رویداد ۲۴| منیره چگینی: مهدی زارع زمین شناس و استاد تمام زلزله شناسی که سالهاست درباره منشاء زمین لرزه‌های رخ داده پژوهش می‌کند در گفت‌و‌گو با رویداد ۲۴ با اعلام این هشدار که تخلیه آبخوان‌ها با وقوع زلزله‌های اخیر ارتباط تنگاتگی دارد گفت: در منطقه ماهدشت کرج، سفره‌های آب زیرزمینی عمدتاً در رسوبات آبرفتی تشکیل شده توسط رودخانه کرج و شاخه‌های آن قرار دارند. این رسوبات شامل لایه‌های نفوذپذیر دانه‌ای – شن و ماسه – محل ذخیره آب‌های زیرزمینی هستند. حفر بی‌رویه چاه‌های عمیق برای مصارف کشاورزی، صنعتی و خانگی منجر به افت شدید سطح آب‌های زیرزمینی شده است. 

افت۵۰ متری سطح آب در ماهدشت طی ۴۰ سال

زارع در ادامه افزود: در بررسی روند افت سطح آب‌های زیرزمینی در ماهدشت کرج در ده ساله اول دهه شصت با رشد کشاورزی و حفر چاه‌های عمیق که در سال‌های پس از انقلاب و جنگ ایران و عراق، تداوم یافت زمین‌های کشاورزی گسترده شد و سطح آب زیرزمینی در برخی مناطق ماهدشت سالانه حدود ۰.۵–۱ متر کاهش یافت. در دوره ۱۳۷۰–۱۳۸۰ بهره برداری از آب زیرزمینی با توسعه شهری و صنعتی شدت گرفت. علاوه بر اینکه، رشد جمعیت کرج و ماهدشت فشار بر منابع آب را افزایش داد.

او با اشاره به رشدحفر چاه‌های غیر مجاز کشاورزی اظهار داشت: تعداد چاه‌های مجاز و غیرمجاز به شکل قابل توجهی در این دوره افزایش یافت. افت سالانه ۱–۱.۵ متری سطح آب در این دهه بر اساس گزارش‌های شرکت مدیریت منابع آب ایران با برداشت بی رویه برای آبیاری سنتی و مصارف شهری تشدید شد. در دوره دوره ۱۳۸۰–۱۳۹۰ با وقوع خشکسالی بحران جدی‌تر شد. بر اثر خشکسالی‌های ممتد و کاهش بارش‌ها در حوضه آبریز کرج تغذیه آبخوان‌ها مختل شد. برآورد می‌شود در این دهه افت سالانه ۲–۳ متری آب زیرزمینی رخ داد. در ماهدشت، سطح آب زیرزمینی به طور متوسط سالانه بیش از ۲ متر کاهش یافت. 

فرونشست زمین در ماهدشت به میزان سالانه ۱۰–۱۵ سانتیمتر

این استاد زمین شناسی می‌گوید:از همین بازه زمانی گزارش‌های فرونشست زمین به میزان سالانه ۱۰–۱۵ سانتیمتر در دشت‌های کرج (از جمله ماهدشت) ثبت و در عرصه عمومی مطرح شد. در دوره ۱۳۹۰–۱۴۰۰ بحران آب زیرزمینی با تشدید برداشت‌های مجاز و غیرمجاز شدت گرفت. بر اساس آمار وزارت نیرو، بیش از ۳۰٪ چاه‌های ماهدشت غیرمجاز بودند و برداشت آب به ۲۰۰٪ ظرفیت تجدیدپذیر آبخوان رسید.

در این دوره کاهش سالانه ۳–۴ متری سطح آب رخ داد و برخی چاه‌های عمیق در ماهدشت به عمق بیش از ۳۰۰ متر رسیدند، در حالی که در دهه ۱۳۶۰ عمق متوسط چاه‌ها کمتر از ۱۰۰ متر بود.
زارع علاوه بر این با تاکید بر تخلیه کامل بخش‌هایی از این آبخوان بر اساس مطالعات دانشگاه خوارزمی در برخی مناطق افزود: این برداشت‌های بی رویه موجب شد تا آبخوان‌ها به حالت «مرده» (فاقد قابلیت بازیابی) در آیند. در سال‌های اخیر و دوره ۱۴۰۰–۱۴۰۴ روند نزولی سطح سفره آب زیرزمینی ادامه یافت. در این مدت افت سالانه آبخوان در ماهدشت همچنان ۲–۳ متر برآورد می‌شود. 
او همچنین گفت: انتظار میرود تراز آب زیرزمینی در ماهدشت نسبت به سال ۱۳۶۰، بیش از ۵۰ متر کاهش یافته باشد. اگر روند برداشت کنونی ادامه یابد، بخش‌های وسیعی از آبخوان ماهدشت در بازه زمانی کوتاهی غیرقابل استفاده خواهد شد. 

فرونشست، شوری آب و مهاجرت

این پژوهشگر ادامه داد: برآورد می‌شود که ۹۰٪ آب استخراج شده در ماهدشت به بخش کشاورزی (به ویژه محصولات آب‌بر مانند هندوانه و صیفی‌جات) اختصاص یافته باشد. بیش از ۵۰۰ چاه غیرمجاز در دهه ۱۳۹۰ در ماهدشت شناسایی شد که تنها بخش کوچکی از آنها مسدود شدند. 
زارع کم بارشی را یکی از دلایل خشک شدن آبخوان‌ها دانست و افزود: کاهش ۲۰٪ بارش در حوضه آبریز کرج نسبت به میانگین بلندمدت و نبود هماهنگی بین وزارت نیرو، جهاد کشاورزی و سازمان محیط زیست موجب تداوم روند استخراج آب زیرزمینی و تشدید پیامد‌های فرونشست زمین شده است. افزایش شوری آب چاه‌ها به بیش از ۴۰۰۰ میکروموس در برخی مناطق و خشکیدن قنات‌ها و چاه‌ها موجب مهاجرت کشاورزان به حاشیه کرج از پیامد‌های دیگر از بین رفتن آبخوان ماهدشت است.

خطر لرزه‌زایی ناشی از تخلیه آبخوان

او افزود: از سوی دیگر بر اساس برخی پژوهش‌ها استخراج آب‌های زیرزمینی با تشدید تنش‌های زمین‌ساختی همراه می‌شود به طور بالقوه وقوع زلزله‌های کوچک و متوسط را در گسل‌های با تنش بحرانی افزایش می‌دهد. البته رویداد‌های ناشی از آن هنوز فراوان نیستند. حذف حجم زیادی از آب، فشار منفذی در سفره‌های آب را کاهش می‌دهد. این امر باعث افزایش تنش مؤثر (تنش کل منهای فشار منفذی) می‌شود که می‌تواند گسل‌های مجاور را بی‌ثبات کند. در حالی که افزایش تنش مؤثر معمولاً گسل‌ها را تقویت می‌کند، فرونشست موضعی یا تنش کششی افقی ناشی از تراکم سفره آب ممکن است تنش نرمال روی گسل‌ها را کاهش دهد و لغزش را تسهیل کند.

زارع تاکید کرد:حذف توده آب (تخلیه آبخوان) می‌تواند باعث بازگشت پوسته شود و توزیع تنش را تغییر دهد. این مشابه بازگشت پس از یخبندان است، جایی که تغییرات تنش باعث لرزه‌خیزی می‌شود. فرونشست زمین ناشی از تراکم سفره‌های آب زیرزمینی، تنش‌های کششی افقی ایجاد می‌کند و به طور بالقوه گسل‌هایی را که به سمت این تنش‌ها متمایل هستند، دوباره فعال می‌کند.

زارع با اشاره به دلایل استخراج آب گفت: میزان استخراج آب مورد نیاز برای ایجاد زلزله به عوامل متعددی از جمله زمین‌شناسی محلی، وضعیت تنش زمین ساختی، خواص سفره آب زیرزمینی و نزدیکی به گسل‌های فعال بستگی دارد. هیچ آستانه جهانی وجود ندارد، اما مطالعات نشان می‌دهد که حتی حجم‌های متوسط (میلیون‌ها تا میلیارد‌ها متر مکعب) می‌توانند گسل‌های با تنش بحرانی را در شرایط خاص بی‌ثبات کنند.

نتایج مطالعات در کشور‌های دیگر

او به مطالعاتی در دهلی نو و پکن نیز اشاره می‌کند که در آنها بین پمپاژ آب‌های زیرزمینی و افزایش فعالیت لرزه‌ای همبستگی دیده شده است و می‌گوید: پمپاژ آب‌های زیرزمینی در دهلی نو و پکن نیز با افزایش فعالیت‌های لرزه‌ای و احتمال وقوع زلزله مرتبط دانسته شده است. دلیل این امر آن است که برداشت آب، فشار روی سنگ‌های زیرین را کاهش می‌دهد که می‌تواند منجر به بی‌ثباتی و ایجاد زلزله، به ویژه در مناطقی با گسل‌های از پیش موجود، شود.

زارع افزود: در دهلی نو مطالعات نشان می‌دهد که بین پمپاژ آب‌های زیرزمینی برای آبیاری و فعالیت‌های شهری و نوسانات فعالیت لرزه‌ای در منطقه دهلی همبستگی وجود دارد. به طور خاص، یک مطالعه در سال ۲۰۲۱ نشان داد که میزان لرزه‌خیزی کم شدت، اما متوسط دهلی، هم در کوتاه‌مدت در مقیاس فصلی سالانه و هم در بلندمدت در مقیاس دهه‌ای، تغییرات قابل توجهی را نشان می‌دهد که با پمپاژ آب‌های زیرزمینی انسانی مرتبط دانسته شده است.

همچنین در پکن پروژه انحراف آب از جنوب به شمال، که هدف آن احیای آب‌های زیرزمینی در پکن است، می‌تواند منجر به بالا آمدن سطح آب‌های زیرزمینی شود. وقتی آب‌های زیرزمینی پمپاژ می‌شوند، فشار در سازند‌های سنگی اطراف، از جمله گسل‌ها، کاهش می‌یابد. این کاهش فشار می‌تواند باعث انقباض سنگ‌ها شود که به طور بالقوه باعث لغزش در امتداد گسل‌های موجود و منجر به زلزله می‌شود.
 
او در ادامه با این توضیح می‌افزاید: زلزله ۴.۳ در دهلی در ۱۷ فوریه ۲۰۲۵ دهلی نو را لرزاند که در ژرفای کم ۵ کیلومتری قرار داشت. پمپاژ سریع (طی دهه‌ها) باعث تغییرات تنش سریع‌تری نسبت به تخلیه طبیعی و آهسته آب‌های زیرزمینی می‌شود. سفره‌های آب زیرزمینی عمیق نسبت به سفره‌های آب زیرزمینی کم‌ژرفای، مستقیماً با لایه‌های زیرزمینی و گسل‌ها ارتباط مستقیم تری دارند. در مناطق با تنش پس‌زمینه بالا در نزدیک مرز‌های ورقه‌های زمینساختی نسبت به آشفتگی‌های کوچک حساس‌تر هستند.

در پهنه کانونی زلزله لورکا، اسپانیا در ۱۱ مه ۲۰۱۱ با بزرگای ۵.۱، نیز حدود ۲۵۰ میلیون متر مکعب در طول ۵۰ سال از یک سفره آب زیرزمینی برداشت شده بود. حدود ۱.۵ متر فرونشست ناشی از آب‌های زیرزمینی، تنش‌های روی گسل را تغییر داد. فرونشست، تنش برشی روی گسل را حدود ۰.۲ مگاپاسکال (۲ بار) افزایش داد، که برای جلو انداختن زمان وقوع زلزله‌ای ناشی از نیرو‌های زمین ساختی کافی بود.
در دره مرکزی، کالیفرنیا حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ کیلومتر مکعب آب زیرزمینی از دهه ۱۹۲۰ استخراج شده و باعث فرونشست تا ۸ متر شده است. تغییرات تنش موضعی بر لرزه‌خیزی کوچک اثر گذاشته است. 
در حوضه سیچوان، چین تزریق فاضلاب گاز شیل (مشابه استخراج آب‌های زیرزمینی در اثرات تنش) در حدود ۳۲۰ میلیون متر مکعب در سال به چاه‌های عمیق، فشار منفذی را افزایش داده و باعث زلزله‌های با بزرگای بیش از ۵ شده است. این موضوع حساسیت گسل‌ها به تغییرات تنش مرتبط با سیال را برجسته می‌کند.

تغییرات کوچک تنش (حتی کمتر از ۰.۱ مگاپاسکال / ۱ بار) در صورت وجود تنش بحرانی گسل می‌تواند باعث زلزله شود. فعالیت‌های انسانی (مانند فرکینگ، سدها) باعث ایجاد زلزله‌هایی با تغییرات فشار منفذی به کوچکی ۰.۰۱ تا ۰.۱ مگاپاسکال / ۰.۱ تا ۱ بار شده‌اند. استخراج آب‌های زیرزمینی می‌تواند از طریق فرونشست تغییرات تنش قابل مقایسه‌ای حدود ۰.۱ تا ۰.۳ مگاپاسکال در لورکا اسپانیا شد. گسلی که در مرحله ۹۹٪ تنش شکست خود قرار دارد، ممکن است با حداقل آشفتگی دچار لغزش شود.

تغییرات تنش ناشی از فرونشست در منطقه غربی تهران بسیار مهم است. حذف ۱ کیلومتر مکعب آب (جرم حدود ۱ میلیارد تن) می‌تواند پوسته را تخلیه کند و تنش‌ها را در حدود ۰.۰۱ تا ۰.۱ مگاپاسکال در یک منطقه وسیع تغییر دهد. برآورد می‌شود که در دشت غربی تهران و ماهدشت حدود ۳۰ میلیارد متر مکعب در حدود ۴۴ سال برداشت شده است و این موضوع به تغییرات تنش تدریجی حدود ۰.۱ تا ۱ مگاپاسکال (۱ تا ۱۰ بار) به صورت تدریجی در پهنه پیرامونی گسل ماهدشت جنوب کرج شده است. تنش زمین ساختی در مناطق فعال حدود ۰.۱ تا ۱ مگاپاسکال تقریبا در هر سده رخ می‌دهد و در هنگام زمین لرزه‌ها این تغییر تنش به صورت ناگهانی رخ می‌دهد. تخمین زده شد که تغییر تنش بعد از زمین لرزه ۲۹ آذر ۱۳۹۶ ماهدشت حدود ۵ تا ۶ بار بوده است.