الصخور اليابانية القديمة تكشف عن آلية محتملة لتسبب الزلازل القوية في حدوث موجات تسونامي

الملخص:

عند حدوث زلزال، سيحدث احتكاك كبير وتغيرات في الضغط بين طبقات الصخور تحت الأرض. لقد حاول العلماء منذ فترة طويلة تفسير ظاهرة محيرة: لماذا يمكن أن تنزلق الصدوع تحت الماء عشرات الأمتار في وقت قصير جدًا عند حدوث بعض الزلازل الكبيرة، بل وحتى تؤدي إلى حدوث موجات تسونامي مدمرة للغاية؟

وقد تقدم دراسة حديثة أجراها فريق بحثي في ​​جامعة أوساكا العامة في اليابان تفسيرا جديدا لهذه المشكلة. اكتشف الباحثون صخورًا قديمة تشكلت قبل حوالي 15 مليون سنة في شبه جزيرة بوسو اليابانية، والتي تحافظ على بنية جيولوجية غير عادية. يُظهر التحليل أنه خلال الزلازل القوية، ربما يكون الطين الموجود داخل الصدع قد شهد تغيرات جذرية، وكانت لزوجته ذات يوم قريبة من مستوى الماء، مما تسبب في أن تشكل الطبقات الصخرية المتشابكة بإحكام في الأصل حالة مشابهة للتشحيم السائل.

يعني هذا أن الصدوع الزلزالية لا تتحرك دائمًا عن طريق احتكاك المواد الصلبة ببعضها البعض. في ظل ظروف معينة، يمكن للمادة الموجودة داخل الصدع أن تسيل بسرعة، مما يقلل بشكل كبير من مقاومة الانزلاق.

أشرف على البحث البروفيسور تيتسورو هيرونو من جامعة أوساكا العامة. أجرى الفريق مسحًا تفصيليًا للصخور القديمة المكشوفة في شبه جزيرة بوسو. تشكلت هذه الصخور في بيئة قاع البحر منذ حوالي 15 مليون سنة. يحتفظ أحد الصدوع الزلزالية القديمة بطبقات صخرية متموجة ومنحنية واضحة بشكل غير عادي، بالإضافة إلى هياكل معقدة تشبه الدوامات السائلة.

يصف الباحثون هذه الهياكل بأنها ذات خصائص شبيهة بالاضطراب. وفي العادة، تشكل المواد الموجودة في الصدوع الصخرية ترتيبات مستقرة نسبيا في ظل عمليات جيولوجية طويلة الأمد، لكن الطبقات الصخرية المكتشفة هذه المرة تظهر علامات واضحة على التدفق، كما لو أنها شهدت حركة سريعة للسائل في مساحة ضيقة.

لمعرفة كيفية تشكل هذه الهياكل، استخدم فريق البحث أساليب ميكانيكا الموائع لتحليل شكل التكوينات الصخرية، وربطها في النهاية بعملية جيولوجية تسمى "الضغط الحراري".

يحدث الضغط الحراري غالبًا أثناء الانزلاق السريع لصدوع الزلازل. عندما تتحرك الصخور على جانبي الصدع فجأة بالنسبة لبعضها البعض، فإن الاحتكاك الهائل سيولد كمية كبيرة من الحرارة في وقت قصير جدًا. هناك العديد من المسام الصغيرة داخل الصخور، والتي غالبًا ما تحتوي على الماء. عندما تعمل حرارة الاحتكاك على تسخين هذا الماء بسرعة، يرتفع ضغط السائل داخل المسام بشكل حاد.

ولأن الماء محصور داخل الصخر، فلا يمكن تحرير الضغط في الوقت المناسب، مما يؤدي إلى إضعاف مقاومة الاحتكاك بين الصخور على جانبي الصدع. مع انخفاض مقاومة الاحتكاك، قد يؤدي الصدع إلى زيادة سرعة الانزلاق، وتوليد المزيد من الحرارة، والاستمرار في زيادة ضغط المسام.

قد تشكل هذه العملية ردود فعل إيجابية: كلما زادت سرعة انزلاق الصدع، تم توليد المزيد من الحرارة؛ كلما ارتفع ضغط الماء، انخفضت مقاومة الاحتكاك بين الصخور؛ عندما تقل المقاومة، يمكن أن ينزلق الصدع على نطاق أوسع.

يعتقد الباحثون أن الهياكل الخاصة المحفوظة في الصخور القديمة لشبه جزيرة بوسو هي الدليل الجيولوجي الذي خلفته عملية الضغط الحراري هذه.

وقال البروفيسور تيتسورو هيرونو إن تحليل فريق البحث أظهر أن لزوجة المادة الموجودة داخل الصدع ربما كانت قريبة من مستوى الماء. إن حجم هذا التغيير مذهل، مما يعني أن المواد الطينية التي كانت في الأصل تتمتع بمقاومة احتكاك عالية قد تتحول إلى حالة شبه سائلة أثناء الزلازل وتعمل كطبقة تشحيم ديناميكية.

بمجرد حدوث هذه الظاهرة في منطقة صدع ضحلة قريبة من قاع البحر، فقد يكون لها عواقب وخيمة بشكل خاص. ونظرًا للانخفاض المفاجئ في مقاومة الصدع، يمكن أن تخضع التكوينات الصخرية لعمليات إزاحة واسعة النطاق تتجاوز بكثير التوقعات التقليدية، مما يؤدي بدوره إلى تعزيز الارتفاع العام أو هبوط قاع البحر، مما يؤدي إلى اضطراب كميات كبيرة من مياه البحر وتشكيل موجات تسونامي.

في مارس 2011، وقع زلزال كبير بقوة 9.1 درجة في منطقة توهوكو باليابان. واستمر الزلزال قرابة 6 دقائق. حدث انزلاق واسع النطاق لصدوع الغواصات، مما أدى في النهاية إلى حدوث تسونامي مدمر. تسببت الكارثة في وقوع إصابات خطيرة وأسفرت عن وقوع حادث نووي في محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية.

يعتقد الباحثون أن الآلية التي يؤدي بها الشحن الحراري الفائق إلى انخفاض حاد في مقاومة الاحتكاك الصدعي قد تساعد في تفسير سبب قدرة بعض الزلازل الكبيرة على إحداث مثل هذه الإزاحات الضخمة في قاع البحر. ومع ذلك، فإن الصخور التي يبلغ عمرها 15 مليون عام والتي تم اكتشافها حتى الآن لا تثبت أن نفس العملية يجب أن تكون قد حدثت في زلزال توهوكو عام 2011 في اليابان. فهو يوفر آلية محتملة مدعومة بالأدلة المادية، بدلا من التخفيض المباشر للزلزال الحديث.

يتمتع هذا البحث بقيمة محتملة لتقييم مخاطر الزلازل والتسونامي في المستقبل.

في الوقت الحالي، عادةً ما يتطلب تقييم المخاطر الزلزالية دراسة شاملة لعوامل مثل موقع الصدع، والبنية الصخرية، وسجلات الزلازل التاريخية، وسرعة حركة الصفائح. ومع ذلك، فإن التغيرات في الخصائص الفيزيائية التي قد تحدث في المادة الموجودة داخل الصدع في لحظة وقوع الزلزال لا يمكن دائمًا دمجها بدقة في نماذج التنبؤ.

إذا تمكن العلماء من فهم تغيرات اللزوجة لمواد الصدع المختلفة بشكل أفضل في ظل درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي وظروف الانزلاق السريع، فقد يكون من الممكن تقدير أكثر دقة إلى أي مدى يمكن أن يتحرك الصدع عند حدوث زلزال، ومدى حجم إزاحة قاع البحر.

يأمل فريق البحث في تطبيق طريقة التحليل التي تم وضعها هذه المرة على الصدوع النشطة الحديثة، وخاصة تلك الصدوع الضحلة في مناطق الاندساس التي قد تؤدي إلى حدوث موجات تسونامي كبيرة.

يقع هذا النوع من الصدوع في المناطق التي تغوص فيها إحدى الصفائح التكتونية تحت أخرى، وهو موقع العديد من أكبر الزلازل وأمواج تسونامي في العالم. ونظرًا لأن الصدوع الضحلة قريبة مباشرة من قاع البحر، فإن الانزلاق واسع النطاق الذي يحدث عليها قد يكون له تأثير مباشر أكثر على مياه البحر.

تم نشر نتائج الأبحاث ذات الصلة في مجلة "التقارير العلمية" في 27 يونيو 2026. وتحمل الورقة عنوان "تظهر مادة الصدع الضحلة في منطقة الاندساس تدفقًا شبيهًا بالتدفق المضطرب أثناء الزلازل".

تكشف هذه الدراسة عن رابط يمكن التغاضي عنه بسهولة في الآلية الفيزيائية للزلازل: فالصدوع لا تحافظ دائمًا على خصائص احتكاك ثابتة. في ظل الظروف القاسية، قد تخضع موادها الداخلية لتغييرات جذرية في وقت قصير جدًا، وتتحول من واجهة احتكاك صلبة صلبة إلى حالة قريبة من التشحيم السائل.

يوفر هذا الاكتشاف اتجاهات بحثية جديدة لفهم الأسباب التي تجعل الزلازل الكبيرة تنتج فجأة عمليات نزوح غير متوقعة وكيفية تقييم مخاطر التسونامي الناتجة.