بهار نیوز - زمین‌لرزه‌ها می‌توانند فاجعه‌بار نباشند

گروه علم و فناوری: رویارویی با قهر طبیعت یکی از مظاهر ضعف انسان در برابر بسیاری از پدیده‌های این جهان است. در طول تاریخ "زلزله" یکی از نگرانی‌های دائمی بشر بوده است و پیشرفت فناوری در موارد زیادی توانسته‌ جلوی بروز فجایع ناشی از این بلای طبیعی را بگیرد.

طبق برآوردهای سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS)سالانه یک میلیون زلزله در سراسر جهان رخ می‌دهد که اکثر این زلزله‌ها بسیار کوچک بوده و موجب آسیب‌های جدی نمی‌شوند، اما برخی دیگر مانند زلزله سال 2011 در ساحل ژاپن و یا فاجعه ایتالیا، خسارات جانی و مالی بسیاری برجای می‌گذارند که تا چندین سال عواقب آن بر مکان وقوع زلزله باقی می‌ماند.هرچند هنوز بشر قدرت پیش‌بینی زمان زلزله را ندارد، اما شناسایی گسل‌ها و تمهیدات لازم در زمان ساخت‌وساز از عوامل مهم ایمنی در برابر زلزله محسوب می‌شوند.گسل‌های زیادی در بسیاری از شهرهای جهان وجود دارند که احتمال وقوع زلزله‌های بزرگ و ویرانگری را دارند، اما همه افراد می‌خواهند بدانند واقعا چه زمانی زلزله رخ می‌دهد؟ آیا کسی جواب این سوال را می‌داند؟ متخصصان ژئوفیزیک، زلزله‌شناسان و مدیران موارد اورژانسی و مدیریت بحران در جواب این سوال فقط می‌گویند: نمی‌دانم!

مشکل عدم پیش‌بینی زلزله توسط زلزله‌شناسان، ناتوانی در شناسایی زمان و مکان زلزله است. آنان هرگز نمی‌توانند به عقب بازگردند و نشانه‌های پیش از وقوع را بررسی کنند. با بررسی زمین لرزه‌های بزرگ 100 سال گذشته در ایالات متحده آمریکا متوجه خواهیم شد که برخی زلزله‌ها در گسل‌هایی رخ داده که حتی از وجود آنها اطلاعی در دست نبوده است.بلایای طبیعی مانند زلزله در روان فردی و اجتماعی تاثیر بسزایی دارند. قرار گرفتن در معرض آسیب‌ها موجب اضطراب، افسردگی، خودکشی و حتی رفتارهای خشونت‌آمیز می‌شود.تمام کشورهایی که زلزله‌های شدید را تجربه کرده‌اند، با برنامه‌ریزی و مطالعه علمی تلاش کرده‌اند از تلفات و خسارات حوادث آینده بکاهند.اما آیا می‌توان در پیش‌بینی زلزله از حیوانات کمک گرفت؟ اگر مکان و زمان زلزله براساس رفتار حیوانات قابل پیش‌بینی باشد می‌توان با نصب چند دوربین حرکات و رفتار حیوانات را بررسی کرد تا از آن در پیش‌بینی‌ رخدادهای بعدی استفاده کنیم، اما ما فقط می‌توانیم واکنش حیوانات بعد از وقوع زلزله را با استفاده از گزارش‌های محلی بررسی کنیم.

تدابیر کشورهای پیشرفته و زلزله‌خیز در قبال زمین‌لرزه
کشورهای زلزله‌خیز نظیر ژاپن که در عین حال پیشرفته هستند، چند مورد را برای مقابله با این رویداد طبیعی سرلوحه کارهای خود قرار داده‌اند که عبارتند از:
1- ضرورت افزایش سطح استانداردهای ایمنی در ساختمان‌ها و زیرساخت‌های شهری، حتی در مناطقی که احتمال زمین‌لرزه در آن‌ها کمتر است.
2- تقویت و ایمن‌سازی شبکه‌های حیاتی شهری مانند خطوط ارتباطاتی، شبکه‌های برق، آب و گاز در شهرهای بزرگ.
3- ضرورت افزایش سطح هماهنگی میان نیروهای کمکی و دستگاههای شهری.
4- توجه علمی و سازمان‌یافته به ناهنجاری‌های اجتماعی و مشکلات روانی.
5- برنامه‌های مطالعاتی و دانشگاهی در زمینه پیش‌بینی و کاهش خطرات زلزله

در چین هم یک تیم تحقیقات ملی و 26 تیم تحقیقاتی استانی در زمینه مواجهه علمی با زلزله فعالیت می‌کنند که مجموعا بیش از 3000 نفر در آنها در حال فعالیت هستند. در حال حاضر یک لرزه‌نگار سراسری توسط محققان چینی در دست تولید و توسعه است که نمونه‌های قبلی آن در بسیاری از کشورها نیز مورد استفاده قرار گرفته است.چین توانسته است در حال حاضر بیش از 40 درصد جمعیت این کشور را با اقدامات و آموزش‌های 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 می‌کنیم فهرستی کامل از آخرین فناوری‌های مواجهه با زلزله را ذکر کنیم، اما قبل از آن به دو مورد از مهم‌ترین عوامل انسانی افزایش‌دهنده احتمال وقوع زلزله اشاره می‌کنیم:

شکافت با آب (Fracking)
"فرکینگ"(شکافت با آب) صنعتی جدید و بسیار خطرناک است. بسیاری از مردم بر این باورند که این روش موجب زمین‌لرزه‌های القایی می‌شود.اجماع علمی نیز در این مورد آن است که تزریق فاضلاب به لایه‌های زیرین زمین در زمان مساعد بودن زمین بدون شک باعث زمین لرزه خواهد شد.در فرایند فرکینگ آب و روان‌کننده‌ها به زمین وارد می‌شوند و موجب شکاف زمین شده تا نفت و گاز طبیعی بازیابی شود، اما فاضلاب نیز در این فرآیند بازیابی شده و به سطح بازگردانده می‌شوند.نتایج تحقیقات اخیر دانشگاه استنفورد نشان می‎دهد زمین‌لرزه‌های کوچک ناشی از حفاری‌های افقی هیدرولیکی به نام (fracking) که در فناوری تولید نفت و گاز شیل استفاده می‌شوند، احتمالا موجب لرزش‌های بزرگتر در آینده خواهند شد.دانشمندان استنفورد در این تحقیق از روشی برای شناسایی زلزله‌های کوچک پیش از زلزله بزرگ استفاده کردند.روش‌های مورد استفاده در حفاری قادر است بر فعالیت‌های لرزه‌ای در عملیات استخراج گاز و نفت که در آن مایع با فشار بالا به زیرزمین برای باز کردن سنگ‌ها و آزاد شدن گاز طبیعی تزریق می‌شود تاثیر داشته باشد.طی فرآیند حفاری ترک خوردگی سنگ‌ها ممکن است باعث ایجاد زلزله‌های کوچک شود که به طور معمول شناسایی آنها به دلیل کوچکی دشوار است. به همین دلیل محققان استنفورد الگوریتم پیشرفته‌ای برای تحلیل فعالیت لرزه‌ای در آرکانزاس طراحی کردند. در این الگوریتم از الگوی زلزله برای کسب سوابق دقیق لرزه‌ای 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 تولید نفت شیل در منطقه بوده است.در اکتبر 2010 زمین‌لرزه چهار ریشتری ساکنان نزدیک یک میدان نفتی در آرکانزاس را لرزاند و در سال بعد باعث دو پس‌لرزه بزرگتر شد. این گروه همچنین اوکلاهما، تگزاس و دیگر ایالت‌های تولیدکننده گاز و نفت را نیز بررسی کردند.مناطق مختلف به شیوه‌های متفاوتی از این روش استفاده می‌کنند. بعضی مانند پنسیلوانیا، فاضلاب را در استخرهای سرپوشیده جمع‌آوری می‌کنند تا باعث آلودگی منابع آب آشامیدنی نشود. جایی مانند اوکلاهاما، آب را به زمین تزریق می‌کنند. محققان با بررسی 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 می‌افتد. همانطور که می‌بینید پیشرفت فناوری هرچند موجب ارتقای جامعه شده اما خطر وقوع زمین‌لرزه را نیز افزایش داده است.

زباله‌های هسته‌ای
از دیگر موارد مهم، ایده ذخیره‌سازی زباله‌های هسته‌ای است که تضمینی برای امنیت آن وجود ندارد.مسئله فوکوشیما در مورد ذخیره‌سازی هسته‌ای زیرزمینی نیست، اما به زمین مربوط است. زلزلهTohoku در ساحل ژاپن زلزله عظیم 9 ریشتری بود که محور زمین را تغییر داد و کل ژاپن را در حدود هشت سانتی‌متر حرکت داد! همچنین سونامی‌هایی ایجاد کرد که نیروگاه هسته‌ای فوکوشیما را در مرداب فرو برد.همچنین محققان دانشگاه استنفورد در نتیجه تحقیقات‌شان دریافتند که زمین‌لرزه‌های کوچک ناشی از حفاری‌های افقی هیدرولیکی به نام (fracking)که در فناوری تولید نفت و گاز شیل استفاده می‌شوند احتمالا موجب لرزش‌های بزرگتر در آینده خواهند شد.

آخرین فناوری‌های مقابله با زلزله
یکی از فناوری‌های جدید اپلیکیشن "MyQuake" است که قرار است "USGS" آن را از لحاظ مالی تامین کند. کنسرسیومی متشکل از دانشگاه‌ها و " USGS" بر روی برخی از ابزارهای جذاب کار می‌کنند، به طوری که یک شبکه متراکم از لرزه‌نگارها با پشتیبانی یک پردازنده اصلی رایانه‌ای تمام اطلاعات را در نانوثانیه قبل از وقوع زلزله در اختیار کاربر قرار می‌دهد.این اپلیکیشن، نرم‌افزاری است که حاوی اطلاعات مربوط به سراسر جهان است. جذابیت این اپلیکیشن استفاده از گوشی همراه به عنوان لرزه‌نگار است. دانشمندان دانشگاه "یوسی برکلی" در جستجوی روشی برای جمع‌آوری این اطلاعات در مکان‌هایی فاقد لرزه‌نگارها برای اخطار به کاربران هستند.اما دانشمندان موسسه فناوری کالیفرنیا(Caltech) توانسته‌اند سیگنالی سریع‌تر از امواج لرزه‌ای را در ارسال هشدار زودهنگام برای زلزله شناسایی کنند.روش محققان شامل پیگیری تغییرات کوچک در گرانش زمین است که بلافاصله پس از گسست اولیه رخ می‌دهد.

ربات چهار پای HyQ
مهندسان ایتالیایی موسسه فناوری "جنوا" نیز ربات‌ چهارپایی موسوم به "HyQ" را با الهام از ساختار بدن حیوانات طراحی کرده‌اند که می‌تواند به افرادی که در زیر آوار ناشی از زلزله گیر افتاده‌اند، کمک کند.این ربات که "چهارپای هیدرولیک" نام گرفته، می‌تواند روی سطوح ناهموار راه برود، از موانع عبور کند و در صورت افتادن دوباره برخیزد. این ویژگی‌ها 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 "وای‌فای)"wifi) می‌تواند تصویری از پشت موانع و دیوارها به کاربران ارائه دهد.عملکرد این دستگاه بدین‌گونه است که با استفاده از امواج "وای‌فای" بین دو آنتن که یکی در اتاق و دیگری بیرون از اتاق قرار دارد، تصویری هولوگرافیک از داخل اتاق نمایش می‌دهد. 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 می‌توان در زمینه‌های مختلفی نظیر یافتن زیرآوار ماندگان بر اثر زلزله استفاده کرد. برای این منظور می‌توان آنتن‌ها را روی دو وسیله نقلیه تعبیه کرد تا اطراف خرابه‌ها حرکت کنند تا بتوان تصویری از زیر آوار دریافت کرد.

اما محققان دانشگاه استنفورد در اقدام دیگری موفق شدند با استفاده از کابل‌های فیبر نوری مخصوص اینترنت، دستگاه کشف زلزله بسازند.
دستگاه‌های زلزله‌نگار موجود فعلی برد کوتاهی داشته و قیمت آنها نیز بالاست، اما محققان دانشگاه استنفورد آمریکا موفق شدند با استفاده از کابل‌های فیبر نوری یک شبکه اعلام هشدار زلزله بسازند که می‌تواند 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 کمک مالی دولت بنگلادش و آژانس بین‌المللی همکاری بین‌المللی ژاپن(JICA) اجرا می‌شود.

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

یکی دیگر از تکنیک‌های آزمایش شده و واقعی برای کمک به ساختمان‌ها در برابر زمین لرزه‌ها، از صنعت خودرو می‌آید. همه ما کمک فنرها را می‌شناسیم؛ دستگاهی که جهش ناخواسته را در ماشین کنترل می‌کند. جذب کننده‌های شوک یا همان کمک فنرها حرکت‌های ارتعاشی را با تبدیل انرژی جنبشی به انرژی گرمایشی که می‌تواند از طریق مایع هیدرولیکی تخلیه شود، کاهش می‌دهد. در فیزیک، این امر با عنوان تعدیل شناخته شده است.اما تعدیل می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد. یک راه حل دیگر، مخصوصا برای آسمان خراش‌ها، شامل معلق گذاشتن یک توده عظیم در نزدیکی بالاترین نقطه ساختمان است.کابل‌های فولادی این توده را حمایت می‌کنند، در حالی که تعدیل کننده‌های مایع چسبناک بین توده و ساختمان که در تلاش برای محافظت است، قرار دارند.

هنگامی که فعالیت لرزه‌ای، ساختمان را تحت تاثیر قرار می‌دهد، آونگ در جهت مخالف حرکت می‌کند و انرژی را از بین می‌برد.در جای دیگری، محققان دانشگاه استنفورد و دانشگاه ایلی‌نوی با تلاش برای ساخت یک ساختمان مقاوم در برابر زلزله، علاوه بر قاب‌های فولادی، کابل‌های عمودی را معرفی کردند که تکان خوردن ساختمان را محدود می‌کند. ضمن این که کابل‌ها توانایی خودسنجی دارند، بدین معنی که می‌توانند کل ساختمان را درست زمانی که تکان خوردن متوقف می‌شود، کشیده و آن را سر پا کنند.

اجزای نهایی، فیوزهای قابل تعویض استیل هستند که بین دو صفحه در پایه‌های ستون قرار می‌گیرند. دندانه‌های فلزی فیوزها انرژی لرزه‌ای را هنگام لرزش ساختمان جذب می‌کنند. اگر آنها طی یک زلزله منفجر شوند، می‌توان آنها را نسبتا سریع و مقرون به صرفه جایگزین کرد تا ساختمان را به شکل اولیه بازگردانیم.

دیوار هسته‌ای
دیوار هسته‌ای یک مفهوم دیگر است که در بسیاری از ساختمان‌های بلند مدرن، مهندسان از این ساختار برای افزایش عملکرد لرزه‌ای با هزینه پایین استفاده می‌کنند.در این طرح، یک هسته بتنی تقویت شده را در قلب ساختمان قرار می‌دهند که اطراف آن آسانسورها قرار می‌گیرند.دیوار هسته‌ای برای ساختمان‌های بسیار بلند می‌تواند کاملا قابل توجه باشد.

ناپدید کردن زمین‌لرزه!
اما روش جالب دیگری که در سال 2013 مورد بررسی قرار گرفت، ناپدید کردن زمین‌لرزه است!

زمین لرزه هم به مانند بسیاری دیگر از مسائل طبیعی مانند آب و صوت، موج تولید می‌کند. موج‌هایی که توسط زمین شناسان به عنوان امواج بدنه و سطحی طبقه‌بندی می‌شوند. موج بدنه به سرعت از طریق داخل زمین منتشر می‌شود. دومی به آرامی از طریق پوسته بالایی حرکت می‌کند و شامل یک زیرمجموعه از امواج می‌شود که به عنوان امواج "رایلی"(Rayleigh) شناخته می‌شود و زمین را به صورت عمودی حرکت می‌دهد. این حرکت به سمت بالا و پایین، بیشترین تکان و آسیب را در یک زلزله باعث می‌شود.در حال حاضر تصور کنید اگر بتوانید انتقال برخی از امواج لرزه‌ای را قطع کنید، آیا ممکن است انرژی را از بین ببرید یا آن را در اطراف مناطق شهری منتشر کنید؟ بعضی از دانشمندان چنین فکر می‌کنند و راه حل خود را "ناپدید کردن زلزله"(seismic invisibility cloak) نامیده‌اند، زیرا توانایی آن را دارد که یک ساختمان را از قرار گرفتن در معرض امواج سطحی نجات دهد.مهندسان معتقدند که برای انجام این کار می‌توانند از 100 حلقه پلاستیکی متمرکز زیر پایه یک ساختمان استفاده کنند. هنگام بروز امواج لرزه‌ای، آنها در یک ردیف وارد یک حلقه می‌شوند و درون سیستم قرار می‌گیرند. بنابراین امواج نمی‌توانند انرژی خود را به ساختار بالا انتقال دهند. آنها به سادگی در اطراف پایه ساختمان قرار می‌گیرند و از طرف دیگر آزاد می‌شوند و سفر طولانی خود را از سر می‌گیرند.

انعطاف پذیری مواد یک چالش عمده برای مهندسان در تلاش برای ایجاد ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله هستند. مثلا فولاد و بتن تغییر شکل می‌دهند و انعطاف پذیر نیستند. این در حالی است که هر دوی این مواد به طور گسترده تقریبا در تمام پروژه‌های ساخت و ساز تجاری استفاده می‌شوند. اما آلیاژ عصب‌شکل می‌تواند فشارهای سنگین را تحمل کند و به شکل اصلی خود بازگردد.بسیاری از مهندسان این مواد هوشمند را به عنوان جایگزین برای فولاد و بتن می‌دانند. آلیاژ عصب شکل متشکل از تیتانیوم و نیکل است که این ترکیب نیتینول نامیده می‌شود و 10 تا 30 درصد انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به فولاد ارائه می‌دهد.در هنگام ساخت یک ساختمان جدید منطقی است که مقاومت زمین لرزه را در نظر بگیرید، اما بازسازی ساختمان‌های قدیمی به منظور بهبود عملکرد در مقابل زلزله نیز بسیار مهم است.مهندسان دریافته‌اند که اضافه کردن سیستم‌های جداسازی پایه به سازه‌های قدیمی امکان پذیر و اقتصادی است. یکی دیگر از راه حل‌های امیدوار کننده و بسیار ساده برای اجرا، یک فناوری شناخته شده به عنوان پوشش پلاستیکی تقویت شده فیبر یا FRP می‌باشد.تولیدکنندگان این ترکیب را با مخلوط کردن فیبرهای کربن با پلیمرهای اتصال دهنده مانند اپوکسی، پلی‌استر، وینیل استر و نایلون تولید می‌کنند تا مواد کامپوزیتی سبک، اما به طرز باور نکردنی قوی ایجاد کنند. شگفت آور است که حتی ستون‌های آسیب دیده توسط زلزله می‌توانند با فیبر کربن تعمیر شوند.

اما یکی از سوژه‌های جالب برای مقابله با زلزله الهام از حیواناتی چون عنکبوت‌ها است. همه ما می‌دانیم که تار عنکبوت قوی‌تر از فولاد است، اما دانشمندانMIT معتقدند این پاسخ دینامیکی مواد طبیعی تحت فشار سنگین است که آن را بسیار منحصر به فرد می‌سازد.هنگامی که محققان یک رشته تار عنکبوت را بر روی رشته‌هایی از تار عنکبوت کشیدند، رشته‌ها در ابتدا سفت و سپس انعطاف پذیر و سپس دوباره سفت شدند. این پاسخ پیچیده و غیر خطی است که باعث می‌شود تار عنکبوت تا این حد ارتجاعی باشد. تار عنکبوت منبع الهام بزرگی برای سازه‌های ضد زلزله در آینده است.آخرین فناوری که به تازگی توسط محققانی از کشور پرو کشف شده، تقویت دیوار با پلاستیک توری‌شکل است.در هند نیز مهندسان برای تقویت بتن، به طور موفقیت آمیزی از بامبو استفاده می‌کنند.

در اندونزی، برخی از خانه‌ها در حال حاضر بر روی تایرهایی که با شن و ماسه یا سنگ پر شده‌اند، ساخته می‌شود.حتی مقوا می‌تواند یک مصالح ساختمانی محکم و با دوام باشد. "شگریو بان" معمار ژاپنی طراحی چندین سازه را انجام می‌دهد که شامل لوله‌های مقوا با پلی اورتان می‌باشد.از آنجا که ساختار مقوا و چوب بسیار سبک و انعطاف پذیر است، در حوادث لرزه‌ای بسیار بهتر از بتن عمل می‌کند و اگر خراب شود، مردم زیر آوار سنگینی قرار نمی‌گیرند 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 کمک گرفتند.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 می‌کند.این دستگاه در سیگنال منعکس شده به دنبال تغییراتی می‌گردد که در اثر تحرکاتی به دلیل تنفس و ضربان قلب فردی ایجاد شده‌اند و ضربان قلب را از عمق 30 فوتی زیر آوار و یا 20 فوتی زیر بتن جامد تشخیص می‌دهد.