مقدمة: أثر الإشعاع البركاني في الغلاف الجوي

إنّها تُظهر أكثر الأحداث الطبيعية دينامية في العالم، والتي يمكن أن تُعيد تشكيل المناظر الطبيعية في دقائق، وتُحقن كميات كبيرة من المواد في الغلاف الجوي، بينما تُقدّم المخاطر المباشرة لتدفقات الحمّام، وسحب البرك، وهشاشة الهواء، وتُدرّس النتائج الجوية الطويلة الأجل بنفس القدر من العمق والبعيد المدى،

أنواع الانبعاثات البركانية ودورها في الغلاف الجوي

[Fcanic emissions are not uniform; the specific mix of gases and particles depends on the magma composition, eruption fashion, and the volcano geological setting. The most abundant volcanic gases include water vapor] (H2O),

Vapor and Carbon Dioxide

(أ) إن أكثر الانبعاثات البركانية وفرة من الكتلة، وإن كان ذلك يسهم في تكوين الغيوم المحلي ويمكن أن يؤثر على أنماط التهطال بالقرب من موقع الانفجار، فإن تأثيره الجوي العالمي على الغلاف الجوي قصير الأجل لأن الغلاف الجوي المشبع بالفلور يتحول بسرعة إلى انبعاثات كبيرة.

Sulfur Dioxide and Aerosols

ثاني أكسيد الكبريت هو أهم غاز بركاني في التأثيرات المناخية القصيرة الأجل، عندما تصل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، يُفترض أن يكون قطره نصف قطري من حمض الكبريت، وهذه الأفران ذات درجة عالية من التحلل،

هالجين: كلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين

(ب) تحتوي الأعمدة البركانية أيضاً ) هيدروجين كلوريد و فلوريد الهيدروجين ، ويمكن أن تشارك مركبات الكلور، في حالة حدوث تلف شديد في طبقة الأوزون، في ردود فعل مماثلة لتلك التي تسببها انبعاثات الكلوروفلوروكربونات البشرية.

Short-Term Atmospheric and Climate Effects

إن أكثر التغييرات المباشرة والملاحظة في الغلاف الجوي عقب حدوث انفجار كبير تحدث في غضون أسابيع إلى سنوات قليلة، كما أن حجاب الهباء الجوي الكبريتي الذي أحدثته حقن الغلاف الجوي العالي التراتوسفيري (S-So2) يقلل من كمية ضوء الشمس الذي يصل إلى السطح، مما يتسبب في انخفاض درجة الحرارة يمكن قياسه، وهذا التأثير في التبريد هو الأكثر وضوحا في المدارات ويمكن أن يغير أنماط التداول في الغلاف الجوي العالمي، بما في ذلك قوة الرياح.

On the ground, the immediate effects include deterioration of air quality. Fine volcanic ash (particles less than 10 micrometers in diameter) can become airborne and remain suspended for days, posing serious respiratory health risks. The gases SO2 and H2S contribute to the formation

Long-Term Implications for Atmospheric Composition and Climate

بينما تنتج الإنفجارات الفردية عادةً فقط اضطرابات مناخية مؤقتة، ثورات كبيرة متعددة في تعاقب وثيق أو ثورات مستمرة فعالة يمكن أن تكون لها عواقب طويلة الأجل، على سبيل المثال، سلسلة من الإنفجارات الرئيسية في القرن التاسع عشر، بما في ذلك تامبورا (1815)، وكراكاتوا (1883)، وعدة أخرى - مساهم بها في فترة حرارة عالمية أكثر برودة.

وقد تكون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البركاني، وإن كانت طفيفة بالمقارنة بحرق الوقود الأحفوري (حوالي 200 مليون طن سنوياً من البركانات مقابل أكثر من 35 مليار طن من الأنشطة البشرية)، كبيرة على مر الزمن الجيولوجي، حيث تثور كميات كبيرة من الحمى على مدى ملايين السنين، وترتبط بالإنقراضات الجماعية السابقة والتحولات المناخية الطويلة الأجل(2).

أهم حالات الإرتفاع التاريخي وآثارهما في الغلاف الجوي

جبل تامبورا (1815)، إندونيسيا

The April 1815 eruption of Mount Tambora is the largest documented in the past 10,000 years, with a Volcanic Explosivity Index (VEI) of 7. It injected enormous quantities of sulfur dioxide and ash into the stratosphere, producing a global volcanic winter. In 1816, temperatures in the Northern Hemisphere dropped by 0.4–0.7 °Ceara up crop, fam

كراكاتوا (1883)، إندونيسيا

وقد أدى الانفجار الحاد لكاراتوا في آب/أغسطس 1883 إلى ارتفاع الصوت في التاريخ المسجل وأرسل الرماد وثاني أكسيد الكربون إلى ارتفاع يزيد على 40 كيلومتراً، حيث انخفضت درجات الحرارة العالمية بنحو 1.2 درجة مئوية (2.2 درجة مئوية) في السنة التي تلت الانفجار، وقد أدى هذا الاندثار إلى ظهور شروق مذهلة وطويلة وخفّض ضوء الشمس بما يكفي للتأثير على قياسات المناخ الشمسية في جميع أنحاء العالم.

جبل سانت هيلينز (1980)، الولايات المتحدة الأمريكية

وفي حين أن ثورة جبل سانت هيلانز في ولاية واشنطن لم تكن كبيرة من حيث إنتاج الكبريت، فقد أطلق نحو 1.2 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، إلى جانب السباكات الكبيرة من الرماد، وكانت الآثار الجوية أكثر محلية وقصرا بالمقارنة مع بيناتوبو، ولكن ثورة البركان الحديثة المحفزة ورصد المخاطر، وعطلت حركة الرماد الشمالية الجوية وأودعت غرامة في جميع أنحاء الولايات المتحدة.

جبل بيناتوبو (1991)، الفلبين

وكان انفجار جبل بيناتوبو في حزيران/يونيه ١٩٩١ حدثا محوريا لعلوم المناخ الحديثة، حيث قذف ٢٠ مليون طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وشك َّل طبقة من الكبريت استمرت لمدة ثلاث سنوات، وساعدت درجات الحرارة السطحية العالمية على تناقص درجتين خامسيتين )٠,٩ درجة مئوية(، وانخفضت مستويات الأوزون الستراتوسفيري بنسبة ٥-٨ في المائة في السنوات اللاحقة.

إيجافجاليجولوكل (2010)، أيسلندا

وعلى الرغم من أن انبعاثات الكبريت متواضعة نسبيا مقارنة ببناتوبو، فإن ثورة إيجافاجول في أيسلندا في عام 2010 قد أبرزت القوة المعطلة للرماد البركاني على الطيران الحديث، وقد تسببت الجسيمات الغرامية في أكبر إغلاق لحركة المرور الجوي في أوروبا منذ الحرب العالمية الثانية. كما أن الانفجار أطلق أيضا كميات كبيرة من الفلوريد، مما أثر على الرعي في الاختلاط المفاجئ.

أساليب الرصد والبحث العلميين

(أ) يتطلب فهم الآثار البركانية على التكوين الجوي نهجاً متكاملاً يجمع بين الرصد الأرضي والاستشعار عن بعد بواسطة السواتل والنماذج الجوية (Sup) (S-FLT) (S.S.Gological Survey Volcano Hazards Program) تشغيل مطياف الغاز (COSPEC, FLYSPEC) لقياس التدفق الرئوي في البركان النشط

اليوم، يستخدم العلماء نماذج المناخ العالمية لتحفيز الآثار الجوية للثورات الافتراضية، وتصورات الاختبار لكل من التبريد المناخي واستنفاد الأوزون، وقد يشير انفجار هينغا - هونغا هاوا - هاساي في جنوب المحيط الهادئ، الذي حرق كمية غير مسبوقة من الماء (أكثر من 100 مليون طن متري) إلى حدوث تغير في المعمل الطبيعي الذي بدأ يظهر فيه التنويه.

الآثار التعليمية ونُهج التدريس

وتشكل الانفجارات البركانية أمثلة حقيقية على تدريس علوم الغلاف الجوي وتغير المناخ ونظام الأرض، لأن الانفجارات تنتج التبريد القصير الأجل (عن طريق الهباء الجوي الكبريتي) والاحترار الطويل الأجل (عن طريق ثاني أكسيد الكربون)، فهي تقدم توضيحاً مدروساً للاختلاف بين العوامل المسببة لتغير المناخ، ويمكن للمربين استخدام نماذج تغير المناخ لعام 1991 لتفسير كيفية حدوث تغيرات في المناخ.

مظاهر اليدين المحاكاة والتحكيم

حركات تحاورية مثل نشاط بركان (ناسا) للأطفال المناخيين ((ناسا)) ((البوركان)))) ((الذى يسمح للطلاب بالتلاعب بحجم الانفجار ورؤية التأثير على درجة الحرارة العالمية (الجرعات البسيطة باستخدام الجليد الجاف والماء يمكن أن تُطلق الغازات النموذجية، بينما يُبني سباكاً صغيراً مُربّياً مع صودا و(فينغار) يساعد على توضيح دور ضغط الغاز الحقيقي)

دراسة حالة - التعلم الأساسي

إن تكليف مشاريع بحثية متعمقة بشأن الانفجارات التاريخية (تامبورا وكراكاتوا وبينتوبو) يشجع الطلاب على دراسة الأوراق العلمية الأولية، وحسابات الصحف في الوقت، وسجلات المناخ الطويلة الأجل، ويمكنهم مقارنة الآثار الجوية المترتبة على الانفجارات الفادحة (مثل تدفقات الكيلاي في الغلاف الجوي البعيد) مقابل التكاثر في الغلاف الجوي، والتعلم عن ميزانيات الغازات البركانية.

الروابط المتعددة التخصصات

دراسة الآثار الجوية البركانية للجسور المتعددة التخصصات: الفيزياء (الضوء المبعثر)، والكيمياء (رد فعل الأكسدة الغازية)، والبيولوجيا (الآثار على التخييط الضوئي من ضوء الشمس المخفض)، والدراسات الاجتماعية (التكيف البشري مع الهوامات المناخية الناشئة عن الانفجار)، يمكن للمعلمين أن يدمجوا البيانات من [البرنامج العالمي: صفر]

خبراء البحوث الحاليون

وما زالت البحوث الجارية تصقل فهمنا للآثار الجوية البركانية وتشمل المسائل الرئيسية ما يلي:

  • كيف يؤثر ارتفاع الانبعاثات البركانية في ارتفاع الحقن على التفريق العالمي للهيروسولات والغازات؟ إن ثورة هونغا تونغا في عام 2022 حقنت مواد في الغلاف الجوي، وهي أعلى بكثير من الاندلاعات المعتادة، تحد من نماذج التشت القائمة.
  • ما هي الأدوار التي تؤديها الهلوجينات البركانية في كيمياء الأوزون الستراتوسفيري في ظل مناخ متغير؟ ونظراً إلى أن بردات الستراتوسفير نتيجة للزيادات في غازات الدفيئة، فإن استعادة الأوزون قد تتأثر بشكل مختلف بالحقن البركانية في المستقبل.
  • هل يمكن أن تؤدي الانبعاثات البركانية الكبيرة والمستمرة (مثل تلك التي تنتجها البراكين في القطب الشمالي أو جنوب شرق آسيا) إلى تعويض الاحترار البشري على النطاقات الإقليمية؟ وفي حين أن تأثير التبريد العالمي مؤقت ومحلي، فإن الآثار المحتملة على الهندسة الجيولوجية قد نوقشت.
  • كيف تتفاعل جسيمات الرماد فوق الفينة (الثانية ونصف الميكرون) مع التكوين الغيومي والتهيؤ؟ وتشير الدراسات الأخيرة إلى أن الرماد البركاني يمكن أن يكون نواة جليدية فعالة، تؤثر على الفيزياء السحابية وأنماط سقوط الأمطار.

وسيعزز التعاون الدولي، مثل المنظمة العالمية للمرصدات البركانية (WOVO) ] و]IAVCEI لجنة الأخطار البركانية ] تبادل البيانات في الوقت الحقيقي والاستجابة المنسقة للثورات الكبيرة، وستكفل هذه الجهود الاستعداد عند حدوث الاختراق الرئيسي المقبل.

خاتمة

إن ثورات البركان هي عوامل قوية للتغيير الجوي، والغازات بالحقن والجسيمات التي يمكن أن تبرد الكوكب، وتستنفد الأوزون، وتؤثر على نوعية الهواء لسنوات بعد ذلك، فمن دون سمر يتبع تامبورا إلى خنفساء بينتوبو في الغلاف الجوي، فإن الانفجارات التاريخية قد قدمت بيانات حاسمة لفهم المناخ بالنسبة للتاريخ.