اثرات آتشفشان دماوند بر 5 گسل اطراف آن/”دماوند” از دید زمین‌شناسی یک سامانه آتشفشانی فعال است

دکتر مهدی زارع در گفت‌وگو با خبرنگار ایسنا، در خصوص زلزله دماوند، توضیح داد: مخروط دماوند در یک سامانه زمین‌ساختی با تراگذر کششی شکل گرفته است. طبیعی است که فعل و انفعالات زمین‌ساختی بر دماوند و فعالیت‌های آتشفشانی بر گسلش فعال در حوزه مخروط دماوند اثر بگذارد. ازاین رو احتمال تحریک گسل‌های پیرامون سامانه‌های آتشفشانی بزرگ وجود دارد.

وی با بیان اینکه در کشور ژاپن در پی یکسری فعالیت‌های ولکانیکی  از ماه فوریه 1998 پیرامون سامانه آتشفشانی “ایواته”، در  3 سپتامبر 1998 زمین‌لرزه‌ای با بزرگای 6.1 در جنوب غرب سامانه آتشفشانی رخ داد، خاطر نشان کرد: در شرایط خاص وقوع زمین‌لرزه‌های مهم می‌تواند به انفجار در قله آتشفشانی هم بینجامد. مثلا بر پایه پژوهش‌های “دیوید هیل” از سازمان زمین شناسی ایالات متحده، دو روز بعد از زلزله معروف 22 مه 1960 با بزرگای 9.5 در والدیویای شیلی (که با حدود 1000 کیلومتر  طول گسلش در مرز فرورانش در ساحل شیلی همراه بود)، آتشفشان کوردون کاله در مرکز شیلی فعال شد و یا آتشفشان “کیلالوا” هاوایی تنها نیم ساعت بعد از زلزله 29 نوامبر 1975 با بزرگای 7.5 رخ داد (که موجب حدود 30 کیلومتر گسلش سطحی شد).

زارع با تاکید بر این‌که تحریک وقوع زمین‌لرزه روی گسل‌های فعال ممکن است با انبساط یا افزایش حجم و همچنین انقباض یا فشرده شدن اتاقک ماگمایی در پوسته رخ دهد، اظهار کرد: مشاهدات نشان می‌دهد وقتی آزاد شدن تنش در اثر فعالیت‌های ولکانیکی به حد 5 تا 7 درصد افت تنش در هنگام گسیختگی گسلش برسد، احتمال تحریک گسل‌های پیرامون سامانه آتشفشانی و وقوع زمین‌لرزه وجود دارد.

این محقق حوزه زلزله تاکید کرد: از این دیدگاه لازم است تا تحریک احتمالی گسل‌های پیرامون سامانه آتشفشانی دماوند مانند گسل‌های “مشا”، “لار”، “فیروزکوه”، “شمال تهران”، “کندوان”، “بلده” و “شمال البرز” بر اساس فعالیت دائمی چنین سامانه‌ای با دقت سنجیده شود. به باور من این خطر (تحریک وقوع زمین‌لرزه در اثر فعالیت‌های سامانه آتشفشانی) از خطر انفجار در قله آتشفشانی دماوند مهمتر است؛ چرا که ممکن است خطر انفجار در مخروط دماوند و خروج گدازه به عنوان خطری فوری مطرح نباشد، ولی خطر زمین‌لرزه شدید (به دلیل وجود گسل‌های فعال و تغییر شکلی که در پوسته دائما در این ناحیه رخ می‌دهد) خطری دائمی است که ممکن است با فعالیت‌های سامانه دماوند تحریک شود.

دلایلی که باید به مطالعات دماوند توجه شود

عضو هیات علمی پژوهشگاه بین‌المللی زلزله با بیان اینکه حدود 50 سال است که در زمینه مربوط به دماوند و زمین‌شناسی دماوند مطالعه می‌شود، گفت: یک نقشه زمین‌شناسی توسط یک دانشمند زمین‌شناس سوئیسی به نام «پیتر آلن باخ» به عنوان تز دکتری‌اش در دانشگاه “پی تکنیک” زوریخ سوئیس تهیه شد که سازمان زمین‌شناسی آن را منتشر کرد.

وی ادامه داد: از آن زمان تا به امروز مطالعات مختلفی در مورد دماوند انجام شده است و اگر سوال شود که این مطالعات چقدر دقیق است و آیا پایش و رصد دائمی و هر روزه است و به چه ترتیب و با چه تعداد دستگاهی انجام شده  است، جواب آن است که آتشفشانی مثل سیستم دماوند، خیلی دقیق از نظر پایش علم زمین‌شناسی باید مورد مطالعه قرار گیرد. آتشفشان دماوند فقط یک قله نیست که مخروطش در کنار جاده هراز دیده می‌شود، بلکه مخروط آتشفشانی در زیر سطح زمین ریشه سنگ‌های آتشفشانی تا کیلومترها در پوسته البرز ادامه دارد.

زارع اضافه کرد: مخروط دماوند در وسط رشته کوه البرز و کنار یک شریان حیاتی مهم به نام جاده هراز است و کوتاه‌ترین راه تهران به دریای مازندران به شمار می‌رود.

این محقق با بیان اینکه قرارگیری دماوند در نزدیکی مناطق پرجمعیتی مانند تهران اهمیت بررسی و مطالعه آن را مشخص می‌کند، اظهار کرد: روشن شدن این مساله که فوران آتشفشان دماوند چه خطری برای شهر تهران و نواحی مجاور به همراه دارد، نکته‌ای با اهمیت است.  نکته مهم آن است که شهر تهران  حدود 80 کیلومتر از قله دماوند و حدود 35 کیلومتر از محدوده سنگ‌های آتشفشانی دماوند و مجموعه گسل‌های پیرامون آن فاصله دارد.

زارع با تاکید بر اینکه وجود چشمه‌های آب گرم با روند شمالی- جنوبی راستای شکستگی‌ها در زیر آتشفشان دماوند  را نشان می‌دهد، افزود: بررسی مفصل آتشفشان دماوند از دو دیدگاه ضروری است؛ دیدگاه اول به اهمیت خود دماوند به عنوان سیستمی که فوران آن خطرات بسیاری را برای منطقه ایجاد می‌کند توجه دارد و دیدگاه دوم با دید گستره‌تر به نقش آن در یک  گسلش فعال و احتمال اثر آتشفشانی دماوند در تحریک جنبش در گسل‌های البرز، به‌ویژه گسل‌های “مشا” و “شمال تهران” است.

وی اضافه کرد: چنین اتفاقی ممکن است به یک زمین‌لرزه مخرب در  شهر تهران و شهرستان‌های استان تهران و شهرهای مرکزی استان مازندران منجر شود.

گسل‌های پیرامون دماوند

عضو هیات علمی پژوهشگاه زلزله با اشاره به گسل‌های پیرامون آتشفشان دماوند گفت: در اطراف دماوند، گسل‌های “مشا”، “بلده”، “لار”، “کندوان” و گسل “فیروزکوه” قرار دارند و فعالیت‌های آتشفشان در جابه‌جایی و لرزه‌خیزی این گسل‌ها و تغییر شکل زمین در راستای گسل‌ها بر فعالیت سامانه آتشفشانی اثر می‌گذارد.

به گفته وی به لحاظ نظری، هم لرزه‌خیزی می‌تواند بر فعالیت‌های آتشفشانی اثر بگذارد و هم فعالیت آتشفشانی می‌تواند روی تغییر آهنگ لرزه‌خیزی گسل‌ها اثر بگذارد.

زارع ادامه داد: در مورد دماوند، چون آتشفشانی فعال است و اینکه پرسیده می‌شود که فعالیت‌های فعلی مثل خروج گاز از دماوند، آیا می‌تواند روی فعالیت گسل‌ها و لرزه‌خیزی و خطر زمین لرزه، اثر داشته باشد؟ باید گفت به لحاظ نظری پاسخ مثبت است.

وی در این باره توضیح داد: در حاشیه ورقه‌های زمین ساختی بزرگ و در نواحی مانند فیلیپین و ژاپن، زمین‌لرزه‌ها و آتشفشان‌های زیادی رخ می‌دهد و علت آن، ویژگی‌های زمین شناختی و فعالیت بالای لایه‌های زمین در آن مناطق است که شرایطی کاملا متفاوت با فلات ایران دارند. در کشورهای پیشرفته و از نظر ژئودینامیکی فعال، مانند آمریکا، ایتالیا و ژاپن، رصدهای مختلف هم در حوزه علم زمین‌شناسی و هم نصب دستگاه‌های متعدد مثل دستگاه‌های لرزه‌نگاری در اطراف سیستم آتشفشانی انجام می‌شود. این پایش‌های علمی به درک بهتر از نحوه فعالیت و پیش‌بینی فعالیت‌های بعدی کمک می‌کند.

به گفته این محقق در این مطالعات بیش از چند ده ایستگاه زلزله‌شناسی به صورت دائمی در اطراف هر کدام از این قله‌های آتشفشانی نصب و  رصد دائمی انجام می‌شود.

زارع اضافه کرد: رصدهای دیگر مانند امکان بهره‌برداری از انرژی ژئوترمال (زمین گرمایی) و رصدهای آنومالی‌های (ناهنجاری) مغناطیسی، جاذبه، الکتریکی، سطح آب و سطح گاز و کیفیت آنها نیز در این مطالعات انجام می‌شود. همه این مطالعات به طور مداوم در رصدخانه‌هایی در ایالت کالیفرنیا در آمریکا و ایتالیا و ژاپن انجام می‌شود.

بهره‌برداری‌هایی که از مطالعات رصدی انجام شد

وی با اشاره به مطالعات پایش آتشفشان‌ها یادآور شد: اولین نیروگاه زمین گرمایی با آزمایش اولین ژنراتور زمین گرمایی توسط “پرنس پیرو گنوری کونتی” (Prince Piero Ginori Conti) در ایتالیا و روشن کردن یک لامپ شروع به کار کرد. در 1911 اولین استفاده تجاری از انرژی زمین گرمایی در دنیا در همین محل آغاز شد. در دهه بیست میلادی ژنراتورهای آزمایشی در ژاپن و شمال کالیفرنیا (در منطقه آبفشان‌های ژیزرس Geysers) ساخته شد.

زارع ادامه داد: اکنون در 20 کشور دنیا از انرژی زمین گرمایی حدود 11 گیگاوات برق  (حدود 1 درصد مصرف کنونی در دنیا) تولید می‌شود (ظرفیت تولید در آینده بین 3 تا 180 برابر تولید کنونی برآورد شده است).

این عضو هیات علمی پژوهشگاه زلزله خاطرنشان کرد: در ایران پتانسیل‌های استفاده از انرژی زمین گرمایی در 18 ناحیه کشور تاکنون، یافت و مطالعه اولیه انجام شده است. از میان این 18 پهنه، 7 محدوده “دماوند”، “سهند”، “سبلان”، “خوی”، “تفتان” و “بزمان” به سامانه‌های آتشفشانی مربوط هستند

به گفته این محقق، نیروگاه زمین گرمایی «شولتز سو فوره» در شمال استان آلزاس فرانسه (نزدیک مرز آلمان) پس از یک سرمایه‌گذاری 23 ساله در ژوئیه 2010 به بهره‌برداری رسید. این نیروگاه از پاییز 2010 (1389ه.ش) با تولید 1.5 مگاوات برق برای استفاده در شهر “شولتز سو فوره” در شبکه تولید برق فرانسه قرار گرفته است. این نیروگاه دارای برنامه وسیع پژوهشی و عملیاتی برای تولید انرژی زمین گرمایی، در عمق 5 کیلومتری زمین با حفر 3 چاه است.

زارع با بیان اینکه این نیروگاه با ویژگی تولید برق از انرژی زمین گرمایی در عمق زمین در نوع خود اولین و از نظر تولید الکتریسیته به صورت تجاری تنها مورد در دنیا محسوب می‌شود، اظهار کرد: بررسی گزارش‌های اخیر نشان می‌دهد که در کشور سوییس در همسایگی فرانسه و همچنین در آلمان هم اکنون پژوهش‌های وسیعی برای بهره‌برداری از برق نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در 15 تا 20 سال آینده در دانشگاه‌ها و مراکز پژوهشی در جریان است.

پایش‌های هفتگانه برای فعالیت آتشفشانی

این عضو هیات علمی پژوهشگاه بین‌المللی زلزله با اشاره به مطالعات مورد نیاز برای آتشفشان گفت: برای پیش‌بینی فعالیت آتشفشانی و احتمال انفجار در مخروط آتشفشانی، پایش‌های هفت‌گانه زیر انجام می‌شود:

“1)پایش فعالیت‌های لرزه‌ای در اثر فعالیت آتشفشانی و ثبت زلزله‌هایی که در محدوده مخروط آتشفشانی و پیرامون آن رخ می‌دهند.

2) اندازه گیری پارامترهای هیدروگرافیک و بررسی تغییرات مختلف در آب رودخانه‌ها و چشمه‌های پیرامون قله است که بدین منظور از حسگرها و ابزارهای دقیق اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

3) نصب دوربین در اطراف دهانه آتشفشان خفته دماوند به منظور پایش مستمر هر گونه تغییر و فعالیت غیرعادی در محدوده قله.

4) برداشت و ارزیابی دقیق ژئوشیمیایی (ترکیب شیمیایی مواد آتشفشانی) از جمله گازها و بخارها.

5) بررسی سرعت و میزان خروج گازها و بخارات و ثبت کامل این اطلاعات.

6) مطالعه دقیق ژئومورفولوژی (زمین ریختی) برای تعیین تغییراتی که در شکل سطح زمین در محدوده مخروط و قله رخ می‌دهد.

7) انجام آزمایش‌های  رسوب‌شناسی بر روی مواد آتشفشانی که مدام برداشت می‌شوند و در آزمایشگاه نتیجه آزمایش‌ها ثبت و با هم مقایسه می‌شود”.

زارع خاطر نشان کرد: در نهایت از تمام این اطلاعات و نتایج پایش‌ها برای مدل‌سازی عددی وضعیت زمین‌پویایی (ژئودینامیکی) آتشفشان استفاده می‌شود. چنین مدلی نحوه تغییرات را در محدوده‌های زمانی 6 ماه تا یک ساله ثبت کرده و به صورت سه‌بعدی در آزمایشگاهی تصویرسازی می‌شود و داده‌های به دست آمده مبنای پیش‌بینی علمی انفجار احتمالی آتشفشان در بازه‌های زمانی کوتاه مدت و درازمدت بعدی است.

وی اضافه کرد: با چنین مدل‌هایی می‌توان نشان داد که آیا آتشفشان در مرحله انفجار هست یا نه و اگر هست، در آینده و در چه محدوده زمانی می‌توان انفجار در مخروط آتشفشانی را انتظار داشت. همچنین چنین مدل‌هایی برای رفتارسنجی دقیق فعالیت‌های آتشفشانی دماوند و هر گونه اظهار نظر علمی در مورد روند فعالیت آن ضروری است و بدون انجام هفت بررسی مذکور نمی‌توان به صرف اعزام چند کارشناس به منطقه و انجام چند بررسی و اندازه‌گیری ساده در  خصوص احتمال قرارگیری در وضعیت انفجار اظهارنظر کرد.

مشاهده گاز از دهانه آتشفشان

زارع با بیان اینکه در سیستم دماوند هر از گاهی شواهدی از خروج بخار و گازهای آتشفشانی مشاهده می‌شود، گفت: قرارگیری مخروط آتشفشانی دماوند در میان رشته کوه فعال البرز و گسل‌های فعال حاکی از اهمیت دماوند در این بخش از البرز مرکزی دارد. خروج گازهای فراوان در دهه گذشته در بازه زمانی آذرماه سال 1385 تا اردیبهشت 1386 نیز شرایط خاصی را برای این آتشفشان نشان می‌داد.

وی با اشاره به مطالعات انجام شده درباره خروج گاز از آتشفشان دماوند افزود: من پژوهشی در سال 87 در پژوهشگاه زلزله بر روی آتشفشان دماوند انجام دادم و در این مطالعات به دنبال آن بودم تا شرایط آرامی یا ناآرامی امروزی آن را مطالعه کنم. به عبارت دیگر در آن بررسی به دنبال آنومالی‌هایی می‌گشتیم تا بتوانیم احتمال بحرانی بودن یا نبودن دماوند را مطالعه کنیم. از این رو به بررسی ویژگی‌های زمین‌شناسی، زمین‌ساختی و لرزه‌زمین‌ساختی (وضعیت زمین ساخت و گسلش فعال، مطالعه زلزله‌های قبلی و احتمال بروز زمین‌لرزه‌های بعدی) در  منطقه پرداختیم و  شاخصه‌های لرزه‌خیزی، جایگاه آتشفشان دماوند در مطالعات زمین گرمایی و در نهایت الگوی تغییرات مغناطیسی در منطقه دماوند تعیین شد.

زارع با بیان اینکه به منظور بررسی رابطه بین داده‌های موجود، از نرم‌افزار GIS (سامانه اطلاعات جغرافیایی) استفاده شد تا امکان مقایسه داده‌ها فراهم شوند، اضافه کرد: نکته مهمی که از بررسی اطلاعات موجود قابل مشاهده بود، نحوه تغییر شکل در گستره‌ای وسیع‌تر از قله آتشفشانی دماوند است. وجود چشمه‌های آب گرم با روند شمالی- جنوبی و روندهای شمالی- جنوبی که با تغییرات مغناطیسی در منطقه همخوانی دارد، نشان دهنده تغییر شکل در  گستره‌ای وسیعتر از آتشفشان دماوند است.

وی تاکید کرد: بر اساس این داده‌ها و بر اساس شرایط موجود در آن مطالعه احتمال وقوع انفجار فوری قابل مشاهده نبود، ولی مطالعه آتشفشان دماوند برای شناخت بیشتر تغییرات آن لازم تشخیص داده شد.

ضرورت مطالعه تغییرات سطح زمین برای فعالیت دماوند

عضو هیات علمی پژوهشگاه بین‌المللی زلزله با اشاره به اهمیت مطالعات در زمینه تغییرات سطح زمین، اظهار کرد: بررسی تغییرات سطح زمین، می‌تواند به عنوان پیش‌نشانگر حوادث مهیبی چون زلزله و آتشفشان و به منظور بررسی و کنترل رفتار گسل‌های فعال و همچنین مدل‌سازی گسل‌های مسبب زلزله و یا برای شناخت و کنترل نشست، نقش مهمی را در جلوگیری از بروز بحران و مدیریت سوانح طبیعی داشته باشد. برای این منظور از دهه‌های اخیر، تلاش گسترده‌ای به منظور اندازه‌گیری تغییرات پوسته زمین توسط تکنیک‌هایی چون ترازیابی دقیق و GPS انجام شده است.

وی با بیان اینکه تکنیک تداخل‌سنجی راداری نیز  در دهه اخیر به تکنیک متداولی برای اندازه‌گیری تغییرات سطح زمین تبدیل شده است، افزود: پوشش سراسری و قدرت تفکیک مکانی بالای تصاویر راداری و دقت قابل قبول این روش، این تکنیک را به عنوان ابزار نیرومندی برای مطالعه پدیده‌های مختلف زمین‌شناسی همچون زلزله، نشست، زمین لغزش و … مطرح کرده است. تکنیک تداخل‌سنجی راداری (InSAR) توانایی تهیه نقشه جابجایی سطح زمین را با قدرت تفکیک مکانی بالا دارد و می‌تواند جهت تعیین تغییرات بلندمدت و با نرخ پایین، مثل فرونشست، استفاده شود. تعداد قابل توجهی “اینترفروگرام” به کار گرفته شده و پردازش می‌شوند و از تصاویر راداری که در بازه زمانی مورد نظر اخذ شده‌اند، با استفاده از آنالیز سری زمانی، نرخ متوسط پدیده در منطقه برآورد می‌شود.

زارع، تکنیک تداخل‌سنجی راداری را امکان اندازه‌گیری جابجایی دانست که جابجایی را تنها در راستای خط دید ماهواره (LOS) به دست می‌دهد، گفت: البته برای جبران این محدودیت، تلاش‌هایی در جهت استخراج میدان جابجایی سه‌بعدی از تصاویر راداری با تلفیق “آزیموت آفست‌ها” و “اینترفراگرام‌های” با دو هندسه تصویربرداری متفاوت، صورت گرفته است . آزیموت آفست، آفست ناشی از جابجایی سطحی زمین در راستای حرکت ماهواره است که با استفاده از دامنه تصاویر رادار استخراج می‌شود.

به گفته وی، InSAR به شدت به تغییرات ارتفاعی حساس است به نحوی که اندازه‌گیری در حد سانتیمتر و کمتر را امری معمول ساخته است. در عین حال فاز تداخل‌سنجی کل شامل اثرات توپوگرافی، حرکت سطح زمین، اثرات متغیر اتمسفر بین مشاهدات و نویز است.

خروج گاز و نگرانی ساکنان پیرامون دماوند

زارع به خروج گاز از قله دماوند اشاره کرد و افزود: در محدوده قله دماوند رخداد چند زلزله و خروج گاز و بخار از قله دماوند طی ماه‌های اخیر موجب بروز برخی نگرانی‌ها در ساکنان منطقه پیرامون قله و همچنین بحث‌های کارشناسی گوناگون در مورد بررسی احتمال فعالیت مجدد آتشفشان دماوند شده است.

وی اضافه کرد: رخدادهایی چون زمین‌لرزه و خروج گاز و بخار در سال‌های اخیر  نیز در سابقه قله دماوند دیده شده است، آتشفشان دماوند از دید زمین‌شناسی یک سامانه آتشفشانی فعال است، ولی فعالیت آن در حد خروج بخار و گاز و چشمه‌های آب گرم و همچنین بعضی از تظاهرات سطحی از نهشته‌های وابسته به یک سامانه آتشفشانی و همچنین اثرگذاری بر ریخت دره‌ها و ایجاد لغزش‌های گوناگون – به عنوان اثرهای ثانویه – بوده است. دماوند از نظر انفجار و فوران گدازه در وضعیت خاموش قرار دارد.

این محقق بر لزوم راه‌اندازی ایستگاه پژوهشی و سامانه پایش دائمی دماوند تاکید کرد و افزود: رصد فعالیت‌های لرزه‌ای به عنوان یک پارامتر ثانویه در فعالیت آتشفشانی یکی از شاخص‌های قابل ارزیابی در منطقه، اندازه‌گیری پارامترهای هیدروگرافیک با بررسی تغییرات مختلف در آب رودخانه‌ها و چشمه‌های پیرامون قله با اهمیت است که برای این منظور از حسگرها و ابزارهای دقیق اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

زارع، نصب دوربین در اطراف دهانه آتشفشان خفته دماوند به منظور پایش مستمر هر گونه تغییر و فعالیت غیرعادی و برداشت و ارزیابی دقیق ژئوشیمیایی مواد مختلف از جمله گازها و بخارهای خروجی را از دیگر روش‌های بررسی فعالیت‌های آتشفشانی در قله دماوند عنوان کرد و ادامه داد: مطالعه دقیق ژئومورفولوژی (زمین ریختی) منطقه با ابزارهای مختلف اندازه‌گیری، بررسی بخارات خروجی از لحاظ میزان، سرعت و سایر مولفه‌های مربوطه و ثبت کامل این اطلاعات، انجام تست‌های رسوب‌شناسی آزمایشگاهی و در نهایت مدل‌سازی عددی وضعیت آتشفشان به منظور پیش‌بینی علمی انفجار احتمالی آن از دیگر مطالعاتی هستند که برای رفتارسنجی دقیق فعالیت‌های آتشفشانی دماوند و هر گونه اظهار نظر علمی در مورد روند فعالیت آن ضروری است. 

این محقق همچنین تاکید کرد: آتشفشان مانند تمام پدیده‌های زمین‌شناختی، سیستمی پیچیده دارد که برای پیش‌بینی و اظهارنظر در مورد رفتار آن، باید شرایط آن را از جنبه‌های مختلف بررسی کرد و نمی‌توان به سادگی در این مورد حکم کرد.