إيرث سكوب

يدير اتحاد EarthScope مرفق الزلازل من أجل النهوض بعلوم الأرض (SAGE) الذي يدير بعض محطات الشبكة العالمية للزلازل ومرفق الجيوديسية من أجل النهوض بعلوم الأرض (GAGE) الذي يدير شبكة الأمريكتين (NOTA). يمثل اتحاد EarthScope اندماج جهود مؤسسات الأبحاث المدمجة لعلم الزلازل (IRIS) و UNAVCO السابقة ويواصل جزءًا من مشروع EarthScope الذي انتهى في مارس 2022.

كان مشروع EarthScope الذي تم تشغيله من عام 2003 حتى سبتمبر 2021 عبارة عن برنامج علوم الأرض ممول من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) باستخدام التقنيات الجيولوجية والجيوفيزيائية لاستكشاف بنية وتطور قارة أمريكا الشمالية وفهم العمليات التي تتحكم في الزلازل والبراكين . ^{[1] [2]} كان للمشروع ثلاثة مكونات: USArray ومرصد حدود الصفائح ومرصد صدع سان أندرياس في العمق . وشملت المنظمات المرتبطة بالمشروع UNAVCO ومؤسسات البحوث المدمجة لعلم الزلازل (IRIS) وجامعة ستانفورد وهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا). كما ساهمت العديد من المنظمات الدولية في المبادرة. بيانات EarthScope متاحة للجمهور.

كان هناك ثلاثة مراصد لمشروع EarthScope:

• مرصد صدع سان أندرياس في العمق (SAFOD)
• مرصد حدود الصفائح (PBO)
• المرصد الزلزالي والمغناطيسي الأرضي (USArray)

تتكون هذه المراصد من آبار حفر في منطقة صدع نشطة ، وأجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وأجهزة قياس الميل ، وأجهزة قياس الإجهاد بالليزر طويلة القاعدة ، وأجهزة قياس الإجهاد للآبار الجوفية، وأجهزة قياس الزلازل الدائمة والمحمولة ، ومحطات مغناطيسية أرضية. ستوفر مكونات EarthScope المختلفة بيانات متكاملة وسهلة الوصول إليها عن علم الجيولوجيا والترمومترية ، وعلم الصخور والكيمياء الجيولوجية ، والبنية والتكتونيات ، والعمليات السطحية ومورفولوجيا الأرض ، والنمذجة الجيوديناميكية ، وفيزياء الصخور ، والهيدرولوجيا .

كان برنامج USArray، الذي تديره IRIS، عبارة عن برنامج مدته 15 عامًا لوضع شبكة كثيفة من أجهزة قياس الزلازل الدائمة والمحمولة عبر الولايات المتحدة القارية. سجلت أجهزة قياس الزلازل هذه الموجات الزلزالية الصادرة عن الزلازل التي تحدث في جميع أنحاء العالم. الموجات الزلزالية هي مؤشرات على توزيع الطاقة داخل الأرض. من خلال تحليل سجلات الزلازل التي تم الحصول عليها من هذه الشبكة الكثيفة من أجهزة قياس الزلازل، يمكن للعلماء التعرف على بنية الأرض وديناميكياتها والعمليات الفيزيائية التي تتحكم في الزلازل والبراكين. كان هدف USArray في المقام الأول هو اكتساب فهم أفضل لبنية وتطور القشرة القارية والغلاف الصخري والوشاح تحت أمريكا الشمالية.

يتكون USArray من أربعة مرافق: مصفوفة قابلة للنقل، ومصفوفة مرنة، وشبكة مرجعية، ومرفق مغناطيسي أرضي.

تتألف مجموعة أجهزة قياس الزلازل القابلة للنقل من 400 جهاز لقياس الزلازل تم نشرها في شبكة متدحرجة عبر الولايات المتحدة على مدى 10 سنوات. تم وضع المحطات على مسافة 70 كيلومترًا من بعضها البعض، ويمكنها رسم خريطة للمنطقة العليا من الأرض التي يبلغ ارتفاعها 70 كيلومترًا. بعد عامين تقريبًا، تم نقل المحطات شرقًا إلى الموقع التالي على الشبكة - ما لم يتم تبنيها من قبل منظمة وإقامة تثبيت دائم. بمجرد اكتمال المسح عبر الولايات المتحدة، سيتم احتلال أكثر من 2000 موقع. كانت منشأة شبكة أجهزة قياس الزلازل مسؤولة عن جمع البيانات من محطات أجهزة قياس الزلازل القابلة للنقل.

تتألف المجموعة المرنة من 291 محطة ذات نطاق عريض، و120 محطة ذات فترة قصيرة، و1700 محطة ذات مصدر نشط. وتسمح المجموعة المرنة باستهداف المواقع بطريقة أكثر تركيزًا من المجموعة القابلة للنقل. ويمكن استخدام الموجات الزلزالية الطبيعية أو الاصطناعية لرسم خرائط للهياكل في الأرض.

تتألف شبكة المرجع من محطات زلزالية دائمة متباعدة عن بعضها البعض بمسافة 300 كيلومتر تقريبًا. وفرت شبكة المرجع خط الأساس لمجموعة المصفوفات القابلة للنقل ومجموعة المصفوفات المرنة. أضافت EarthScope 39 محطة إلى نظام الزلازل الوطني المتقدم الموجود بالفعل ، والذي كان جزءًا من شبكة المرجع وقامت بترقية هذه المحطات.

تتكون منشأة Magnetotelluric من سبعة أجهزة استشعار دائمة وعشرين جهاز استشعار محمولاً لتسجيل المجالات الكهرومغناطيسية . وهو المعادل الكهرومغناطيسي للصفائف الزلزالية. تم نقل أجهزة الاستشعار المحمولة في شبكة متدحرجة مماثلة لشبكة المصفوفة القابلة للنقل، ولكنها لم تكن في مكانها إلا قبل شهر تقريبًا من نقلها إلى الموقع التالي. تتكون محطة Magnetotelluric من مقياس مغناطيسي وأربعة أقطاب كهربائية ووحدة تسجيل بيانات مدفونة في حفر ضحلة. يتم توجيه الأقطاب الكهربائية من الشمال إلى الجنوب ومن الشرق إلى الغرب ويتم تشبعها بمحلول ملحي لتحسين التوصيل مع الأرض.

يتكون مرصد حدود الصفائح PBO من سلسلة من الأدوات الجيوديسية وأجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأجهزة قياس إجهاد الآبار، والتي تم تركيبها للمساعدة في فهم الحدود بين الصفيحة الأمريكية الشمالية والصفيحة الهادئة . تضمنت شبكة PBO العديد من مكونات المراصد الرئيسية: شبكة من 1100 محطة دائمة تعمل باستمرار لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يوفر العديد منها بيانات بمعدلات عالية وفي الوقت الفعلي، و78 جهازًا لقياس الزلازل في الآبار ، و74 جهازًا لقياس إجهاد الآبار، و26 جهازًا لقياس إمالة الآبار الضحلة، وستة أجهزة قياس إجهاد بالليزر طويلة القاعدة. تم استكمال هذه الأدوات بواسطة InSAR ( رادار الفتحة التركيبية التداخلي ) و LiDAR ( كشف الضوء وتحديد المدى ) والتسلسل الزمني الجيولوجي الذي تم الحصول عليه كجزء من مبادرة GeoEarthScope. كما تضمن PBO منتجات بيانات شاملة وإدارة البيانات وجهود التعليم والتوعية. تم استكمال هذه الشبكات الدائمة بمجموعة من أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي المحمولة التي يمكن نشرها كشبكات مؤقتة للباحثين، لقياس حركة القشرة الأرضية عند هدف محدد أو استجابة لحدث جيولوجي. تم تشغيل جزء مرصد حدود الصفائح من EarthScope بواسطة UNAVCO ، Inc. كانت UNAVCO عبارة عن اتحاد غير ربحي تديره الجامعة ويسهل البحث والتعليم باستخدام الجيوديسيا .

يتكون مرصد صدع سان أندرياس من حفرة رئيسية تخترق صدع سان أندرياس النشط على عمق حوالي 3 كم وحفرة تجريبية على بعد حوالي 2 كم جنوب غرب صدع سان أندرياس. ساعدت البيانات من الأجهزة المثبتة في الحفر، والتي تتكون من أجهزة استشعار جيولوجية وأنظمة اكتساب البيانات وساعات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، بالإضافة إلى العينات التي تم جمعها أثناء الحفر، في فهم أفضل للعمليات التي تتحكم في سلوك صدع سان أندرياس.

تم استخدام البيانات التي تم جمعها من المراصد المختلفة لإنشاء أنواع مختلفة من منتجات البيانات. تناول كل منتج بيانات مشكلة علمية مختلفة.

التصوير المقطعي هو طريقة لإنتاج صورة ثلاثية الأبعاد للهياكل الداخلية لجسم صلب (مثل جسم الإنسان أو الأرض) من خلال ملاحظة وتسجيل الاختلافات في التأثيرات على مرور موجات الطاقة التي تصطدم بهذه الهياكل. موجات الطاقة هي موجات P التي تولدها الزلازل وتسجل سرعات الموجات. سمحت البيانات عالية الجودة التي تم جمعها بواسطة محطات الزلازل الدائمة في USArray والنظام الزلزالي الوطني المتقدم (ANSS) بإنشاء تصوير زلزالي عالي الدقة للجزء الداخلي من الأرض أسفل الولايات المتحدة. يساعد التصوير المقطعي الزلزالي في تقييد بنية سرعة الوشاح ويساعد في فهم العمليات الكيميائية والجيوديناميكية التي تحدث. باستخدام البيانات التي تم جمعها بواسطة USArray وبيانات وقت السفر العالمي، يمكن إنشاء نموذج تصوير مقطعي عالمي لتباين سرعة الموجة P في الوشاح. وقد سمح نطاق ودقة هذه التقنية بالتحقيق في مجموعة المشاكل التي تثير القلق في الغلاف الصخري للوشاح في أمريكا الشمالية، بما في ذلك طبيعة السمات التكتونية الرئيسية. وتقدم هذه الطريقة أدلة على الاختلافات في السُمك وشذوذ السرعة في الغلاف الصخري للوشاح بين المركز المستقر للقارة وغرب أمريكا الشمالية الأكثر نشاطًا. وتعتبر هذه البيانات حيوية لفهم تطور الغلاف الصخري المحلي، وعند دمجها مع بيانات عالمية إضافية، تسمح بتصوير الوشاح بما يتجاوز المدى الحالي لـ USArray.

قام برنامج EarthScope Automated Receiver Survey (EARS) بإنشاء نموذج أولي لنظام تم استخدامه لمعالجة العديد من العناصر الرئيسية لإنتاج منتجات EarthScope. كان أحد أنظمة النماذج الأولية هو نموذج مرجع جهاز الاستقبال. وقد قدم هذا النموذج سمك القشرة ومتوسط ​​نسبة Vp/Vs للقشرة أسفل محطات مجموعة USArray القابلة للنقل.

كانت الوظيفة الرئيسية للنظام الوطني المتقدم لرصد الزلازل (ANSS) وUSArray، هي توفير بيانات عالية الجودة لمراقبة الزلازل ودراسات المصادر وأبحاث بنية الأرض. تزداد فائدة البيانات الزلزالية بشكل كبير عندما يتم تقليل مستويات الضوضاء والاهتزازات غير المرغوب فيها؛ ومع ذلك، ستحتوي مخططات الزلازل ذات النطاق العريض دائمًا على مستوى معين من الضوضاء. المصادر السائدة للضوضاء هي إما من الأجهزة نفسها أو من اهتزازات الأرض المحيطة. عادة، تكون ضوضاء مقياس الزلازل الذاتية أقل بكثير من مستوى الضوضاء الزلزالية، وسيكون لكل محطة نمط ضوضاء مميز يمكن حسابه أو ملاحظته. تحدث مصادر الضوضاء الزلزالية داخل الأرض بسبب أي مما يلي: تصرفات البشر على سطح الأرض أو بالقرب منه، أو الأجسام التي تحركها الرياح مع نقل الحركة إلى الأرض، أو المياه الجارية (تدفق النهر)، أو الأمواج، أو النشاط البركاني، أو الميل لفترة طويلة بسبب عدم الاستقرار الحراري الناجم عن سوء تصميم المحطة.

تم تقديم نهج جديد لدراسات الضوضاء الزلزالية مع مشروع EarthScope، حيث لم تكن هناك محاولات لفحص الأشكال الموجية المستمرة لإزالة الموجات الجسدية والسطحية من الزلازل التي تحدث بشكل طبيعي. لا يتم تضمين إشارات الزلازل بشكل عام في معالجة بيانات الضوضاء، لأنها عادةً ما تكون احتمالية حدوثها منخفضة، حتى عند مستويات الطاقة المنخفضة. كان الهدفان وراء جمع بيانات الضوضاء الزلزالية توفير وتوثيق طريقة قياسية لحساب الضوضاء الخلفية الزلزالية المحيطة، وتوصيف تباين مستويات الضوضاء الخلفية الزلزالية المحيطة عبر الولايات المتحدة كدالة للجغرافيا والموسم والوقت من اليوم. قدم النهج الإحصائي الجديد القدرة على حساب وظائف كثافة الاحتمالية (PDFs) لتقييم النطاق الكامل للضوضاء في محطة زلزالية معينة، مما يسمح بتقدير مستويات الضوضاء على نطاق واسع من الترددات من 0.01 إلى 16 هرتز (فترة 100-0.0625 ثانية). مع استخدام هذه الطريقة الجديدة أصبح من الأسهل بكثير مقارنة خصائص الضوضاء الزلزالية بين الشبكات المختلفة في مناطق مختلفة.

سجلت أجهزة قياس الزلازل من مجموعة USArray القابلة للنقل مرور العديد من الموجات الزلزالية عبر نقطة معينة بالقرب من سطح الأرض، ويتم تحليل هذه المخططات الزلزالية بشكل كلاسيكي لاستنتاج خصائص بنية الأرض والمصدر الزلزالي. وبالنظر إلى مجموعة كثيفة مكانيًا من التسجيلات الزلزالية، يمكن أيضًا استخدام هذه الإشارات لتصور الموجات الزلزالية المستمرة الفعلية، مما يوفر رؤى جديدة وتقنيات تفسير لتأثيرات انتشار الموجات المعقدة. باستخدام الإشارات المسجلة بواسطة مجموعة أجهزة قياس الزلازل، قام مشروع EarthScope بتحريك الموجات الزلزالية أثناء اجتياحها لمجموعة USArray القابلة للنقل للزلازل الأكبر حجمًا المختارة. وقد أوضح هذا ظاهرة انتشار الموجات الإقليمية والزلزالية. تم استخدام البيانات الزلزالية التي تم جمعها من محطات الزلازل الدائمة والقابلة للنقل لتوفير هذه الرسوم المتحركة المولدة بواسطة الكمبيوتر.

يعد موتر العزم الزلزالي أحد المعالم الأساسية للزلازل التي يمكن تحديدها من الملاحظات الزلزالية. وهو مرتبط بشكل مباشر باتجاه صدع الزلزال واتجاه الكسر. إن مقدار العزم ، Mw المشتق من مقدار موتر العزم، هو الكمية الأكثر موثوقية لمقارنة وقياس حجم الزلزال مع أحجام الزلازل الأخرى. تُستخدم موتر العزم في مجموعة واسعة من مجالات البحث الزلزالي، مثل إحصاءات الزلازل، وعلاقات مقياس الزلازل، وانعكاس الإجهاد. جاء إنشاء حلول موتر العزم الإقليمية، مع البرنامج المناسب، للزلازل المتوسطة إلى الكبيرة في الولايات المتحدة من مجموعة USArray القابلة للنقل ومحطات الزلازل ذات النطاق العريض التابعة للنظام الزلزالي الوطني المتقدم. تم الحصول على النتائج في مجال الوقت والتردد. تم توفير أرقام مطابقة الشكل الموجي ومطابقة السعة والطور للسماح للمستخدمين بتقييم جودة موتر العزم.

توفر معدات وتقنيات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) فرصة فريدة لعلماء الأرض لدراسة حركات الصفائح التكتونية الإقليمية والمحلية وإجراء مراقبة المخاطر الطبيعية. تم دمج حلول الشبكة المنظفة من عدة مجموعات GPS في مجموعات إقليمية بالاشتراك مع مشروع EarthScope. تضمنت المجموعات مجموعة الجيوديسية لشمال غرب المحيط الهادئ، ومرصد حدود الصفائح التابع لـ EarthScope، ومجموعة تشوه غرب كندا، والشبكات التي تديرها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. قدمت قياسات GPS اليومية من حوالي 1500 محطة على طول حدود الصفائح في المحيط الهادئ / أمريكا الشمالية دقة بمقياس المليمتر ويمكن استخدامها لمراقبة إزاحات قشرة الأرض. باستخدام برنامج نمذجة البيانات وبيانات GPS المسجلة، أصبحت فرصة تحديد كمية تشوه القشرة الناجم عن الصفائح التكتونية والزلازل والانهيارات الأرضية والثورات البركانية ممكنة.

كان الهدف هو توفير نماذج للإجهاد المرتبط بالوقت والمرتبط بعدد من الزلازل الأخيرة وغيرها من الأحداث الجيولوجية كما تحددها بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وباستخدام تقنية InSAR (رادار الفتحة التركيبية التداخلية)، ومرصد حدود الصفائح (PBO)، وهو عبارة عن مجموعة ثابتة من أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأجهزة قياس الإجهاد، قدم مشروع EarthScope قياسات إجهاد مستمرة مكانيًا على مناطق جغرافية واسعة بدقة تتراوح من ديسيمتر إلى سنتيمتر.

خريطة معدل الإجهاد العالمي (GSRM) هو مشروع لبرنامج الغلاف الصخري الدولي الذي تتمثل مهمته في تحديد معدل إجهاد عالمي متسق ذاتيًا ونموذج لحقل السرعة، بما يتفق مع الملاحظات الميدانية الجيوديسية والجيولوجية التي تم جمعها بواسطة نظام تحديد المواقع العالمي وأجهزة قياس الزلازل وأجهزة قياس الإجهاد. GSRM هو نموذج رقمي لحقل موتر تدرج السرعة العالمي المرتبط باستيعاب الحركات القشرية الحالية. تشمل المهمة الإجمالية أيضًا: (1) مساهمات النماذج العالمية والإقليمية والمحلية من قبل الباحثين الأفراد؛ (2) أرشفة مجموعات البيانات الحالية للمعلومات الجيولوجية والجيوديسية والزلزالية التي يمكن أن تساهم في فهم أكبر لظواهر الإجهاد؛ و(3) أرشفة الأساليب الحالية لنمذجة معدلات الإجهاد والانفعالات العابرة للإجهاد. قدمت خريطة معدل الإجهاد العالمي المكتملة كمية كبيرة من المعلومات التي ستساهم في فهم ديناميكيات القارات وتحديد المخاطر الزلزالية.

كان هناك سبعة مواضيع تناولها برنامج EarthScope باستخدام المراصد.

تُعرف الحواف المتقاربة أيضًا باسم الحدود المتقاربة ، وهي مناطق نشطة للتشوه بين اثنتين أو أكثر من الصفائح التكتونية التي تصطدم ببعضها البعض. تخلق الحواف المتقاربة مناطق للرفع التكتوني ، مثل السلاسل الجبلية أو البراكين. ركزت EarthScope على الحدود بين الصفيحة الهادئة والصفيحة الأمريكية الشمالية في غرب الولايات المتحدة. قدمت EarthScope بيانات جيوديسية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وصور زلزالية، وزلزالية مفصلة، ​​وبيانات مغناطيسية أرضية، و InSAR ، وخرائط مجال الإجهاد، ونماذج الارتفاع الرقمية ، والجيولوجيا الأساسية، وعلم الزلازل القديمة لفهم أفضل لعمليات الحواف المتقاربة.

تتضمن بعض الأسئلة التي تناولتها EarthScope ما يلي:

• ما الذي يتحكم في بنية الغلاف الصخري؟
• ما الذي يتحكم في موقع النشاط البركاني؟
• كيف تساهم عمليات الهامش المتقاربة في نمو القارة عبر الزمن؟

إن إجهاد القشرة الأرضية وتشوهها هو التغير في شكل وحجم القشرة القارية والمحيطية الناجم عن الإجهاد المطبق على الصخور من خلال القوى التكتونية. وتحدد مجموعة من المتغيرات بما في ذلك التركيب ودرجة الحرارة والضغط وما إلى ذلك كيفية تشوه القشرة الأرضية.

تتضمن بعض الأسئلة التي تناولتها EarthScope ما يلي:

• كيف تختلف ريولوجيا القشرة والوشاح حسب نوع الصخور والعمق؟
• كيف تتغير ريولوجيا الغلاف الصخري في محيط منطقة الصدع؟
• ما هو توزيع الضغوط في الغلاف الصخري؟

إن تشوه القارات مدفوع بتفاعلات الصفائح من خلال العمليات التكتونية النشطة مثل أنظمة التحويل القارية مع الأنظمة التمددية والانزلاقية والانكماشية. وقد قدمت EarthScope بيانات مجال السرعة، وبيانات GPS المحمولة والمستمرة، وحفر مناطق الصدع وأخذ العينات، وعلم الزلازل الانعكاسي، والزلازل الحديثة، والزلازل ما قبل الهولوسين ، وبيانات المجال المغناطيسي الأرضي والمجال المحتمل لفهم أفضل للتشوه القاري.

تتضمن بعض الأسئلة التي تناولتها EarthScope ما يلي:

• ما هي الضوابط الأساسية لتشويه القارة؟
• ما هو ملف تعريف القوة للغلاف الصخري؟
• ما الذي يحدد الأنظمة التكتونية داخل القارة؟

تختلف قارات الأرض من حيث التركيب عن القشرة المحيطية. تسجل القارات أربعة مليارات سنة من التاريخ الجيولوجي، في حين يتم إعادة تدوير القشرة المحيطية كل 180 مليون سنة تقريبًا. نظرًا لعمر القشور القارية، يمكن دراسة التطور البنيوي القديم للقارات. تم استخدام البيانات من EarthScope للعثور على متوسط ​​البنية الزلزالية للقشرة القارية والوشاح المرتبط بها وانتقال القشرة إلى الوشاح. تمت دراسة التباين في هذا الهيكل أيضًا. حاول EarthScope تعريف تكوين الغلاف الصخري القاري وبنية القارة وتحديد العلاقة بين البنية القارية والتشوه.

تتضمن بعض الأسئلة التي تناولتها EarthScope ما يلي:

• كيف تعمل الصخور النارية على تعديل وتوسيع وتشويه الغلاف الصخري القاري؟
• كيف ترتبط القشرة الأرضية والوشاح الصخري؟
• ما هو دور التمدد والانهيار الأوروجيني والتصدع في تكوين القارات؟

لقد حصل برنامج EarthScope على بيانات ثلاثية الأبعاد ورباعية الأبعاد والتي منحت العلماء نظرة أكثر تفصيلاً عن الصدع والزلازل من أي وقت مضى. وقد قدم هذا المشروع ترقية للبيانات التي كانت مطلوبة بشدة من العمل الذي تم إنجازه في السنوات السابقة بفضل العديد من التطورات التكنولوجية. وقد مكنت البيانات الجديدة من تحسين دراسة وفهم الصدع والزلازل مما زاد من معرفتنا بعملية الزلزال بالكامل، مما سمح بالاستمرار في تطوير نماذج التنبؤ بالبناء. كما تم توفير معلومات مفصلة عن بنية منطقة الصدع الداخلية، وبنية القشرة والوشاح العلوي، ومعدلات الانفعال، والانتقالات بين أنظمة الصدع وأنواع التشوه؛ بالإضافة إلى بيانات تدفق الحرارة، والبيانات الكهرومغناطيسية/المغناطيسية الأرضية، وبيانات الموجات الزلزالية.

تتضمن بعض الأسئلة التي تناولتها EarthScope ما يلي:

• كيف تتراكم الضغوط وتنطلق عند حدود الصفائح وداخل الصفيحة الأمريكية الشمالية؟
• كيف تبدأ الزلازل وتندلع وتتوقف؟
• ما هي القوة المطلقة للصدوع والغلاف الصخري المحيط بها؟

من خلال استخدام علم الزلازل، تمكن العلماء من جمع وتقييم البيانات من أعمق أجزاء كوكبنا، من الغلاف الصخري القاري إلى اللب. العلاقة بين عمليات الغلاف الصخري والوشاح العلوي هي شيء غير معروف تمامًا، بما في ذلك عمليات الوشاح العلوي أسفل الولايات المتحدة وتأثيراتها على الغلاف الصخري القاري. هناك العديد من القضايا ذات الاهتمام، مثل تحديد مصدر القوى الناشئة في الوشاح العلوي وتأثيراتها على الغلاف الصخري القاري. منحت البيانات الزلزالية العلماء مزيدًا من الفهم والبصيرة في الوشاح السفلي ونواة الأرض، بالإضافة إلى النشاط عند حدود اللب والوشاح .

تتضمن بعض الأسئلة التي تأمل EarthScope الإجابة عليها ما يلي:

• كيف يرتبط تطور القارات بالعمليات التي تحدث في الوشاح العلوي؟
• ما هو مستوى التباين في الطبقة الوسطى من الوشاح؟
• ما هي طبيعة وتباين الوشاح السفلي والحدود بين اللب والوشاح؟

كان هدف برنامج EarthScope هو توفير فهم أفضل لفيزياء السوائل والصهارة في الأنظمة البركانية النشطة فيما يتعلق بالأرض العميقة وكيفية ارتباط تطور الغلاف الصخري القاري بعمليات الوشاح العلوي . إن الفكرة الأساسية لكيفية تشكل الصهارات المختلفة معروفة، ولكن ليس أحجام ومعدلات إنتاج الصهارة خارج البازلت في سلسلة منتصف المحيط. قدم برنامج EarthScope بيانات زلزالية وصورًا مقطعية للوشاح لفهم هذه العمليات بشكل أفضل.

تتضمن بعض الأسئلة التي تناولتها EarthScope ما يلي:

• على أي مقياس زمني ومكاني ترتبط تشوهات الزلازل والثورات البركانية؟
• ما الذي يتحكم في نمط الثوران؟
• ما هي العلامات التي تنبئ بقرب اندلاع بركاني؟ ما هي الضوابط البنيوية والريولوجية والكيميائية التي تتحكم في تدفق السوائل في القشرة الأرضية؟

تم تصميم برنامج التعليم والتوعية لدمج EarthScope في كل من الفصول الدراسية والمجتمع. وصل البرنامج إلى المعلمين والطلاب العلميين وكذلك المتخصصين في الصناعة (المهندسين ومديري الأراضي / الموارد ومستخدمي التطبيقات / البيانات الفنية) وشركاء المشروع ( UNAVCO و IRIS و USGS و NASA وما إلى ذلك) وعامة الناس. لتحقيق هذه الغاية، قدم برنامج التعليم والتوعية مجموعة واسعة من ورش العمل والندوات التعليمية، الموجهة إلى جماهير مختلفة، لتقديم الدعم في تفسير البيانات وتنفيذ منتجات البيانات في الفصول الدراسية. كانت وظيفتهم التأكد من أن الجميع يفهمون ما هو EarthScope وماذا كان يفعل في المجتمع وكيفية استخدام البيانات التي كان ينتجها. من خلال توليد فرص بحثية جديدة للطلاب في المجتمع العلمي، كان البرنامج يأمل أيضًا في توسيع نطاق التوظيف للأجيال القادمة من علماء الأرض.

"استخدام بيانات EarthScope ومنتجاتها ونتائجها لإحداث تغيير قابل للقياس ودائم في الطريقة التي يتم بها تدريس علوم الأرض وإدراكها في الولايات المتحدة."

• إنشاء هوية عامة عالية المستوى لـ EarthScope تؤكد على الطبيعة المتكاملة للاكتشافات العلمية وأهمية مبادرات البحث في EarthScope.
• إرساء شعور بالملكية بين المجتمعات العلمية والمهنية والتعليمية والجمهور حتى تتمكن مجموعة متنوعة من الأفراد والمنظمات من تقديم مساهمات إلى EarthScope.
• تعزيز معرفة العلوم وفهم EarthScope بين جميع الجماهير من خلال أماكن التعليم غير الرسمي.
• تعزيز التعليم الرسمي لعلوم الأرض من خلال تعزيز التحقيقات الصفية القائمة على الاستقصاء والتي تركز على فهم الأرض والطبيعة متعددة التخصصات لـ EarthScope.
• تشجيع استخدام بيانات EarthScope والاكتشافات والتكنولوجيا الجديدة في حل المشكلات الصعبة وتحسين نوعية حياتنا.

لقد طورت إدارة التعليم والتوعية أدوات للمعلمين والطلاب في جميع أنحاء الولايات المتحدة لتفسير هذه المعلومات وتطبيقها لحل مجموعة واسعة من القضايا العلمية في مجال علوم الأرض. وقد صمم المشروع منتجاته وفقًا لاحتياجات وطلبات المعلمين المحددة.

كانت نشرة EarthScope Education and Outreach نشرة موجهة للصفوف من الخامس إلى الثامن تلخص حدثًا بركانيًا أو تكتونيًا وثقته EarthScope وتضعه في تنسيق يمكن تفسيره بسهولة، مع رسوم بيانية ونماذج ثلاثية الأبعاد. وقد اتبعوا معايير محتوى محددة بناءً على ما يجب أن يتعلمه الطفل في تلك المستويات الدراسية. سمحت EarthScope Voyager, Jr. للطلاب باستكشاف وتصور الأنواع المختلفة من البيانات التي تم جمعها. في هذه الخريطة التفاعلية، يمكن للمستخدم إضافة أنواع مختلفة من الخرائط الأساسية والميزات وسرعات الصفائح. يمكن للمعلمين الوصول إلى بيانات GPS في الوقت الفعلي لحركة الصفائح وتأثيراتها من خلال موقع UNAVCO على الويب.

وعدت EarthScope بإنتاج كمية كبيرة من البيانات الجيولوجية والجيوفيزيائية لإتاحة فرص بحثية عديدة في المجتمع العلمي. ومع انتقال مشروع USArray Big Foot عبر البلاد، تبنت الجامعات محطات زلزالية بالقرب من مناطقها. ثم تمت مراقبة هذه المحطات وصيانتها ليس فقط من قبل الأساتذة، بل وأيضًا من قبل طلابهم. أدى البحث عن مواقع محطات الزلازل المستقبلية إلى خلق فرص عمل ميدانية للطلاب. ساعد تدفق البيانات في إنشاء مشاريع للأبحاث الجامعية وأطروحات الماجستير وأطروحات الدكتوراه. يمكن العثور على قائمة بالمقترحات الممولة على موقع NSF على الويب.

توجد حاليًا العديد من التطبيقات لبيانات EarthScope، كما ذكرنا أعلاه. كان برنامج EarthScope مخصصًا لتحديد البنية الثلاثية الأبعاد لقارة أمريكا الشمالية. قد تشمل الاستخدامات المستقبلية للبيانات التي أنتجتها استكشاف الهيدروكربونات ، وإنشاء حدود طبقة المياه الجوفية ، وتطوير تقنيات الاستشعار عن بعد ، وتقييم مخاطر الزلازل. نظرًا لبوابات البيانات المفتوحة والمجانية التي تديرها EarthScope وشركاؤها، فإن التطبيقات محدودة فقط بإبداع أولئك الذين يرغبون في فرز غيغابايتات البيانات. أيضًا، نظرًا لحجمه، سيكون البرنامج بلا شك موضوع محادثة عادية للعديد من الأشخاص خارج المجتمع الجيولوجي. ستتم الدردشة حول EarthScope من قبل أشخاص في الساحات السياسية والتعليمية والاجتماعية والعلمية.

ساعدت الطبيعة المتعددة التخصصات لمشروع EarthScope في إنشاء اتصالات شبكية أقوى بين الجيولوجيين من جميع الأنواع ومن جميع أنحاء البلاد. يتطلب بناء نموذج للأرض بهذا الحجم جهدًا مجتمعيًا معقدًا، وهذا النموذج هو إلى حد كبير أول إرث لمشروع EarthScope. ترك لنا الباحثون الذين قاموا بتحليل البيانات فهمًا علميًا أكبر للموارد الجيولوجية في حوض Great Basin وتطور حدود الصفائح على الساحل الغربي لأمريكا الشمالية. كان الإرث الجيولوجي الآخر الذي أرادته المبادرة هو تنشيط مجتمع علوم الأرض. إن التنشيط يديم نفسه كما يتضح من مشاركة الآلاف من المنظمات من جميع أنحاء العالم ومن جميع مستويات الطلاب والباحثين. يؤدي هذا إلى زيادة الوعي بشكل كبير بين عامة الناس، بما في ذلك المجموعة التالية من علماء الأرض المحتملين. مع المزيد من تطور مشروع EarthScope، كانت هناك فرص لإنشاء مراصد جديدة ذات قدرات أكبر، بما في ذلك توسيع USArray فوق خليج المكسيك وخليج كاليفورنيا . هناك الكثير من الأمل في أن تتمكن الجامعات والجيولوجيون المحترفون من استخدام أدوات ومراصد EarthScope، حتى بعد التقاعد . وتشمل هذه الأدوات المعدات المادية، والبرامج التي تم اختراعها لتحليل البيانات، وغيرها من منتجات البيانات والتعليم التي بدأت أو استوحتها EarthScope.

إن العلم الذي أنتجته EarthScope والباحثون الذين يستخدمون منتجات البيانات الخاصة بها يساعدون المشرعين في السياسة البيئية وتحديد المخاطر وفي النهاية التمويل الفيدرالي لمشاريع أكبر حجمًا مثل هذا المشروع. بالإضافة إلى الأبعاد المادية الثلاثة لبنية أمريكا الشمالية، يتم وصف بُعد رابع للقارة من خلال الجيولوجيا الزمنية باستخدام بيانات EarthScope. إن تحسين فهم التاريخ الجيولوجي للقارة يسمح للأجيال القادمة بإدارة واستخدام الموارد الجيولوجية بشكل أكثر كفاءة والتعايش مع المخاطر الجيولوجية . كانت قوانين السياسة البيئية موضوعًا لبعض الجدل منذ الاستيطان الأوروبي لأمريكا الشمالية. على وجه التحديد، كانت قضايا حقوق المياه والمعادن محور النزاع. يحتاج الممثلون في واشنطن العاصمة وعواصم الولايات إلى إرشادات من العلوم الموثوقة في صياغة القوانين البيئية الأكثر صحة لبلدنا. كان مجتمع أبحاث EarthScope في وضع يسمح له بتوفير المسار الأكثر موثوقية للحكومة فيما يتعلق بالسياسة البيئية.

إن تحديد المخاطر باستخدام EarthScope هو تطبيق قيد الاستخدام بالفعل. في الواقع، منحت الوكالة الفيدرالية لإدارة الطوارئ (FEMA) هيئة المسح الجيولوجي في ولاية أريزونا والجامعات الشريكة لها التمويل اللازم لتبني وصيانة ثماني محطات من نوع Transportable Array. وسيتم استخدام هذه المحطات لتحديث تقييم مخاطر الزلازل في ولاية أريزونا.

ولكي يتمكن مشروع EarthScope من تحقيق إمكاناته في مجال علوم الأرض ، فلابد من الاستمرار في تنمية الروابط بين مجتمعات البحث والتعليم والتوعية. وسوف تضمن زيادة التواصل مع الجمهور في المتاحف ونظام المتنزهات الوطنية والمدارس العامة تعزيز هذه الروابط التقدمية. وقد يضمن التعاون الإعلامي الوطني مع منافذ بارزة مثل قناة ديسكفري وقناة العلوم وناشيونال جيوغرافيك إرثًا دائمًا داخل الوعي الاجتماعي للعالم. وقد تم الترويج لعلوم الأرض بالفعل باعتبارها تخصصًا حديثًا حيويًا، وخاصة في ثقافة "الخضراء" اليوم، والتي يساهم فيها مشروع EarthScope. ويعزز حجم مشروع EarthScope الوعي العام المتزايد بالهيكل الواسع للكوكب الذي نعيش عليه.

ونظرًا لأن IRIS و UNAVCO قاما بتشغيل مكونات علم الزلازل والمساحة للأجهزة التي اعتمد عليها المشروع، فعندما اندمجت هاتان المنظمتان في عام 2023 ^[3] ، اعتمدتا اسم EarthScope Consortium لتمثيل الرؤية المشتركة للمنظمة الجديدة.

• برنامج الحفر العميق القاري الألماني (KTB)
• بئر كولا العميق
• مرصد صدع سان أندرياس في العمق (مشروع SAFOD)

• Burdick, S.; et al. (2008). "Upper Mantle P-wave Tomography below the Western United States from USArray and Global Data". مؤرشف من الأصل في 2011-06-08 . تم الاسترجاع في 2008-12-06 . {{cite journal}}: تتطلب المجلة الاستشهاد بها |journal=( مساعدة )
• McNamara, DE; Buland, RP (2003). "Ambient Noise Levels in the Continental United States". Bulletin of the Seismological Society of America . 94 (4): 1517–1527. doi :10.1785/012003001 . تم الاسترجاع في 2020-12-07 .
• أمون، سي جيه؛ لاي، تي. (2008)، "تحريك حقل الموجة الزلزالية باستخدام USArray"، مجلة Physics Today، لتقديمه {{citation}}: مفقود أو فارغ |title=( مساعدة )
• Zhu, L. (2005)، "تنفيذ تحديد عزم الزلازل الروتيني والسريع في المركز الوطني للرصد الزلزالي باستخدام أشكال الموجات الإقليمية ANSS"، ملخص المشروع السنوي ، USGS-NHRP
• البحث: مجموعة المسح الجيوديسي لمنطقة شمال غرب المحيط الهادئ ومختبر المسح الجيوديسي بجامعة كيب تاون ، تم استرجاعه في 2008-12-06
• Holt, WE, بحث: مشروع خريطة معدل السلالات العالمية: مقدمة ، تم الاسترجاع في 2008-12-06
• خطة تنفيذ برنامج EarthScope للتعليم والتوعية (PDF) ، تم أرشفتها من النسخة الأصلية (PDF) في 2008-12-19 ، تم استرجاعها في 2008-12-06
• ملخصات الجلسات الفنية والجلسات العامة لورشة عمل EarthScope ، تم استرجاعها في 2008-12-06
• تقرير مجموعة عمل التأريخ الجيولوجي UNAVCO (PDF) ، سبتمبر 2006، محفوظ من النسخة الأصلية (PDF) في 2008-12-19 ، تم استرجاعه في 2008-12-06

• اتحاد EarthScope
• أرشيف موقع برنامج EarthScope التاريخي
• حكيم
• مقياس
• المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF)
• هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS)