פרפרים בבטן האדמה

בחודש פברואר 1975 פינו השלטונות הסיניים כמיליון בני-אדם מאזור רחב ידיים בדרום מנצ'וריה. בהתראה של דקות, הועלו תושביו של חבל ארץ שלם על כלי רכב שונים שגויסו למטרה זו - והורחקו מבתיהם. כעבור שעות אחדות, כשהאזור היה ריק מאדם, התחוללה בו רעידת אדמה עזה, בדרגה של 7.3 בסולם ריכטר. שלטונות סין מעריכים כי חייהם של 100,000 בני-אדם ניצלו. פעולת פינוי זו, נבעה מתחזית קצרת מועד הנחשבת לאחת ההצלחות הגדולות שהושגו עד כה בתחום החיזוי של רעידות אדמה.

חיזוי רעידות אדמה הוא אחד האתגרים ה"חמים" ביותר בתחום מדעי כדור-הארץ, בשנים האחרונות. ועם זאת, ככל שחולפות השנים ומתרבים המאמצים ומשתכללות המערכות המשמשות למטרה זו, נראה שהאופטימיות מצטמקת והולכת. היכולת לחזות מבעוד מועד רעשי אדמה, תישאר ככל הנראה מוגבלת.

הסיבה לכך דומה לסיבה שבשלה מתקשים חזאי מזג האוויר לספק מידע אמין ומדויק לחלוטין: גודל המערכת. במה שקשור למערכת מזג האוויר, ידוע מושג "אפקט הפרפר": פרפר המניע את כנפיו מעל סין, עלול לגרום להתחוללותה של סופת טייפון באוקיינוס האטלנטי. ואת תנועותיו של פרפר, יחד עם ההקשר שבו הן נעשות, ברור שלעולם אי-אפשר יהיה לחזות. בדומה לכך, אירוע קטן יכול לפתוח בתהליך שבסופו יתחולל רעש אדמה. במובן זה, בני-האדם חיים על-פני האדמה כמו חתולים על גג פח לוהט.


דרכה של רעידת אדמה


כדי להבין את התופעה הזאת, יש לזכור שהאדמה אינה אלא קליפה דקה המונחת על גושי סלע ענקיים, ה"צפים" ונעים על שכבה של חומר צמיג וחם, המקיף את ליבת כוכב-הלכת, שכנראה מורכבת ברובה מברזל, ניקל וקדמיום מותכים, המתנהגים כחומר המצוי במצב מוצק (כנראה עקב הלחץ האדיר של השכבות האחרות המופעל עליהם). תנועותיהם היחסיות של הלוחות האלה, נמדדת בשנים האחרונות באמצעות קרני לייזר המשוגרות ומוחזרות מלוויני מחקר שנבנו ושוגרו במיוחד למטרה זו. אחת מתחנות התקשורת והמדידה של הלווינים האלה ממוקמת בהרי ירושלים, במקום יציב מבחינה גאולוגית.

כתוצאה מתהליכים של הסעת חום (שעדיין אינם מובנים כל צורכם), ליבת הכדור ושכבת הביניים (המגמה), מפעילות לחץ על לוחות הסלע הטקטוניים הנושאים את היבשות ואת האוקיינוסים. הלחצים האלה, הם הגורמים לתנועת הלוחות. כאשר שני לוחות מתנגשים, או מתחככים, נצברת אנרגיה על-פני מישור החיכוך שביניהם. מדובר בתהליך המזכיר קפיץ הנדרך והולך בהתמדה. כאשר ה"קפיץ" אינו יכול עוד לעמוד במעמסה, הוא "נשבר" ופורק את האנרגיה האצורה בו בבת אחת, בסדרה של זעזועים. כך מתחוללת רעידת אדמה.

תהליך כזה של פריקת מתח, מתחולל בדרך כלל באזורים שבהם לוחות הסלע אינם שלמים (שברים) או לאורך קווי הגבול והחיכוך שבין לוחות שונים. האנרגיה הנפרקת מתבטאת בדרך כלל בארבעה סוגים שונים של גלים, הנעים בקרקע. שניים מהם, הנעים בכל הכיוונים וחולפים דרך גופו של כדור-הארץ, קרויים "גלי גוף", ושני הסוגים האחרים, המתפשטים כאדוות סביב מוקד הרעש, קרויים "גלי שטח". גלי הגוף המהירים ביותר קרויים גלי P (ראשוניים) והם נעים במהירות שבין 400 ל-1,000 קילומטרים בדקה, תלוי בשכבה שבה הם נעים. גלי הגוף האחרים, קרויים גלי S (משניים). הם נעים בניצב לכיוון תנועתם של גלי ה-P, ומהירותם פחותה בהרבה. גלי השטח RL ו-RQ נושאים את האנרגיה הסיסמית בטווחי מרחק קצרים יחסית (עשרות או מאות קילומטרים), אבל הם מפתחים תנודות קרקע חזקות במיוחד (בשל התאבכות בונה של גלי הגוף).

ההפרשים בזמן שבו מגיעים סוגי הגלים השונים לתחנות המדידה, הם המאפשרים "חישוב לאחור", עד למציאת מיקומו המדויק של מוקד רעש האדמה. הסיסמוגרף, המודד את התנודות האלה, בנוי ממשקולת התלויה על קפיץ והמחוברת לסליל המצוי בשדה מגנטי. כאשר מתנועעת הקרקע, נע הסליל בשדה המגנטי, ויוצר זרם חשמלי שאותו מודדים.


רעשים בסולמות שונים


מכיוון שבעבר אי-אפשר היה למדוד את רעידות האדמה, פותחו מספר סולמות להערכת עוצמת הרעש (על-פי מידת הנזק שנגרם). אחד הידועים שבהם הוא סולם MSK שפותח בשנות ה-50 בברית-המועצות. סולם זה מבוסס על איסוף והצלבת עדויות והוא כולל תריסר דרגות, החל מרעש שאינו מורגש כלל על-ידי בני-אדם (דרגה אחת) וכלה ברעש הגורם "חורבן" (דרגה 12).

סולם ריכטר, שפיתח הסיסמולוג האמריקני צ'רלס ריכטר, נועד להערכת כמות האנרגיה המשתחררת במוקדן של רעידות אדמה (ולא להערכת מידת הנזק שגורם הרעש). זהו סולם לוגריתמי שכל דרגה בו מציינת רעידת אדמה שכמות האנרגיה המשתחררת במוקדה, גדולה פי 30 מכמות האנרגיה המשתחררת במוקד רעידת אדמה בדרגה השלמה הקודמת באותו סולם. כך, למשל, האנרגיה המשתחררת במוקד רעידת אדמה בדרגה חמש, גדולה פי 30 מהאנרגיה המשתחררת ברעידת אדמה בדרגה ארבע.

לפי הסולם הזה, רעש אדמה שגרם תנודת קרקע של מיקרון אחד (אלפית המילימטר) במרחק של 100 קילומטרים ממוקד הרעש, הוא בדרגה שלוש בסולם ריכטר. רעש שגורם תנודות קרקע בשיעור של עשרה מיקרון, במרחק 100 קילומטרים ממוקדו, הוא בדרגה ארבע בסולם ריכטר.

רישום ותיעוד מדויק של רעשי אדמה, גדולים כקטנים, הוא למעשה הכלי הראשון במעלה העומד לרשותם של הסיסמולוגים ומדעני כדור-הארץ האחרים, המבקשים לפתח שיטות לחיזוי רעידות אדמה. התפיסה הרווחת בתחום זה אומרת בפשטות, שמה שהיה הוא שיהיה. כלומר, במקום שבו התחולל בעבר רעש אדמה, יתחולל רעש גם בעתיד, ועוצמתו עשויה להגיע לעוצמתו של הרעש הקודם.

הכלל הזה עשוי לספק תחזית טובה למדי - לטווח ארוך. כלומר, אם בשנת 1759 התחולל בארץ (בבקע הירדן ובים המלח) רעש אדמה שדרגתו מוערכת ב-6.3 בסולם ריכטר, וב-1837 התחולל באותו אזור רעש בדרגה 6.6 בסולם ריכטר, וב-1927 התחולל באותו אזור רעש בדרגה 6.25 בסולם ריכטר, כי אז, אפשר להעריך במידה סבירה של ביטחון שרעש דומה יפקוד את האזור בעוד שנים אחדות. מבחינה זו, ישראל וסין הן מהמדינות הבודדות בעולם היכולות להיעזר ברישומים מדויקים הנמשכים אלפי שנים אל העבר, דבר שמסייע ומאפשר חיזוי ארוך טווח אמין למדי.

עמוק עמוק בבטן האדמה

הבעיה היא שתחזית כזאת אינה מאפשרת התכוננות קצרת-מועד לבאות. ידיעה כזאת אינה יכולה, למשל, לאפשר את פינוים של מיליון בני-אדם תוך הצלת חייהם של עשרות אלפים, כפי שעשו הסינים בדרום מנצ'וריה ב-1975. אבל מצד שני, הניסיונות לביצוע תחזיות קצרות-מועד מתנפצים על סלעי המציאות המושפעים מתופעות המזכירות את "אפקט הפרפר". אלא שכאן מדובר בפרפרים בבטן האדמה. לדוגמה, חפירות המתבצעות במכרות עמוקים, כמו מכרות הפחם באירופה, או מכרות היהלומים באפריקה הדרומית. ידועים מקרים שבהם אזורים שהיו רגועים מבחינה סיסמית, החלו לפתח פעילות כתוצאה מחפירות שהשפיעו על שיווי המשקל בשכבות הקרקע.

תופעה דומה מתחוללת בעשורים האחרונים במצרים. מילויו וריקונו לסירוגין של אגם נאצר (שנוצר כתוצאה מבניית סכר אסואן), גורם שינויי מעמס על הקרקע, דבר שמתבטא בהתחוללות רעשי אדמה, שהחזק שבהם התחולל באזור בשנת 1981. ידועים מקרים שבהם ריקון ומילוי של אגם מלאכותי, גרמו להתחוללות רעש אדמה בדרגה שש בסולם ריכטר. מספרם של הגורמים האלה והגורמים הטבעיים הוא רב מאוד, והשפעתם על המערכת אינה ליניארית, כך שכל שמתקבלים נתונים רבים יותר, ניסיונות החיזוי נעשים מורכבים ומסובכים יותר. הניסיונות העכשוויים לפתח מערכות חיזוי מתבססים על רשתות המחשבים הקיימות (שאינן מספקות די כוח חישוב הדרוש למטרה זו), ועל תוכניות המיישמות את עקרונות תורת הכאוס, המאפשרת לזהות מבנים מסוימים של סדר במערכות הנראות אקראיות.

מודל חיזוי שפיתחו מדענים סובייטיים, מבוסס על הצלבת תכונות ונתונים של רעידות אדמה ותופעות שונות. מדובר במודל סטטיסטי לא ליניארי, שמפתחיו מייחסים לו הצלחה של 80% בחיזוי רעשי אדמה בדרגה העולה על שבע בסולם ריכטר, לטווח של שנים ספורות. בין היתר חזה המודל (אם כי במידת דיוק בינונית במה שקשור לקביעת המיקום) את רעשי האדמה שהתחוללו בשנות ה-90 של המאה ה-20, בארמניה ובסן-פרנסיסקו. מאז שופר המודל, אך עדיין לא הגיע לרמת החיזוי הנחוצה.

בישראל פועלות כיום עשרות תחנות סיסמוגרפיות קבועות, המשדרות את תוצאות מדידותיהן, ללא הרף, למרכז איסוף וניתוח. ככל שהתיעוד ההיסטורי שיצטבר בדרך זו יהיה מקיף יותר, הוא יאפשר זיהוי תופעות חריגות, ויקדם את יכולת החיזוי.


כשהנחשים יצאו ממחילותיהם


הקושי העיקרי נותר בתחום הניסיונות לפתח דרך לחיזוי קצר-מועד של רעשי אדמה. כאן בוחנים החוקרים, במקומות שונים בעולם, שורה ארוכה של גורמים שכל שינוי בהם, יחד עם שינוי בגורמים נוספים, עשוי להצביע על רעש מתקרב. בין אלה אפשר למנות שינויים בקצב הפעילות הסיסמית (עלייה בפעילות, או "שקט שלפני הסערה"), שינוי בשדה המאמצים של האזור (המתבטא בשינויים במפלס הקרקע), עלייה או ירידה של פני המים בבארות, שינוי בשיעורי השפיעה של גז רדון מהקרקע, שינויים גיאודטיים (קצב העלייה או הירידה של פני השטח), שינויים בשדה החשמלי ובשדה המגנטי של כדור-הארץ, ותגובות של בעלי-חיים.

לפי דיווחים שהגיעו מיפן, דגי שפמנון נוהגים להתקהל זמן קצר לפני התחוללות רעש אדמה. תצפיות ממקומות אחרים מדווחות על התנהגות לא רגילה של בעלי-חיים אחרים, המקדימה רעשי אדמה. מדובר בעיקר בבעלי-חיים החיים במחילות תת-קרקעיות. ההצלחה הגדולה של החיזוי שביצעו הסינים ב-1975 התבססה, בין היתר, על עדויות שתיארו נחשים שיצאו ממחילותיהם החמות אל פני השטח המושלגים של האזור.

בשלב זה אין החוקרים יודעים כיצד לייחס את גורמי השינוי אלה לאלה. איש גם אינו יודע להסביר את המנגנונים המקשרים בין התופעות הכלולות ברשימה לבין רעש אדמה מתקרב. ועם זאת, ההצלחות שנרשמו הודות לתצפיות בגורמים אלה מגיעות לשיעור של 20%-30%. זה אולי נראה מעט, אבל זה יותר ממה שיש בידינו ללא האמצעים האלה. ייתכן ששילוב בין אמצעים אלה לבין גורמים נוספים, יאפשר פיתוח של מודלים עתידיים שיעלו את יכולתנו לחזות בהצלחה רעשי אדמה מתקרבים.