מחקר חדש מציג הסתכלות חדשה על התופעה ההרסנית של "התנזלות הקרקע". במקרים רבים קרקעות מתנזלות בזמן רעידות אדמה ומאבדות את היכולות שלהן לתמוך במבנים. חלק ניכר מהנזק הנגרם למבנים ולאבדות בנפש, עקב רעידות אדמה, קורה כתוצאה מתהליך זה. המחקר מציע הסבר לתופעות של "התנזלות קרקע" שתועדו אך לא הוסברו קודם לכן, ברעידות אדמה בעלות עוצמה נמוכה או במקומות רחוקים ממוקדי רעש בעוצמה גבוהה.

מחקר חדש בהובלת ד"ר שחר בן זאב מהפקולטה למתמטיקה ומדעי הטבע ומהמכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית, מאתגר את התפיסות שהיו קיימות עד כה בקהילה המדעית לגביי הגורמים והתנאים בהם תופעת "התנזלות קרקע" מתרחשת ובפרט, בנוגע לשאלה כיצד ניתן להסביר ולהבין התנזלות קרקעות שמתרחשת הרחק ממוקד רעידת האדמה, במקום בו תנודות הקרקע קטנות יחסית. לתוצאות המחקר, אשר התפרסם במגזין היוקרתי Nature Communications, השפעות פוטנציאליות על האופן בו מתוכננים ומבוצעים פרויקטי בנייה וכן על מחקר פלאו-סייסמי (מחקר רעידות אדמה היסטוריות) שמסיק מידע אודות העוצמה והמוקד של רעידות אדמה קדומות מתוך זיהוי צורות אופייניות בסלעים וקרקעות.

המבנה היציב של הקרקע בנוי מגרגרים וביניהם מים. בזמן רעידת אדמה מבנה זה מתערער. גרגרי החול מתחילים לזוז אחד ביחס לשני, לחץ המים בחללים שבין הגרגרים עולה ובכך הוא מרחיק עוד יותר את הגרגרים אחד מהשני. במקרים בהם גרגירי החול מאבדים כל מגע ביניהם, הם נותרים מעין "צפים" במים והקרקע היציבה הופכת לעיסה בוצית רוויה במים. תופעה זו מכונה גם "התנזלות קרקע" והיא תופעה מוכרת ברעידות אדמה.

התנזלות היא תופעה הרסנית שכן יסודות בנייניים ותשתיות שנטועים בקרקע אינם נתמכים על ידי הקרקע המונזלת ולכן נוטים לקרוס ולשקוע.

עד למחקרו החדשני של ד"ר בן זאב הנחת היסוד הייתה כי "התנזלות קרקע" יכולה להתרחש רק בקרקע "אפקטיבית לא מנוקזת", קרי שהמים בה לא יכולים להתנקז החוצה בזמן רעידת האדמה. כדי שקרקע תתנזל בצורה זו נדרשת רעידה חזקה וקרבה למוקד הרעידה (צפיפות אנרגיה סייסמית גבוהה). הבנה זו של התהליך הותירה הרבה מקרי התנזלות מתועדים אך לא מוסברים שהתרחשו רחוק ממוקד הרעידה.

במחקרו פורץ הדרך, הדגים ד"ר בן זאב כי הנחות היסוד המדוברות אינן מוחלטות וכי "התנזלות קרקע" יכולה להתקיים גם תחת ניקוז מיטבי, כאשר ישנה זרימה של מים מהקרקע המנוזלת לכיוון פני השטח בזמן רעש האדמה. התנזלות כזו יכולה לקרות גם רחוק ממוקד רעידת האדמה, היכן שעוצמת הרעידה חלשה יחסית. ממצא חשוב זה מסביר מקרי התנזלות מתועדים רבים הרחק ממוקד הרעידה. במסגרת המחקר, החוקרים פיתחו תיאוריה פיזיקלית והדגימו אותה באמצעות סימולציות נומריות וניסויי מעבדה. התנאים בסימולציות ובניסויים נמצאו דומים כאשר הושוו למאגר מידע על מקרי התנזלות אמיתיים.

המחקר החדשני, שופך אור על הדינמיקה המתרחשת בקרקע בזמן "התנזלות" וכן על הפרמטרים המשפיעים על ההתנזלות ומשכה.

ד"ר בן זאב שיתף כי "למחקר יש פוטנציאל לשנות לא רק את הצורה שבה הקהילה המדעית תופסת את תופעת ההתנזלות ואת התנאים הנדרשים להתקיימותה אלא להביא לחשיבה מחודשת של עקרונות תכנון בתחום ההנדסה האזרחית. אני סבור שהתנזלות תלך ותהפוך להיות בעיה גדולה בעתיד בשל התרחבות השימוש ביבשה מלאכותית (reclaimed land), הרגישה במיוחד להתנזלות קרקע במקרה של רעידת אדמה".

כמו כן, המחקר מקנה זוית הסתכלות חדשה על תחום הפלאו-סיסמולוגיה, החוקר רעידות אדמה היסטוריות ופרה היסטוריות שהתרחשו טרם עידן המדידות המודרני. בענף זה, המצאות עדויות להתנזלות קדומה הינם בין הסימנים הנלקחים בחשבון להערכת עוצמת רעידת אדמה קדומה. ממצאיו החדשים של ד"ר בן זאב, מסבירים תופעות מתוארות של התנזלות קרקע גם באירועים של רעש אדמה בעוצמה נמוכה יחסית ולכן, הם בעלי פוטנציאל לשנות את האופן בו פורשו עד היום עדויות גיאולוגיות שונות להתנזלות קרקע. גם לאספקט זה היבטים פרקטיים שכן מחקר פלאו-סייסמולוגי חיוני להערכת זמן החזרה של רעידת אדמה במגניטודה מסוימת, מידע המשמש לתכנון והערכת סיכונים.

פרופ' לירן גורן מהמחלקה למדעי כדור הארץ והסביבה באוניברסיטת בן- גוריון בנגב ציין כי "היכולת להבין את תהליך ההתנזלות בסקאלה הקטנה ביותר של תנועה יחסית בין גרגירים בודדים היא זאת שמאפשרת תחזיות מדויקות יותר בהערכת הסיכונים. התחזיות הללו כוללות למשל את עצמת שקיעת הקרקע בעקבות ההתנזלות ומשך הזמן של ההתנזלות שיכול לנוע בין שניות, דקות ואפילו יותר."

המחקר בוצע כחלק מעבודת הדוקטורט שלד"ר שחר בן זאב מהפקולטה למתמטיקה ולמדעי הטבע מהמכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית, כדוקטורט משותף בין האוניברסיטה העברית לבין אוניברסיטת שטרסבורג, סייעו במחקר המנחים: פרופ' עינת אהרונוב (העברית), פרופ' רנו טוסה (שטרסבורג) ופרופ' לירן גורן (בן גוריון).