يمكن لشبكة الاستشعار هذه أن تساعد في التنبؤ بانهيارات المنحدرات على طول ساحل كاليفورنيا

لقد اكتشف الباحثون كيفية تطوير تحذيرات من الأعاصير، وتحذيرات من تسونامي، وحتى نظام إنذار مبكر للزلازل. ولكن عندما يتعلق الأمر بالتنبؤ بانهيار الجرف على طول الخط الساحلي الشهير لولاية كاليفورنيا، فقد كان من الصعب للغاية تحديد العلم.

ولكن مع كل انهيار أرضي كبير ووفيات مأساوية على طول الساحل، لجأ المسؤولون إلى العلماء طلبًا للمساعدة. وقد تساءل كثيرون هل من الممكن التنبؤ بموعد ومكان انهيار الخدعة ــ وربما حتى تحويل هذه التنبؤات إلى إنذارات مبكرة؟

الآن، بعد دراسة تجريبية مبتكرة مدعومة بعقود من الأبحاث المتخصصة، يقول فريق من معهد سكريبس لعلوم المحيطات بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو إنه ربما يكون قد فك الشفرة. في تقرير صدر هذا الشهر، شارك العلماء إثباتًا للمفهوم ووجدوا أن هناك طرقًا موثوقة بشكل ملحوظ لاكتشاف الانهيارات الأرضية الساحلية قبل حدوثها بوقت طويل.

وتمكنت الدراسة التجريبية من التنبؤ بخمسة انهيارات قبل عدة ساعات على الأقل – وأحيانا حتى أيام – قبل حدوثها.

وقال آدم يونج، عالم الجيومورفولوجيا الساحلية في سكريبس الذي قاد الدراسة: “كان من المفاجئ مدى جودة البيانات، ومدى اتساقها مع هذه الأنواع من الانهيارات الأرضية التي كنا نرصدها”. “لدينا ثقة كبيرة في أن ما تعلمناه في سان دييغو يمكن تطبيقه بالتأكيد في أماكن أخرى في جميع أنحاء الولاية.”

كانت تنبؤات انهيار بلاف مطلوبة بشكل كبير على طول ساحل كاليفورنيا، وأصبحت المخاطر أكبر مع ارتفاع مستوى سطح البحر وظاهرة النينيو القوية في طريقها. وفي جنوب كاليفورنيا، من الممكن أن تتآكل المنحدرات بما يزيد على 130 قدماً بحلول نهاية هذا القرن، وقد أثبتت عواقب التآكل بالفعل خطورتها على الطرق الرئيسية، والسكك الحديدية، وغيرها من البنية التحتية الحيوية.

العواقب مميتة أيضا. لقي ما لا يقل عن 25 شخصًا حتفهم على شواطئ كاليفورنيا بسبب الانهيارات الأرضية الساحلية، ولا يزال الكثيرون في مقاطعة نورث في سان دييغو يعانون من انهيار منحدر عام 2019 الذي أودى بحياة ثلاث نساء في إنسينيتاس. وفي نفس العام، أدى انهيار مماثل في سان فرانسيسكو إلى مقتل امرأة كانت تمشي مع كلبها في فورت فانستون.

لقد طاردت هذه الانهيارات عضوة مجلس الولاية تاشا بورنر (ديمقراطية إنسينيتاس)، التي طرحت لأول مرة فكرة نظام الإنذار المبكر.

لقد تخيلت شيئًا من الخيال العلمي أكثر من العلم (قالت: “في رأيي كان قضيبًا به ضوء وصوت”، ولكن عندما تواصلت مع سكريبس حول ما قد يكون ممكنًا، أخذ العلماء سؤالها على محمل الجد. لن يكون الأمر سهلاً، لكنهم وافقوا على المحاولة.

وأوضحوا أن دراسة المنحدرات الساحلية تمثل تحديًا خاصًا. ارتفاع الجرف، وحركة الأمواج، ونوع الصخور، وانحدار الشاطئ يمكن أن تؤثر جميعها في استقرار الجرف. إن كيفية تسرب هطول الأمطار إلى الشقوق يمكن أن تؤدي أيضًا إلى زيادة الضغط وتؤدي إلى الانهيارات.

إن الرغبة البشرية في البناء على الخط الساحلي مباشرة – سواء كان ذلك على الطريق السريع الساحلي أو منزل على قمة منحدر – تؤثر أيضًا على التآكل عن طريق تغيير تصريف المياه وإضافة وزن إلى الهاوية.

ومن غير المفيد أيضًا أنه عند الحديث عن المنحدرات، يميل العلماء إلى التحدث بالمتوسطات. إذا امتدت على مدى فترة طويلة من الزمن، فإن متوسط ​​معدل التآكل – على سبيل المثال، بضع بوصات أو قدم في السنة – قد لا يبدو كبيرا.

لكن المنحدرات تميل إلى الانهيار ببطء مع مرور الوقت، ويتخللها انهيار مفاجئ. إن الجرف الذي يبلغ متوسطه قدمًا واحدة سنويًا قد لا يحدث في الواقع أي شيء دراماتيكي لمدة 20 عامًا، وبعد ذلك سينهار الانهيار الذي يبلغ ارتفاعه 20 قدمًا فجأة دفعة واحدة.

استمع بورنر إلى احتياجات البحث وحشد المجلس التشريعي للولاية. من خلال مشروع قانون الجمعية رقم 66، حصلت على تمويل بقيمة 2.5 مليون دولار لشركة سكريبس لبدء دراسة تجريبية.

تعاون يونغ، الذي يعتبر أحد أبرز الخبراء في العالم في مجال انهيارات المنحدرات الساحلية، مع مارك زومبيرج، عالم الجيوفيزياء في سكريبس الذي أمضى عقودًا في تطوير أجهزة استشعار متقدمة يمكنها أخذ قياسات دقيقة للزلازل.

لقد اختاروا ثلاث مناطق ساخنة معروفة للدراسة: شاطئ ولاية سان إليجو، وهو شاطئ شعبي يضم منطقة تخييم على قمة منحدر؛ شاطئ بيكون، وهو شاطئ محبوب في إنسينيتاس مع مسار وصول عام على انهيار أرضي متحرك بشكل متقطع؛ وممر سكك حديدية مهم في ديل مار يمتد على طول المنحدرات غير المستقرة. وفي كل موقع دراسة، قاموا بتركيب مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار لمعرفة ما الذي نجح.

وتضمنت تكنولوجيا الاستشعار أجهزة قياس الزلازل وأجهزة استشعار ضغط الأمواج وجهاز استشعار خاص يسمى مقياس الميل، والذي يستخدم غالبا لقياس حركة صدوع الزلازل ويمكنه اكتشاف مدى ميل الأرض نحو المحيط بدقة تصل إلى 1/8 عرض شعرة الإنسان. كما قاموا أيضًا بتركيب أجهزة استشعار متقدمة يمكنها اكتشاف الحركة حتى جزء من المليار من المتر باستخدام كابلات الألياف الضوئية التي يمكنها تمديدها أو ضغطها في حالة حدوث أي تشوه بالأرض.

وقام فريقهم أيضًا بتركيب أجهزة قياس المطر، وكانوا يذهبون إلى الميدان كل أسبوع باستخدام تقنية التصوير بالليزر المتقدمة، المعروفة باسم ليدار، لقياس وتتبع المنحدرات قبل وبعد الانهيار.

وسرعان ما ظهرت الأنماط. في الساعات، وأحيانًا الأيام، التي تسبق الانهيار، يمكن لأجهزة الاستشعار أن تكتشف بوضوح الزيادة السريعة في حركة إمالة الأرض.

جاءت أبرز توقعاتهم في 21 أبريل 2024، في ديل مار. خلال زيارة صيانة في وقت سابق من ذلك الشهر، لاحظ الباحثون صدعًا جديدًا صغيرًا في قمة الجرف يبلغ عرضه حوالي 0.1 بوصة. وعلى مدار الأسابيع القليلة التالية، لاحظت أجهزة الاستشعار الخاصة بهم أن الشق كان يتسع بحوالي 0.015 بوصة يوميًا، وهو معدل غير مرئي للعين المجردة.

ثم هطل المطر في 7 أبريل، ومرة ​​أخرى في 14 أبريل. وبحلول 19 أبريل، كانت قياسات مستشعر الميل تتسارع بمعدل جعل العلماء يحددون أن الانهيار كان وشيكًا. وأخطروا مديري السواحل، وبعد يومين، في حوالي الساعة الخامسة صباحًا، سقط أكثر من 200 طن من الجرف على الشاطئ. ولحسن الحظ، كان الوقت مبكرًا بما فيه الكفاية في الصباح ولم يصب أحد بأذى.

في 21 أبريل 2024، انقلب حوالي 200 طن من مادة الجرف على الشاطئ في ديل مار. وكان مقياس الميل الذي يرسل البيانات في الوقت الفعلي قد نبه باحثي سكريبس قبل يومين إلى احتمال حدوث انهيار أرضي.

(آدم يونغ / مجموعة العمليات الساحلية في معهد سكريبس لعلوم المحيطات)

قال بورنر، الذي يأمل أن يضع هذا الدليل على المفهوم الأساس لنظام تنبيه مستقبلي على مستوى الولاية: “إن نتائج AB 66 وهذه المرحلة الأولى تتجاوز مخيلتي الجامحة”. “أنا ممتن للغاية لأن آدم يونج وفريقه اغتنموا الفرصة لهذه الفكرة.. لو قالوا لا، لما وجد أي من العلوم.”

والخطوة الرئيسية التالية هي التأكد من أن الناس يعرفون ما يجب فعله بهذه المعلومات – وتطوير البروتوكولات مع رجال الإنقاذ، ومديري الطوارئ، ووكالات النقل وغيرهم من المسؤولين الذين يقررون متى يتم إغلاق الشاطئ أو الطريق.

وقد تم بالفعل إطلاع العشرات من المشرعين والموظفين وموظفي الوكالات على أحدث الأبحاث، وقالت بورنر إنها تقوم بتشكيل مجموعة عمل. وتخطط للحصول على مزيد من التمويل الحكومي لتوسيع البحث واستكشاف طرق لإنشاء نظام للاستجابة للطوارئ. كما أنها تتصور أيضًا العمل مع تطبيقات الطقس حتى يتمكن رواد الشاطئ في نهاية المطاف من تلقي تحذير من انهيار الخدعة الجغرافية، بنفس الطريقة التي قد يتم بها إصدار تحذير من ارتفاع الأمواج.

وقال باتريك بارنارد، الذي أمضى سنوات في قيادة أبحاث تآكل السواحل لصالح هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، إن أحدث بيانات سكريبس واعدة والسؤال الكبير التالي هو قابلية التوسع. وتلوح المنحدرات المتداعية في الأفق على مسافة أكثر من 530 ميلاً من ساحل كاليفورنيا، وستكون تكلفة إنشاء شبكة استشعار على مستوى الولاية كبيرة.

لكن بارنارد، الذي ترك هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية العام الماضي ويعمل الآن مديرًا للأبحاث في مركز مرونة المناخ الساحلي التابع لجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، أشار إلى أن مشروع سكريبس التجريبي هو مثال ملهم لعمل العلم والحكومة معًا لحل مشكلة يمكن أن تنقذ الأرواح.

وقال بارنارد: “إنه لأمر رائع أن تستثمر الدولة في هذه القضية، وأن تستثمر في واحد من أفضل خبراء الجرف الساحلي لدينا”. “إنه لمن المريح أن نسمع أن هذه الأمور تمضي قدماً، وأن العلم هنا يلعب دوراً في صنع السياسات. … وهذا ليس هو الحال في كل مكان، ولكن هذه هي الطريقة التي ينبغي أن تكون عليها تلك العلاقة في عالم مثالي”.