خشکسالی های پیاپی، افت شدید آب های زیرزمینی و فرونشست گسترده زمین، تنها یک بحران محیط زیستی برای تهران نیست؛ به گفته مهدی زارع، استاد تمام پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، این تحولات می تواند با تغییر در الگوی تنش گسل های فعال اطراف پایتخت، بر زمان بندی رخدادهای لرزه ای اثر بگذارد.

به گزارش ایسنا، مهدی زارع اظهار کرد: تهران و منطقه جنوبی البرز، بر روی یک دشت آبرفتی عظیم در پای رشته کوه البرز واقع شده که با تخلیه شدید آب های زیرزمینی مواجه است و ارتباط خشکسالی با زلزله خیزی منطقه قابل ارزیابی است. تهران با چندین گسل اصلی فعال به ویژه گسل های مشا ، شمال تهران ، گسل ایوانکی و گسل های کهریزک و پیشوا و رباط کریم احاطه شده است.

وی با تأکید بر اینکه گسل مشا توانایی ایجاد زمین لرزه هایی با بزرگای بیش از 7 را دارد، افزود: این گسل به نظر می رسد طی حدود 195 سال گذشته گسیختگی مهمی را تجربه نکرده باشد، در حالی که تنش های زمین ساختی به طور مستمر در حال بارگذاری بر روی آن هستند.

زارع اضافه کرد: از سوی دیگر، تهران به دلیل برداشت گسترده آب های زیرزمینی، یکی از بالاترین نرخ های فرونشست در جهان را تجربه می کند. تخلیه سفره های آب زیرزمینی که با خشکسالی مزمن تشدید شده موجب افت سطح زمین و فرونشست گسترده شده است. این فرایند اثر دوگانه ای بر پوسته زمین دارد؛ به گونه ای 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 می شود.

استاد تمام پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله با اشاره به اینکه کاهش گسترده حجم آب در حوضه آبریز تهران، بار وارده بر پوسته و دیواره گسل ها را کم می کند، گفت: این تخلیه بار می تواند تنش کولمب را تغییر دهد؛ شاخصی که تعادل میان نیروهای مقاوم در برابر لغزش گسل و نیروهای محرک لغزش را توصیف می کند.

وی افزود: در جنوب رشته کوه البرز، این سازوکار موسوم به برهم کنش خشکسالی و لرزه خیزی از الگوی زمانی مشخصی تبعیت می کند که با چرخه های فصلی و نوسانات اقلیمی مرتبط است.

زارع خاطرنشان کرد: خشکسالی شدید با کاهش ذخیره برف در ارتفاعات البرز و خشک شدن دشت های ورامین و تهران، بار سطحی فصلی را که به طور طبیعی بر پوسته وارد می شود، کاهش می دهد. این کاهش بار می تواند با تغییرات جزیی در تنش مؤثر، به افزایش خفیف ریزلرزه ها منجر شود؛ لرزش هایی کوچک که برخی پژوهشگران آن را نشانه ای از بازتوزیع تنش در پوسته می دانند، هرچند الزاماً به معنای وقوع یک زمینلرزه بزرگ نیست.

وی ادامه داد: یکی از دوره های حساس، زمان پایان یک خشکسالی طولانی مدت است؛ هنگامی که بارش های شدید و سیلابی رخ می دهد، آب می تواند به سرعت در شکستگی های سنگی نفوذ کند و فشار سیال منفذی را در پهنه های گسلی افزایش دهد. افزایش فشار منفذی موجب کاهش تنش مؤثر و اصطکاک بر سطح گسل می شود و در صورت همزمانی با شرایط بحرانی تنش، می تواند احتمال لغزش را افزایش دهد.

زارع خاطر نشان کرد: این امر فشار سیال منفذی را در پهنه گسله افزایش می دهد. آب به عنوان یک جک هیدرولیکی عمل می کند و اصطکاک روی صفحه گسل را کاهش می دهد و به طور بالقوه انرژی زمین ساختی ذخیره شده یک رویداد بزرگ را آزاد می کند. فرونشست همراه با خشکسالی اقلیمی احتمالاً دوره بازگشت بزرگ را کوتاه تر می کند.

این استاد حوزه مخاطرات تاکید کرد: خشکسالی به عنوان یک پدیده کاملاً جوی می تواند باعث تسریع زلزله های عظیم با بزرگای بیش از 7.0 شود؛ اگرچه خشکسالی زلزله را ایجاد نمی کند، اما می تواند به عنوان چکانش ماشه عمل کند، به خصوص در مناطقی با نبود لرزه ای و یا منطقه ای که به عنوان فعال شناخته می شود و مدت زیادی گسیختگی بزرگی را تجربه نکرده باشد.

استاد تمام پژوهشگاه بین المللی زلزله با تاکید بر اینکه اثر تخلیه بار -بازگشت الاستیک- پوسته زمین به طرز شگفت آوری انعطاف پذیر است، یادآور شد: به یک صفحه تکتونیکی مانند یک چشمه غول پیکر فکر کنید. در طول سال های مرطوب حجم عظیمی از آب های زیرزمینی و برف انباشته، پوسته را سنگین می کنند. این فشار عمودی می تواند در انواع خاصی از گسل ها گیر ایجاد کند و اصطکاکی را که مانع از لغزش می شود، افزایش دهد. در جریان خشکسالی با تخلیه آب های زیرزمینی و تبخیر آب های سطحی، آن وزن عظیم برداشته می شود. پوسته به سمت بالا خم می شود.

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

زارع اضافه کرد: فشار سیال منفذی آب به عنوان روان کننده عمل می کند. 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 می دهد. اگر فشار منفذی افزایش یابد، با تنش طبیعی که دو سوی صفحه گسل را در کنار هم نگه می دارد، مقابله می کند.

این محقق حوزه مخاطرات خاطر نشان کرد: اگر خشکسالی با باران شدید همراه باشد، تجمع ناگهانی آب می تواند به منطقه گسله مهاجرت کند و عملاً چرخ ها را برای یک رویداد بزرگ صیقل دهد. کوه های اطراف گسله در جریان خشکسالی های شدید به دلیل از دست دادن آب های زیرزمینی، چندین میلی متر افزایش ارتفاع پیدا می کنند. این چندین میلی متر در هزاران کیلومتر مربع، به تغییر نیروی بزرگی می انجامد.

وی افزود: خشکسالی مقدار کل انرژی لرزه ای را افزایش نمی دهد، اما می تواند فرآیند را تسریع کند. در یک نبود لرزه ای که پوسته از قبل تحت تنش زلزله ای با بزرگای بیش از 7.0 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 دشت های جنوبی قرار دارند که با نرخ قابل توجهی در حال فرونشست هستند، اظهار کرد: در دشت تهران، نرخ فرونشست در برخی پهنه ها از بالاترین مقادیر ثبت شده در کشور است. در امتداد سامانه راندگی شمال تهران، فرایندهای زمین ساختی موجب بالاآمدگی کوهستان و رانده شدن آن به سوی جنوب می شود. بر اساس برآوردهای دیرینه لرزه شناسی، دوره بازگشت زمینلرزه ای با بزرگای حدود 7 در گسل شمال تهران به طور میانگین در حدود 3500 سال تخمین زده می شود و نبود رخداد بزرگ در دوره تاریخی لزوماً به معنای کاهش خطر نیست.

وی ادامه داد: در شرایط خشکسالی چندساله، کاهش ذخیره برف و آب های سطحی در ارتفاعات البرز می تواند بار سطحی وارد بر پوسته را کم کند و در نتیجه بر میزان تنش مؤثر در پهنه های گسلی اثر بگذارد. این تغییرات بارگذاری ممکن است در چارچوب مدل های تنش کولمب، شرایط لغزش را تعدیل کند، هرچند میزان این تأثیر وابسته به بزرگی تغییر تنش و وضعیت پیشین گسل است. از سوی دیگر، بارش های شدید پس از یک دوره خشکسالی می تواند با نفوذ آب به شکستگی ها، 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، می تواند احتمال گسیختگی را افزایش دهد.

این استاد پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی 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 آب های زیرزمینی برای کشاورزی و صنعت، سالانه بیش از 30 سانتی متر فرو می روند. گسل های شمال تهران در قطعه غربی و کهریزک، پیشوا و ایوانکی تا حدی در زیر لایه های خاک آبرفتی نرم دفن شده اند. 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 سنگ های نزدیک سطح زمین و فشرده شدن زمین، به طور بالقوه باعث ایجاد رویدادهای لغزش در این گسل ها می شود. خشکسالی به عنوان یک عامل شتاب دهنده عمل می کند. فرونشست ناشی از خشکسالی انرژی زمین ساختی ایجاد نمی کند، اما اصطکاک روی گسل را تغییر می دهد و به طور بالقوه زمین لرزه بزرگ را در زمان به جلو می اندازد.