مركز الزلزال

مركز الزلزال ( / ˈ ɛ p ɪ ˌ s ɛ n t ər / )، أو مركز الزلزال ، أو مركز الزلزال ^{[ 1 ]} في علم الزلازل هو النقطة على سطح الأرض مباشرة فوق مركز الزلزال أو البؤرة ، وهي النقطة التي ينشأ منها الزلزال أو الانفجار تحت الأرض.

يتمثل الغرض الأساسي من جهاز قياس الزلازل في تحديد نقاط بدء الزلازل. أما الغرض الثانوي، وهو تحديد "حجم" الزلزال أو قوته، فيجب حسابه بعد معرفة الموقع الدقيق.

صُممت أجهزة قياس الزلازل الأولى لتحديد اتجاه الحركات الأولى للزلزال. وكان جهاز قياس الزلازل الصيني على شكل ضفدع ^{[ 2 ]} يُسقط كرته في اتجاه البوصلة العام للزلزال، بافتراض وجود نبضة موجبة قوية. أما الآن، فنحن نعلم أن الحركات الأولى قد تكون في أي اتجاه تقريبًا اعتمادًا على نوع التصدع المُسبب ( آلية البؤرة ). ^{[ 3 ]}

كان أول تحسين سمح بتحديد الموقع بدقة أكبر هو استخدام مقياس زمني . فبدلاً من مجرد ملاحظة أو تسجيل الحركات المطلقة للبندول ، تم رسم الإزاحات على رسم بياني متحرك، مدفوع بآلية ساعة . كان هذا أول مخطط زلزالي ، والذي سمح بتحديد التوقيت الدقيق لأول حركة أرضية ، ورسم بياني دقيق للحركات اللاحقة.

من خلال أولى التسجيلات الزلزالية، كما هو موضح في الشكل، لوحظ أن الإشارة انقسمت إلى جزأين رئيسيين. كانت الموجة الزلزالية الأولى الواصلة هي الموجة الأولية (P) ، تلتها مباشرة الموجة الثانوية (S) . وبمعرفة السرعات النسبية لانتشار الموجات، أصبح من السهل حساب مسافة الزلزال. ^{[ 4 ]}

سيعطي جهاز قياس الزلازل الواحد المسافة، ولكن يمكن تمثيلها بدائرة ذات عدد لا نهائي من الاحتمالات. سيعطي جهازا قياس الزلازل دائرتين متقاطعتين، مع موقعين محتملين. فقط باستخدام جهاز قياس الزلازل الثالث يمكن تحديد الموقع بدقة . ^{[ 4 ]}

لا يزال تحديد مواقع الزلازل الحديثة يتطلب ثلاثة أجهزة قياس زلازل على الأقل. وغالبًا ما يكون هناك العديد منها، مُشكّلةً مصفوفة زلزالية. وينصبّ التركيز على الدقة، إذ يُمكن استخلاص معلومات قيّمة حول آليات الصدوع والمخاطر الزلزالية ، إذا أمكن تحديد مواقع الزلازل الصغيرة بدقة تصل إلى كيلومتر أو اثنين. ولتحقيق ذلك، تستخدم برامج الحاسوب عملية تكرارية، تتضمن خوارزمية "التخمين والتصحيح". ^{[ 5 ]} كما يتطلب الأمر نموذجًا دقيقًا لبنية سرعة الموجات الزلزالية في القشرة الأرضية المحلية ، حيث تختلف سرعات الموجات الزلزالية باختلاف التركيب الجيولوجي المحلي. وبالنسبة لموجات P، فقد تمّ تحديد العلاقة بين السرعة والكثافة الكلية للوسط في علاقة غاردنر .

قبل بدء استخدام الأجهزة في رصد الزلازل، كان يُعتقد أن مركز الزلزال هو الموقع الذي تحدث فيه أكبر الأضرار، ^{[ 6 ]} ولكن قد يكون تمزق الصدع تحت السطحي طويلًا وينشر الأضرار السطحية عبر منطقة التمزق بأكملها. على سبيل المثال، في زلزال دينالي الذي بلغت قوته 7.9 درجة على مقياس ريختر عام 2002 في ألاسكا ، كان مركز الزلزال في الطرف الغربي للصدع، لكن أكبر الأضرار كانت على بعد حوالي 330 كيلومترًا (210 أميال) في الطرف الشرقي. ^{[ 7 ]} تتراوح أعماق بؤر الزلازل التي تحدث في القشرة القارية غالبًا بين 2 و20 كيلومترًا (1.2 إلى 12.4 ميلًا) . ^{[ 8 ]} الزلازل القارية التي تحدث على أعماق تقل عن 20 كيلومترًا (12 ميلًا) نادرة، بينما في مناطق الاندساس ، يمكن أن تنشأ الزلازل على أعماق تزيد عن 600 كيلومتر (370 ميلًا) . ^{[ 8 ]}       

أثناء الزلزال، تنتشر الموجات الزلزالية في جميع الاتجاهات من مركز الزلزال. ويحدث التظليل الزلزالي على الجانب المقابل من الأرض لمركز الزلزال، لأن اللب الخارجي السائل للأرض يكسر الموجات الطولية أو الانضغاطية ( موجات P ) بينما يمتص الموجات المستعرضة أو القصية ( موجات S ). خارج منطقة التظليل الزلزالي، يمكن رصد كلا النوعين من الموجات، ولكن نظرًا لاختلاف سرعاتهما ومساراتهما عبر الأرض، فإنهما يصلان في أوقات مختلفة. من خلال قياس فرق التوقيت على أي جهاز رصد زلزالي والمسافة على رسم بياني لزمن الانتقال حيث تتساوى المسافة بين موجتي P و S، يستطيع الجيولوجيون حساب المسافة إلى مركز الزلزال. تُسمى هذه المسافة بالمسافة البؤرية ، وتُقاس عادةً بالدرجات ( ° ) ويُرمز لها بالرمز Δ (دلتا) في علم الزلازل. توفر قاعدة لاسكا التجريبية تقريبًا للمسافة البؤرية في نطاق يتراوح بين 2000 و 10000  كيلومتر.

بمجرد حساب المسافات من مركز الزلزال من ثلاث محطات قياس زلزالية على الأقل، يمكن تحديد موقع النقطة باستخدام التثليث .

تُستخدم المسافة البؤرية أيضًا في حساب المقادير الزلزالية كما طورها ريختر وجوتنبرج . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

تُعرف النقطة التي يبدأ عندها انزلاق الصدع ببؤرة الزلزال. ^{[ 8 ]} يبدأ تمزق الصدع من البؤرة ثم يتوسع على طول سطح الصدع. ويتوقف التمزق عندما تصبح الإجهادات غير كافية لمواصلة كسر الصدع (لأن الصخور تكون أقوى) أو عندما يدخل التمزق في مادة لدنة. ^{[ 8 ]} ترتبط قوة الزلزال بالمساحة الكلية لتمزق الصدع. ^{[ 8 ]} معظم الزلازل صغيرة، حيث تكون أبعاد التمزق أقل من عمق البؤرة، لذا لا يخترق التمزق السطح، ولكن في الزلازل المدمرة ذات القوة العالية، تكون التمزقات السطحية شائعة. ^{[ 8 ]} يمكن أن تمتد تمزقات الصدع في الزلازل الكبيرة لأكثر من 100 كيلومتر (62 ميلاً) . ^{[ 8 ]} عندما يتمزق الصدع من جانب واحد (مع وجود المركز السطحي عند نهاية تمزق الصدع أو بالقرب منها)، تكون الموجات أقوى في اتجاه واحد على طول الصدع. ^{[ 11 ]}  

يُعدّ مركز الزلزال الكلي أفضل تقدير لموقع مركز الزلزال، والذي يُستنتج دون بيانات من أجهزة القياس. ويمكن تقديره باستخدام بيانات شدة الزلزال، ومعلومات عن الهزات الارتدادية والهزات التمهيدية، ومعرفة أنظمة الصدوع المحلية، أو استقراءات من بيانات تتعلق بزلازل مماثلة. أما بالنسبة للزلازل التاريخية التي لم تُسجّل بالأجهزة، فلا يُمكن تحديد سوى مركز الزلزال الكلي. ^{[ 12 ]}

الكلمة مشتقة من الاسم اللاتيني الحديث epicentrum ، ^{[ 13 ]} وهو ترجمة لاتينية للصفة اليونانية القديمة ἐπίκεντρος ( إبيكينتروس )، والتي تعني "يشغل نقطة رئيسية، ويقع في مركز"، ^{[ 14 ]} من ἐπί ( إبي ) بمعنى "على، فوق، في" ^{[ 15 ]} و κέντρον ( كينترون ) بمعنى " مركز ". ^{[ 16 ]} وقد صاغ هذا المصطلح عالم الزلازل الأيرلندي روبرت ماليت . ^{[ 17 ]}

يُستخدم المصطلح أيضًا بمعنى "مركز النشاط"، كما في عبارة "السفر مقيد في المقاطعة الصينية التي يُعتقد أنها بؤرة تفشي السارس". ^{[ 18 ] [ 19 ]} يقدم كتاب "الاستخدام الأمريكي الحديث" لغارنر عدة أمثلة على استخدام "بؤرة" بمعنى "مركز". ويشير غارنر أيضًا إلى مقال لويليام سافير يقتبس فيه سافير عن عالم جيوفيزيائي ينسب استخدام المصطلح إلى "معرفة زائفة لدى الكُتّاب مقرونة بجهل علمي لدى محرري النصوص". ^{[ 20 ]} وقد تكهن غارنر بأن هذه الاستخدامات الخاطئة قد تكون مجرد "أوصاف مجازية لنقاط ارتكاز بيئات غير مستقرة وربما مدمرة". ^{[ 21 ]}