زمین‌لرزه یا زلزله، لرزش و جنبش زمین است که به علّت آزاد شدن انرژی ناشی از گسیختگی سریع در گسل های پوسته زمین در مدّتی کوتاه روی می‌دهد محلّی که منشا زمین‌لرزه است و انرژی از آنجا خارج می‌شود را کانون ژرفی، و نقطه بالای کانون در سطح زمین را مرکز سطحی زمین‌لرزه گویند.

زمین لرزه نتیجه رهایی ناگهانی انرژی از داخل پوسته زمین است که امواج ارتعاشی را ایجاد می‌کند. زمین لرزه‌ها توسط دستگاه زلزله سنج یا لرزه‌ نگار ثبت می‌شوند.

مقدار بزرگی یک زلزله متناسب با انرژی آزاد شده زلزله است. زلزله‌های کوچکتر از بزرگی ۳ اغلب غیر محسوس و بزرگتر از ۶ خسارت‌های جدی را به بار می‌آورند.

در نزدیکی سطح زمین، زلزله به صورت ارتعاش یا گاهی جابجایی زمین نمایان می‌شود. زمانی که مرکز زمین‌لرزه در داخل دریا باشد، در صورت تغییر شکل زیاد و سریع بستر دریا باعث ایجاد سونامی می‌شود که معمولا در زلزله‌های بزرگتر از بزرگی هشت ریشتر اتفاق می‌افتد. ارتعاشات زمین باعث ریزش کوه و همین‌طور فعالیت‌های آتشفشانی می‌شوند.

در حالت کلی کلمه زمین لرزه هر نوع ارتعاشی را در بر می‌گیرد، چه ارتعاش طبیعی و چه مصنوعی توسط انسان که موجب ایجاد امواج ارتعاشی می‌شود.

زمین لرزه‌ها اغلب نتیجه حرکت گسل‌ها هستند، و همین‌طور می‌تواند حاصل فعالیت‌های آتشفشانی، ریزش کوه‌ها، انفجار معدن‌ها، و آزمایش‌های هسته‌ای باشد. نقطه آغازین شکاف لرزه را کانون می‌نامند. مرکز زمین‌لرزه نقطه‌ای در راستای عمودی کانون و در سطح زمین است.

ریشه واژه زلزله

زلزله واژه‌ای از ریشه عربی زلزل به معنی لرزش است. در گذشته زلزله را بومهن می‌نامیدند که برگرفته از بوم‌مثنه مرکب از بوم (زمین) و مثنه (حرکت) به معنی حرکت زمین است.

توصیه‌های لازم هنگام وقوع زلزله

یکی از کارهای مهم آن است که خود را آماده کنیم تا در صورت وقوع زلزله، بدانیم باید چه کار کنیم. آماده بودن و دانستن این‌که موقع زلزله چه کاری باید انجام داد، می‌تواند در صورت وقوع زلزله بعدی جان بسیاری از افراد را نجات دهد.

موقع وقوع زلزله قبل از هر چیز آرامش خود را حفظ کنید. ترس و وحشت، سرعت عمل و صحت رفتار شما را کاهش می‌دهد. پس با اعتماد به نفس به سرعت نکات ایمنی را انجام دهید.

دوره متوسط یک زمین لرزه زیر ۳۰ ثانیه است اما برای زلزله‌های شدیدتر این زمان می‌تواند به چند دقیقه نیز برسد.

به محض احساس وقوع زلزله، در صورت امکان، اگر ساختمانی یک طبقه است و نزدیک در خروجی هستید، سریعا از آن خارج شوید و به فضای باز بروید.

در صورتی که در ساختمان اداری چندین طبقه یا در مدرسه هستید، هر چه زودتر به زیر میز تحریر پناه ببرید به طرف راه‌های خروجی هجوم نبرید ممکن است همه همین تصمیم را داشته باشند و پلکانها شکسته یا با جمعیت مسدود شده باشند.

سعی کنید زیر یک میز پناه بگیرید.

زیر میز محل مناسبی برای پناهگیری است. در کلاس مدرسه زیر میز تحریر خود پناه ببرید.

اگر به میز دسترسی ندارید به کنار دیواری بروید و به آن بچسبید.

اگر خارج از ساختمان هستید، از نزدیک شدن به ساختمان های بلند، دیوارها و دیگر اشیایی که ممکن است فرو بریزد اجتناب کنید.

اگر داخل ساختمان هستید، مواظب افتادن آجر، لوستر و سایر وسایلی که ممکن است بلغزند یا واژگون شوند، باشید.

از پنجره‌ها و آینه‌ها فاصله بگیرید در صورت احساس خطر به زیر میز، تخت خواب، میان چارچوب های محکم در یا به گوشه‌ای دور از پنجره‌ها پناه ببرید.

محل امنی در داخل ساختمان انتخاب کرده و تا پایان لرزه‌ها در آنجا پناه بگیرید.

قبل از اتمام لرزه‌ها سعی کنید از محل خارج شوید.

سعی کنید تا وقتی تکان‌ها رفع نشده سر جای خود بمانید. سپس در کمال خونسردی و نظم محل را ترک کنید.

یکی از مهم ترین کارهایی که قبل از وقوع زلزله باید انجام دهید تهیه جعبه کمک‌های اولیه و انتخاب جای مناسب و ایمن برای دسترسی آسان به آن است.

زلزله‌های طبیعی

زلزله‌های تکتونیکی در هر جای زمین که در آن انرژی کرنشی کشسانی به میزان کافی برای گسترش شکستگی در امتداد صفحه گسل ذخیره شده باشد، رخ خواهند داد. در مرزهای صفحه‌های پوسته زمین که بزرگترین صفحه‌های گسل روی زمین را ایجاد می‌کنند، صفحات کنار یکدیگر حرکت یکنواخت و(aseismically)خواهند داشت اگر هیچ بی‌نظمی یا ناهمواری در امتداد مرزهای آنها که باعث افزایش مقاومت اصطکاکی می‌شود، وجود نداشته باشد.

بیشتر مرزها دارای این ناهمواری‌ها هستند و این منجر به رفتار چوب،لغزشی(stick-slip behavior)می‌شود. هنگامی که مرزهای صفحه قفل شده باشد، ادامه حرکت نسبی بین صفحات منجر به افزایش تنش و در نتیجه افزایش انرژی انباشته شده در توده‌های نزدیک سطح گسل می‌شود. این افزایش ادامه می‌یابد تا زمانی که تنش افزایش یافته به اندازه‌ای کافی برسد و از طریق شکستن ناهمواری‌ها، ناگهان از بخش قفل شده گسل اجازه لغزش بیابد و انرژی ذخیره شده را آزاد کند.

این انرژی به صورت امواج لرزه‌ای آزاد شده و تابیده شدن گرمای اصطکاکی سطح گسل، و شکستن سنگ آزاد می‌شود که در نتیجه باعث ایجاد زلزله می‌شود. این روند تدریجی ساخت تنش و کرنش که موجب شکست ناگهانی و تولید زلزله است به عنوان نگره بازگشت کشسان(elastic rebound theory)خوانده می‌شود.

تخمین زده می‌شود که تنها ۱۰ درصد یا کمتر، از کل انرژی زلزله به صورت انرژی لرزه‌ای آزاد می‌شود. بیش ترین بخش انرژی زلزله صرف شکستگی سنگ ها یا تبدیل به حرارت تولید شده توسط اصطکاک می‌شود،بنابراین، زمین لرزه انرژی کرنشی نهفتهٔ کشسانی زمین نزدیک گسل را کاهش می‌دهد و درجه حرارت آن را افزایش می‌دهد، اگرچه این تغییرات نسبت به جریان همرفت و رسانایی گرمای خارج شده از اعماق زمین ناچیزاست.

سه نوع عمده از گسل وجود دارد که ممکن است موجب زلزله بشوند:

نرمال، معکوس (محوری) و ضربه‌ای-لغزشی. گسل‌های نرمال و معکوس نمونه‌هایی از لغزش هستند، که در آن جابه جایی در امتداد گسل در جهت شیب و حرکت بر روی آنها شامل مؤلّفه عمودی می‌شود. گسل نرمال عمدتا در حوزه‌هایی رخ می‌دهد که پوسته مانند مرز واگرا در حال تمدید شدن است.

گسل معکوس در مناطقی که پوسته مانند مرز همگرا در حال کوتاه شدن است رخ می‌دهد. گسل‌های ضربه‌ای - لغزشی ساختمان‌های شیب داری دارند که دو طرف گسل به صورت افقی در کنار یکدیگر می‌لغزند، مرزهای تبدیلی نوع خاصی از گسل ضربه‌ای – لغزشی هستند. زلزله‌های بسیاری ناشی از جنبش در گسل‌هایی هستند که شامل هر دو نوع شیب - لغزش و ضربه‌ای- لغزشی است، این لغزش به عنوان مورب شناخته شده‌است.

از آنجایی که مرزهای صفحه‌ها در درون سنگ کره قاره‌ها رخ می‌دهد، تغییر شکل در منطقه‌ای بسیار بزرگ‌تر از مرز صفحه پخش شده‌است. مانند تبدیل قاره‌ای گسل سان آندریاس، بسیاری از زمین لرزه‌ها به دور از مرز صفحه رخ می‌دهند و به گونه‌های توسعه یافته در منطقه وسیع تری از تغییر شکل ناشی از نا منظمی در رابطه با گسل ردیابی هستند به عنوان مثال منطقه بزرگ خم، زلزله نورتریج با جنبش در رانش کوه درون چنین منطقه‌ای در ارتباط بود. مثال دیگر مرز صفحه همگرا و به‌شدت مایل بین پلیت عربی و اوراسیا است که بخشی از شمال غربی کوه‌های زاگرس می‌باشد. تغییر شکل در ارتباط با مرز این صفحه به پوسته تقریبا خالص که جنبش‌های عمود بر مرز در منطقه وسیعی درجنوب غربی و حرکات تقریبا خالص ضربه‌ای- لغزشی در امتداد گسل‌های اصلی نزدیک به مرز واقعی صفحه‌ها تقسیم می‌شود.

این توسط مکانیسم کانونی زمین لرزه نشان داده‌است. همه صفحات تکتونیکی میدان تنش داخلی ناشی از تعاملات خود با صفحات مجاور و بارگیری یا تخلیه رسوبی دارند.(به عنوان مثال deglaciation)این تنش‌ها ممکن است برای ایجاد شکست در امتداد گسل صفحه‌های موجود کافی باشند، و زلزله‌های میان صفحه‌ای را ظاهر کنند.

اکثر زلزله تکتونیکی در حلقه آتش درعمقی کمتراز ده‌ها کیلومتر ناشی می‌شوند. زلزله‌های درعمق کمتر از ۷۰ کیلومتر به عنوان زمین لرزه‌های کانون کم عمق طبقه‌بندی می‌شوند، در حالی که با فاصله کانونی بین ۷۰ و ۳۰۰ کیلومتر معمولا کانون میانی یا زلزله متوسط عمق نامیده می‌شوند.

در مناطق فرورانش، جایی که پوسته اقیانوسی مسن تر و سردتر در بشقاب تکتونیکی دیگر می‌رود، زلزله‌ها ممکن است در عمق بسیار بیشتری(در محدوده ۳۰۰ تا ۷۰۰ کیلومتر)رخ دهند. این نواحی مرتعش فعال همراه با فرورانش به عنوان مناطق(Wadati - Benioff)شناخته شده‌است. کانون عمیق زلزله‌ها در عمق زیاد می‌باشند که در آن ناحیه، سنگ کره با توجه به درجه حرارت بالا و فشار دیگر شکننده نیست. مکانیسم احتمالی برای نسل کانون عمیق زلزله‌ها ناشی از اولین تحت تغییر فاز به ساختار صلبی است.

بعضی از زلزله‌ها در مناطق آتشفشانی رخ می‌دهند، آنها توسط حرکت ماگما در آتشفشان‌ها ایجاد می‌شوند. چنین زلزله‌هایی می‌توانند به عنوان هشدار دهنده‌ای زود هنگام فوران آتشفشانی را خبر دهند، مانند زلزله‌ها در طول فوران کوه سنت هلن در ۱۹۸۰.

زیاد شدن زلزله‌ها در اطراف یک آتشفشان فعّال می‌تواند به عنوان نشانه‌ای برای قریب‌الوقوع بودن فعالیت آتشفشانی باشد. زیاد شدن فعالیت لرزه‌ای قبل از فوران یک آتشفشان می‌تواند توسط زلزله نگارها و دستگاه‌های شیب‌سنج(tiltimeters)ثبت شوند.

بیشتر زمین لرزه‌ها از لحاظ مکان و زمان به یکدیگر مربوط هستند. بیشتر خوشه‌های زلزله شامل لرزش‌های کوچکی هستند که یا به میزان کم خسارت وارد می‌کند یا خسارتی ندارد، اما تئوری وجود دارد که زلزله می‌تواند در یک الگوی منظم تکرار شود.

پس لرزه

پس لرزه زلزله‌ای است که پس از زلزله اصلی(mainshock)رخ می‌دهد. پس لرزه در منطقه همان شوک اصلی است، اما همیشه از لحاظ قدرت کوچک تر است. اگر پس لرزه بزرگ‌تر از شوک اصلی باشد، پس لرزه به عنوان شوک اصلی و شوک اولیه اصلی به عنوان Aftershock نام‌گذاری می‌شود. پس لرزه‌ها زمانی به وجود می‌آیند که پوسته در اطراف صفحه گسل جابه‌جا شده با اثرات شوک اصلی تطبیق داده می‌شود.

ازدحام زلزله‌ها

ازدحام زلزله، سلسله‌ای از زمین لرزه‌هاست که در منطقه‌ای خاص در مدت زمان کوتاهی اتفاق می‌افتند. آنها با زلزله‌هایی که به دنبال آن‌ها مجموعه‌ای از پس لرزه‌هاست متفاوتند با توجه به این واقعیت که هیچ‌کدام از تک زمین لرزه‌ها در دنباله شوک اصلی نیست، بنابراین هیچ‌یک از قدرت قابل توجهی بالاتر از دیگران ندارد. نمونه‌ای از ازدحام زلزله، فعالیت پارک ملی یلو استون(Yellowstone)در سال ۲۰۰۴ می‌باشد.

طوفان زلزله

گاهی اوقات یک سری از زمین لرزه‌ها به صورت طوفان زلزله رخ می‌دهد، که در آن زلزله به گسل پرخوشه ضربه می‌زند، که باعث لرزش یا توزیع مجدّد تنش از زلزله قبلی ارسال شده می‌شود. مشابه پس لرزه‌ها اما در بخش های مجاور گسل، این طوفان‌ها طی سالیان اتفاق می‌افتد، همراه با برخی زلزله‌هایی که به اندازه زلزله‌های اولیه مخرب‌اند. چنین الگویی در دنباله زلزله‌ها در گسل شمال آناتولی در ترکیه در قرن ۲۰ مشاهده شد و برای خوشه‌های غیرعادی قدیمی از زلزله بزرگ در خاور میانه استنباط شد.

لرزه‌خیزی القا شده

در حالی که اکثر زمین‌لرزه‌ها توسط حرکت صفحات تکتونیکی زمین ایجاد می‌شود، فعالیت‌های انسانی نیز می‌تواند زمین‌لرزه تولید کند. چهار گونه فعالیت‌های اصلی در این پدیده مشارکت می‌کنند: احداث سدها و ساختمان‌های بزرگ، حفاری و تزریق مایع به داخل چاه، استخراج از معادن زغال سنگ، و استخراج نفت.

شاید بهترین نمونه شناخته شده زمین‌لرزه سال ۲۰۰۸ در استان سیچوان چین است، این لرزش منجر به ۲۲۷۶۹، نفر تلفات شد و نوزدهمین زمین‌لرزه مرگبار در تمام دوران‌ها بوده‌است. باور بر این است که سد زیپینگو (Zipingpu)، زیر فشار گسل ۱۶۵۰ فوت (۵۰۳ متر) نوسان یافته؛ این فشار احتمالا قدرت زمین‌لرزه را افزایش داده و سرعت حرکت گسل را شتاب بخشیده‌است.

همچنین بزرگ ترین زمین لرزه‌ای که در تاریخ استرالیا روی داد، توسط بشر القا شده بود؛ از طریق استخراج از معادن زغال سنگ. شهر نیوکاسل بر بخش بزرگی از مناطق استخراج معادن زغال سنگ ساخته شده بود. زلزله از گسلی که به خاطر استخراج میلیون‌ها تن سنگ معدن ایجاد شده بود، تولید شد.

در سال ۲۰۱۱ میلادی، وقوع تعداد ۱۱ زمین‌لرزه نامعمول در شهر یانگ استون در ایالت اوهایوی آمریکا باعث شد که پژوهش گران به این نتیجه برسند که فعالیت‌های اکتشاف گاز و تزریق مایع به درون لایه‌های زمین در آن منطقه باعث فشار بر لایه‌ها و عامل بروز زمین‌لرزه شده‌اند.

اندازه‌گیری شدت و محل زلزله

زلزله را می‌توان توسط لرزه‌نگار(seismometers)تا فواصل بسیار بزرگ ثبت کرد، چرا که امواج لرزه‌ای حتی از داخل زمین هم عبور می‌کنند. قدر مطلق اندازه زلزله مطابق قرارداد توسط اعداد در مقیاس قدر گشتاور(که قبلا در مقیاس ریشتر، از قدر ۷ باعث آسیب جدی و بزرگ بیشتر مناطق گزارش شده)در حالی که احساس قدر با استفاده از مقیاس مرکالی گزارش می‌شود.

هر لرزش انواع امواج لرزه‌ای را تولید می‌کند که با سرعت‌های مختلف از داخل سنگ عبور می‌کنند:

امواج طولی P(امواج ضربه‌ای یا فشاری)امواج عرضی S(هر دو امواج بدن)و امواج سطحی مختلف(امواج ریلی).سرعت انتشار امواج لرزه‌ای حاصل از محدوده تقریبی ۳ کیلومتر بر ثانیه تا ۱۳ کیلومتر بر ثانیه، بسته به تراکم و کشش از مقدار میانه تغییر می‌کند. در داخل کره زمین امواج ضربه‌ای یا P بسیار سریع تر از امواج S حرکت می‌کنند(تقریباً ۱٫۷: ۱).تفاوت در زمان سفر امواج از کانون به رصدخانه برای اندازه‌گیری فاصله‌است و می‌تواند منابع لرزه و ساختار درون زمین را نشان دهد. همچنین عمق کانون(hypocenter)را می‌توان به‌طور تقریبی محاسبه کرد.

قانون کلی: به‌طور متوسط، فاصله(کیلومتر)به زلزله برابر است با زمان(ثانیه)بین امواج P و S. انحراف خفیف به دلیل ناهمگن بودن لایه‌های زیرسطحی زمین است.

زلزله می‌تواند با صدمه زدن به قدرت برق یا خطوط گاز منجر به آتش‌سوزی شود. در صورت صدمه به شبکه آبرسانی و از دست دادن فشار، جلوگیری از گسترش آتش نیز ممکن است مشکل شود. برای مثال، مرگ و میر در زلزله ۱۹۰۶ سان فرانسیسکو بیشتر توسط آتش‌سوزی بود تا از زلزله.

روان گرایی خاک یا شبیه به مایع عمل کردن خاک وقتی رخ می‌دهد که، به خاطر تکان ها، دانه‌های مواد اشباع شده با آب(مانند شن و ماسه)به‌طور موقت استحکام خود را از دست داده و از شکل جامد به حالت روان تبدیل شوند. روان گرایی خاک می‌تواند ساختارهای سفت و سخت، مانند ساختمان‌ها و پل‌ها را، کج کند یا به ساختارهای فرورونده تبدیل کند. برای مثال، در زلزله ۱۹۶۴ آلاسکا، روانگرایی خاک باعث شد ساختمان‌های بسیاری در زمین فروروند و در نهایت به روی خود فروبریزند.

زمین لرزه‌های ثبت شده بر پایهٔ بزرگی

زمین لرزه‌های ثبت شده بر پایهٔ بزرگی به این شرح می‌باشند.

 آمادگی

به منظور تعیین احتمال فعالیت‌های لرزه‌نگاری آینده، زمین شناسان و دانشمندان سنگ های منطقه را بررسی می‌کنند تا تعیین کنند اگر سنگ ها به نظر فشرده می‌رسد. مطالعه گسل های یک منطقه به مطالعه زمان سپری شده برای تشکیل فشار کافی برای وقوع زلزله توسط گسل نیز به عنوان یک تکنیک پیش بینی، کمک می‌کند.

اندازه‌گیری‌ها بر اساس میزان انرژی کرنش انباشته در گسل در هر سال، زمان سپری شده از آخرین زلزله بزرگ، و انرژی و قدرت آخرین زلزله بنا می‌شوند. تمام این حقایق به دانشمندان اجازه می‌دهد میزان فشار لازم برای ایجاد گسل زلزله را تعیین کنند. اگرچه این روش بسیار مفید است، آن را تا به حال تنها در گسل سان آندریاس کالیفرنیا اجرا کرده‌اند.

امروزه راه‌هایی برای محافظت و آماده‌سازی محل‌های احتمالی زمین لرزه از آسیب شدید وجود دارد که از طریق فرایندهای زیر است: مهندسی زلزله، آمادگی دربرابر زلزله، ایمنی لرزه‌ای خانواده، دایر کردن تجهیزات لرزه‌ای(از جمله اتصالات و مواد و روش‌های خاص)خطر زلزله، کاهش حرکت زمین لرزه، و پیش بینی زلزله.

مقاوم‌سازی لرزه‌ای این است که ساختارهای موجود را نسبت به فعالیت‌های زمین لرزه، حرکت زمین یا شکست خاک ناشی از زلزله مقاوم تر و بهتر کند. با درک بهتر از تقاضا لرزه‌ای در سازه‌ها و با تجربه‌های اخیر زمین لرزه‌های بزرگ در نزدیکی مراکز شهری، نیاز به مقاوم‌سازی لرزه‌ای هرچه بیشتر است.

قبل از معرفی کدهای مدرن لرزه در اواخر ۱۹۶۰ برای کشورهای توسعه یافته (آمریکا، ژاپن و …) و در اواخر ۱۹۷۰ برای بسیاری از دیگر نقاط جهان (ترکیه، چین و …)سازه‌های بسیاری بدون جزییات کافی برای محافظت و تقویت لرزه‌ای طراحی شده بودند. با در نظر گرفتن مشکل قریب‌الوقوع، کارهای تحقیقاتی مختلفی انجام گرفت. علاوه بر این، دستورالعمل‌های فنی برای ارزیابی لرزه‌ای، در سراسر جهان ایجاد و بازسازی شده‌اند و به چاپ رسیده‌اند، مانند ASCE - SEI ۴۱ و دستورالعمل انجمن مهندسی زلزله نیوزیلند (NZSEE).

انواع زلزله

زلزله‌ها از دید جهت آزاد شدن انرژی به دو گونه افقی و عمودی تقسیم‌بندی می‌شوند. خرابی‌های عمده و وسیع معمولا بر اثر زلزله‌هایی از نوع افقی صورت می‌پذیرند. چرا که اغلب بناها در برابر بارهای عمودی مقاومت کافی دارند.

براساس میزان خرابی به وجود آمده زلزله‌ها به ده درجه بر مبنای مرکالی تقسیم می‌گردند.

ثبت زلزله‌ها

به منظور ثبت زلزله‌ها از دستگاهی به نام لرزه سنج یا شتاب نگار استفاده می‌شود. داده‌های به دست آمده از این دستگاه یا به صورت یک سری از اعداد بیانگر شتاب است که به صورت(شتاب - زمان)دسته‌بندی شده‌اند یا صرفا یک سری اعداد بیانگر شتاب زمین است. در این مورد اخیر در ابتدای داده‌ها اشاره می‌گردد که فاصله زمانی این داده‌ها چند ثانیه‌است. داده‌های زلزله‌های ایران از سایت مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن قابل دریافت است.