یک پیش‌بینی معنی‌دار زلزله باید زمان، مکان و بزرگای یک رویداد آینده را به وضوح تعریف کند. پیش‌بینی کوتاه‌مدت زلزله - یعنی قابلیت صدور هشدار از چند دقیقه تا چند ماه قبل از یک شوک اصلی - بدون وجود یک پیش لرزه قابل مشاهده و عملی غیرممکن است. بنابراین، یک هدف کلیدی، کشف فرآیند گسلش مقدماتی است که می تواند به ما بگوید یک زلزله قریب الوقوع کجا، چه زمانی و چقدر بزرگ خواهد بود  

اندازه‌گیری‌های تکراری ژئودتیک در ارتباط با رویدادهای لرزه‌ای شدید با توسعه فشرده سامانه های ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) در دهه‌های اخیر، تحقیقات پیش بینی زلزله را مؤثرتر کرده است. نتایج مشاهدات GNSS در پهنه رومرکزی سه زمین لرزه بزرگ  ناپا،در شمال کالیفرنیا با بزرگای  M6.1در سال 2014؛ زلزله بایا کالیفرنیا با بزرگای M7.2، در سال 2010؛ و زلزله پارک فیلد کالیفرنیا با بزرگای   M6.0، در سال 2004 با بررسی مشخصات تغییر شکل سطح زمین قبل، حین و بعد از زلزله به دست آمده است. نتایج حاصله وجود تغییر شکل‌های غیرعادی در نزدیکی کانون‌ زلزله ها را اثبات می‌کند. تغییراتی مانند بادکردن زمین و کرنش برشی با تغییر شکل سطح زمین در پهنه کانونی زلزله از ماه‌ها تا سال‌ها قبل از شوک اصلی نشان داده شده است. ناهمگونی های آشکار شده را می توان به عنوان پیش نشانگرهای تغییر شکل زمین لرزه های شدید در نظر گرفت. با توجه به داده‌های تاریخی، و تحقیقات دقیق کنونی مقادیر تغییر شکل‌های بحرانی باید با دقت بیشتر مشخص شود تا امکان تولید هشدار و اعلام پیش بینی زلزله از این طریق ممکن شود.

یک مطالعه جدید توسط پژوهشگران موسسه ملی توسعه پایدار فرانسه از ماهواره‌های GPS و هزاران ایستگاه ژئودزیک برای تجزیه و تحلیل نشان داد که این زمین لرزه ها دارای یک فاز پیشالغزش گسلی هستند که می تواند به گسترش سامانه های هشدار زلزله از چند دقیقه به چند ساعت قبل از زلزله کمک کند. تجزیه و تحلیل سیستماتیک تغییرات موقعیت افقی تقریباً 3000 ایستگاه ژئودتیک با استفاده از سامانه موقعیت یاب جهانی (GPS) در نزدیکی 90 زمین لرزه با بزرگای بیش از 7 اندازه گیری شد. در جستجوی پیشنشانگر زلزله، پژوهشگران با بررسی داده‌های GPS دقیق برای مناطق جغرافیایی اطراف کانون زلزله ها الگویی پیدا کردند. مشاهده شد که لغزش بین ورقه های زمینساختی باعث می شد زمین در این ورقه ها در جهتی قابل اندازه گیری و در راستای افقی حرکت کند. حرکات افقی ایستگاه ها به طور تصاعدی در جهتی منطبق با لغزش آهسته گسل در نزدیکی نقطه شروع گسیختگی گسلش زلزله در 2 ساعت قبل از گسیختگی زمین لرزه شتاب می گیرند.

این لغزش ها را می توان با استفاده از GPS مشاهده و اندازه گیری کرد. مشخص شده که این لغزش ها دو ساعت قبل از وقوع زمین لرزه رخ داده اند و از سوی دیگر این جنبش ها برای ثبت در لرزه نگارهای استاندارد بسیار کوچک هستند و معمولا ثبت و اعلام نمی شوند. مهمتر از همه، پژوهشگران لغزش یکسانی را در تمام زلزله هایی مورد مطالعه، مشاهده کردند.

این کار نشان می دهد که یک سامانه زلزله قابل اعتماد می تواند بر اساس یک سامانه دقیق پایش GPS طراحی شود. برای اثبات وجود چنین پیشنشانگری برای همه، یا اکثر زلزله های بزرگ، به کار بیشتری نیاز است. همچنین، برخی به‌روزرسانی‌ها در فناوری GPS مورد نیاز است تا امکان اندازه‌گیری رویدادها در شبانه‌روز را فراهم کند.

سری های زمانی GPS قبل از این 90 زمین لرزه مختلف با بزرگای 7 یک سیگنال پیشرو و ظریف را نشان می دهد که از نویز حدود 2 ساعت قبل از وقوع این زمین لرزه های بزرگ، بلندتر، و بنابراین قابل تشخیص است. این کار ممکن است امکان نظارت بر گسل را در این مرحله و بر این نوع پیشنشانگر با ابزارهای دقیق تر و متراکم تر فراهم کند. وجود یک مرحله پیش‌زمینه لغزش روی گسل قبل از زلزله‌های بزرگ با اندازه‌گیری 3026 سری زمانی GPS با میزان بالای جا به جایی با پیش‌بینی‌ جا به جایی روی جهت‌های مورد انتظار از لغزش پیش‌فرض در کانون زلزله یافته شد. چنین پیشنشانگری را "مرحله مقدماتی لغزش گسل دو ساعت قبل از گسیختگی لرزه ای اصلی " می توان نامید.

یک رویداد اصلی با فرآیندی به نام "هسته‌زایی زلزله" آغاز می شود. اگر بتوان تأیید کرد که شروع گسیختگی زلزله اغلب شامل یک مرحله اولیه چند ساعته است و می‌توان ابزاری برای اندازه‌گیری قابل اعتماد آن ایجاد کرد، و یک هشدار پیشنشانگری صادر کرد و به مردم اطلاع داد که زمان گسیختگی نزدیک است.

این لغزش‌ها بسیار کوچک هستند که نمی‌توانند در لرزه‌نگارها ظاهر شوند، اما می‌توانند - در صورت شناسایی -با استفاده از ژ‌ئودزی، نشان‌دهنده زمان شروع زمین‌لرزه باشند. چنین رویکردی قبلاً نیز آزمایش شده اماتحقیقات قبلی فقط تعداد معدودی از زمین‌لرزه‌ها را بررسی کرده و علائم هشداردهنده‌ای را تولید کرده که در صورت عدم وقوع زلزله نیز چنین علائمی دیده می‌شوند.

بر اساس چنین بررسی روی زلزله های با بزرگای بیش از ۷، لغزش تدریجی، آهسته و معمولا – تاکنون - غیرقابل تشخیص بین ورقه های زمینساختی حدود 2 ساعت قبل از زلزله شروع می‌شود. سطوح نویز سنسورهای GPS فعلی موجب می شود که تشخیص تغییر شکل فقط در مجموعه داده های بزرگ امکان پذیر باشد. این موضوع مستلزم حسگرهای GPS است که قادر به تشخیص حرکات با دقت 0.1 میلی‌متر هستند.

در گذشته مشاهدات گذشته‌نگر زیادی از انواع مختلفی از پیش‌لرزه‌های زلزله – خردلرزه ها، تغییر شکل‌ها، و غیره - وجود داشته است. اگر پیشرفت قابل توجهی در اندازه گیری داشته باشیم - یا حساسیت حسگر بهبود یابد، با تعداد بیشتری از آنها – می توانیم به پیش بینی زلزله امید بیشتری بیابیم.

لازم به ذکر است که انجام چنین پایشی برای کشور ما نیازمند سرمایه گذاری در سطح ملی است. مثلا برای نصب 30 ایستگاه رصدی فقط در منطقه تهران به سرمایه گذاری حدود 50 میلیون دلار نیاز است، و دانش فنی نصب و بهره برداری از چنین سامانه ای نیز هم در سازمان نقشه برداری کشور و هم در دانشگاه ها و مراکر تحقیقاتی کشور موجود است.

دکتر مهدی زارع

رئیس شاخه زمین شناسی فرهنگستان علوم