الزلازل يمكن أن تغير مجرى الأنهار – مع نتائج مدمرة. قد نكون الآن قادرين على التنبؤ بهذه التهديدات

أوقف زلزال كايكورا في نيوزيلندا عام 2016 نهر واياو توا – المعروف أيضًا باسم نهر كلارنس – في مساره. في غضون ساعات ، فاض النهر خارج قناته وغير مساره. في السنوات السبع منذ الزلزال الذي بلغت قوته 7.8 درجة على مقياس ريختر ، تخلى النهر تمامًا عن المسار الذي كان يسلكه.

هذه ليست المرة الأولى التي يحدث فيها هذا النوع من الأشياء.

تعتبر الفيضانات والزلازل من أكثر الكوارث الطبيعية شيوعًا على مستوى العالم. لقد تم بذل قدر كبير من العمل لفهم مخاطرها – ولكن القليل نسبيًا لتحديد كيفية حدوثها في نفس الوقت.

هذه مشكلة. عشرات الآلاف من الصدوع النشطة تجري تحت قنوات الأنهار حول العالم وفي نيوزيلندا. في الأماكن التي تتقاطع فيها الصدوع والأنهار ، تتشابك مخاطر الزلازل وفيضانات الأنهار أيضًا.

يُظهر بحثنا الجديد أنه عندما يشوه خطأ ما سطح الأرض ، فإنه يمكن أن يتسبب في فيضان نهر يعلوه فجأة خارج قناته المحددة. هذا يمكن أن يعرض المجتمعات المطمئنة للخطر.

في بعض الحالات ، قد تؤدي التحولات المفاجئة في النهر – المعروفة أيضًا باسم الانقلاب – إلى إنشاء النهر لقناة جديدة داخل المناظر الطبيعية.

هناك العديد من الأمثلة على هذه الظاهرة عبر التاريخ ، بما في ذلك تمزق خطأ Reelfoot عام 1812 ، والذي أدى إلى سد نهر المسيسيبي العظيم لعدة ساعات. كما تسبب الزلزال نفسه في سد نهر ريلفوت بشكل دائم ، مما أدى إلى إنشاء بحيرة ريلفوت.

اقرأ المزيد: لا أحد يستطيع التنبؤ بالزلازل ، لكن يمكننا التنبؤ بها. إليك الطريقة

تحدث الزلازل بسبب الحركة المفاجئة للأعطال. عندما ينفجر الصدع على السطح ، فإنه يمكن أن ينقل أحد جانبي الخطأ رأسيًا إلى ما بعد الآخر. يمكن أن يتسبب هذا في رفع أو انخفاض كتلة كبيرة من الأرض بشكل دائم.

عندما تجري الصدوع تحت الأنهار ، يمكن أن تنتج هذه الحركة العمودية صدوعًا – جدارًا من الصخور و / أو التربة – يعيق قدرة النهر على الاستمرار في التدفق في قناته المعتادة.

هذا ما حدث في كايكورا في عام 2016. تمزق صدع Papatea وخلق حاجزًا بارتفاع 6.5 متر داخل قناة Waiau Toa ، مما أدى إلى إيقاف النهر في مساره وتغيير المسار الذي يسلكه بسرعة وبشكل دائم.

لكن هل يمكننا توقع هذا النوع من الأشياء قبل حدوثه؟

تحولات التنبؤ

أتاحت البيانات من زلزال كايكورا فرصة لاختبار ما إذا كانت هذه الأنواع من التحولات في تدفقات الأنهار والفيضانات المحتملة يمكن “التنبؤ بها” مسبقًا. اتضح ، قد يكون ذلك ممكنًا.

قمنا ببناء نموذجين للفيضانات يهدفان إلى إعادة إنتاج تحول نهر Waiau Toa. استخدم النموذج الأول البيانات الطبوغرافية التي تم الحصول عليها في أعقاب زلزال كايكورا 2016 ، والتي تحتوي على جرح صدع Papatea الحقيقي. النموذج الثاني يحاكي التقلب باستخدام طبوغرافيا ما قبل الزلزال ، المعدلة بصدع باباتيا الاصطناعي.

كان أداء كلا النموذجين جيدًا ، واستنسخ بدقة أنماط الفيضانات التي حدثت في عام 2016. ويشير هذا إلى أنه يمكن التنبؤ مسبقًا بالتغيرات في أنماط فيضان الأنهار بعد الزلازل التي تمزق السطح.

اقرأ المزيد: لا يمكن لعلماء الزلازل التنبؤ بحدوث زلزال وشيك ، ولكن من الممكن توقع حدوث زلزال على المدى الطويل وتحذيرات موجزة بعد حدوثه.

ومع ذلك ، من المستحيل التنبؤ بالمقدار الدقيق للإزاحة السطحية التي قد ينتجها الخطأ عند التمزق ، أو الظروف الدقيقة لتدفق النهر عندما يحدث ذلك. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام نمذجة الفيضان لاستكشاف السيناريوهات مسبقًا باستخدام معلومات التدفق التاريخية وبيانات الخطأ التاريخية.

بتطبيق هذا على تمزق صدع Papatea ، وجدنا أن التحولات المفاجئة في تدفق النهر قد لا تحدث على الفور إذا كان النهر منخفضًا.

تخطيط أفضل

هذا أمر مهم ، لأنه يشير إلى أن الفيضانات يمكن أن تتأخر بعد زلزال تمزق سطحيًا إذا كان النهر المتأثر ينخفض. ومع ذلك ، قد يظل النهر يتغير مساره لاحقًا ، مع زيادة معدل التدفق.

قد يسمح إنشاء نماذج للفيضانات مسبقًا للمخططين بتحديد المناطق الرئيسية على طول النهر المعرضة لهذا الخطر. يمكنهم بعد ذلك وضع تدابير من شأنها أن تقلل من تأثير الفيضانات ، مثل السدود.

اقرأ المزيد: من المحتمل أن يأتي زلزال نيوزيلندا الكبير القادم في منطقة جبال الألب في وقت أقرب مما كنا نعتقد ، وفقًا للدراسة

يعني موقع نيوزيلندا فوق حدود الصفيحة أن الزلازل تشكل خطرًا طبيعيًا شائعًا. تتزايد مخاطر الفيضانات أيضًا من حيث تواترها وشدتها.

كايكورا ليس المجتمع الوحيد الذي يمكن أن يتأثر بمزيج من الزلازل والفيضانات.

العديد من الصدوع النشطة في نيوزيلندا تكمن تحت الأنهار الواقعة بالقرب من المناطق المأهولة بالسكان ، أو البنية التحتية الحيوية. ومن الأمثلة على ذلك خطأ Wellington ، الذي يقع تحت نهر Hutt ، وصدع Titri وتقاطع نهر Taieri الذي يحد مطار Dunedin والعديد من المدن.

ومع ذلك ، فإننا عادة لا نفكر في الكيفية التي قد تتغير بها هذه الأنهار بعد زلزال تمزق سطحيًا ، مما يعني أن السكان والبنية التحتية القريبة تظل مكشوفة وغير مستعدة. نادرًا ما يتم أخذ التركيبة الفريدة من الزلازل والفيضانات في الاعتبار في استراتيجيات إدارة الفيضانات الحالية أو خطط الاستجابة للزلازل.

من الضروري أن تأخذ خطط الاستجابة الحالية للزلازل بعين الاعتبار تأثير الصدوع النشطة التي تدعم أنظمة الأنهار. قد تقلل نماذج الفيضانات الحالية التي تهمل وجودها من مدى وطول العمر وأنماط الفيضانات التي تعقب الزلازل.

توفر النمذجة لدينا طريقًا إلى الأمام. مع بعض المعرفة بموقع الخطأ وأسلوب التمزق ، يمكن استكشاف التفاعلات بين الزلازل التي تمزق السطح ومخاطر فيضان النهر في وقت مبكر.