کشف منبع یک تسونامی جهانی مرموز در نزدیکی قطب جنوب

وقتی مجموعه‌ای از لرزه‌های مرموز از جزایر غیر مسکونی ساندویچ جنوبی ساطع شدند، دانشمندان سراسر دنیا از سرگشتگی شروع به سر خاریدن کردند.

اولین لرزه از این مجموعه با بزرگی ۷/۵ این جزایر را لرزاند — یکی از قلمروهای برون‌مرزی بریتانیا در آب‌های منجمد اقیانوس اطلس جنوبی. سه دقیقه بعد، زمین‌لرزه‌ای با بزرگی ۸/۱ دوباره این ناحیه را لرزاند.

این لرزه‌ها، که در تاریخ ۱۲ آگوست ۲۰۲۱ (۲۱ مرداد ۱۴۰۰) رخ دادند، به نوبه خود غیر معمول نبودند، چرا که این جزایر روی محل برخورد صفحات تکتونیک واقع شده‌اند. موضوع عجیب این است که به دنبال این زلزله‌ها یک تسونامی بسیار قدرتمند شکل گرفت که در سواحل دوردست اقیانوس‌های اطلس، آرام و هند خود را نشان داد. با این که امواج ویرانگیر نبودند، اما از زمان تسونامی فاجعه‌بار ۲۰۰۴ این اولین تسونامی بود که در ۳ اقیانوس مختلف ثبت شد.

با این که برخی از زمین‌لرزه‌ها باعث تسونامی می‌شوند، تخمین‌های اولیه از عمق این لرزه‌ها نشان می‌داد که آن‌ها عمیق‌تر از آن هستند که به اندازه کافی کف دریا را خم کنند و حجم عظیمی از آب را رو به جلو برانند. ژه جیا (Zhe Jia)، دانشجوی تحصیلات تکمیلی رشته ژئوفیزیک در انستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا، می‌گوید «این مقداری مرموز بود و چالش بزرگی برای جامعه لرزه‌شناسی به حساب می‌آمد.»

جیا و همکارانش بعد از ماه‌ها تلاش برای رمزگشایی این رشته زمین‌لرزه مرموز عقیده دارند که بالاخره می‌دانند چه اتفاقی افتاده است. در یک مقاله که ماه پیش در ژورنال Geophysical Research Letters چاپ شده، این تیم به این نتیجه رسیده که آن روز در حقیقت پنج گسیختگی رخ داده که ترکیب آن‌ها با فاصله‌ای چند دقیقه‌ای به صورت یک زلزله بزرگ واحد خود را نشان داده است. یکی از این گسیختگی‌ها، که پیش‌تر در نویزهای سیگنال‌های لرزه‌ای پنهان شده بود، به اندازه کافی قوی و سطحی بود که بتواند باعث یک تسونامی در چند اقیانس شود.

دانشمندان زمین‌شناسی با رمزگشایی از این رویداد لرزه‌ای عجیب می‌توانند فهم بهتری از این که زمین‌لرزه‌ها چگونه باعث ایجاد تسونامی می‌شوند داشته باشند. جودیت هابارد (Judith Hubbard)، زمین‌شناس ساختاری در رصدخانه زمین سنگاپور که نقشی در این پژوهش نداشته، می‌گوید «ما به سختی بر تخمین‌های لرزه‌ای اولیه متکی هستیم تا بتوانیم حدس بزنیم یک زلزله باعث یک تسونامی شده است یا نه.»

«به نظر من این رویداد بیشتر به ما می‌گوید که سیستم‌های تشخیص تسونامی ما شاید واقعا خوب نباشند.»

همچنین این رشته زمین‌لرزه عجیب باعث شده دانشمندان را به شک انداخته که آیا ما به طور کامل فعل و انفعالات پرشمار سیاره‌مان را خواهیم فهمید یا نه. استیون هیکس (Stephen Hicks)، لرزه‌شناس امپریال کالج لندن که در این پژوهش شرکت نداشته، می‌گوید «همینطور که زمان می‌گذرد و زمین‌لرزه‌های بیشتری را می‌بینیم، آن‌ها عجیب‌تر و پیچیده‌تر می‌شوند.»

صفحاتی که پایین و ابروهایی که بالا می‌روند

در اعماق جزایر دورافتاده ساندویچ جنوبی، صفحه تکتونیک آمریکای جنوبی با سرعت اندک ۷/۱ سانتی‌متر بر سال به زیر صفحه ساندویچ جنوبی فرو می‌رود. سایش این دو صفحه باعث انباشت تنش در طول زمان می‌شود. گاهی اوقات این تنش در غالب زمین لرزه آزاد می‌شود — از جمله زمین‌لرزه‌هایی که می‌توانند باعث ایجاد تسونامی شوند.

این امواج ساحلی بزرگ معمولا زمانی ایجاد می‌شوند که چیزی باعث جابجایی مقادیر عظیم آب شود. به گفته هابارد، در این مورد «چیزی که باعث ایجاد تسونامی می‌شود، تغییر شکل کف دریا است.» اما یک زلزله باید به اندازه کافی سطحی باشد که یک تسونامی مانند این به وقوع بپیوندد.

زلزله ۷/۵ ریشتری ۲۱ مرداد در عمق ۴۷ کیلومتری رخ داد، پس طبق گفته جیا، «بسیار نامحتمل بود که این زلزله باعث ایجاد تسونامی جهانی که دیدیم بشود.» زلزله ۸/۱ ریشتری پس از آن که در عمق ۲۲/۵ کیلومتری رخ داد، می‌تواند مقداری ما را مشکوک کند.

اما سیگنال‌های لرزه‌ای از این زمین‌لرزه به شدت آشفته بودند. این دو لرزه در فاصله‌ای نزدیک و با فاصله زمانی بسیار اندک رخ دادند. داده‌ها تقریبا مانند این است که فردی شروع به صحبت کند و همزمان فردی دیگر بر سر او فریاد بکشد و سر و صدایی غیر قابل فهم ایجاد شود. سیستم‌های اتوماتیک برای تولید مقادیر سازگار برای بزرگی، موقعیت و عمق زمین‌لرزه دوم دار مشکل شدند.

جیا می‌گوید «همه ما به این فکر افتادیم که چیزی را از دست داده‌ایم.»

ساندویچ زلزله

در ماه‌های پس از زلزله، جیا و همکارانش شبکه شلوغ و در هم امواج لرزه‌ای آن روز را گره‌گشایی، تداخلات را حذف و گسیختگی‌های انفرادی را در این آشوب شناسایی کردند. در نهایت، آن‌ها دریافتند که نه دو گسیختگی بزرگ، بلکه پنج گسیختگی و در عرض ۲۶۰ ثانیه در این رویداد رخ داده بودند.

هیکس می‌گوید «در یک مفهوم مرتبه اول، این یک زمین‌لرزه واحد است.» فقط پیچیده و قدرتمند بود. «این زلزله بخش بزرگی از این ناحیه فرورانش را گسیخته کرد.»

دو زلزله اول، هر دو با بزرگی ۷/۲، به ترتیب ۲۳ و ۱۹ ثانیه طول کشیدند. این دو گسیختگی در ترکیب با هم چیزی را تولید کردند که پیش‌تر تصور می‌شد یک زلزله ۷/۵ ریشتری واحد است. دو لرزش آخر — به ترتیب با بزرگی ۷/۶ و ۷/۷ — نیز لرزش‌هایی کوتاه‌مدت بودند.

با این حال سومین گسیختگی سنگ‌ها، که بین چهار لرزش دیگر ساندویچ شده بود، از همه بزرگ‌تر بود. این لرزه با ۸/۲ بزرگی، قدرت بسیاری داشت و عمده انرژی این زمین‌لرزه پنج بخشی از آن ناشی می‌شد. همچنین سرعت کمی داشت و ۱۸۰ ثانیه طول کشید تا ظاهر شود. اینیکی از دلایلی است که این لرزه برای مدت طولانی مخفی مانده بود: دانشمندان از آشکارسازهای لرزه‌ای درست استفاده نمی‌کردند.

شکل امواج لرزه‌ای آهسته از امواج متداول گسیختگی متفاوت است. وقتی جیا فیلترهای روی داده‌های ثبت‌شده توسط شبکه جهانی لرزه‌نگارها را تغییر داد تا گسیختگی‌های آهسته‌تر را شناسایی کند، این لرزه به وضوح آشکار شد.

این لرزه علاوه‌بر قدرتمندتر و طولانی‌تر بودن، کاملا سطحی بود و تنها ۱۳/۵ کیلومتر عمق داشت — کاملا مناسب برای ایجاد یک تسونامی جهانی.

عجایبی که دنیا را تکان می‌دهند

زمین‌لرزه‌ها بر خلاف چیزی که در ظاهر نشان می‌دهند، به‌ندرت پدیده‌های ساده‌ای هستند. گاهی اوقات، همچون زمین‌لرزه سال ۲۰۱۶ کایکورا (Kaikōura) در نیوزیلند، این پیچیدگی را می‌توان به آسانی دید. این لرزه مانند یک ماشین روب گلدبرگ سنگی، شامل یک گسیختگی بود که بین یک دوجین گسل متفاوت می‌پرید. اما معمای آن زلزله بسیار راحت‌تر قابل حل بود.

کیسی ادرهولد (Kasey Aderhold)، لرزه‌شناس زمین‌لرزه در انستیتوی پژوهشی سازمانی لرزه‌شناسی که نقشی در این پژوهش نداشته، می‌گوید «در آن مورد، بحث گسیختگی روی سطح است. لرزه تمام این گسل‌های مختلف را از هم گسیخته می‌کند و همه آن‌ها روی سطح هستند. می‌توانیم راه برویم و به آن‌ها نگاه کنیم.»

لرزه عجیب جزایر ساندویچ جنوبی این‌گونه نیست. ادرهولد می‌گوید «این لرزه در اعماق اقیانوس و جایی کاملا دور افتاده است. نمی‌توانید آن را لمس کنید یا اطراف آن راه بروید.» هیچ ایستگاه پایش ژئوفیزیکی روی این جزاریر و هیچ لرزه‌سنجی در کف اقیانوس نیست که به گسیختگی ناحیه فرورانش گوش فرا دهد.

پژوهشگران تنها به لطف شبکه لرزه‌نگاری جهانی — یک شبکه با دسترسی آزاد و سیاره‌ای شامل ۱۵۲ لرزه‌سنج که به طور مشترک توسط سازمان زمین‌شناسی و بنیاد ملی علوم آمریکا بهره‌برداری می‌شود — توانستند فعل و انفعالات ژئولوژیکی را گره‌گشایی کنند. بدون گره‌های این شبکه، که لرزه‌های ناشی از زلزله‌های دوردست را ثبت می‌کنند، رمزگشایی از وقایع عجیب نظیر این زمین‌لرزه غیر ممکن است.

مثل اکثر لرزه‌های پیچیده، همچنان معماهایی باقی است. گسیختگی ۸/۲ ریشتری به احتمال زیاد باعث ایجاد تسونامی شد، اما جزییات آن همچنان نامعلوم است.

رابرت لارتر (Robert Larter)، ژئوفیزیکدان دریایی در آکادمی نقشه‌برداری بریتانیا، می‌گوید «خیلی از تسونامی‌ها در واقع شامل رانش‌های زمین در زیر دریا هستند، که می‌توانند توسط زمین‌لرزه‌ها ایجاد شوند. من به شخصه کنجکاوم بدانم که این مورد نیز چنین بوده یا نه.» تنها راه برای چک کردن این موضوع بررسی دقیق کف دریا — شاید با یک قایق مجهز به سونار یا زیردریایی‌های رباتیک — و مقایسه ظاهر آن با نقشه‌های ژرفاسنجی قدیمی‌تر است.

ژئولوژیست‌ها نیز کنجکاوند بدانند ناحیه فرورانش زیر جزایر ساندویچ می‌تواند به آزاد کردن لرزه‌ها ادامه دهد یا نه. گسیختگی سال قبل گسترده و قدرتمند بود. هیکس می‌پرسد «آیا این یعنی آنجا در مثلا ۵۰۰ یا ۱۰۰۰ سال آینده با چنین رویداد بزرگی گسیخته نمی‌شود؟» فقدان تجهیزات در این ناحیه پاسخ به این سوال را واقعا دشوار می‌سازد.

خبر خوب این است که این لرزش پنچگانه توانایی دانشمندان را برای دیدن وقایع مشابه در دفعات بعدی افزایش می‌دهد. هابارد می‌گوید «این فرصتی است تا وقایع گسیختگی آهسته دیگر را در داده‌های لرزه‌ای شناسایی کنیم و با آن‌ها بتوانیم هشدارها را سریع‌تر و دقیق‌تر کنیم.»

خبر بد این است که این آخرین باری نخواهد بود که یک زمین‌لرزه دانشمندانی را که امیدوارند عناصر ویرانگر زمین‌لرزه‌ها را خنثی کنند، گیج می‌کند. به قول لارتر: «دنیای طبیعی پر از غافلگیری است.»