پیوستگی بحران آب و زلزله

گروه انرژی  مهدی نیکوئی

در ماه‌های گذشته و با افزایش فعالیت گسل‌های ایران، فضای نگرانی‌ها و بحث‌های کارشناسی هم داغ شده است. بسیاری درباره خطرات زلزله گفتند و برخی نیز راهکارهایی برای کاهش خطرات زلزله ارائه کردند. در این میان بحث انرژی و به ویژه آب بسیار جدی است. با وقوع زلزله‌های 5 و 6ریشتری در کشور نه تنها تامین آب شهرهای زلزله‌زده با مشکل مواجه خواهد شد، بلکه در بسیاری از موارد تاسیسات آبرسانی و خرابی در آنها می‌توانند مشکل جدیدی ایجاد کنند.

در این میان 10روز پیش به موضوع دیگری اشاره شد که نگرانی‌ها از وضعیت کنونی تامین آب و میزان برداشت‌های آب را افزایش داد. مراد کاویانی‌راد عضو هیات‌مدیره انجمن ژئوپلیتیک ایران بیان کرد: حفر بی‌رویه چاه‌های عمیق منجر به فرونشست لایه‌های بالاتر زمین شده است و این برای آینده شهرها فوق‌العاده خطرناک خواهد بود و خسارات و تبعات زلزله‌ها را نیز افزایش خواهد داد. وی بیان کرد که در سالیان گذشته تنها با هدف خودکفایی در محصولات کشاورزی، چاه‌های بسیاری عمیقی حفر شده که تعداد کنونی آنها به 800 هزار حلقه می‌رسد. برداشت غیراصولی از این چاه‌ها عامل کاهش سطح آب سفره‌های زیرزمینی بوده و شهرهای کشور را در خطر آسیب جدی از زلزله‌های مختلف قرار داده است.

این هشدار جدی باعث شد تا «تعادل» به بررسی خطرات آسیب‌های زلزله در پی کاهش سطح آب‌های زیرزمینی برآید. بررسی‌ها حاکی از آن بود که ارتباطی بسیار عمیق‌تر بین زلزله و آب وجود دارد. بر این اساس نه تنها در زمان زلزله خطر آسیب رسیدن به زیرساخت‌های توزیع آب وجود دارد و خشک شدن سفره‌های زیرزمینی هم می‌تواند خرابی‌ها را افزایش دهد، بلکه بسیاری از اوقات زلزله‌ها در پی شیوه استفاده از آب به وجود می‌آیند و به جای طبیعی بودن «مصنوعی» هستند. خلاصه‌یی از یافته‌های چند سال اخیر را درباره ارتباط آب و زلزله در زیر می‌خوانید.

 برداشت آب و زلزله

در 11 مه‌ 2011، زمین‌لرزه‌یی 1/5 ریشتری جنوب اسپانیا را لرزاند. این زمین‌لرزه سبب مرگ 9نفر شد و خسارت شدیدی به ساختمان‌ها در شهر لورکا وارد کرد. اثر تخریبی این زمین‌لرزه مایه شگفتی بود، چرا که بزرگی آن زیاد نبود. محققان دانشگاه تورنتو با مطالعه گسل همجوار شهر لورکا در جنوب شرقی اسپانیا به این نتیجه رسیدند که برداشت آب زیرزمینی عامل وقوع زمین‌لرزه بوده است.

نقشه‌های تهیه ‌شده از سطح زمین بر اساس داده‌های ماهواره‌یی، امکان مشخص‌کردن محدوده‌هایی را که کاهش آب زیرزمینی در آنها روی داده فراهم آورده است. نتایج مطالعه محققان دانشگاه تورنتو در مجله نیچر ژئوساینس منتشر شد. این مطالعه چگونگی تاثیرگذاری فعالیت انسان، مانند برداشت یا حفر چاه را بر فعالیت لرزه‌یی برجسته می‌کند. در این مقاله آمده است که جابه‌جایی‌های روی داده در صفحات زمین در مکان‌هایی که سطح آب زیرزمینی کمتری داشته‌اند (میزان برداشت‌ها شدیدتر بوده) بسیار بیشتر بوده است. علاوه بر آن مشخص شد که زمین‌لرزه جنوب شرقی اسپانیا تنها 3 کیلومتر عمق داشته است؛ عمقی که برای زلزله‌های معمول بسیار نادر است.

پابلو گنزالز و همکاران وی در دانشگاه تورنتو برای ردیابی جابه‌جایی زمین در زلزله لورکا تا منشا آن، از داده‌های ماهواره‌یی استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که رخداد زمین‌لرزه، نتیجه لغزش یک گسل نسبتا کم‌عمق بوده است که یک حوضه آبی بزرگ واقع در جنوب این شهر را قطع می‌کند. وقوع این لغزش در عمق 3کیلومتری توضیح می‌دهد چرا زلزله نسبتا متوسط 1/5 ریشتری، خسارت زیادی را در این محدوده سبب شده است.

تیم مطالعاتی دانشگاه تورنتو در بررسی دلایل بالقوه لغزش، دریافت که سطح آب زیرزمینی در حوضه مجاور گسل، در 50سال گذشته حدود 250 متر افت کرده است. عمده برداشت آب، برای آبیاری در این منطقه استفاده شده است. محاسبات آنان نشان می‌دهد که افت تراز آب زیرزمینی، تنش‌هایی را در گسل‌ به وجود آورده و به عنوان محرک آغازین زمین‌لرزه عمل کرده است.

البته باید توجه داشت که این محدوده در یک منطقه فعال لرزه‌یی نیز قرار دارد. گنزالز تاکید می‌کند که این مطالعه، خاص زلزله لورکا بوده و نمی‌توان صرفا با مطالعه یک مورد خاص، قاعده کلی صادر کرد.  جین فیلیپ آوواک از موسسه تکنولوژی کالیفرنیا معتقد است: «شواهدی از این دست باید درباره سایر رویدادهایی که در نزدیکی سدها، آبخوان‌ها و یخچال‌های در حال ذوب پدید می‌آید نیز بررسی شود. گسل‌های فعالی در نزدیکی این محدوده‌ها وجود دارد. تحریک زمین‌لرزه، کار دشواری نیست، حتی بارندگی سنگین هم می‌تواند این کار را انجام دهد. » نمونه‌های فراوانی از فعالیت لرزه‌یی در اثر آبگیری سدها و حتی استخراج نفت و گاز گزارش شده است.

با وجود آنکه محققان زلزله لورکا بیان کردند که این موضوع را به راحتی نمی‌توان به تمام زلزله‌ها تعمیم داد، 2سال پیش بررسی‌های موسسه تحقیقات ژئوفیزیک هند و مرکز لرزه‌نگاری این کشور به نتیجه مشابهی دست یافت. این دست از تحقیقات هندی‌ها نشان داد که زلزله 7.8ریشتری نپال که خسارات بسیار سنگینی برای این کشور به بار آورد و نیمی از تولید ناخالص داخلی یک سال آنها را نابود کرد، ناشی از برداشت بیش از حد آب از سفره‌های زیرزمینی بوده است.

در این تحقیق بیان شد با وجود آنکه تحریک گسل اصلی هیمالیا تا حد زیادی به دلیل تغییر و تحولات طبیعی زمین بوده است، فعالیت‌های انسانی مانند معدنکاری زیرزمینی و برداشت بیش از حد از سفره‌های آبی نیز در آن نقش قابل توجهی داشته است. بر اساس این مطالعه، برداشت بیش از حد از آب‌های زیرزمینی به ویژه در بلندمدت خود را نشان می‌دهد و شاید به همین دلیل باشد که میزان زلزله‌های گسل هیمالیا (و البته شدت آنها) از 1960 به بعد افزایش یافته است. البته در مورد تجربه زلزله نپال باید به این موضوع توجه شود که میانگین بارش‌ها در نپال برابر با 1600میلیمتر است و میانگین بارش‌های هند نیز 660میلیمتر در سال است؛ در حالی که میانگین بارش‌های سالانه ایران، حتی پیش از خشکسالی‌های چند سال اخیر نیز تنها حدود 250 میلیمتر بود. این ارقام به معنای آن است که نه تنها برداشت آب از سفره‌های زیرزمینی نپال و هند نمی‌تواند به‌شدت میزان برداشت‌های ایران باشد، بلکه سفره‌های آب زیرزمینی در آن کشورها نیز به دلیل میزان بارش‌ها بسیار سریع‌تر می‌توانند احیا شوند.

 تزریق آب و زلزله

یافته‌های علمی چند سال گذشته، حاکی از آن هستند که نه تنها کاهش آب‌های زیرزمینی می‌تواند باعث بروز زلزله شود، بلکه تزریق آب به حفره‌های زمین نیز می‌تواند همین اثر را داشته باشد. تزریق آب به چاه‌ها و حفره‌های زمین در 10 سال گذشته و به ویژه در امریکا رواج زیادی یافته است. از این اقدام برای استخراج نفت و گاز شیل، استفاده از انرژی زمین‌گرمایی، افزایش ضریب بازیافت چاه‌های نفتی و چند مورد دیگر بهره برده می‌شود. از میان این اقدامات تقریبا فقط افزایش ضریب بازیافت چاه‌های نفتی است که احتمالا در سال‌های پیش‌رو رواج بیشتری در ایران پیدا کنند.

به گزارش مجله ساینتیفیک امریکن، از سال 2008 به بعد، میزان زلزله در ایالت‌های اوکلاهما و تگزاس به‌شدت افزایش یافته است. این روند، دقیقا همزمان با افزایش تولیدات شیل امریکا و در همان ایالت‌های نفت و گازخیز است. براساس این گزارش که مبتنی بر داده‌های سازمان زمین‌شناسی امریکاست، در مناطق اطراف دالاس (مرکز تگزاس) به مدت

 20 سال هیچ زلزله‌یی ثبت نشده بود. اما از سال 2008 تا 2016، تعداد 200 زمین‌لرزه در این ایالت ثبت شد. میانگین نرخ زلزله در کل ایالت تگزاس و در مدت مورد بررسی 6 برابر شد. اما تعداد لرزه‌ها در اوکلاهما بسیار بیشتر بود و نسبت به میانگین

 20 ساله خود، ‌160 برابر شد. شدت برخی از این لرزه‌ها به حدی بود که مردم را به بیمارستان‌ها فرستاد و به تاسیسات شهری و ساختمان‌ها آسیب زد. ادامه این روند، باعث شد تا در سال 2014، نرخ لرزه‌خیزی این ایالت از کالیفرنیا هم بیشتر شود (کالیفرنیا یکی از 10 نقطه مسکونی لرزه‌خیز جهان است).

البته شدت لرزه‌هایی که در پی تزریق آب به زمین ایجاد می‌شود، بسیار کم است و تنها تعداد آنها زیاد است. با این حال، مشکل آنجاست که کارشناسان نمی‌توانند با دقت پیش‌بینی کنند که چه زمانی زلزله‌یی شدید به وقوع خواهد پیوست و شدت آنها چقدر خواهد بود.  افزایش تولید نفت و گاز شیل، نه تنها منجر به افزایش تعداد زمین‌لرزه‌های ایالت‌های تگزاس و اوکلاهما شده، بلکه شکنندگی آنها را نسبت به کوچک‌ترین تکان‌های زمین هم افزایش داده است. براساس گزارش‌های مردمی به سازمان زمین‌شناسی امریکا، زلزله‌های بیش از 7.8 ریشتری چند سال اخیر شیلی، ژاپن و نیوزیلند، حتی با وجود فاصله بسیار زیاد، در ایالت‌های نفت و گازی امریکا احساس شده‌اند.

 سدسازی و زلزله

همان‌طور که پیش از این عنوان شد، هرگونه اختلال و تغییرات بیش از حدی در وضعیت طبیعی آب کره‌زمین، می‌تواند ایجاد‌کننده و زمینه‌ساز وقوع زلزله شود. یکی از این موارد سدسازی است. براساس گزارش پایگاه اینترنتی اینترنشنال ریورز، تاکنون دانشمندان بیش از 100 مورد زلزله را شناسایی کرده‌اند که سدها عامل بروز آنها بوده‌اند. جمع شدن انرژی آب در مقادیر هنگفت ذخیره شده در مخازن سدها و فشار این آب‌ها در رخنه‌ها و منافذ زمین، همان چیزی است که باعث ایجاد زلزله به وسیله آنها می‌شود.

جدی‌ترین زلزله‌یی که در پی سدسازی رخ داده، زلزله 7.9 ریشتری سیچوان چین در سال 2008 است. این زلزله که حدود 80 هزار نفر را به کام مرگ کشاند، به ساخت سد زیپینگ‌پو ارتباط پیدا می‌کند. کمیسیون جهانی سدها (وابسته به سازمان ملل)، با بررسی زلزله‌های مختلفی که در پی ایجاد سدهای بزرگ و ایجاد فشارهای بسیار زیاد روی گسل‌ها و صفحات زمین تلاش کرد تا زلزله‌های احتمالی در نزدیکی سدها را پیش‌بینی کرده و زمان وقوع آنها را تعیین کند. با این حال، به‌دلیل ویژگی‌های زمین‌شناسی خاص هر منطقه و همچنین تفاوت‌های چشمگیر هر سد با سدهای دیگر، این تلاش به موفقیت چندانی منجر نشد. تنها کمیسیون بین‌المللی سد، توصیه کرد: در صورتی که عمق آب مخزن یک سد، از 100 متر فراتر رفت، مراقب زلزله باشید!

 اثر زلزله بر آب

زلزله، در بسیاری از مواقع، اثراتی بر منابع سطحی و زیرزمینی آب می‌گذارد؛ اثراتی که هم ممکن است در منابع آبی نزدیک به مرکز زلزله رخ دهد و هم ممکن است در فواصلی هزاران کیلومتری نمود پیدا کند. ساده‌ترین اتفاقی که ممکن است در پی یک زلزله در منابع آبی رخ دهد، گل‌آلود شدن آب است. این اتفاق در زلزله کرمانشاه مشاهده شد و مشکلات بسیاری در تامین آب آشامیدنی شهروندان به وجود آورد. اما اثر زلزله بر آب، به گل‌آلود شدن آن محدود نمی‌شود و مسائلی مانند خشک شدن جریان‌های آبی، افزایش یا کاهش جریان‌ها، پدیدار شدن چشمه‌های جدید و حتی تغییر ماهیت و آلوده شدن منابع سطحی آب، از اتفاقات مختلفی است که ممکن است پس از یک زلزله به وجود بیایند و برای مدیریت آنها نیاز به آمادگی است.

براساس گزارش سازمان زمین‌شناسی امریکا زلزله 8.5ریشتری سال 1964 در آلاسکا یکی از بزرگ‌ترین زلزله‌ها از حیث اثرگذاری بر منابع آبی بود. این زلزله باعث شد تا سطح آب 716 چاه در امریکا تغییر کند. علاوه بر آن، بررسی‌ها نشان داد که سطح آب چاه‌ها در بسیاری از کشورهای دیگر هم تغییر کرده است. براساس این گزارش، تغییر سطح آب چاه‌ها می‌تواند ناشی از ویژگی‌های مختلفی مانند شدت زلزله، عمق آن، فاصله از مرکز زلزله، جنس زمین، ویژگی‌های آبی محیط‌زیست، عمق چاه و ساختمان چاه باشد. تغییر سطح آب چاه‌ها، می‌تواند به‌طور آنی یا پس از گذشت زمانی از زلزله اتفاق بیفتد. از طرفی معمولا کاهش یا افزایش سطح چاه‌های آب به مرور زمان به حالت عادی خود بازمی‌گردد که گاهی این بازگشت، چند ماه به طول می‌انجامد. در هر صورت، این نوسان‌ها می‌تواند بسیار شدید باشد، به‌طوری که ممکن است یک چاه، حتی از آب لبریز شده و مازاد آن در سطح زمین جاری شود. همین چاه هم ممکن است در پی زلزله به‌طور کامل خشک شود.

در زلزله 5.2 ریشتری شمال‌غربی پنسیلوانیا در سال 1998، تعداد 120 حلقه چاه خانگی، تا 3 ماه پس از زلزله، خشک شدند. اما در زلزله 7.9 ریشتری سال 2002 آلاسکا، 60 سانتی‌متر به سطح آب چاه‌های ایالت ویسکانسین اضافه شد؛ چاه‌هایی که هزار کیلومتر از مرکز زمین‌لرزه فاصله داشتند. در موارد دیگری نیز، نوسانات شدید سطح آب چاه‌ها تجربه شد. به‌طوری که در هر ساعت چند بار سطح آب چاه تغییر می‌کرد. این نوسانات شدید پس از مدتی از بین می‌رفت و کاهش یا افزایش نهایی سطح آب چاه‌ها مشخص می‌شد.

چنین تغییراتی در میزان آب چشمه‌ها، قنات‌ها و رودخانه‌ها نیز قابل تصور است. در موارد بسیاری، میزان این جریان‌های آبی در پی زلزله کاهش یا افزایش چشمگیری داشته است. از طرف دیگر، از ماه‌های پیش از زلزله تا چند ماه پس از آن، زمانی است که خواص شیمیایی بسیاری از آب‌های زیرزمینی و سطحی تغییر می‌کند. دلیل این موضوع، تغییر و تحولات زیرزمینی است. در پی این تغییرات، آزاد شدن گازها و مواد شیمیایی داخل زمین به آب‌ها هم راه پیدا کرده و بسیاری اوقات از کیفیت آن می‌کاهند. این موضوع به قدری قطعی است که دانشمندان اعلام کرده‌اند برای پیش‌بینی زلزله تلاش‌های خود را متمرکز بر سنجش مداوم وضعیت آب‌های راکد خواهد کرد.