الهه جعفرزاده: «دریاچه ارومیه در شمال غربی ایران در چند دهه گذشته به دلیل ترکیبی از تغییرات اقلیمی، انحراف آب برای کشاورزی و ساخت بیش از ۹۰ سد و بند بر روی سرشاخه‌های دریاچه خشک شده است. این خشکی نه تنها در مورد اثرهای اکولوژیکی بلکه در مورد اثر بالقوه آن بر فعالیت لرزه ای در منطقه نیز نگرانی‌هایی را ایجاد کرده است.»
این توضیحات مهدی زارع، استاد پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، در گفت‌وگو با خبرآنلاین است. از او درباره ارتباط بین خشکی این دریاچه و فعالیت‌های لرزه‌ای جویا شدیم.
مشروح این گفت‌وگو را در ادامه می‌خوانید:
ارتباط بین خشکی دریاچه ارومیه و فعالیت‌های لرزه‌ای را چطور می‌توان تبیین کرد؟ در این‌باره توضیح دهید.
سازوکارهای مرتبط‌کننده خشک‌شدن دریاچه با فعالیت لرزه‌ای را می‌توان به ترتیب زیر مرور کرد:
کاهش فشار هیدرواستاتیک: خشک‌شدن دریاچه‌ها می‌تواند منجر به کاهش فشار هیدرواستاتیکی وارد بر سازندهای زمین‌شناختی اطراف شود. هنگامی که توده‌های بزرگ آبی وجود دارند، روی پوسته زمین فشار وارد می‌کنند، با کاهش سطح آب، این فشار کاهش می‌یابد؛ که می‌تواند گسل‌هایی را که از قبل تحت تنش هستند بی‌ثبات‌تر کند. در مناطقی با ساختار زمین‌ساختی فعال، مانند اطراف دریاچه ارومیه، این کاهش فشار ممکن است باعث حرکت گسل و افزایش لرزه‌خیزی شود.
تغییرات در سطح آب‌های زیرزمینی: خشک‌شدن دریاچه‌ها اغلب منجر به تغییر سطح آب‌های زیرزمینی در مناطق مجاور می‌شود. با کاهش آب‌های سطحی، آب‌های زیرزمینی نیز به دلیل افزایش تبخیر و کاهش تغذیه از منابع سطحی کاهش می‌یابد. این تغییر بر فشار منفذی درون سنگ‌ها و رسوبات اثر می‌گذارد و در صورت مساعد شدن شرایط برای آغاز جنبایی، به طور بالقوه منجر به لغزش گسل می‌شود.
فرونشست زمین: خشک‌شدن دریاچه ارومیه به دلیل فشرده‌شدن رسوباتی که قبلا از آب اشباع شده بودند، با فرونشست زمین نیز همراه بوده است. این فرونشست فشار بیشتری را بر روی گسل‌های مجاور ایجاد می‌کند و تا سازگاری زمین با این شرایط جدید به فعالیت‌های لرزه‌ای مرتبط می‌شود.
افزایش خطر لرزه‌ای ناشی از تغییرات محیطی: تغییرات محیطی ناشی از خشک‌شدن دریاچه -مانند تغییر در پوشش گیاهی و رطوبت خاک- بر لرزه‌خیزی محلی اثر می‌گذارد. به عنوان مثال، تغییرات در کاربری زمین یا پوشش گیاهی بر نحوه نفوذ آب باران به زمین اثرگذار است و به طور بالقوه دینامیک هیدرولوژیکی محیط را تغییر می‌دهد و بر پایداری گسل اثر می‌گذارد.
با توجه به اینکه کاهش سطح دریاچه‌ها در افزایش رویدادهای لرزه‌ای نقش دارد، این مورد در خصوص دریاچه ارومیه چطور نمود پیدا کرده است؟
شواهد حاصل از تحقیقات انجام‌شده توسط زمین‌شناسانی که منطقه را مطالعه می‌کنند، نشان از ارتباط بین کاهش سطح دریاچه‌ها و افزایش رویدادهای لرزه‌ای دارد. اطراف دریاچه ارومیه نیز از اوایل دهه ۲۰۰۰ همزمان با کاهش قابل توجه حجم دریاچه، فعالیت‌های زلزله‌ای مختلفی تجربه کرده‌است؛ زلزله سلماس (قطور) و باشقلعه (ترکیه) در ۴ اسفند ۱۳۹۸ و هم‌چنین شش زلزله با بزرگای ۵.۵ تا ۶ بین شهریور ۱۴۰۱ تا فروردین ۱۴۰۲ در منطقه خوی از نمادهای مهم لرزه‌خیزی محیط پیرامون دریاچه ارومیه در دو دهه اخیر هستند.
این زلزله‌ها به تغییر شکل زمین هم می‌انجامند؟
قطعاً، تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های GPS الگوهای تغییر شکل زمین را مطابق با افزایش فعالیت لرزه‌ای مرتبط با تغییرات هیدرولوژیکی اطراف دریاچه ارومیه نشان داده‌اند.
عوامل مشخصی وجود دارند که پایداری گسل‌ها را تقویت کنند؟
بله، سازوکارهایی مانند کاهش فشار هیدرواستاتیکی روی گسل‌ها، تغییر سطح آب‌های زیرزمینی مؤثر بر فشار منفذی، فرونشست زمین با ایجاد استرس اضافی بر سازندهای زمین‌شناختی و تغییرات محیطی گسترده‌تر بر پایداری گسل‌ها اثر می‌گذارند.
تغییرات اقلیم اثرهای گسترده‌ای بر سیستم‌های مختلف طبیعی از جمله فرآیندهای زمین شناسی دارد. تغییرات ناشی از گرم شدن کره زمین، می‌تواند بر فعالیت لرزه‌ای در راستای گسل‌های فعال اثر می‌گذارد. این رابطه در درجه اول از طریق سازوکارهای ذوب یخبندان و تغییرات در بارهای هیدرولوژیکی مشاهده می‌شود.
گرمایش زمین در تحریک گسل‌ها چه نقشی را ایفا می‌کند؟
گرم‌شدن زمین به طرق مختلف در تحریک و بروز گسل‌ها نقش دارد، از جمله:
ذوب یخبندان و کاهش استرس گسل: طبق مطالعه‌ای که در ۱۸ دسامبر ۲۰۲۴ در دانشگاه ایالتی کلرادو منتشر شد، در طول آخرین عصر یخبندان، یخچال‌ها فشار قابل توجهی بر پوسته زمین وارد کردند. با ذوب‌شدن این یخچال‌ها به دلیل افزایش دمای مرتبط با تغییرات اقلیمی، وزنی که قبلاً گسل‌ها تحمل می‌کردند، حذف می‌شود. این کاهش بار می‌تواند منجر به افزایش سرعت لغزش گسل شود، در مناطقی مانند کوه‌های Sangre de Cristo در کلرادو آمریکا چنین پدیده‌ای مشاهده و بررسی شده است. ذوب شدن یخ به گسل‌ها اجازه می‌دهد آزادانه‌تر حرکت کنند و به طور بالقوه منجر به افزایش فعالیت زلزله می‌شود.
تغییرات اقلیمی هم‌چنین بر روی بدنه‌های آبی و توزیع آب در طبیعت نیز اثر می‌گذارد. تبخیر حجم‌های بزرگ آب یا تغییر در سطح آب‌های زیرزمینی شرایط تنش روی گسل‌ها را تغییر می‌دهد. به عنوان مثال، هنگامی که آب از یک منطقه (به دلیل تبخیر یا استخراج) حذف می‌شود، می‌تواند منجر به کاهش فشار روی سنگ‌های زیرین شود که باعث حرکت گسل نیز می‌شود.
شوک‌های محیطی ناگهانی -مانند بارندگی شدید یا ذوب سریع برف- با تغییر سریع بار روی گسل‌ها به فعالیت‌های لرزه‌ای منجر می‌شود. این شوک‌ها می‌توانند باعث لغزش در راستای گسل‌هایی شوند که در اثر نیروهای زمین ساختی تحت تنش هستند.
زمین‌ساخت و گردش جوی: تعامل بین زمین‌ساخت و اقلیم پیچیده است. بالا آمدن زمین‌ساختی، بر الگوهای گردش جوی، توزیع بارش و پایداری گسل‌ها را در طی زمان اثر می‌گذارد. تحقیقات اخیر که توسط دانشمندان علوم زمین در دانشگاه ایالتی کلرادو منتشر شده، این ارتباطات در افزایش میزان لغزش گسل‌ها از زمان آخرین عصر یخبندان با کاهش یخچال‌ها بوده است. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که مناطق مجاور یخچال‌های طبیعی در حال عقب نشینی، احتمالاً به دلیل این شرایط تنش در حال تغییر، فعالیت لرزه‌ای را افزایش می‌دهند.
این مطالعه از داده‌های سنجش از دور و اندازه‌گیری‌های GPS با دقت بالا برای تجزیه و تحلیل جابجایی گسل‌ها در طی زمان استفاده کرده و نشان داد که حرکت گسل از زمان عقب‌نشینی یخبندان در مقایسه با دوره‌هایی که یخچال‌ها وجود داشته‌اند، پنج برابر سریع‌تر شده است.
دریاچه ارومیه از دهه ۷۰ تا کنون چند درصد حجم خود را از دست داده است؟ چه عواملی علل در این اتفاق مؤثر بوده‌اند؟
دریاچه ارومیه که زمانی بزرگ‌ترین دریاچه آب شور خاورمیانه بود، از سال ۱۳۷۵ تا ۱۴۰۳ حدود ۹۵ درصد حجم خود را، به علل گوناگون مانند برداشت بیش از حد آب برای کشاورزی (از طریق سدها و آبیاری)، کاهش بارندگی مرتبط با تغییرات اقلیمی، افزایش تبخیر ناشی از افزایش دما و ... از دست داده است.
تأثیر این پدیده از آن زمان تا کنون بر فعالیت گسل‌ها چگونه است؟
پاسخ به این پرسش در دو مورد خلاصه می‌شود:
تخلیه پوسته: از دست دادن سریع جرم آب (معادل حذف میلیاردها تن وزن) فشار روی پوسته زمین را کاهش می‌دهد و به طور بالقوه باعث بازگشت ایزواستاتیک (بالا بردن پوسته) می‌شود. میزان بالا آمدن پوسته در محیط دریاچه ارومیه حدود ۱۱ سانتی‌متر طی سالهای ۱۳۸۰-۱۴۰۰ برآورد شده است. این تخلیه، میدان‌های تنش منطقه‌ای را تغییر می‌دهد، که می‌تواند گسل‌های مجاور را بی‌ثبات کند.
تغییرات فشار منفذی: کاهش تغذیه آب زیرزمینی ناشی از کاهش دریاچه فشار حفره‌ای سنگ‌ها را کاهش می‌دهد، تنش برشی روی گسل‌ها را افزایش داده و آنها را مستعد لغزش می‌کند. اثرهای مشابهی در سطح جهانی مشاهده شده است. به عنوان مثال، خشک‌شدن بحرالمیت در غرب اردن و شرق فلسطین با افزایش لرزه خیزی در دره ریفت اردن به دلیل تخلیه پوسته مرتبط است.
تداوم خشکسالی در طولانی‌مدت چه پیامدی خواهد داشت؟
خشکسالی طولانی‌مدت کمبود آب را تشدید می‌کند و منجر به موارد زیر می‌شود:
پمپاژ بیش از حد آب‌های زیرزمینی: این امر باعث فرونشست و فشرده‌شدن سفره‌های زیرزمینی می‌شود (به عنوان مثال، همانطور که در دره مرکزی کالیفرنیا یا حوضه تهران دیده می‌شود).
توزیع مجدد تنش: فرونشست تنش‌های عمودی و افقی را در پوسته تغییر می‌دهد و به طور بالقوه فشار را به گسل‌های مجاور منتقل می‌کند. گسل شمال تبریز، یک گسل امتداد لغز راست جانبی بزرگ، در حال حاضر تحت تنش زمین ساختی قرار دارد. تنش اضافی ناشی از فرونشست می‌تواند گسل را به گسیختگی ناگهانی و رخداد زمین‌لرزه بزرگ نزدیک کند.
دمای بالاتر تبخیر را تشدید می‌کند، که با از دست دادن دریاچه و آب زیرزمینی شرایط بدتر می‌شود. الگوهای بارندگی تغییر یافته (خشکسالی طولانی‌تر، طوفان‌های شدیدتر) سامانه‌های آب سطحی و زیرسطحی را بی‌ثبات می‌کند و پوسته را بیشتر تحت فشار قرار می‌دهد ذوب یخچال‌های طبیعی (مانند هیمالیا) با تغییرات در رفتار گسل از طریق تخلیه مرتبط است.
در خصوص گسل شمال تبریز و میزان زلزله‌خیزی آن بیشتر توضیح می‌دهید؟
گسل شمال تبریز (NTF) یک گسل فعال اصلی با توان ایجاد زمین لرزه‌هایی با بزرگای بیش ازM۷+ (آخرین گسیختگی بزرگ در سال ۱۷۸۰) است. لغزش افقی ~ ۷ میلی‌متر در سال را تجربه می‌کند. این گسل به شدت تحت فشار است، به این معنی که تغییرات کوچک در تنش (مانند تخلیه پوسته یا از دست دادن آب زیرزمینی) می‌تواند باعث شروع گسیختگی شود.
به عنوان مثال، مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۱ در Geophysical Research Letters نشان داد که استخراج آب‌های زیرزمینی در منطقه تبریز می‌تواند تغییرات تنش ~ ۰.۱تا ۱ کیلو پاسکال در سال را در گسل شمال تبریز ایجاد کند؛ که زلزله در یک گسل در حال حاضر نزدیک به شکست را می‌تواند تسریع کند یا به تعویق اندازد. خشک‌شدن دریاچه در بیست و هشت سال اخیر حدود ۲۲ کیلومتر مکعب آب را حذف کرده است؛ که معادل تخلیه ۲۲ میلیارد تن است. در حالی که این مقدار می‌تواند منجر به تغییرات تنش موضعی بر بخش‌هایی از گسل شود.
خشکسالی ← کاهش آب‌های زیرزمینی ← فرونشست.
از دست دادن دریاچه ← تخلیه پوسته ← تغییرات میدان تنش.
تغییر اقلیم ← تشدید افراطی در رخدادهای هیدرولوژیک.
این عوامل آستانه فعال شدن گسل را کاهش می‌دهند، به ویژه در مناطقی مانند شمال غربی ایران، که در آن یکی از بیشترین میزان‌های تغییر شکل‌های زمین‌ساختی حال حاضر در فلات ایران رخ می‌دهد.
نیروهای زمین‌ساختی بر فعالیت گسل چگونه اثر می‌گذارند؟
نیروهای زمین‌ساختی بر رفتار گسل غالب هستند و جداسازی اثرهای اقلیمی/ هیدروولوژیک همچنان چالش برانگیز است. بیشتر تغییرات تنش ناشی از فرآیندهای سطحی، مرتبه‌ای کوچک‌تر از تنش‌های تکتونیکی هستند، اما همچنان ممکن است به‌عنوان «آخرین نی» بر کوهان شتر (در مناطق بحرانی) عمل کنند.
مجموعه این عوامل چگونه وضعیت گسل‌ها را تهدید می‌کنند؟
در حالی که فعالیت گسل شمال تبریز عمدتاً با نیروهای زمین‌ساختی هدایت می‌شود، خشک‌شدن دریاچه ارومیه، خشکسالی طولانی مدت و تغییرات اقلیمی ممکن است به موارد ذیل منجر شود:
تغییر توزیع تنش بر روی گسل، به طور بالقوه تسریع در زمان‌بندی رخداد زلزله‌های آینده و افزایش خطر لرزه‌ای در مناطق آسیب‌پذیر مانند تبریز با ۱.۵ میلیون نفر جمعیت ثابت و حدود دو میلیون نفر جمعیت در طی روز.
۴۷۲۳۲
∎