ژاپن در «حلقه آتش»؛ توکیو چگونه در ۱۵ سال زلزله را شکست داد؟

در قرن اخیر نرخ مرگ و میر ناشی از بلایای طبیعی به طور چشمگیری کاهش یافته‌است با وجود این، هنوز هم زمین لرزه‌ها کشنده هستند همانند زلزله اخیر ترکیه و سوریه که تا کنون آمار تلفات آن از مرز ۴۶ هزار نفر گذشته‌ است.

در حالی که خشکسالی یا طوفان را می‌توان پیش‌بینی کرد اما با وجود ابزارهایی مانند لرزه‌سنج‌ها و رصد ماهواره‌ای باز هم زلزله‌ها بیشتر به طور ناگهانی و بدون هشدار رخ می‌دهند.

در سراسر جهان، روزانه ۸۰۰۰ زلزله رخ می‌دهد که بیشتر آن‌ها ناشی از حرکات پوسته زمین هستند اما برخورد شهاب سنگ، انفجار هسته‌ای، استخراج معادن یا استخراج گاز نیز می‌تواند باعث زلزله شوددر سراسر جهان، روزانه ۸ هزار زلزله رخ می‌دهد که بیشتر آن‌ها ناشی از حرکات پوسته زمین هستند اما برخورد شهاب سنگ، انفجار هسته‌ای، استخراج معادن یا استخراج گاز نیز می‌تواند باعث زلزله شود. در نقشه زیر، کلیتی از زمین لرزه‌ها را در جهان مشاهده می‌کنید.

دانستن منشأ زلزله یک مساله است و دانستن اینکه چگونه به آن پاسخ داده‌شود، موضوعی مهمتر است. در لزله تنها نباید بر آثار اولیه آن که تخریب و کشتار است متمرکز شد بلکه اثرات ثانویه زلزله را هم باید در نظر گرفت.

وقتی یک زلزله پایان می‌یابد، طیف وسیعی از پدیده‌های ثانویه وجود دارد که باید با آنها مقابله کنیم. از این میان، مرگبارترین آتش‌سوزی‌ها هستند که اغلب می‌توانند در نبود خدمات اضطراری از کنترل خارج شوند. هنگامی که آتش سوزی از توانایی سازمان آتش‌نشانی برای مقابله با آن فراتر رود، می‌تواند به سرعت گسترش یابد. سپس احتمال قطع برق و سایر تاسیسات و آسیب به زیرساخت‌های حمل و نقل وجود دارد. مطالعاتی که درباره اثرات زلزله و سونامی بزرگ ژاپن شرقی در سال ۲۰۱۱ (۱۳۹۰) انجام گرفت به این نتیجه دست دست یافت که به ازای هر یک فوتی در زمان زلزله، سه نفر در ۳۸ ماهه بعدی به دلیل اثرات آن جان خود را از دست دادند.

با توجه به قرارگیری ژاپن در محل اتصال سه صفحه اوراسیا، اقیانوس آرام و فیلیپین، این کشور با زلزله‌ها و سونامی‌های عظیمی روبرو بوده‌ است

قرار گرفتن ژاپن در «حلقه آتش»

بزرگترین زمین لرزه‌های شناخته شده جهان در اطراف «حلقه آتش» اقیانوس آرام متمرکز شده‌اند. بنابراین با توجه به قرارگیری ژاپن در محل اتصال سه صفحه اوراسیا، اقیانوس آرام و فیلیپین، این کشور با زلزله‌ها و سونامی‌های عظیمی روبرو بوده‌است.

ژاپن در حد فاصل سال‌های ۱۹۴۵ تا ۱۹۹۵ میلادی (۱۳۲۴ تا ۱۳۷۴ شمسی)، ۱۴ زلزله با بزرگای بیشتر از ۶.۵۵ درجه را تجربه کرده‌است و تا قبل از زلزله «کوبه» در سال ۱۹۹۵ (۱۳۷۴) در مجموع بیش از ۸ هزار نفر جان خود را بر اثر زلزله از دست دادند.

پس از آن، زلزله ۹ ریشتری «سندا»ی ژاپن که در سال ۲۰۱۱ (۱۳۹۰) رخ داد از خطرناکترین زلزله های جهان بوده‌است. این زلزله در ادامه تبدیل به یک سونامی شد که خسارات مالی گسترده ای در جزایر هاوایی برای ساکنان این منطقه به وجود آورد. این سونامی باعث ایجاد موج هایی به ارتفاع ۹ متری شد.

در جریان این زلزله و سونامی ۱۵ هزار و ۶۹۰ نفر کشته و ۵ هزار و ۷۰۰ نفر زخمی شدند. این زمین لرزه همچنین بزرگترین فاجعه هسته‌ای جهان از زمان چرنوبیل در سال ۱۹۸۶ به شمار می‌رفت. به گفته نخست وزیر وقت ژاپن این زلزله بعد از جنگ جهانی و در طی ۷۰ سال گذشته سخت ترین بحران ژاپن بوده‌است. به همین دلیل ژاپن تا کنون اقدامات پیشگیرانه و مهمی در راستای کاهش تلفات و خسارات ناشی از زلزله انجام داده‌ است.

ژاپن چگونه در برابر زلزله مقاوم شد؟

ژاپن در حالی امروزه توانسته‌است که زلزله را مهار کند که دست کم نزدیک به دو دهه روی این موضوع به صورت مجدانه و علمی کار کرده‌است. این کشور همزمان با توسعه فرهنگی، بهره‌گیری از تجارب و فناوری‌های نوین، تاسیس ارگان‌های مرتبط و غیره، ساختمان‌ها و سازه‌های فیزیکی را در برابر زلزله‌های شدید مقاوم کرده‌است که در ادامه به آن خواهیم پرداخت؛

الف. از توسعه فرهنگی تا فناوری‌های نوین

وقتی از قبل مشخص شود که شدت زلزله چقدر خواهد بود و کانون آن کجاست، اقدامات موثرتری برای مقابله با آن انجام خواهد گرفت. البته این اطلاعات باید به سرعت به مردم نیز منتقل شود.

در ژاپن بیش از ۴۰۰۰ لرزه نگار در سراسر کشور نصب شده‌است. همچنین سیستمی وجود دارد که به طور خودکار اطلاعات را تجزیه و تحلیل می‌کند

در ژاپن بیش از ۴ هزار لرزه نگار در سراسر کشور نصب شده‌است. همچنین سیستمی وجود دارد که به طور خودکار اطلاعات را تجزیه و تحلیل می‌کند و مرکز زلزله را قبل از وقوع، شناسایی و هشدار می‌دهد. این هشدارها از طریق تلویزیون ملی، بلندگوهای عمومی و تقریبا تلفن همه افراد، شامل دو صدای زنگ متمایز و توصیه برای متوقف کردن هر کاری، صورت می‌گیرد.

افزون بر تکنولوژی، تدبیر دیگر به مقوله فرهنگی ارتباط می‌یابد. در بخش‌هایی از جهان که رویدادهای شدید اغلب اتفاق می‌افتد، نوعی انعطاف‌پذیری فرهنگی در برابر آنها ایجاد می‌شود. اگر شما یا یکی از اقوام مسن‌ترتان بتواند آخرین زلزله بزرگ را به یاد بیاورید، به احتمال زیاد برای تهدید آماده می‌شوید. بنابراین، آماده کردن این جوامع برای یک رویداد بزرگ و شدید، بیشتر یک چالش فنی است تا متقاعد کردن؛ موضوعی که در ژاپن به دلیل تکرار زمین لرزه ها از فرایند متقاعد کردن گذر کرده‌است.

بخشی از فرایند آمادگی به آموزش فراگیر و صحیح شهروندان برای مقابله با بلایای طبیعی برمی‌گردد. یکی از دلایل بالا بودن تلفات در زلزله «کوبه» ژاپن این بود که بسیاری از مردم معتقد بودند منطقه «هانشین» به دلیل عدم وقوع لرزه‌های ضعیف مستعد وقوع زلزله‌های شدید نیست و به خاطر اینکه بسیاری از آن‌ها در طول زندگی خود زلزله‌ای را تجربه نکرده‌بودند، نتوانستند اقدام موثری در قبال زلزله انجام دهند.

در ژاپن حتی برای بعد از وقوع زلزله مخرب، تدابیری اندیشیده شده‌ که یکی از این تدابیر تاسیس «وزارت مدیریت ریسک» است. پس از زلزله کوبه، دولت ژاپن به این نتیجه رسید که برای مقابله با چنین پدیده‌هایی نیاز به کار سازمان‌یافته و مدیریت بحران فراگیر دارد. به همین دلیل تاسیس مراکز نظارتی و مدیریتی در زمینه مقابله با حوادث غیرمترقبه افزایش چشمگیری داشت و در سال ۲۰۰۱ برای یکپارچه شدن این مراکز «وزارت مدیریت ریسک» در ژاپن تاسیس شد.

ب. مقاوم‌سازی ساختمان‌ها در برابر زلزله‌های ویرانگر

ژاپن از هزاران سال پیش بستر زمین لرزه‌های مهیب بوده‌ و سازه‌های فیزیکی به گونه‌ای طراحی شده‌بودند که در برابر زلزله مقاومت کنند. برای مثال بتکده‌های ژاپنی از طبقاتی ساخته شده‌اند که از نظر فیزیکی به یکدیگر متصل نیستند. اینها از تعادل بالایی برخورداند و در برابر سرنگونی مقاوم‌اند.

در این کشور زلزله‌خیز، ساختمان‌های مدرن از اصول مشابه بهره می‌برند. ایده این است که یک ساختمان باید در تغییر شکل در هنگام زلزله آزاد باشد، نه اینکه سعی کند شکل ثابتی را حفظ کند که معمولا منجر به شکسته شدن یا سقوط ساختمان می‌شود. ضربه گیرهای لاستیکی تعبیه شده در پایه‌ها به ساختمان کمک می‌کند تا خمیده و سپس به حالت اولیه خود بازگردد.

تمام ساختمان‌هایی که در ژاپن بعد از زلزله کوبه ساخته می‌شوند باید با استفاده از «بتون مسلح» یا به اصطلاح «بتون آرمه» ساخته شوند

همچنین تمام ساختمان‌هایی که در ژاپن بعد از زلزله کوبه ساخته می‌شوند باید با استفاده از «بتون مسلح» یا اصطلاح «بتون آرمه» ساخته شوند و تمام آن‌ها باید این ویژگی‌ها را دارا باشند: مقاوم در برابر زلزله‌های متوسط، قابل سکونت پس از زلزله و در نهایت اینکه در زلزله‌های شدید دچار ریزش نشده و ضعف در ساختار آن‌ها سبب کشته شدن ساکنان نشود.

حال این پرسش به ذهن می‌رسد که چگونه می توان این موارد را در ساختمان‌ها عملیاتی کرد که تلاش می‌کنیم با رسم تصاویر و نقشه، به ویژه تئوری «جامعه تاب‌آور»آن را عینی‌تر و ملموس‌تر کنیم.

همان طور که اشاره شد، برای فهم این موضوع باید ابتدا تئوری «جامعه تاب‌آور» را تشریح کرد که به کاهش آسیب‌های ناشی از یک بلای طبیعی از جمله زلزله کمک می‌کند. طبق تصویر زیر، فرض کنید که توپ «جامعه» است و دست «محیط طبیعی» است که جامعه را احاطه کرده‌است. گاهی اوقات محیط طبیعی به عنوان یک بلای طبیعی به جامعه حمله می‌کند. دست می‌تواند توپ را محکم بگیرد و آن را له کند. با این حال، پس از پایان حمله، توپ می‌تواند بلافاصله به شکل سابق خود بازگردد. این عملکرد ایده آل یک «جامعه تاب‌آور» است. ما نمی‌توانیم از وقوع بلایای طبیعی جلوگیری کنیم اما می‌توانیم «جامعه تاب‌آور» را با استفاده از فناوری‌ها طراحی کنیم و بسازیم.

اکنون نوبت آن رسیده که به فناوری‌های نوین و تکنیک‌های استفاده شده در سازه‌ها و ساختمان‌ها در ژاپن بپردازیم که یکی از آنها جداسازی یا ایزولاسیون لرزه‌ای است؛ روشی که برای محافظت از ساختمان در برابر زلزله‌های بزرگ با نصب دستگاه‌های ایزولاسیون در زیر ساختمان به کار می‌رود.(شکل زیر) روش جداسازی لرزه‌ای از دهه ۱۹۸۰ (دهه ۶۰ شمسی) در ساختمان ها مورد مطالعه و اعمال قرار گرفته‌است. برای طراحی مرسوم مقاوم در برابر زلزله، ستون‌ها و تیرها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به اندازه کافی قوی و انعطاف‌پذیر باشند تا در برابر حرکات زلزله مقاومت کنند. اکثریت قریب به اتفاق ساختمان‌ها با این روش طراحی و ساخته می‌شوند.

بنابراین دستگاه‌های ایزوله در زیر ساختمان نصب می‌شوند و سازه را از حرکات زلزله جدا می‌کنند. عایق لرزه‌ای می‌تواند لرزش ساختمان را به طور چشمگیری کاهش دهد. روش جداسازی لرزه‌ای از طریق توسعه بلبرینگ‌های لاستیکی چند لایه امکان‌پذیر شده‌است. شکل زیر نمای مقطعی یک یاتاقان لاستیکی چندلایه را نشان می‌دهد. بلبرینگ لاستیکی از چندین لایه ورق لاستیکی نازک و صفحات فولادی تقویت کننده تشکیل شده‌ است.

روش‌های جداسازی لرزه‌ای را می‌توان بر اساس محل قرارگیری جداکننده‌ها به دو نوع تقسیم کرد (شکل زیر). یکی از آنها «ایزوله پایه» نام دارد که در آن ایزولاتورها جداکننده‌ها در پایه سازه نصب می‌شوند. دیگری «ایزوله طبقه میانی» نام دارد که در آن ایزولاتورها در سطح بالاتری در روبنا نصب می‌شوند.

شکل زیر یک ساختمان ایزوله لرزه‌ای طبقه وسط را نشان می‌دهد. طول ساختمان ۸۰ متر و عرض آن ۲۰ متر است و طبقه همکف به عنوان یک فضای باز عمل می‌کند. یک یاتاقان لاستیکی چند لایه در بالای هر ۶ ستون بزرگ در طبقه همکف نصب شده‌ است.

اثرات و کاربردهای روش جداسازی لرزه‌ای

شکل زیر دو اتاق مبله را مورد مقایسه قرار داده‌است. یک اتاق در یک ساختمان عایق لرزه قرار دارد. دیگری در یک ساختمان معمولی است. تصویر سمت چپ بالا، واکنش اتاق را در یک ساختمان ایزوله لرزه‌ای نشان می‌دهد. تصویر سمت راست پایین، واکنش اتاق را در یک ساختمان معمولی به تصویر می‌کشد. در ساختمان معمولی، ظروف غذاخوری در کمد روی زمین افتادند. برعکس، در ساختمان ایزوله لرزه‌ای آسیب کمی دیده‌است زیرا سازه با اجبار کمتر حرکت می کند. روش ایزولاسیون لرزه‌ای نه تنها ایمنی سازه ای بلکه امنیت افراد و ساختمان را نیز تامین می‌کند.

همچنین «سیستم پایش سلامت سازه» ( SHM ) مجموعه‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی پیشرفته است که با هدف ارزیابی شرایط واقعی سازه، بر روی سازه‌های عمرانی نصب می‌شوند. این فناوری با استفاده از انواع حسگرها به بررسی روزانه سلامت ساختمان‌ها می‌پردازد. شکل زیر سنسورهایی را نشان می‌دهد که در ساختمان ایزوله لرزه‌ای طبقه وسط برای نظارت نصب شده‌اند.

هنگامی که زلزله بزرگ ژاپن شرقی در ۱۱ مارس ۲۰۱۱ (۲۰ اسفند ۱۳۸۹) رخ داد، حسگرها با موفقیت رفتار جداساز را ثبت کردند. شکل زیر امواج شتاب مشاهده شده در سطح زمین و طبقه دوم را در سازه ایزوله نشان می‌دهد. حداکثر شتاب در طبقه دوم در مقایسه با سطح زمین به حدود نصف کاهش یافت. این داده‌های مشاهده شده به وضوح اثرات جداسازی لرزه ای را نشان می‌دهد.

مقاوم‌سازی عایق لرزه‌ای نیز نمونه دیگر از فناوری‌های نوین به شمار می‌رود. مقاوم‌سازی عایق لرزه‌ای نوعی بازسازی ضدزلزله است که در آن جداکننده‌ها در زیرزمین یک ساختمان موجود نصب می‌شوند. مقاوم سازی عایق لرزه ای یک راه ایده آل برای حفظ ساختمان‌های با اهمیت تاریخی یا فرهنگی است.

«موزه ملی هنر غربی» در توکیو که توسط لوکوربوزیه، معمار بزرگ قرن بیستم طراحی و توسط شرکت شیمیزو در سال ۱۹۵۸ ساخته شد، با استفاده از مقاوم‌سازی عایق لرزه‌ای در سال ۱۹۹۸ (۱۳۷۷) بازسازی شد (شکل زیر). موزه ملی هنر غربی در توکیو اولین ساختمانی در ژاپن بود که از مقاوم‌سازی عایق لرزه‌ای استفاده کرد. شکل پایین سمت چپ، نمای مقطعی موزه اصلی را نشان می‌دهد و شکل پایین سمت راست، نمای بعد از مقاوم‌سازی عایق لرزه‌ای را به تصویر می‌کشد. ایمنی لرزه‌ای موزه با حفظ طراحی اولیه خود بسیار ارتقا یافت.

شکل زیر روند ساخت مقاوم سازی جداسازی لرزه‌ای را نشان می‌دهد. ابتدا زمین فونداسیون زیر ساختمان موجود را گودبرداری می‌کنند و ستون‌ها را به داخل محل‌های گودبرداری شده می‌کشند. این ستون‌ها می‌توانند وزن ساختمان را به طور موقت در طول ساخت تحمل کنند. دوم، مابقی زمین را حفاری می کنند و روی یک سطح صاف در منطقه حفاری شده بتن می‌ریزند. سوم، عایق‌های لرزه‌ای را در زیر پایه ساختمان نصب می‌کنند. در این مرحله، ساختمان به طور کامل روی ایزولاتورها سوار و تمام کارهای مقاوم سازی تکمیل می‌شود.

باوجود اجرای تمام این تاکتیک‌ها، ژاپن هر سال سمینارهای بزرگی برای بررسی اقدامات صورت‌گرفته در زمینه مقابله با بلایای طبیعی و فجایع شهری برگزار می‌کند.

اگرچه بسیاری در جهان، ژاپن را به عنوان یک کشوری با تجربه موفق در زمینه مهار زلزله از طریق فناوری‌های نوین می‌دانند اما کشورهای دیگری همچون چین، شیلی، هلند و غیره نیز در این زمینه تدابیر موثری اندیشیده‌اند. راهکارهای ارائه شده در این نوشتار، تنها بخشی اندکی از واقعیت است و انتظار می‌رود کشورهای در معرض بلایای طبیعی با مطالعه دقیق این تجارب، گامی جدی در مسیر مقابله و مهار زلزله بردارند تا اتفاقاتی غمباری همچون ترکیه و سوریه تکرار نشود.

منابع؛

https://www.futurelearn.com/info/blog/how-do-countries-deal-with-earthquakes

https://www.aljazeera.com/news/liveblog/۲۰۲۳/۲/۱۸/turkey-syria-updates-death-toll-from-earthquakes-passes-۴۵۰۰۰

https://www.australiangeographic.com.au/topics/science-environment/۲۰۱۱/۰۳/earthquakes-the-۱۰-biggest-in-history/

https://geoenvironmental-disasters.springeropen.com/articles/۱۰.۱۱۸۶/s۴۰۶۷۷-۰۱۹-۰۱۲۳-y