دورة الزلازل

تجمع نظرية دورة الزلازل بين فرضية تراكم الإجهاد ونظرية الارتداد المرن. ^{[ 1 ]} يمكن تقسيم دورة الزلزال الكاملة إلى فترات ما بين الزلازل، وما قبل الزلزال، وأثناء الزلزال، وما بعد الزلزال. ^{[ 1 ]} خلال فترة ما بين الزلازل، يتراكم الإجهاد على صدع مغلق نتيجة لحركة الصفائح التكتونية. ^{[ 2 ]} في فترة ما قبل الزلزال، يقترب هذا الإجهاد من حد التمزق ، وقد تحدث بعض المؤشرات الأولية للزلازل. ^{[ 1 ]} عندما يتجاوز هذا الإجهاد حد التمزق، يبدأ الصدع بالتحرك ويرتد كلا الجانبين إلى موضعيهما السابقين، مُحررًا الإجهاد المتراكم عبر زلزال. خلال فترة ما بعد الزلزال، قد يؤدي استرخاء الأجزاء الأخرى من الصدع الناتج عن إعادة توزيع الإجهادات إلى حدوث انزلاق لاحق. ^{[ 1 ]} نظرًا لأن حركة الصفائح التكتونية للأرض تُجهد الصدوع باستمرار، فمن المرجح أن تتكرر هذه الدورة. ^{[ 2 ]}

يساعد نموذج اقتران الزنبرك والمنزلق البسيط في تفسير تكرار دورات الزلازل. ^{[ 1 ]} تقوم الفرضية على أن كتلة ثابتة ملامسة لسطح خشن تُسحب بواسطة زنبرك يُسحب بسرعة ثابتة . تتسبب هذه العملية في تراكم الإجهاد باستمرار على الزنبرك. بمجرد أن تتجاوز قوة السحب حد الاحتكاك الساكن f(0) ، تنزلق الكتلة على طول سطح الأرض. ^{[ 1 ] [ 2 ]} بافتراض أن الاحتكاك الحركي أقل من الاحتكاك الساكن، ^{[ 7 ]} تكون الحركة الأولية للكتلة غير مستقرة، وهو ما يعادل تمزقًا في الصدع. بمجرد أن تستقر الكتلة في موقع جديد، يبدأ الإجهاد في التراكم مرة أخرى. نجحت أنظمة اقتران نماذج الزنبرك والمنزلق في محاكاة قانون غوتنبرغ-ريختر . ^{[ 7 ]}

على الرغم من إمكانية التنبؤ الكامل بالنماذج البسيطة لتكرار الزلازل، إلا أن العديد من العوامل الواقعية قد تُغير بشكل كبير طول الدورة الزلزالية، بما في ذلك تراكم الإجهاد غير المتساوي، وتغير قوة القشرة الأرضية مع مرور الوقت ، وهجرة السوائل . ^{[ 2 ] [ 8 ]} في ظل ظروف مختلفة، يمكن تحرير الإجهاد عبر التصدعات السريعة، أو الانزلاقات البطيئة غير الزلزالية ، أو أسراب الزلازل . يُعد فهم عدم انتظام هذه الأنواع المختلفة من الانزلاق أمرًا بالغ الأهمية لفهم دورات الزلازل. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

تُعدّ القياسات الجيوديسية أدواتٍ مهمة للتحقق من تراكم الإجهاد خلال الفترة الفاصلة بين الزلازل وإعادة توزيعه خلال الفترة اللاحقة للزلازل في دورات الزلازل. فعلى سبيل المثال، أظهرت بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التي جُمعت خلال العقود القليلة الماضية تراكمات ثابتة للإجهاد في نظام صدع سان أندرياس ^{[ 11 ]} وارتفاعًا مستمرًا لسطح الصفيحة العلوية لمنطقة اندساس نانكاي نتيجةً لتراكم الإجهاد. ^{[ 1 ]} كما يُشير تحليل معدل الانزلاق على نظام صدع سان أندرياس الجنوبي باستخدام تقنية الرادار التداخلي (InSAR) إلى أن هذا الصدع قد يكون يقترب من نهاية مرحلته الفاصلة بين الزلازل. ^{[ 12 ]} وقد تم اكتشاف كمية كبيرة من الانزلاق البطيء غير الزلزالي والزحف خلال الفترة الفاصلة بين الزلازل في كلٍ من مناطق الاندساس والصدوع القارية من خلال قياسات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وتقنية الرادار التداخلي (InSAR) . ^{[ 8 ]}

تُعدّ المسوحات الجيولوجية طريقة أخرى تُستخدم للكشف عن تكرار الزلازل القديمة. ويُعتبر الانزياح المتعدد لمجاري الأنهار عبر صدع سان أندرياس في وادي والاس بسهل كارريزو دليلاً كلاسيكياً على تكرار تمزق الصدع. ^{[ 1 ] [ 4 ]} فبعد وقوع الزلزال، ينقطع مجرى النهر عبر الصدع، تاركاً المجرى المنزاح مهجوراً، ويتشكل مجرى جديد. وقد تم اكتشاف مجموعة من المجاري المهجورة، ويُعتقد أنها بقايا دورات زلزالية قديمة متعددة. ^{[ 1 ]} ويُعدّ سجل الرواسب دليلاً رئيسياً آخر للعثور على الزلازل القديمة. ومن الأمثلة على ذلك سجلات ارتفاع السواحل في نقطة موروتو بالقرب من منطقة اندساس نانكاي ، والناتجة عن زلازل ضخمة متكررة على مدى قرون عديدة؛ وسجلات ارتفاع السواحل والتسونامي بالقرب من هامش اندساس هيكورانجي ، والناتجة عن 10 زلازل اندساس محتملة في السنوات الـ 7000 الماضية. ^{[ 3 ]} وتراكم الرواسب المسجل نتيجة 24 زلزالًا متتاليًا على صدع جبال الألب الانزلاقي خلال الـ 8000 سنة الماضية. ^{[ 13 ]} كما تم اكتشاف ثلاثة زلازل قارية متكررة في منغوليا خلال الـ 50000 سنة الماضية من خلال سجلات إزاحة طبقات الرواسب ونموها. ^{[ 14 ]}

يُستخدم قانون الاحتكاك المعتمد على المعدل والحالة على نطاق واسع في نماذج الصدوع الديناميكية ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 15 ]} ، ويؤثر بشكل حاسم على خصائص الانزلاق المحتملة للصدع. ^{[ 10 ] [ 16 ]} يفترض هذا القانون أن معامل الاحتكاك دالة لكل من سرعة الانزلاق (المعدل) وظروف النظام (الحالة). ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} في هذا القانون، يزداد معامل الاحتكاك عند الزيادة المفاجئة في سرعة الانزلاق، ثم يتناقص تدريجيًا ليصل إلى قيمة ثابتة جديدة. ^{[ 16 ]} تتأثر علاقة الاحتكاك المعتمدة على المعدل والحالة بمجموعة من العوامل، بما في ذلك التنشيط الحراري، ومساحة التلامس الفعلية (على المستوى الذري )، وتأثيرات الروابط الجزيئية . ^{[ 16 ] [ 19 ] [ 20 ]}

يُساعد نمذجة الصدوع الديناميكية في تفسير الآليات التي تُحرك دورات الزلازل. استنادًا إلى قانون الاحتكاك القائم على المعدل والحالة، تم اكتشاف الانتقال من أحداث الانزلاق البطيء إلى زلازل التمزق السريع المرتبطة بالمعايير الهندسية والمرنة لمنطقة الصدع. ^{[ 10 ]} يسمح نموذج شبه ديناميكي أسرع حسابيًا، يُبسط عمليات نقل الإجهاد، بإنشاء نماذج جديدة تأخذ التأثيرات اللدنة في الاعتبار. ^{[ 15 ]} ومع ذلك، تُظهر مقارنة النماذج شبه الديناميكية مع النماذج الديناميكية الكاملة لنفس الأنظمة أن لنهج النمذجة تأثيرات كبيرة على خصائص انزلاق دورة الزلزال المقترحة. ^{[ 21 ]}