دکتر مهدی زارع، استاد تمام پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله در گفت‌وگو با ایسنا، اظهار کرد: تهران و منطقه جنوبی البرز، بر روی یک دشت آبرفتی عظیم در پای رشته‌کوه البرز واقع شده که ‌با تخلیه شدید آب‌های زیرزمینی مواجه است و ارتباط خشکسالی با زلزله‌خیزی منطقه قابل ارزیابی است. تهران با چندین گسل اصلی فعال به ویژه گسل‌های «مشا»، «شمال تهران»، «گسل ایوانکی» و گسل‌های «کهریزک» و «پیشوا» و «رباط کریم» احاطه شده است.

 

وی با تأکید بر اینکه گسل «مشا» توانایی ایجاد زمین‌لرزه‌هایی با بزرگای بیش از ۷ را دارد، افزود: این گسل به نظر می‌رسد طی حدود ۱۹۵ سال گذشته گسیختگی مهمی را تجربه نکرده باشد، در حالی که تنش‌های زمین‌ساختی به طور مستمر در حال «بارگذاری» بر روی آن هستند.

 

زارع اضافه کرد: از سوی دیگر، تهران به دلیل برداشت گسترده آب‌های زیرزمینی، یکی از بالاترین نرخ‌های فرونشست در جهان را تجربه می‌کند. تخلیه سفره‌های آب زیرزمینی – که با خشکسالی مزمن تشدید شده – موجب افت سطح زمین و فرونشست گسترده شده است. این فرایند اثر دوگانه‌ای بر پوسته زمین دارد؛ به‌گونه‌ای که همزمان با حرکت عمودی ناشی از فرونشست، پوسته زمین در حال «بازگشت الاستیک» بوده یا الگوی توزیع فشار در امتداد لبه گسل دچار تغییر می‌شود.

 

استاد تمام پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله با اشاره به اینکه کاهش گسترده حجم آب در حوضه آبریز تهران، بار وارده بر پوسته و دیواره گسل‌ها را کم می‌کند، گفت: این «تخلیه بار» می‌تواند تنش کولمب را تغییر دهد؛ شاخصی که تعادل میان نیروهای مقاوم در برابر لغزش گسل و نیروهای محرک لغزش را توصیف می‌کند.

 

وی افزود: در جنوب رشته‌کوه البرز، این سازوکار موسوم به «برهم‌کنش خشکسالی و لرزه‌خیزی» از الگوی زمانی مشخصی تبعیت می‌کند که با چرخه‌های فصلی و نوسانات اقلیمی مرتبط است.

 

اثرات خشکسالی‌های شدید

 

زارع خاطرنشان کرد: خشکسالی شدید با کاهش ذخیره برف در ارتفاعات البرز و خشک شدن دشت‌های ورامین و تهران، بار سطحی فصلی را که به‌طور طبیعی بر پوسته وارد می‌شود، کاهش می‌دهد. این کاهش بار می‌تواند با تغییرات جزئی در تنش مؤثر، به افزایش خفیف ریزلرزه‌ها منجر شود؛ لرزش‌هایی کوچک که برخی پژوهشگران آن را نشانه‌ای از بازتوزیع تنش در پوسته می‌دانند، هرچند الزاماً به معنای وقوع یک زمینلرزه بزرگ نیست.

 

وی ادامه داد: یکی از دوره‌های حساس، زمان پایان یک خشکسالی طولانی‌مدت است؛ هنگامی که بارش‌های شدید و سیلابی رخ می‌دهد، آب می‌تواند به‌سرعت در شکستگی‌های سنگی نفوذ کند و فشار سیال منفذی را در پهنه‌های گسلی افزایش دهد. افزایش فشار منفذی موجب کاهش تنش مؤثر و اصطکاک بر سطح گسل می‌شود و در صورت همزمانی با شرایط بحرانی تنش، می‌تواند احتمال لغزش را افزایش دهد.

 

زارع خاطر نشان کرد: این امر فشار سیال منفذی را در پهنه گسله افزایش می‌دهد. آب به عنوان یک جک هیدرولیکی عمل می‌کند و اصطکاک روی صفحه گسل را کاهش می‌دهد و به طور بالقوه انرژی زمین‌ساختی ذخیره شده یک رویداد بزرگ را «آزاد» می‌کند. فرونشست همراه با خشکسالی اقلیمی احتمالاً دوره بازگشت «بزرگ» را کوتاه‌تر می‌کند.

 

این استاد حوزه مخاطرات تاکید کرد: خشکسالی به عنوان یک پدیده کاملاً جوی می‌تواند باعث تسریع زلزله‌های عظیم با بزرگای بیش از ۷.۰ شود؛ اگرچه خشکسالی زلزله را «ایجاد» نمی‌کند، اما می‌تواند به عنوان چکانش ماشه عمل کند، به خصوص در مناطقی با نبود لرزه‌ای و یا منطقه‌ای که به عنوان فعال شناخته می‌شود و مدت زیادی گسیختگی بزرگی را تجربه نکرده باشد.

 

چشمه غول پیکر صفحه تکتونیکی

 

استاد تمام پژوهشگاه بین‌المللی زلزله با تاکید بر اینکه اثر «تخلیه بار» -بازگشت الاستیک- پوسته زمین به طرز شگفت‌آوری انعطاف‌پذیر است، یادآور شد: به یک صفحه تکتونیکی مانند یک چشمه غول‌پیکر فکر کنید. در طول سال‌های مرطوب حجم عظیمی از آب‌های زیرزمینی و برف انباشته، پوسته را سنگین می‌کنند. این فشار عمودی می‌تواند در انواع خاصی از گسل‌ها  «گیر» ایجاد کند و اصطکاکی را که مانع از لغزش می‌شود، افزایش دهد. در جریان خشکسالی با تخلیه آب‌های زیرزمینی و تبخیر آب‌های سطحی، آن وزن عظیم برداشته می‌شود. پوسته به سمت بالا «خم» می‌شود.

 

وی افزود: برای گسلی که از قبل تا نقطه شکست خود تحت فشار قرار گرفته و در بازه نبود لرزه‌ای است، این بالاآمدگی ظریف می‌تواند برای کاهش نیروی گیرکننده و لغزش گسل کافی باشد.

 

زارع اضافه کرد: فشار سیال منفذی آب به عنوان روان‌کننده عمل می‌کند. تغییرات سریع در سطح آب - چه تخلیه سریع در جریان خشکسالی و چه تغذیه ناگهانی در جریان سیل پس از خشکسالی - فشار مایعات به دام افتاده در منافذ سنگ را تغییر می‌دهد. اگر فشار منفذی افزایش یابد، با تنش طبیعی که دو سوی صفحه گسل را در کنار هم نگه می‌دارد، مقابله می‌کند.

 

این محقق حوزه مخاطرات خاطر نشان کرد: اگر خشکسالی با باران شدید همراه باشد، تجمع ناگهانی آب می‌تواند به منطقه گسله مهاجرت کند و عملاً چرخ‌ها را برای یک رویداد بزرگ صیقل دهد. کوه‌های اطراف گسله در جریان خشکسالی‌های شدید به دلیل از دست دادن آب‌های زیرزمینی، چندین میلی‌متر افزایش ارتفاع پیدا می‌کنند. این چندین میلی‌متر در هزاران کیلومتر مربع، به تغییر نیروی بزرگی می‌انجامد.

 

وی افزود: خشکسالی مقدار کل انرژی لرزه‌ای را افزایش نمی‌دهد، اما می‌تواند فرآیند را تسریع کند. در یک نبود لرزه‌ای که پوسته از قبل «تحت تنش» زلزله‌ای با بزرگای بیش از ۷.۰ ‌با  «از دست دادن وزن آب»‌ ممکن است فشار نهایی لازم برای شروع گسیختگی را فراهم کند.

 

زارع با تاکید بر اینکه در تهران، نواحی کوهستانی شمال شهر در مجاورت دشت‌های جنوبی قرار دارند که با نرخ قابل توجهی در حال فرونشست‌ هستند، اظهار کرد: در دشت تهران، نرخ فرونشست در برخی پهنه‌ها از بالاترین مقادیر ثبت‌شده در کشور است. در امتداد سامانه راندگی شمال تهران، فرایندهای زمین‌ساختی موجب بالاآمدگی کوهستان و رانده‌شدن آن به سوی جنوب می‌شود. بر اساس برآوردهای دیرینه‌لرزه‌شناسی، دوره بازگشت زمینلرزه‌ای با بزرگای حدود ۷ در گسل شمال تهران به طور میانگین در حدود ۳۵۰۰ سال تخمین زده می‌شود و نبود رخداد بزرگ در دوره تاریخی لزوماً به معنای کاهش خطر نیست.

 

تنش مؤثر بر گسل‌ها با خشکسالی

 

وی ادامه داد: در شرایط خشکسالی چندساله، کاهش ذخیره برف و آب‌های سطحی در ارتفاعات البرز می‌تواند بار سطحی وارد بر پوسته را کم کند و در نتیجه بر میزان تنش مؤثر در پهنه‌های گسلی اثر بگذارد. این تغییرات بارگذاری ممکن است در چارچوب مدل‌های تنش کولمب، شرایط لغزش را تعدیل کند، هرچند میزان این تأثیر وابسته به بزرگی تغییر تنش و وضعیت پیشین گسل است. از سوی دیگر، بارش‌های شدید پس از یک دوره خشکسالی می‌تواند با نفوذ آب به شکستگی‌ها، فشار سیال منفذی را در عمق افزایش دهد. افزایش فشار منفذی با کاهش تنش مؤثر و اصطکاک بر سطح گسل همراه است و در صورت نزدیک بودن گسل به آستانه شکست، می‌تواند احتمال گسیختگی را افزایش دهد.

 

این استاد پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی گفت: جنوب و غرب تهران در حال فرونشست در جنوب (ری، کهریزک) و غرب (شهریار) است، به نحوی که برخی از مناطق به دلیل استخراج آب‌های زیرزمینی برای کشاورزی و صنعت، سالانه بیش از ۳۰ سانتی‌متر فرو می‌روند. گسل‌های شمال تهران در قطعه غربی و  کهریزک، پیشوا و ایوانکی تا حدی در زیر لایه‌های خاک آبرفتی نرم دفن شده‌اند. در جنوب شرق تهران گسل ایوانکی به دلیل فعالیت زیاد و قرار گرفتن در نزدیکی سفره آب زیرزمینی ورامین در معرض تخلیه آب شدید است.

 

وی تاکید کرد: با  کاهش «فشار منفذی» روی سنگ‌های نزدیک سطح زمین و فشرده شدن زمین، به طور بالقوه باعث ایجاد رویدادهای «لغزش» در این گسل‌ها می‌شود. خشکسالی به عنوان یک عامل شتاب‌دهنده عمل می‌کند. فرونشست ناشی از خشکسالی انرژی زمین‌ساختی ایجاد نمی‌کند، اما اصطکاک روی گسل را تغییر می‌دهد و به طور بالقوه «زمین‌لرزه بزرگ» را در زمان به جلو می اندازد.