مطالعه و تحلیل پیش‌ نشانگرهای حرارتی زلزله
به نا‌هنجاری‌هائی که قبل از رخداد زلزله‌ها نمایان می‌شوند، پیش نشانگرهای زلزله گفته می‌شود. پیش نشانگرهای زلزله مجموعه‌ای از عوامل و نشانه‌های محیطی، فیزیکی یا شیمیایی هستند که در هنگام وقوع زلزله یا قبل از آن ظاهر شده یا در آن‌ها تغییرات قابل توجهی ایجاد می‌گردد. از جمله پیش نشانگرهای زلزله عبارتند از:
- گسل‌های فعال و حاشیه‌های فعال زمین‌ساختی
- زلزله‌های تاریخی
- پیش‌نشانگرهای ژئودتیکی مانند دگرشکلی زمین (تغییر هندسی پوسته زمین)، تغییر در میدان‌های سرعت و استرین (کرنش) و نیز تغییر در سیگنال‌های گرانی‌سنجی
- پیش نشانگرهای لرزه‌ای مانند نبود و خاموشی لرزه‌ای در گره‌های لرزه‌خیز، تغییر در ریزلرزه‌خیزی، تغییر نرخ لرزه‌خیزی و پارامتر b-values
- پیش‌نشانگرهائی ژئوفیزیکی قابل ثبت زیرزمینی، زمینی و جوی مانند ناهنجاری‌های مغناطیسی، الکتریکی و الکترومغناطیسی و تغییرات در دمای خاک در نزدیکی سطح زمین
- سایر پیش‌نشانگرهای یونوسفری، ژئوشیمیایی، هیدروژئوشیمیائی، پیش لرزه‌ها، روشنایی‌های لرزه‌ای، ابرهای زلزله، و پیش نشانگرهای زیستی
اگر چه تشخيص ناهنجاری‌هاي لرزه‌اي به دليل ساختار پيچيدة زمين و عدم آگاهی کامل از سازوکار وقوع زلزله دشوار است، ولی در حال حاضر با توسعة فنون و روش‌هاي سنجش از دور (Remote Sensing) دسترسي به انواع داده‌هاي حرارتي آسان‌تر شده و امکان بررسي ناهنجاری‌های حرارتي قبل از وقوع زمین‌لرزه‌های بزرگ فراهم گردیده است. ناهنجاری‌هاي حاصل از پيش نشانگرهاي حرارتي، از اصلي‌ترين منابع پيش‌بيني زلزله به حساب می‌آیند.
 

 
تاکنون تحقیقات متعددی در زمینة رابطه گسل‌ها و منابع زمین‌گرمائی صورت گرفته است. محققان به این نتیجه رسیده‌اند که سطح گسل‌های بزرگ و فعال، که در منطقه تکتونیکی فعال واقع هستند، ناهنجاری‌هائی را از نظر مقدار شار تابشی حرارتی نشان می‌دهند. به عبارت دیگر، همبستگی بالائی بین گسل‌های موجود در منطقه با افزایش میزان دمای سطح زمین وجود دارد. اما نکتۀ قابل تأمل این است که قبل از وقوع زلزله‌‌های مهم، تغییرات شدید فیزیکی‌ یا شیمیایی در منطقه مورد انتظارِ وقوع زلزله رخ می‌دهد. بروز این تغییرات فیزیکی یا شیمیائی شدید موجب تغییرات غیر عادی در پارامترهای جوی می‌شود. طی پژوهشی، که توسط گروهی از محققان انجام و در نشریه ژئودینامیک (Journal of Geodynamics) منتشر شد‌، تغییرات غیر عادی شار گرمای نهان سطحی لیتوسفر (مقدار انرژی حرارتی منتقل‌شده در واحد زمان و بر واحد سطح) و دمای هوا (دمای اتمسفر) قبل از وقوع 17 زلزله بزرگ با قدرت مساوی یا بیشتر از 5.3 مگاوات در مناطق تکتونیکی فعال جهان طی دوره زمانی 2004 تا 2020 مورد مطالعه قرار گرفته و با استفاده از تکنیک‌های آماری دامنۀ بین چارکی (IQR) و خوشه‌بندی سلسله مراتبی (HC) بررسی شدند. زمین‌لرزه‌های مورد مطالعه از پهنه‌های فرورانشی (فرایندی که طی آن یک ورقه لیتوسفری به زیر ورقه دیگر فرو می‌رود)، و مکان‌های انتقالی (ترادیسی) و میان صفحه‌ای انتخاب گردیدند. نتایج این پژوهش به وضوح تغییرات غیر عادی در پارامترهای شار گرمای نهان سطحی و دمای هوا را از چند روز تا چند هفته قبل از وقوع زلزله نشان می‌دهد. رویداد زلزلۀ جزیرۀ Honshū (در ژاپن) 54 روز قبل از وقوع با استفاده از داده‌های شار گرمای نهان سطحی ثبت شد، در حالی‌که رویداد زلزله Bella Bella (در کانادا) 39 روز قبل از وقوع با استفاده از داده‌های دمای هوا مشاهده گردید. بهترین ناهنجاری‌ها، با استفاده از این دو پارامتر، برای حوادث زلزله شهر پسنی پاکستان و شهرک Norcia (در ایتالیا) مشاهده شدند، در حالی که کمترین ناهنجاری‌ها برای ناحیه Nsunga (در تانزانیا) و شهر بندری Puerto Quellon (در شیلی) اتفاق افتاد. تغییرات ناهنجاری دو پارامتر مذکور قبل از وقوع زلزله، الگوی پیش‌نشانگری واضحی را نشان می‌دهد. در پهنه‌های فرورانش یا راندگی، ناهنجاری‌های شدید مشاهده می‌گردد در حالی‌که در طول گسل‌های امتداد‌لغز، ناهنجاری‌های حداقل تا متوسط دیده می‌شود. در این مطالعه، مقادیر آستانه‌ای 59.52 وات بر مترمربع و 2.87 کلوین به ترتیب برای شار گرمای نهان سطحی و دمای هوا به دست آمد. همچنین خوشه‌بندی سلسله مراتبی، مشابهت بالای70 درصدی پارامترهائی مانند عمق‌، بزرگی‌، شار گرمای نهان سطحی و دمای هوا را برای زمین‌لرزه‌ها نشان داد.
در کشور ما نیز بررسی‌هائی در زمینه پیش نشانگرهای حرارتی زلزله انجام شده‌اند. مطالعة زلزله پنجم دی‌ ماه 1382 بم، که در اثر جنبائی گسل بم رخ داد، معلوم می‌کند که شار گرمای نهان سطحی سه روز قبل از وقوع زلزله افزایش غیر عادی داشته است. به علاوه، نمودار تغییرات دمای هوای بیشینه و کمینه بم نیز ناهنجاری‌های بالائی را از حدود دو هفته قبل از وقوع این زمین‌لرزه نمایان می‌سازد.
در مطالعة دیگری وقوع ناهنجاری‌های حرارتي قبل از زلزله‌هاي سال 1391 ورزقان‌، سال 1392 بوشهر و سال 1392 سراوان، با استفاده از پيش نشانگرهائي مانند دماي سطح زمین، دماي جو، شار گرماي نهان سطحی‌، و تابش موج بلند خروجي بررسي گردید. نتايج اين تحقيق نشان می‌دهد که ناهنجاری در تغييرات دماي سطح زمين، دماي جو، شار گرماي نهان سطحی و تابش موج بلند خروجي 10 تا 13 روز پيش از وقوع زلزلة ورزقان رخ داده است. ناهنجاری در تغييرات دماي جو و تابش موج بلند خروجي 6 تا 9 روز و شار گرماي نهان سطحی 2 روز پيش از وقوع زلزلة بوشهر آشکار شده است. همچنین وجود ناهنجاری در تمامي پيش نشانگرهاي حرارتي مورد مطالعه، 5 تا 8 روز پيش از وقوع زلزلة سراوان (در نزدیکی پهنة فرورانش مکران) قابل تشخیص است.
خلاصه این‌که با تجزیه و تحلیل افزایش قابل توجۀ پارامترهای شار گرمای نهان سطحی و دمای هوا می‌توان به سازوکار تبادل انرژی بین لیتوسفر و اتمسفر پی برد. البته شناسایی و درک درست ناهنجاری‌های مربوط به زلزله‌، مستلزم پایش مداوم و مستمر این تغییرات است. به علاوه، مشاهدة تغییرات غیر عادی در پارامترهای گفته شده، قبل از وقوع زلزله، نشان‌دهندة یک بر هم کنش قوی بین زمین و جو آن است.
 
منابع:
ـ https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0264370720301277
ـ کاظمی یاسین، حمزه سعید، علوی‌پناه سید کاظم، بهرام‌بیگی بهرام، تحلیل ناهنجاری‌های حرارتی گسل‌ها و ارتباط آن با منابع زمین گرمایی با استفاده از داده‌های حرارتی لندست‌ 8 - مطالعه موردی:گسل‌های شهداد و نایبند، فصلنامه علمی پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، دوره 27، شماره 106، تابستان 97
ـ بلاغی اینانلو حجت‌اله، زمانی احمد، مطالعه پدیده‌های پیش نشانگر کوتاه مدت زلزله‌ها، 1391، شانزدهمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران
ـ رسانه غزاله، ابونصر شیراز پریسا، خادمی دهکردی مریم، پیش‌بینی احتمال رخداد زمین‌لرزه پس از ناهنجاری‌های اقلیمی و جوی، 1395، سومین کنفرانس بین‌المللی پژوهش در علوم و فناوری، برلین
ـ چوب ساز سپهر، آخوندزاده هنزائي مهدي، سراجيان محمدرضا، تشخيص آنومالي‌هاي حرارتي قبل از وقوع زلزله با تلفيق الگوريتم‌هاي شبکة عصبي مصنوعي و بهينه‌سازي کلوني مورچه، 1394، نشریه مديريت مخاطرات محيطي، شماره 2، ص 207 تا 224
ـ زارع مهدی، پیش‌بینی زلزله در ایران، 1395، نشریه نشاء علم، سال ششم، شماره دوم، ص 120 تا 127