Volcanic similar earthquakes driven by aseismic slip associated with volcanic activity at Ogasawara Ioto

في أعماق المحيط، حيث تتحرك القشرة الأرضية باستمرار، لا تكتفي البراكين بالثوران فحسب؛ بل تتنفس وتنتفخ وتنتفض مع همهمة زلزالية منخفضة المستوى ومستمرة. ولفهم هذه العمالقة القلقة، يستمع العلماء إلى الهزات الصغيرة التي تتردد عبر الصخور، معتبرين إياها بمثابة نبض قلب يكشف عن صحة البركان. ومن بين هذه الهزات، هناك نوع خاص من الأحداث يسمى "الزلازل المتشابهة". هذه ليست هزات عشوائية، بل هي نسخ متطابقة تقريبًا من بعضها البعض، تتكرر مرارًا وتكرارًا من نفس الموقع تمامًا. وعندما ينتج البركان هذه الصدمات المتكررة، فإن ذلك يشير إلى أن بقعة صغيرة ومحددة من الصخور تنزلق مرارًا وتكرارًا، تمامًا مثل مفصل باب يصدر صريرًا بنفس الإيقاع في كل مرة يُفتح فيها. ومن خلال دراسة هذه الإشارات المتكررة، يمكن للباحثين رسم خرائط للحركات الخفية للصهارة والسوائل في أعماق الأرض، حتى عندما لا تكون الأرض فوقها تهتز بشكل مرئي.

في قوس جزر إيزو-أوغاساوارا النائية، كانت جزيرة بركانية صغيرة تُعرف باسم إيتو (أو إيو-جيما) بؤرة لمثل هذا النشاط. هذه الجزيرة عبارة عن كالديرا بركانية نشطة، وهي فوهة ضخمة تشكلت من ثورات قديمة، وهي تمر حاليًا بتحول دراماتيكي. لقرون، كانت الجزيرة بأكملها ترتفع ببطء، وهي عملية مدفوعة بدفع الصهارة من الأسفل. وبينما يعد هذا الارتفاع موثقًا جيدًا، إلا أن الطريقة الدقيقة التي تستجيب بها الصخور داخل الجزيرة لهذا الضغط ظلت لغزًا. وقد تمكنت دراسة حديثة أجراها باحثون من المعهد الوطني لعلوم الأرض والوقاية من الكوارث في اليابان أخيرًا من كشف الستار عن هذا النشاط الخفي. فمن خلال تحليل آلاف السجلات الزلزالية التي جُمعت على مدار خمس سنوات، اكتشفوا أن ارتفاع الجزيرة المستمر ليس مجرد رفع سلس وصامت، بل إن الأرض تُدفع للأعلى بواسطة سلسلة لا هوادة فيها من الانزلاقات الصغيرة والمتكررة على طول صدوع خفية، مما يخلق نمطًا متميزًا من الزلازل المتشابهة التي تروي قصة واضحة من الإجهاد والتحرر.

بدأ الباحثون بفرز كتالوج ضخم يضم حوالي 60,000 زلزال سُجلت في إيتو بين عامي 2018 و2023. كانت معظم هذه الأحداث عبارة عن هزات عالية التردد، حادة وقصيرة، وهي نموذجية للمناطق البركانية. وباستخدام خوارزمية حاسوبية مصممة لإيجاد الأنماط في الضوضاء، قاموا بتجميع الزلازل بناءً على مدى تطابق موجاتها مع بعضها البعض. الأمر يشبه تصنيف كومة من آلاف الرسائل المكتوبة بخط اليد للعثور على الرسائل التي كتبها نفس الشخص؛ حيث يكون أسلوب الكتابة متسقًا للغاية لدرجة أن المصدر لا يمكن التشكيك فيه. حدد الفريق 19 مجموعة متميزة من هذه "الزلازل المتشابهة"، حيث بدت الموجات متطابقة تقريبًا، مما يشير إلى أنها جميعًا تأتي من نفس المصدر الصغير. ومن المثير للاهتمام أن هذه الأحداث المتكررة شكلت حوالي ربع جميع الزلازل البركانية التي تم رصدها خلال فترة الدراسة، مما يثبت أن هذا الانزلاق المتكرر هو سمة مهيمنة للحياة الزلزالية للجزيرة، وليس مجرد شذوذ نادر.

بمجرد تحديد المجموعات، عمل العلماء على تحديد مكان حدوث هذه الانزلاقات بدقة. ومن خلال الجمع بين توقيت الموجات، والاتجاه الذي سلكته، وقوتها، رسموا خرائط لمواقع التجمعات الـ 19. وكشفت النتائج عن نمط صارخ: لم تكن الزلازل المتشابهة منتشرة عشوائيًا في أنحاء الجزيرة، بل تجمعت بكثافة حول الصدوع النشطة المعروفة، لا سيما في الجزء الجنوب الغربي من الجزيرة. ومن المثير للدهشة أنه لم يتم العثور على أي زلازل متشابهة مباشرة تحت القبة الصاعدة المركزية، وهي تلة مرتفعة كبيرة في وسط الكالديرا. وهذا الغياب له أهمية كبيرة؛ إذ يشير إلى أن الصخور الموجودة مباشرة تحت القبة قد تكون ساخنة جدًا أو مليئة بالسوائل لدرجة تمنعها من التكسر بطريقة هشة تتطلبها هذه الصدمات المتكررة. وبدلاً من ذلك، يتم تفريغ الإجهاد عند الحواف، حيث تحتك القبة الصاعدة بالصخور المحيطة، مما يسبب انزلاقات صغيرة ومتكررة على خطوط صدع ضيقة.

قدم توقيت هذه الأحداث دليلًا حاسمًا آخر. فقد وجد الباحثون ارتباطًا قويًا بين وتيرة هذه الزلازل المتشابهة ومعدل ارتفاع الجزيرة. فعندما ارتفعت الأرض بشكل أسرع، حدثت الزلازل بوتيرة أكبر. وفي الواقع، كان الوقت الفاصل بين هذه الانزلاقات المتكررة قصيرًا للغاية، وغالبًا ما يكون بضعة أيام فقط. وهذا أسرع بكثير من الزلازل المتكررة التي تحدث على طول حدود الصفائح التكتونية الكبرى، حيث قد تنتظر مثل هذه الأحداث سنوات أو عقودًا لتتكرر. وسرعة التكرار في إيتو هي نتيجة مباشرة لارتفاع الجزيرة السريع، الذي يحدث بمعدل يصل إلى متر واحد في السنة. هذا الضغط الشديد يحمل بقع الصدع الصغيرة بسرعة كبيرة لدرجة أنها تفشل وتنزلق مرة أخرى فورًا تقريبًا، مما يخلق سلسلة سريعة من الزتلازلات الصغيرة.

لفهم الطبيعة الفيزيائية لهذه الانزلاقات، قدر الفريق حجم بقع الصدع وكمية الإجهاد المتحرر. وحسبوا أن مساحة الصخور المنزلقة في كل حدث كانت صغيرة للغاية، بنصف قطر يبلغ حوالي 21 مترًا فقط. كما أن كمية الإجهاد المتحرر، المعروفة باسم "هبوط الإجهاد"، كانت منخفضة جدًا أيضًا، حيث بلغت أقل من واحد ميجا باسكال لجميع التجمعات تقريبًا. ولوضع ذلك في السياق، فإن هذا يمثل تحررًا لطيفًا جدًا للطاقة مقارنة بهبوط الإجهاد الهائل المشاهد في الزلازل الكبيرة والمدمرة. ويشير انخفاض الإجهاد وصغر الحجم إلى أن الصخور في هذه المناطق ضعيفة، ويرجح أن ذلك بسبب وجود سوائل بركانية ساخنة وبخار يعمل على تزييت خطوط الصدع. ولأن الصخور ضعيفة جدًا ومساحة الانزلاق صغيرة، تظل الزلازل ضئيلة، ونادرًا ما تتجاوز شدتها 1.0، مما يفسر عدم تعرض الجزيرة للزلازل الكبيرة والمدمرة التي تشهدها المواقع البركانية الأخرى.

كما بحثت الدراسة في إجمالي الحركة الناتجة عن هذه الانزلاقات. ومن خلال جمع الحركة الناتجة عن جميع الزلازل المتشابهة على مدار فترة الخمس سنوات، وجد الباحثون أن الحركة التراكمية وصلت إلى حوالي ثلاثة أمتار. وهذا قدر كبير من الحركة، ومع ذلك فإنه يمثل حوالي 60 بالمائة فقط من إجمالي الارتفاع الملحوظ عند السطح. ويكشف هذا التباين عن قطعة حيوية من اللغز: فبينما تمثل الزلازل المتشابهة تفريغًا رئيسيًا للإجهاد، إلا أنها ليست القصة بأكملها. إذ يحدث جزء كبير من ارتفاع الجزيرة بصمت، من خلال "الانزلاق اللا-زلزالي"، حيث تنزلق الصخور بسلاسة دون توليد أي زلازل. وهذا يعني أن الجزيرة تتشوه من خلال مزيج من الهزات الصغيرة العنيفة والتدفق المستمر الصامت.

ترسم النتائج صورة لبركان حي ونشط، ولكن بطريقة تختلف عن الثورات الانفجارية التي غالبًا ما ترتبط بمثل هذه الأماكن. فالزلازل المتكررة والصغيرة في إيتو هي صوت تعديل القشرة لتتكيف مع الضغط الهائل للصهارة الصاعدة. وهي ليست علامات على ثوران وشيك وكارثي، بل هي دليل على نظام يحرر الإجهاد باستمرار من خلال شبكة من الصدوع الصغيرة المزيتة. ويؤكد البحث أن الارتفاع السريع للجزيرة يدفع هذه الانزلاقات المتكررة، وأن وجود السوائل البركانية يلعب دورًا رئيسيًا في إبقاء قوة الصدع منخفضة. وبينما يظل تحديد الهندسة الدقيقة للصدوع أمرًا صعبًا بسبب عدد المحطات الزلزالية المحدود على الجزيرة الصغيرة، فإن الصورة العامة واضحة: إيتو هي نظام ديناميكي حيث تتحرك الأرض وتنزلق وترتفع باستمرار، مدفوعة بالدفع البطيء والقوي من باطن الأرض. ويساعد هذا الفهم العلماء على مراقبة النشاط البركاني بشكل أفضل، والتمييز بين التعديلات المتكررة وغير الضارة لقبة صاعدة وبين الإشارات الأكثر خطورة التي قد تسبق ثورانًا كبيرًا.