Development of a Regional Landslide Forecast Model for Slowly Moving Landslides in the Western Canada Sedimentary Basin

الضغط الأرضي العظيم: لماذا تتحرك الأرض وكيف يمكننا التنبؤ بها

تخيل أن الأرض تحت أقدامنا ليست صلبة كالصخر، بل تشبه إلى حد كبير إسفنجة عملاقة تتحرك ببطء شديد. في بعض أجزاء العالم، وتحديداً تحت حوض الرسوبيات في غرب كندا، تتكون هذه "الإسفنجة" من طبقات من الطين القديم والصخور الناعمة التي تعرضت للضغط بفعل الأنهار الجليدية لآلاف السنيين. بمرور الوقت، بدأت هذه الطبقات في الانزلاق نحو الأسفل ببطء شديد، مثل نهر جليدي مصنوع من الطين. هذه ليست الانهيارات الأرضية المرعبة واللحظية التي تراها في الأفلام والتي تنهار في ثوانٍ؛ بل هي "انهيارات أرضية عميقة" (DSLs). إنها تتحرك ببطء شديد لدرجة أنك قد لا تلاحظها لسنوات، لكنها مستمرة ولا تهدأ.

لماذا يجب أن نهتم؟ لأن هذا الضغط البطيء يحدث في الأماكن التي يعيش فيها عالمنا الحديث تماماً. فالأنابيب والطرق وخطوط الطاقة تُبنى مباشرة فوق هذه المنحدرات المنزلقة. وبينما يعرف المهندسون الذين يبنون هذه الأشياء أن الأرض قد تتحرك قليلاً، إلا أن هناك حداً لذلك. فإذا تحركت الأرض كثيراً، أو تحركت بسرعة كبيرة، يمكن أن تتشقق الأنابيب وتتعطل الطرق، مما يكلف ملايين الدولارات لإصلاحها. السؤال الكبير الذي يسأله العلماء هو: هل يمكننا التنبؤ متى ستتسارع هذه العمالقة بطيئة الحركة؟ إذا عرفنا أن الأرض على وشك أن تصبح "أكثر رطوبة" وأثقل وزناً، يمكننا إصلاح الأنابيب قبل أن تنكسر، مما يوفر المال ويحافظ على سلامة الناس. يدور هذا البحث حول بناء "كرة بلورية" للأرض، باستخدام بيانات المطر والثلج لتخمين متى ستبدأ الأرض في الانزلاق بشكل أسرع.

توقعات طقس الأرض: طريقة جديدة لمراقبة الانزلاقات

قرر الفريق وراء هذه الدراسة، بقيادة باحثين من شركة (BGC Engineering) وجامعة ألبرتا، التوقف عن التخمين والبدء في قياس العلاقة بين الطقس وتحرك الأرض. لقد أدركوا أنه تماماً كما تصبح الإسفنجة أثقل وأكثر انزلاقاً عندما تمتص الماء، فإن هذه الانهيارات الأرضية العميقة تتسارع عندما تبتل التربة. ولكن بدلاً من مجرد النظر إلى المطر المتساقط اليوم، كان عليهم فهم "ذاكرة" التربة—مدى رطوبتها في العام الماضي، والعام الذي قبله، وكيف ذاب الثلج في الربيع.

وللقيام بذلك، جمعوا كمية هائلة من البيانات. فقد اطلعوا على أكثر من 30 عاماً من سجلات الحركة لأكثر من 500 مستشعر (تسمى أجهزة قياس الميل) مدفونة بعمق داخل هذه الانهيارات عبر غرب كندا. أخبرتهم هذه المستشعرات بالضبط مدى سرعة حركة الأرض في كل عام. ثم قاموا بربط بيانات الحركة هذه بنموذج حاسوبي عملاق لطقس الأرض يسمى (ERA-5). يعمل هذا النموذج كـ "مذكرات عالمية" ضخمة لرطوبة التربة، وذوبان الثلج، والأمطار تعود إلى عام 1950. ومن خلال مقارنة حركة "الإسفنجة" مع "مذكرات المياه" الخاصة بها، حاول الفريق إيجاد الوصفة السرية التي تجعل الانزلاقات تتسارع.

وصفة الجبل المتحرك

وجد الباحثون أن ثلاثة مكونات رئيسية في وصفة الطقس كانت الأكثر أهمية للتنبؤ بتوقيت نشاط الانهيارات الأرضية:

1. مدى رطوبة التربة في بداية الموسم: وتحديداً، كمية المياه الموجودة في أعماق الأرض (حوالي 1 إلى 3 أمتار) بحلول شهر فبراير.
2. اتجاه العام السابق: هل كانت التربة تصبح أكثر رطوبة أم أكثر جفافاً خلال الـ 12 شهراً الماضية؟
3. ضربة "إجمالي المياه" خلال الموسم: وهذا هو المكون الأهم. وهو إجمالي كمية المياه (من المطر وذوبان الثلج) التي تصيب الأرض خلال نافذة زمنية متصلة مدتها 90 يوماً خلال موسم الانهيار (من مارس إلى أكتوبر).

باستخدام هذه المكونات الثلاثة، بنى الفريق أداة جديدة تسمى مؤشر نشاط الانهيارات الأرضية الإقليمي (RLAI). فكر في هذا المؤشر كأنه "إشارة مرور" للأرض، ولكن بدلاً من وجود الألوان الأحمر والأصفر والأخضر فقط، فإنه يحتوي على أربعة مستويات: نشاط منخفض، نشاط نموذجي، نشاط مرتفع، ونشاط مرتفع جداً.

إليك كيف يعمل: يأخذ الحاسوب بيانات الطقس ويحسب درجة تسمى درجة نشاط الانهيارات الأرضية الإقليمية (RLAS).

• إذا كانت الدرجة منخفضة (أقل من 0.95)، فسيكون عام نشاط منخفض. معظم الانهيارات ستكون نائمة أو تتحرك ببطء شديد، مثل سلحفاة نائمة.
• إذا كانت الدرجة بين 0.95 و1.40، فسيكون عام نشاط نموذجي. قد تتسارع بعض الانزلاقات، لكن معظمها سيقوم برقصته البطيئة المعتادة.
• إذا كانت الدرجة بين 1.40 و1.80، فسيكون عام نشاط مرتفع. هذا هو الوقت الذي تصبح فيه الأرض مضطربة. يشير النموذج إلى أن حوالي 71% من الانهيارات الأرضية في المنطقة ستبدأ في التحرك بشكل أسرع من المعتاد.
• إذا كانت الدرجة فوق 1.80، فسيكون عام نشاط مرتفع جداً. هذه هي منطقة "الإنذار الأحمر". يتوقع النموذج أن جميع الانهيارات الأرضية تقريباً ستتحرك بشكل أسرع بكثير من الطبيعي، مثل حشد من الناس يركض فجأة.

اختبار الكرة البلورية

لم يضع الفريق هذه القواعد من تلقاء أنفسهم فحسب؛ بل اختبروها مقابل التاريخ. لقد نظروا إلى سنوات محددة تسببت فيها الانهيارات الأرضية في مشاه حقيقية، مثل أحداث التسارع الكبيرة في عامي 2017 و2020 و2021. لقد قاموا بتشغيل نموذجهم بشكل عكسي (عملية تسمى "التنبؤ الرجعي" أو hindcasting) لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم التنبؤ بتلك النقاط الحرجة.

كانت النتائج واعدة. على سبيل المثال، في عامي 1997 و1998، تنبأ النموذج بشكل صحيح بعام "نشاط مرتفع جداً" قبل أن تبدأ الأرض في التحرك بسرعة بالفعل. وفي عام 2020، حذر النموذج من أن جزءاً كبيراً من الانهيارات الأرضية سيتسارع، وهذا هو بالضبط ما حدث. ويشير المؤلفون إلى أنه رغم أن النموذج ليس مثالياً—إذ تنبأ أحياناً بعام "مرتفع" بينما كان في الواقع "نموذجياً"—إلا أنه نادراً ما أخطأ في رصد الأحداث الكبرى. إنه أفضل بكثير في رصد المخاطر الكبرى بدلاً من تفويتها.

التطلع إلى الأمام: توقعات عام 2026

يختتم البحث باستعراض الاختبار الحقيقي الأول لنظامهم الجديد: توقعات موسم الانهيارات الأرضية لعام 2026. وبما أنهم لا يستطيعون معرفة كمية الأمطار التي ستسقط في المستقبل، فقد استخدموا خدعة إحصائية. لقد قاموا بتشغيل آلاف المحاكاة الحاسوبية (تسمى محاكاة مونت كارلو) بناءً على 75 عاماً من تاريخ الطقس لتخمين نطاق النتائج المحتملة.

النتيجة هي مجموعة من الخرائط التي تظهر احتمالية تحرك الأرض بسرعة. في مارس 2026، أصدروا خريطة تظهر توقع "المئوية الـ 95"—بمعنى، السيناريو الأسوأ الذي لا يزال من الممكن حدوثه. ومع تقدم الموسم وتوفر بيانات المطر الحقيقية، تتقلص حالة عدم اليقين، وتصبح التوقعات أكثر دقة. وبحلول نهاية الموسم، سيعرفون بالضبط مدى نشاط العام.

ما التالي؟

المؤلفون متحمسون، لكنهم يدركون أن هذه ليست سوى البداية. حالياً، يعتمد النموذج على بيانات من حوالي 641 نقطة محددة. لكنهم يخططون لجعل الأمر أفضل. إنهم يضيفون بيانات من مستشعرات جديدة تقيس الحركة كل بضع ساعات، وينتظرون إطلاق قمر صناعي جديد (NISAR) في عام 2025. سيكون هذا القمر قادراً على "رؤية" حركة الأرض من الفضاء، حتى في الأماكن التي لا توجد بها مستشعرات على الأرض.

يوضح البحث أن هذه ليست عصا سحرية ستوقف الانهيارات الأرضية. فالأرض ستستمر في التحرك. ولكن من خلال منح مالكي خطوط الأنابيب والطرق طريقة أفضل للتنبؤ بمتى ستصبح الأرض مضطربة، يمكنهم إصلاح الأشياء قبل أن تنكسر. الأمر يتعلق بتحويل الكارثة المفاجئة إلى مهمة صيانة مخططة، مما يوفر ملايين الدولارات ويحافظ على سلامة البنية التحتية. ويقترح المؤلفون أنه مع المزيد من البيانات والنماذج الأفضل، قد يتمكنون في النهاية من التنبؤ بالضبط أين ستتسارع زحلقة معينة، وليس فقط أن المنطقة بأكملها أصبحت مبتلة. أما في الوقت الحالي، فإن هذا "التوقع الجوي للأرض" يعد خطوة كبيرة للأمام في فهم العمالقة البطيئة والمتسللة تحت أقدامنا.