، اقترح باحثون يونانيون هم فاروتسوس وأليكسوبولوس ونوميكوس أن إشارات كهربائية قابلة للقياس في الأرض، أسموها الإشارات الكهربائية الزلزالية، يمكن أن تتنبأ بالزلازل قبل أيام، وجذبت طريقة فان الناتجة اهتماماً وتمويلاً دولياً كبيراً.
أنتج الاختبار المستقل اللاحق نتائج مثيرة للجدل بعمق، مع إشارة المؤيدين إلى نجاحات ظاهرية وجدال النقاد بأن التنبؤات المزعومة للطريقة كانت غامضة بما يكفي من حيث الوقت والموقع والقوة لتُطابَق مع أي زلزال تقريباً بأثر رجعي، وهو انتقاد إحصائي أثبت في النهاية صعوبة تجاوزه بشكل مقنع لمؤيدي فان.
أصبح جدل فان بمثابة دراسة حالة تحذيرية في علم الزلازل حول أهمية معايير تنبؤ صارمة ومسجلة مسبقاً، إذ إن طريقة تنبؤ مزعومة يمكن إعادة تفسيرها لتناسب أي زلزال يحدث في النهاية لا تقدم قيمة تنبؤية حقيقية بغض النظر عن مدى إقناع الآلية الفيزيائية الكامنة.
لماذا لا تصمد ادعاءات سلوك الحيوانات علمياً
تظهر تقارير عن سلوك حيواني غير عادي قبل الزلازل، من الماشية القلقة إلى الثعابين الهاربة، عبر التاريخ المدون في ثقافات عديدة، وأبقى اتساق هذه التقارير القصصية الفكرة تحت التحقيق العلمي الدوري لعقود.
رغم هذا الاعتقاد الشعبي المستمر، لم تثبت أي دراسة مضبوطة وجود إشارة سلوك حيواني موثوقة وقابلة للتكرار تسبق الزلازل باستمرار عبر أنواع ومواقع وقوى زلزالية مختلفة، وفشلت عدة محاولات صارمة لرصد سلوك الحيوانات بشكل منهجي قرب الصدوع النشطة في اكتشاف نمط نذير متسق.
التفسير الأرجح للعديد من التقارير القصصية هو مزيج من الذاكرة الانتقائية، حيث لا يُتذكر السلوك الحيواني غير العادي ويُبلَّغ عنه إلا بعد وقوع الزلزال فعلاً، وإحساس الحيوانات فعلياً بأسرع الموجات الزلزالية وأولها وصولاً قبل ثوانٍ من وصول الموجات الأبطأ التي تسبب اهتزازاً ملحوظاً، وهي ظاهرة حقيقية لكنها لا تقدم إنذاراً أطول بشكل هادف مما توفره أجهزة الاستشعار التقنية بالفعل.
ماذا يقدم التوقع الاحتمالي بدلاً من التنبؤ
بدلاً من التنبؤ بزلازل فردية، ينتج علماء الزلازل توقعات احتمالية تصف احتمالية وقوع زلزال بقوة معينة داخل منطقة محددة خلال إطار زمني محدد، وغالباً ما تُعبَّر كنسبة مئوية للاحتمال خلال الثلاثين أو الخمسين سنة القادمة.
تعتمد هذه التوقعات على السجل التاريخي للزلازل، ومعدلات الحركة المقاسة للصفائح التكتونية، والنماذج الفيزيائية لتراكم الإجهاد على طول الصدوع المرسومة، منتجة إرشادات إحصائية مفيدة حقاً للمهندسين وشركات التأمين ومخططي الحكومة رغم أنها لا تقول شيئاً عن أي تاريخ مستقبلي محدد.
الفرق بين التوقع والتنبؤ ليس دلالياً فحسب؛ فالتوقع الذي يذكر أن صدعاً رئيسياً لديه احتمالية ثلثين تقريباً للتمزق خلال ثلاثين عاماً قابل للدفاع علمياً ومفيد للتخطيط طويل المدى، بينما تنبؤ مزعوم بزلزال يوم الثلاثاء القادم غير قابل للتحقيق حالياً بأي طريقة معروفة.
كيف تُبنى خرائط المخاطر من البيانات التاريخية
تجمع خرائط المخاطر الزلزالية الوطنية كتالوج الزلازل التاريخي، ومواقع الصدوع المرسومة، وحركة الأرض المقاسة من الزلازل السابقة، وظروف التربة والجيولوجيا المحلية لتقدير احتمالية وشدة الاهتزاز المرجحة في موقع معين خلال فترة مستقبلية محددة.
تُبلغ هذه الخرائط مباشرة أكواد البناء، إذ تتطلب معايير البناء في منطقة مصنفة عالية المخاطر هندسة زلزالية أقوى بكثير من معايير منطقة منخفضة المخاطر، وهذا يمثل واحداً من أهم التطبيقات العملية لعلم الزلازل رغم غياب التنبؤ بالأحداث الفردية.
تُنقَّح خرائط المخاطر دورياً مع تراكم بيانات جديدة، بما في ذلك الدروس المستفادة من كل زلزال كبير حول مدى دقة النماذج السابقة في التنبؤ بشدة الاهتزاز الفعلية ونمط الضرر الملاحظ، وهي عملية معايرة مستمرة تحسّن باطراد الموثوقية العملية للخرائط بمرور الوقت.
لماذا يُعد الإنذار المبكر مشكلة مختلفة تماماً
لا تتنبأ أنظمة الإنذار المبكر بالزلازل قبل بدايتها؛ بل تكشف بدلاً من ذلك زلزالاً بدأ بالفعل، مستفيدة من حقيقة أن أسرع الموجات الزلزالية الأولية تسافر قبل الموجات الأبطأ والأكثر تدميراً التي تسبب معظم الاهتزاز والدمار.
ولأن الموجات الزلزالية تسافر بسرعة محدودة ومفهومة جيداً بينما يمكن إرسال إشارات الإنذار إلكترونياً بسرعة تقارب سرعة الضوء، يمكن لنظام الإنذار كشف بداية التمزق قرب مركز الزلزال وتنبيه مواقع أبعد قبل ثوانٍ إلى ربما دقيقة من وصول الاهتزاز القوي فعلياً إليها.
هذه النافذة المتواضعة للإنذار قيّمة حقاً، إذ توفر وقتاً كافياً لإيقاف القطارات آلياً، أو وقف الإجراءات الجراحية، أو فتح أبواب المصاعد، أو ببساطة السماح للناس بالانحناء والاحتماء، لكنها تتطلب أساساً أن يكون الزلزال قد بدأ بالفعل بدلاً من التنبؤ به مسبقاً، وهو فرق جوهري يُفقد غالباً في الاستخدام العرضي لكلمة إنذار.
كيف تعمل أنظمة مثل شيك أليرت فعلياً
تعتمد شبكات الإنذار المبكر الحديثة مثل نظام شيك أليرت التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية على مصفوفات كثيفة من مقاييس الزلازل الموزعة عبر المناطق المعرضة للزلازل، تراقب باستمرار حركة الأرض وتستخدم خوارزميات آلية لتقدير موقع الزلزال وقوته المرجحة بسرعة خلال ثوانٍ من بدء التمزق.
بمجرد تجاوز ثقة النظام في تقديره عتبة محددة، يرسل تلقائياً تنبيهات إلى الهواتف المتصلة وأنظمة التحكم بالبنية التحتية وشبكات التنبيه العامة، ويحدث هذا كله ضمن نافذة ضيقة تُقاس بالثواني حيث يقلل كل جزء من ثانية من تأخير المعالجة من وقت الإنذار المفيد المتاح للأشخاص الأبعد عن مركز الزلزال.
تعمل أنظمة مماثلة في اليابان والمكسيك وعدة دول أخرى نشطة زلزالياً، وتعتمد فعاليتها العملية بشكل كبير على كثافة شبكة الاستشعار قرب مناطق التمزق المحتملة، إذ إن شبكة متفرقة قرب مركز الزلزال نفسه توفر إنذاراً ضئيلاً أو معدوماً للسكان الأقرب والأكثر تأثراً بالزلزال.
لماذا تهم أكواد البناء أكثر من التنبؤ نفسه
بالنظر إلى أن التنبؤ الموثوق يبقى غير متاح، فإن الغالبية العظمى من الحد العملي من مخاطر الزلازل لا تأتي من توقع أحداث فردية بل من ضمان قدرة المباني والبنية التحتية على تحمل الاهتزاز الذي تشير خريطة المخاطر إلى احتماليته إحصائياً على مدى عمر المنشأة.
تُظهر المقارنات باستمرار بين زلازل بقوة متشابهة في مناطق ذات أكواد بناء قوية مقابل ضعيفة أن معايير البناء، وليس أي قدرة تنبؤية، هي العامل الأكبر الوحيد الذي يحدد أعداد الضحايا، وهو نمط موثّق مراراً حين تنتج زلازل بقوة متقاربة أعداد وفيات مختلفة اختلافاً هائلاً في دول مختلفة.
هذا هو السبب في أن الهندسة الزلزالية وتقوية المباني القديمة الضعيفة وإنفاذ أكواد البناء الحديثة في المناطق المعرضة للزلازل تحظى بالغالبية العظمى من تمويل أبحاث السلامة الزلزالية والاهتمام السياسي اليوم، مما يعكس مجالاً أعاد توجيه أولوياته العملية إلى حد كبير بعيداً عن هدف التنبؤ غير المحقق.
تُظهر برامج تقوية المباني القائمة تحديداً عائداً مقاساً بوضوح على الاستثمار مقارنة بأي جهد تنبؤي؛ فمدن أنفقت مبالغ كبيرة نسبياً على تدعيم الهياكل الخرسانية القديمة غير المسلحة بشكل كافٍ سجلت لاحقاً انخفاضات حادة في الانهيارات الهيكلية خلال زلازل لاحقة بقوة مماثلة لزلازل سابقة كانت مدمرة قبل التقوية، دليل مباشر وقابل للقياس بعكس أي وعد تنبؤي لم يتحقق قط.
هل سيغير التعلم الآلي هذا الوضع مستقبلاً
شهدت السنوات الأخيرة اهتماماً متجدداً بتطبيق تقنيات التعلم الآلي على مجموعات بيانات زلزالية ضخمة، بحثاً عن أنماط نذير دقيقة معقدة جداً بحيث لم تستطع الطرق الإحصائية السابقة كشفها، وأظهرت بعض التجارب المخبرية على عينات صخرية صغيرة قدرة واعدة على توقع الانهيار في ظروف مضبوطة.
أثبتت ترجمة النجاح المخبري إلى أنظمة صدوع حقيقية صعوبة أكبر بكثير، إذ إن الصدوع الحقيقية أكبر بكثير وأكثر تبايناً وأقل تجهيزاً بالأجهزة من عينة صخرية مخبرية، ويبقى معظم علماء الزلازل حذرين من المبالغة في الأهمية العملية قصيرة المدى لهذه النتائج المبكرة للتعلم الآلي.
يصف معظم الباحثين في هذا المجال التعلم الآلي كأداة واعدة لتحسين التوقعات وربما تمديد أوقات الإنذار المبكر بشكل متواضع، لا كتقنية من المرجح أن تحل مشكلة التنبؤ بزلزال فردي كلياً، وهو إطار أكثر اتزاناً تشكّل مباشرة من تاريخ المجال الطويل لادعاءات تنبؤ لم تصمد أمام التدقيق.
تحول الموقف العلمي الصادق تجاه التنبؤ بالزلازل بشكل كبير منذ العقود المتفائلة في منتصف القرن العشرين، منتقلاً من افتراض أن التنبؤ مجرد مسألة بيانات وقوة حوسبة كافية إلى إدراك أن سلوك الصدع الفوضوي والظروف الجوفية غير القابلة للقياس تفرض حدوداً فيزيائية حقيقية على ما يمكن معرفته مسبقاً.
وجّه هذا الإدراك الموارد نحو ما يثبت فعلياً أنه ينقذ الأرواح: التوقع الاحتمالي للمخاطر الذي يُبلغ أكواد البناء، وأنظمة الإنذار المبكر التي تشتري ثوانٍ ثمينة بمجرد بدء التمزق فعلياً، والبحث الأساسي المستمر الذي، حتى دون تقديم التنبؤ، يعمّق باطراد فهم كيف ولماذا تنهار الأرض تحتنا أحياناً.
وحتى مع كل هذا التقدم، يبقى الدرس الأهم للجمهور العام بسيطاً: الاستعداد المسبق القائم على الاحتمال، وليس انتظار تحذير دقيق بالتوقيت، هو ما ينقذ الأرواح فعلياً حين تضرب الزلازل، وهذا لن يتغير في المستقبل المنظور مهما تطورت أدوات الرصد.
المصادر
- ويكيبيديا — نظرة عامة على أبحاث التنبؤ بالزلازل وحالتها العلمية
- هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية — أبحاث مخاطر الزلازل والتوقع والإنذار المبكر
- المؤسسات البحثية المتعاونة لعلم الزلازل (IRIS) — بيانات زلزالية وموارد تثقيفية عامة
- المركز الأوروبي المتوسطي لرصد الزلازل — رصد الزلازل الإقليمي ومعلومات المخاطر
- منظمة الصحة العالمية — موارد التأهب للكوارث والمخاطر الطبيعية
الأسئلة الشائعة
هل يستطيع العلماء التنبؤ بموعد وقوع زلزال؟
لا توجد حالياً طريقة موثوقة للتنبؤ بالوقت والموقع والقوة المحددة لزلزال فردي مسبقاً، رغم عقود من البحث المخصص لهذا الغرض.
ما الفرق بين توقع الزلازل والتنبؤ بها؟
يعطي التوقع احتمالية وقوع زلزال في منطقة ما خلال سنوات أو عقود، بينما يحدد التنبؤ وقتاً وموقعاً دقيقين، وهو أمر يظل غير قابل للتحقيق علمياً.
هل تستشعر الحيوانات فعلاً الزلازل قبل وقوعها؟
توجد تقارير قصصية على نطاق واسع، لكن لم تثبت أي دراسة علمية صارمة وجود إشارة سلوك حيواني موثوقة وقابلة للتكرار تسبق الزلازل.
ما هو الإنذار المبكر بالزلازل إذا كان التنبؤ غير ممكن؟
تكشف أنظمة الإنذار المبكر زلزالاً بدأ بالفعل وترسل تنبيهات قبل ثوانٍ من وصول اهتزاز أقوى إلى موقع معين، وهذا يختلف جوهرياً عن التنبؤ بزلزال قبل بدايته.
لماذا لا يستطيع إجهاد الصدع إخبارنا بالضبط متى سيتمزق؟
يعتمد تمزق الصدع على متغيرات دقيقة لا حصر لها في احتكاك الصخور وبنيتها يستحيل قياسها في كل مكان في آن واحد، مما يجعل نقطة الانهيار الدقيقة فوضوية وغير قابلة للتنبؤ.
عن الكاتب
نعتمد على ويكيبيديا وهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ومؤسسات IRIS والمركز الأوروبي المتوسطي لرصد الزلازل ومنظمة الصحة العالمية لشرح خلفية هذا الموضوع وفهمه الحالي.
أعجبك هذا المقال؟
شاركه على واتساب ← شاركه على واتساب
احصل على المزيد من الأدلة في بريدك — اشترك في نشرتنا البريدية لقصص أسبوعية مفاجئة من مصر والسعودية ودبي وأكثر.