تصوير الزلازل على متن السفينة R/V Marcus G. Langseth: اكتشف أسرار كوكبنا!
إجراء الأبحاث العلمية في البحر
صورة لسفينة البحث R/V ماركوس جي. لانغسث في البحر، تظهر مقدمة السفينة والجسر، والمؤخرة حيث توجد الأسلاك.
تُعتبر سفن الأبحاث (R/V) سفنًا مصممة خصيصًا ومجهزة لإجراء الأبحاث العلمية في البحر. تُزود هذه السفن بالمختبرات والمعدات والتكنولوجيا العلمية لدعم مجموعة واسعة من الدراسات المحيطية، بما في ذلك علم المحيطات البيولوجي والكيميائي والجيولوجي والفيزيائي. تعتبر سفن الأبحاث البحرية ضرورية لجمع البيانات حول البيئات البحرية، وإجراء التجارب ونشر الأدوات للمراقبة والعينات تحت الماء.
تفاعلي: مخططات R/V ماركوس جي. لانغسث
استخدم الأزرار أو عجلة الماوس للتكبير، واسحب وأفلت للتحريك؛ اختر العرض أدناه. عرض النسخة الكبيرة؛ مواصفات وميزات لانغسث
تم تسمية السفينة على اسم عالم الجيوفيزياء البارز، وتديرها مرصد لامونت-دوهرتي للأرض. تم تجهيز لانغسث بتكنولوجيا متقدمة للمسوحات الزلزالية لدراسة باطن الأرض تحت المحيطات، وهي قادرة على إنتاج صور عالية الدقة للهياكل الجيولوجية العميقة داخل قشرة الأرض، والتي تعتبر أساسية لفهم العمليات التكتونية وجيولوجيا البحار.
“يسمح لنا التصوير الزلزالي البحري بالتطلع إلى ما تحت قاع البحر باستخدام تكنولوجيا مشابهة للسونوجرام والأشعة السينية”، تقول الباحثة والأستاذة في لامونت سوزان م. كاربوته. “تمامًا كما أن الأدوات الطبية ضرورية لتشخيص ما يحدث داخل جسم الإنسان، فإن التصوير الزلزالي أساسي لفهم العمليات التي تحدث داخل الأرض. إنه يعمل كنافذتنا إلى قشرة الأرض – القشرة الخارجية التي تدعم وتستمر جميع أشكال الحياة.”
تُستخدم لانغسث في البعثات العلمية حول العالم، مما يساهم ببيانات قيمة لفهم عمليات الأرض الديناميكية.
نبذة تاريخية عن التصوير الزلزالي
أنشأ البشر حول العالم خرائط لسطح الأرض منذ العصور القديمة. لكن رسم خريطة للأرض عميقاً تحت سطحها – أي التصوير الجيوفيزيائي – لم يكن ممكنًا حتى تطوير علم الزلازل الحديث في أواخر القرن التاسع عشر. يُعتبر علم الزلازل الدراسة العلمية للزلازل وتوليد وانتشار الموجات الزلزالية (الاهتزازات) عبر الأرض أو الكواكب الأخرى. تسافر الموجات الزلزالية بسرعات ومسارات مختلفة عبر مواد مختلفة تكشف عن وجود طبقات متميزة. من خلال مراقبة كيفية سفر الموجات الناتجة عن الزلازل عبر الكوكب، تمكن العلماء في أوائل القرن العشرين من تطوير نموذج أساسي لبنية الأرض الداخلية.
صورة توضيحية مقطوعة للأرض تُظهر المسارات التي تسلكها الموجات الزلزالية عبر القشرة والوشاح والنواة الخارجية والداخلية.استكشاف الأرض باستخدام علم الزلازل
مع تقدم تقنيات وعلوم الزلازل، بدأ الناس في استخدام الموجات الزلزالية الناتجة عن الأنشطة البشرية – غالبًا من انفجارات محكومة – لرسم خريطة جيولوجيا قشرة الأرض حتى عمق عدة كيلومترات. من خلال قياس خصائص هذه الموجات الزلزالية، مثل الوقت الذي استغرقته للعودة إلى السطح، يمكن لعلم الزلازل الانعكاسي إنتاج خرائط دقيقة للجيولوجيا تحت السطح، وقد أثبتت فائدتها بشكل خاص في تحديد مواقع خزانات النفط والغاز.
لماذا نرسم خريطة لقاع البحر؟
على الرغم من أن المحيطات تغطي أكثر من 70% من سطح الأرض، إلا أن حوالي 25% فقط من قاع البحر تم رسمه بالتفصيل. تتيح التصوير الجيوفيزيائي البحري للعلماء دراسة العمليات الجيولوجية التي تشكل قاع المحيط وكوكبنا، بما في ذلك تكتونية الصفائح وترسيب الرواسب والبراكين تحت الماء.
تقدم التصوير الزلزالي، خاصة عند دمجه مع بيانات العينات الأساسية وآبار الحفر، أداة قوية لرسم خرائط الفوالق تحت الماء وتحسين فهمنا لمناطق الغمر. هذه المناطق حيث تنزلق لوحة تكتونية تحت أخرى هي مناطق ذات نشاط زلزالي مرتفع يمكن أن تنتج زلازل كبيرة وأمواج تسونامي مدمرة. من خلال دراسة بنية وخصائص هذه المناطق الفيزيائية، يحصل العلماء على رؤى حول ما يحفز هذه المخاطر الجيولوجية الدراماتيكية مما يمكّنهم من تقييم إمكانياتها بشكل أفضل.
تُستخدم التصوير الجيوفيزيائي أيضًا لدراسة التغيرات السابقة في مستوى سطح البحر عن طريق التقاط صور تفصيلية لطبقات الرواسب الموجودة تحت قاع البحر. يساعد تحليل التركيب والبنية والتراص لهذه الرواسب العلماء على فهم كيفية تقلب مستويات سطح البحر بمرور الوقت بسبب التغيرات المناخية والعمليات التكتونية، مما يوفر رؤى حول ارتفاع مستوى سطح البحر المحتمل وتأثيراته المستقبلية. كما أن التصوير الزلزالي ضروري للتحقيق في القشرة المحيطية التي تشكل معظم سطح الأرض الصلب. تتشكل هذه القشرة باستمرار عند الحواف المتوسطة للمحيط وتُعاد تدويرها عند مناطق الغمر – وهي عمليات تدفع تكتونية الصفائح وتشكل الوشاح والقشرة الأرضية على مدى الزمن الجيولوجي.
تطبيق رئيسي آخر للتصوير الزلزالي البحري هو دراسة البراكين تحت الماء. يتيح ذلك للعلماء رسم خرائط لأنظمة “الأنابيب” البركانية الموجودة أسفل قاع البحر وربط خصائص خزانات الصهارة العميقة بالانفجارات البركانية. يساعد فهم هذه الروابط على تفسير سبب تعرض بعض المناطق لنشاط بركاني متكرر بينما تبقى مناطق أخرى خاملة. كما تحتوي سلاسل البراكين البحرية أيضًا على فتحات حرارية مائية حيث تتسرب السوائل الغنية بالمعادن والمحمّاة بالنشاط البركاني من قاع البحر. تستضيف هذه الفتحات نظم بيئية فريدة وقد تحمل أدلة حول أصول الحياة على كوكب الأرض.
كما هو الحال على اليابسة ، فإن التصوير الجيوفيزيائي مهم أيضًا لاستكشاف الموارد البحرية . تحتوي بعض مناطق قاع البحر على معادن ذات قيمة تجارية مثل النحاس والنيكل والكوبالت . وعلى الرغم أنها لا تزال فكرة جديدة ومثيرة للجدل ، فإن التعدين في أعماق البحار قد يوفر يومًا ما المواد الخام للسيارات الكهربائية وغيرها من التطبيقات الصناعية .
التصوير الزلزالي البحري على متن السفينة R/V Langseth
يستخدم التصوير الزلزالي البحري الموجات الزلزالية لإنشاء صور تفصيلية ثنائية وثلاثية الأبعاد للجغرافيا السفلية أسفل المحيط.
عند إجراء المسح، تقوم السفينة “لانغسث” بسحب ما يصل إلى 40 بندقية هوائية تطلق الهواء المضغوط في الماء، مما يولد موجات صوتية (أو زلزالية) قوية. تم “تعديل” هذه البنادق الهوائية لإنتاج إشارة زلزالية أكثر فعالية وتماسكًا، مما يحسن جودة التصوير تحت السطح. تستخدم تقنيات التصوير الجيوفيزيائي في المياه العميقة ترددات صوتية منخفضة تتمتع بأطوال موجية أطول تسمح لها بالسفر لمسافات أكبر عبر عمود الماء والطبقات الجيولوجية مع تقليل التوهين (فقدان الطاقة). في بعض الحالات، يمكن أن تصل هذه الموجات الصوتية إلى أعماق تصل إلى 20-30 كيلومترًا (12-18 ميلًا)، مما يسمح بالتحقيق في القشرة الأرضية العميقة والوشاح العلوي. بينما تسافر الموجات الصوتية عبر طبقات مختلفة من باطن الأرض، يتم عكسها مرة أخرى نحو السطح بناءً على كثافة وتركيب التكوينات الجيولوجية التي تصادفها.
كما يتم سحب مجموعات من الهيدروفونات – ميكروفونات حساسة تحت الماء – خلف السفينة “لانغسث” على كابلات يصل طولها إلى 15 كيلومترًا تُسمى “ستريمرز”. تلتقط هذه الهيدروفونات الوقت الذي تستغرقه الموجات الصوتية للعودة بالإضافة إلى شدتها. أخيرًا، يتم معالجة الكميات الكبيرة من البيانات الزلزالية التي تم جمعها بواسطة أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم خوارزميات متطورة لإنشاء صور تفصيلية لقاع البحر والهياكل تحت السطح.
المسح الزلزالي والحيوانات البحرية
وجدت بعض الدراسات أن المسح الزلزالي يمكن أن يؤثر بشكل محتمل على الحيوانات البحرية، وخاصة تلك التي تعتمد بشكل كبير على الصوت للتواصل والملاحة والصيد مثل الحيتان والدلافين وبعض أنواع الأسماك.
لتقليل الاضطرابات للحياة البحرية ، يخضع كل مشروع زلزالي تنفذه لانغست لمراجعة شاملة ، ويجب على لامونت تقديم تقييمات بيئية لخدمات NOAA الوطنية لمصايد الأسماك لتقييم الآثار البيئية المحتملة للمشروع. بمجرد الموافقة على المشروع ، عادةً ما توظف لانغست خمسة مراقبين مؤهلين للأنواع المحمية (PSOs) في كل بعثة زلزالية تقوم بها. يراقب PSOs منطقة المسح بنشاط بصرياً وصوتياً ، ويتم إيقاف مصدر الزلزال إذا تم تحديد وجود ثدييات بحرية.داخل محيط محدد ومسموح به للسفينة. يمكن أيضًا استخدام تقنية “البدء اللين” لزيادة مستويات الضوضاء تدريجيًا، مما يتيح للحيوانات الوقت للابتعاد عن مصدر الصوت، ويمكن توقيت المسوحات لتجنب الفترات الحساسة للحيوانات البحرية (مثل مواسم التكاثر أو الهجرة). تهدف هذه الجهود إلى حماية الحياة البحرية مع تحقيق التوازن بين الحاجة إلى بيانات جيولوجية قيمة.
لا يزال تأثير المسوحات الزلزالية على الحيوانات البحرية مجالًا نشطًا للبحث، حيث يدعو كل من العلماء والبيئيين إلى إجراء دراسات أكثر عمقًا.
تعرف على المزيد
