زلزلههای ساخت بشر؛ وقتی دانشمندان عمداً زمین را میلرزانند
آزمایش جسورانه پژوهشگران در دل آلپ سوئیس برای فهم آغاز، گسترش و توقف زمینلرزهها
در اعماق رشتهکوه آلپ سوئیس، جایی که ۱۵۰۰ متر زیر سطح زمین قرار دارد، دانشمندان کاری انجام میدهند که در نگاه اول شاید ترسناک به نظر برسد: آنها عمداً زلزله ایجاد میکنند. هدف این کار نه تخریب، بلکه درک بهتر یکی از ویرانگرترین پدیدههای طبیعی زمین است.
مشکل زلزلهها: غیرقابل پیشبینی بودن
زمینلرزهها از بسیاری جهات شبیه یک مشکل معروف در فیلم «بازگشت به آینده» (Back To the Future – ۱۹۸۵) هستند. در این فیلم، دکتر براون (Doc Brown) به مارتی مکفلای میگوید برای بازگشت به زمان خودش، باید انرژی یک صاعقه را دقیقاً در لحظه و مکان مناسب مهار کنند—اما مشکل این است که هیچکس نمیداند صاعقه کی و کجا فرود میآید.
زلزلهها هم دقیقاً همینطورند. گسلها ممکن است دههها یا حتی قرنها بدون یک لرزش بزرگ باقی بمانند. به همین دلیل، مطالعه دقیق آنها در لحظه وقوع زلزلههای طبیعی، کاری بسیار دشوار است. دانشمندان نمیتوانند منتظر بمانند تا «اتفاق بیفتد»؛ پس تصمیم گرفتهاند خودشان زلزله بسازند—البته زلزلههایی بسیار کوچک و کنترلشده.
آزمایشگاه زیرزمینی بدرتو؛ قلب پروژه FEAR
این پژوهشها در آزمایشگاه زیرزمینی بدرتو برای علوم زمین و انرژی زمینگرمایی (Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergy – BedrettoLab) انجام میشود؛ یک مرکز تحقیقاتی زیرزمینی در منطقه تیچینو (Ticino) سوئیس.
در این آزمایشگاه، تیمی بینالمللی از دانشمندان به رهبری پژوهشگران مؤسسه فناوری فدرال زوریخ (ETH Zurich)، پروژهای را راهاندازی کردهاند با نامی قابلتوجه: پروژه فعالسازی گسل و گسیختگی زمینلرزه (Fault Activation and Earthquake Rupture – FEAR)
هرچند نام FEAR («ترس») بیشتر شبیه عنوان یک فیلم جیمز باند است، اما هدف آن کاملاً علمی است: ایجاد زلزلههای بسیار کوچک در امتداد یک گسل طبیعی به نام گسل امسی (MC Fault) و بررسی دقیق رفتار آنها.
زلزله با تزریق هیدرولیکی
روش کار FEAR استفاده از تزریق هیدرولیکی (Hydraulic Injection) است؛ روشی که از نظر فنی شباهتهایی به زلزلههای القایی در فعالیتهایی مانند:
- فرکینگ (Fracking)،
- یا پروژههای انرژی زمینگرمایی سنگ داغ فوقالعاده
دارد، اما در اینجا همهچیز در محیطی کاملاً کنترلشده انجام میشود.
نتایج اولیه: هزاران زلزله بسیار کوچک
در مقالهای تازه که در مجله علمی Seismica منتشر شده، پژوهشگران اهداف پروژه و نتایج اولیه آن را شرح دادهاند. نخستین آزمایش بزرگ این طرح با نام FEAR-1 در اواخر سال ۲۰۲۴ انجام شد و شامل:
- ۱۴ مرحله تزریق،
- و ایجاد حدود ۹۰۰۰ رویداد لرزهای
در داخل و اطراف ساختار گسل بود.
این لرزشها آنقدر کوچک بودند که انسانها اصلاً آنها را احساس نمیکنند و فقط ابزارهای بسیار حساس قادر به ثبتشان هستند.
چرا این آزمایش مهم است؟
اشتفان ویمر (Stefan Wiemer)، یکی از نویسندگان مطالعه و پژوهشگر ETH Zurich، در گفتوگو با شورای پژوهش اروپا (European Research Council – ERC) توضیح میدهد: «پروژه FEAR تلاش میکند بفهمد زلزلهها واقعاً چگونه شروع میشوند، چگونه گسترش مییابند و چگونه متوقف میشوند.»
او میافزاید: «ما از یک تونل عمیق استفاده میکنیم تا بتوانیم زلزلههای کوچک خودمان را ایجاد کنیم و آنها را با جزئیاتی بیسابقه بررسی کنیم.»
تونلی که به آزمایشگاه زلزله تبدیل شد
BedrettoLab در ابتدا یک تونل فرعی راهآهن بود، اما بعدها به یک مرکز پژوهشی زمینگرمایی تبدیل شد و اکنون پایگاه اصلی پروژه FEAR است.
در اطراف گسل طبیعی، شبکهای از حسگرها درون چاهکها کار گذاشته شدهاند که میتوانند لرزشهایی را ثبت کنند که فقط چند متر آنسوتر رخ میدهند—لرزشهایی که حتی در سطح زمین کاملاً نامحسوساند.
چرا باید اینقدر نزدیک بود؟
فلوریان آمان (Florian Amann)، زمینشناس مهندسی از دانشگاه RWTH آخن (RWTH Aachen University) و یکی از نویسندگان مقاله، میگوید: «اگر بخواهیم زلزلهها را بفهمیم، باید حسگرها را بسیار نزدیک به محل وقوع آنها قرار دهیم. در طبیعت، ممکن است یک عمر منتظر بمانید و هرگز در جای درست نباشید. در FEAR، ما به جایی میرویم که میدانیم میتوانیم یک زلزله کوچک ایجاد کنیم و آن را اندازهگیری کنیم.»
پلی میان آزمایشگاه و دنیای واقعی
نکته کلیدی FEAR این است که دادهها را در یک محیط طبیعی جمعآوری میکند، نه فقط در آزمایشگاههای مکانیک سنگ. این کار شکاف میان:
- آزمایشهای کنترلشده آزمایشگاهی،
- و زلزلههای واقعی در طبیعت
را پر میکند.
ایمنی در اولویت است
البته ایجاد زلزله—حتی کوچک—بدون نگرانی نیست. به همین دلیل سیستم FEAR به مکانیزمهای ایمنی چندلایه مجهز شده، و در صورت مشاهده هر فعالیت غیرمنتظره، آزمایشها فوراً متوقف میشوند.
تیم پژوهشی قصد دارد در آینده نزدیک، شدت زلزلههای القایی را تا بزرگی ۱ (Magnitude 1) افزایش دهد؛ عددی که همچنان بسیار کوچک است، اما برای استخراج اطلاعات ارزشمند درباره زلزلههای مخربتر کافی خواهد بود.
ویمر در اینباره میگوید: «چه یک ریززلزله با بزرگی ۱ باشد و چه یک زلزله عظیم با بزرگی ۷، فیزیک حاکم بر آنها یکسان است.»
چرا این کار به آینده ما مربوط میشود؟
با امکان ایجاد زلزله «به سفارش»، دانشمندان امیدوارند:
- دقیقتر بفهمند چه چیزی زلزلهها را فعال میکند،
- و مهمتر از آن، چگونه میتوان در پروژههای انسانی—مانند تزریق هیدرولیکی—از تحریک زلزلههای خطرناک جلوگیری کرد.
اگر روزی بتوانیم زلزلهها را بهتر پیشبینی یا حتی مهار کنیم، شاید مدیون همین لرزشهای کوچک و عمدی در دل آلپ باشیم. بیشک، دکتر براون از دیدن این آزمایشها حسابی به وجد میآمد.
