التحقيق البركان وتدفقات لافا من الفضاء: نظرة على البركان النشط على نطاق العالم

Understanding Satellite-Based Volcano Monitoring

وقد أحدثت تكنولوجيا السواتل ثورة في طريقة رصد العلماء للبراكين النشطة وتدفقات الحمم في جميع أنحاء العالم، وأصبح الرصد العالمي شبه الحقيقي للنشاط الحراري البركاني ممكنا من خلال أجهزة الاستشعار الحرارية ذات الأعلاف الحمراء على مختلف المنابر الساتلية، مما يتيح تقديرا دقيقا للانبعاثات البركانية، وتوفر هذه القدرة المتقدمة للرصد بيانات قيمة عن النشاط البركاني، وتساعد الباحثين على التنبؤ بالثورات، وتتفهم العمليات الجيولوجية المعقدة، وتحمي

وبالنسبة للغالبية العظمى من البركانيات التي لا ترصدها النظم الأرضية عن كثب، فإن الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل يوفر الوسيلة الوحيدة للحصول بسرعة على البيانات عن الاضطرابات البركانية واحتمال الانفجار، حيث يمكن أن يؤدي نحو 500 1 بركان نشط في جميع أنحاء العالم، أصبحت القدرة على رصد هذه الملامح الجيولوجية من الفضاء أداة أساسية لعلماء البركان ووكالات إدارة الكوارث، وتسمح التكنولوجيا باستمرار المراقبة حتى لأبعد المناطق وأكثرها قدرة على الإنذار المبكر.

وقد أدى التقدم التكنولوجي في الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل الى تحويل تصورنا وفهمنا للعمليات البركانية، ويمكن للنظم الساتلية الحديثة أن تكتشف التغيرات الخفية في أيام النشاط البركاني أو الأسابيع أو حتى قبل أشهر من حدوث انفجار، مما يعطي السلطات وقتا ثمينا لتنفيذ خطط الإجلاء وتدابير السلامة، وقد أثبتت هذه القدرة أنها ذات قيمة خاصة في المناطق التي تكون فيها البنية التحتية للرصد الأرضية محدودة أو غير موجودة.

تقنيات الرصد المتقدمة من الفضاء

تكنولوجيا التصوير الحراري

وتمثل أجهزة الاستشعار الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء أحد أقوى الأدوات لكشف ورصد النشاط البركاني من الفضاء، وهذه أجهزة الاستشعار تيسر تقدير الطاقة الإشعاعية البركانية بصورة موثوقة، وتمثل الحرارة المشععة أثناء النشاط البركاني، ويمكن للعلماء، من خلال قياس الانبعاثات الحرارية من السمات البركانية، تحديد تدفقات الحمم النشطة، ودورات الحمم، وبحيرات الحمم ذات الدقة الملحوظة.

(أ) الرصد المتوسطي للأشعة البيركانية هو نظام آلي لكشف الأورام الحرارية عند درجات الحرارة العالية (الساعة 500 كاف)، استناداً إلى تحليل بيانات " إم دي إس " (المقياس المتوسط للتصنيف العالمي للأشعة السيكولوجية) (المقياس البيرفلورية المحتوي على أربعة كيلومترات، وهو جهاز استشعار مركب على متن ساتلين من سواتل ناسا، يُدعى تيرا و " أكوا " في مدار القطبي مشمس عام 2002).

إن نظام الإنذار الحراري التابع لوزارة الدفاع والأمن والتعاون في مجال العلوم الأرضية، المعروف باسم وزارة الدفاع والعمل الاجتماعي، يتيح للعلماء اكتشاف النشاط البركاني في أي مكان في العالم في غضون ساعات من حدوثه، وبما أن وزارة الدفاع الوطني تحقق التغطية العالمية الكاملة كل 48 ساعة، فإن هذا يعني أن النظام يفحص كل كيلومتر مربع من العالم للنشاط البركاني مرة كل يومين، وقد أثبت هذا النظام الآلي للكشف قيمة كبيرة لتحديد الانفجارات الجديدة في البركانات النائية.

ويتواصل تطور الرصد الحراري بنظم ساتلية أحدث، وقد يكون جهاز الاستشعار الشعاعي المحتوي على أجهزة الاستنشاق بالأشعة تحت الحمراء على متن الساتل سومي - إن بي وNOAA-20 مرشحا ممتازا لتخفيف عبء العمل على منصة " تيريرا " (و " AQUA " )، وقد يوفر الحل التوفيقي المفاجئ بين الموقع المكاني (375 مترا) والحل الزمني نفسه (حتى 4 عمليات اقتناء منهجية لليوم).

Synthetic Aperture Radar and Interferometry

وتوفر تكنولوجيا الرادار ذي الفتحة التركيبية نهجاً تكميلياً للرصد الحراري من خلال الكشف عن التشوهات الأرضية والتغيرات السطحية المرتبطة بالنشاط البركاني، وقد أنشأت ناسا محفوظاً على شبكة الإنترنت لمسح رادار ذي فتحات اصطناعيية مستمد من البركانية الفعّالة والمناطق الزلازلية في جميع أنحاء العالم يمكن استخدامه للتحليل السريع وتحديد ما إذا كانت هذه المناطق تغير أو تشوه.

(الرادار) الاصطناعي المتداخل قد ظهر كتقنية قوية جداً لرصد البركان، و(إن سار) يكتشف تغيرات الحركة الأرضية كصغيرة بمقياس 1 سنتيمتر، وهذه الحساسية الاستثنائية تسمح للعلماء بتحديد التشوهات الأرضية الخفية التي قد تشير إلى حركة المغناطيس تحت سطح بركاني، والتي غالباً ما توفر علامات إنذار مبكر من الانفجارات المحتملة.

وسيتوسع نظام جديد لرصد البركان يستند إلى الرادار، وضعته جامعة ألاسكا فيربانكس ومسح جيولوجي للولايات المتحدة، في جميع أنحاء الولايات المتحدة وخارجها، ويمكن أن يؤدي التوسع، الذي تموله ناسا، إلى الكشف المبكر عن الاضطرابات البركانية، ويمثل نظام فولك سارفي تقدما كبيرا في قدرات الرصد بالبراكين.

ويبسط نظام فولك سارفي التحليل الراداري للسواتل في بيئة حاسوبية سحابية، مما يسمح بتجهيز وتحليل كميات كبيرة من البيانات في غضون حفنة من الأيام، وإلا فإن العملية ستتطلب عدة أسابيع، وهذا الانخفاض المثير في وقت التجهيز يعني أن العلماء يستطيعون الاستجابة بسرعة أكبر لعلامات الاضطرابات البركانية، مما قد يوفر إنذارات سابقة للمجتمعات المعرضة للخطر.

وقد أظهرت التطبيقات الحديثة قيمة هذه التكنولوجيا، واستُخدمت البيانات المستمدة من الساتلين سينتينيل-1، وسينتينيل-2، وشركة COSMO-SkyMed، وسواتل Pléiades، وسواتل PlanetScope لتوثيق النشاط في الوقت الحقيقي، وخلال تسلسل تطفل الدوقية في بركاني فينتال - دوفين في إثيوبيا، حيث تم إجلاء نحو 000 75 شخص استنادا إلى عمليات رصد ساتلية.

دمج أجهزة الاستشعار المتعددة وبث البيانات

ويوفر إدماج البيانات المستمدة من مصادر ساتلية متعددة، وكل منها قرارات مكانية وفضائية مختلفة، تحليلا أكثر شمولا من استخدام مصادر البيانات الفردية وحدها، ويجمع هذا النهج المتعلق بدمج البيانات بين مواطن قوة مختلف النظم الساتلية لتوفير صورة أكمل للنشاط البركاني.

ويشمل الرصد الساتلي للنشاط البركاني عادة أربع ملاحظات أولية: (1) التشوه وتغيير السطح، (2) انبعاثات الغاز، (3) الشذوذ الحراري، (4) السباكة الرمادية، وتصور هذه الظواهر ببيانات الاستشعار عن بعد التي تمتد الطيف الكهرومغناطيسي، من الموجات الدقيقة إلى الطاقة فوق البنفسجية، بما في ذلك الموجات المرئية والخفية، ويوفر كل نوع من المراقبة نظرة فريدة إلى مختلف جوانب البركان.

وعلى الرغم من أن سواتل كوبرنيكوس سينتينيل التابعة للوكالة الفضائية الأوروبية قد أضافت قدرات كبيرة لجهود رصد البركان، فقد استخدمت البيانات المستقاة من السواتل " كوبرنيكوس سينتينيل-2 " لدراسة طائفة واسعة من الظواهر البركانية، ولا سيما تدفقات البركان، وتفجير مواقد الحمم، وآليات قيادة الديناميات الفعّالة، وميزانيات الماما، وكذلك لتتبع التغيرات في إنتاج المواد الاصطناعية.

تحديد البركانات النشطة وعلامات الإنذار المبكر

الإشارات الافتراضية القابلة للكشف من الفضاء

وكثيرا ما يسبق حالات الإشعال عدد من المؤشرات التي يمكن اكتشافها من الفضاء، بما في ذلك التشوه السطحي، والزيادات الخفية في درجة الحرارة السطحية، وانبعاثات الغاز المرتفعة، ويمكن أن تظهر هذه الإشارات السليفة أياما أو أسابيع أو حتى قبل أشهر من حدوث انفجار، مما يوفر وقتا قيّما لتقييم المخاطر والتخطيط للاستجابة في حالات الطوارئ.

ومن بين النهج الابتكاري في مجال الإنذار المبكر رصد التغيرات في الغطاء النباتي بالقرب من البركان، إذ أن سواتل ناسا التي ترصد التغيرات في الغطاء النباتي بالقرب من البركان يمكن أن تساعد في الإنذارات السابقة بالانفجار، وفي تعاون جديد بين ناسا ومؤسسة سميثسونيان، يعتقد العلماء الآن أنه يمكنهم اكتشاف هذه التغيرات من الفضاء، وهذه التقنية تستفيد من حقيقة أن ارتفاع الماغي تطلق ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى التي يمكن أن تؤثر على الصحة والنباتية.

كما أن الماجيما البركاني يصعد عبر قشرة الأرض، فإنه يُطلق ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى التي ترتفع إلى السطح، والأشجار التي تأخذ ثاني أكسيد الكربون تصبح أكثر خضراء وأكثر خجلاً، ويمكن أن تكتشف هذه التغييرات في الغطاء النباتي بواسطة أجهزة الاستشعار الساتلية قبل ظهور علامات أخرى من الاضطرابات البركانية، مما قد يوفر أداة إضافية للإنذار المبكر لعلماء البركان.

وقد تجلى في سيناريوهات العالم الحقيقي القيمة العملية لنظم الكشف المبكر، وفي كانون الأول/ديسمبر 2017، استخدم الباحثون الحكوميون في الفلبين نظاما للرصد لكشف علامات الانفجار الوشيك، ودعا إلى الإجلاء الجماعي للمنطقة المحيطة بالبركان، وتم إجلاء أكثر من 000 56 شخص بأمان قبل أن يبدأ انفجار هائل في 23 كانون الثاني/يناير 2018، ونتيجة للإنذار المبكر، لم تحدث إصابات في هذه القصة الناجحة.

رصد التشهير الأرضي

وتمثل التشوهات الأرضية أحد أكثر المؤشرات الموثوقة للاضطرابات البركانية، وعندما تتحرك الماما تحت بركان، فإنها تتسبب في ظهور سطح الأرض إلى الانتفاخ أو التفريغ، أو الكسر، وقد أظهرت التفوق التكنولوجي الذي كان قائما على السواتل في منطقة ما وراء البحار عند اكتشاف هذه التغيرات الخفية في مناطق كبيرة، وقد بدأ فريق من مرصد ألسكا البركاني ومرفق ألسكا للسواتل في تحليل متغيرات الفولطوقية في آب/أغسطس(18).

وقد استخدم في منطقة البحث العلمي منذ وقت طويل لتتبع التشوهات في البركانات في الولايات المتحدة الأمريكية، ولكن العمل تم بصورة جزئية إلى هذه المرحلة، وسيوفر فولك سارفي الوعي بالحالة السائدة في سلوك البركان، وربما يحدد البركان الذي أصبح عديم الجدوى قبل ظهور مؤشرات أخرى، مثل نشاط الزلازل، وهذه القدرة قيمة خاصة لرصد البركان في المناطق النائية التي قد لا توجد فيها شبكات سيزمية أرضية.

وقد أظهرت الأحداث الأخيرة قدرة الرصد الساتلي في الوقت الحقيقي، وأعقب ذلك تدخيل طائرة طولها 7 كيلومترات إلى منطقة أيلول/سبتمبر - تشرين الأول/أكتوبر 2024، وبثت الطينات في البداية على نحو مشع، قبل تغيير الاتجاه إلى الانطلاق على طول محور الشقيق، ووصلت إلى 50 كيلومتراً من طولها، وتسببت في اتخاذ قرارات بشأن الإجلاء عبر السواتل على مسافة 3 أمتار من مسارات الترد.

Thermal Anomaly Detection

وكثيرا ما توفر الشذوذ الحراري أول مؤشر على أن بركاناً ما أصبح أكثر نشاطاً، وكثيراً ما تحدد المؤشرات الأولى للانفجار، ولا سيما في البركانات النائية، في بيانات السواتل بواسطة شذوذ حراري قوي و/أو وجود رماد وغاز في الغلاف الجوي، يمكن أن يُثبت الاعتراف بها بصورة آلية للكشف السريع عن الانفجارات.

نظام (الموترفولك) أثبت فعاليته بشكل خاص في كشف الإنفجارات الجديدة في تشرين الأول/أكتوبر 2001 بدأ بركان نائم في جزر ساندويتش الجنوبية النائية يبصق الرماد و الحمى من القمة التي قام بها، كان أول ثورة في تاريخ تسجيل جبل (بيليندا) بعد أقل من 24 ساعة من بدء الانفجار،

والاستشعار الحراري عن بعد بواسطة السواتل هو تقنية رئيسية لدراسة ورصد النشاط البركاني، وتسمح التكنولوجيا للعلماء بقياس درجات الحرارة السطحية، وتتبع التبريد في تدفقات الحمم، وتقدير معدلات الانفجار، ورصد التغيرات في نشاط البخار، وتوفر هذه القياسات معلومات حاسمة عن كثافة وتطور الانفجارات البركانية.

تعقب موجات لافا وأجهزة الإرغام

Lava Flow Mapping and Volume Estimation

وتوفر الصور الساتلية قدرة غير متماثلة على تتبع حركة ونطاق تدفقات الحمم أثناء الانفجارات البركانية، وكثيرا ما يعتمد رصد البركان بواسطة السواتل على تحليل البيانات الحرارية والبصرية والاصطناعية للرادار، ويمكن للعلماء، من خلال الجمع بين البيانات من أنواع متعددة من الاستشعار، أن يستحدثوا خرائط مفصلة لمدى تدفق الحمم، وقياس سرعة تدفق المياه، وتقدير حجم المواد المزروعة.

(ب) إنشاء خرائط لتدفقات البركانية الخاصة باستخدام بيانات البحث العلمي من مجموعة الجيل الثاني من الساتل COSMO-SkyMed، وتبرز هذه الخرائط تدفقات الحمم الموجودة على أرضية كالديرا، وكذلك رواسب التفريغ، مما يتيح الكشف عن التدفقات الجماعية البركانية بغض النظر عن الظروف السطحية أو الجوية، ويوفر الرصد الموثوق به حتى عندما تكون الغيوم مُراقبة بصرية.

وتتيح البيانات الساتلية الحرارية للعلماء تقدير معدلات دفء الحمم في وقت قريب من الواقع، وتوفر المراقبة الحرارية للأرض معلومات قيمة لتقدير معدل التفريغ الحراري، وكانت تقنية راسخة لرصد البركان منذ أوائل الثمانينات، وتساعد هذه القياسات علماء البركان على فهم كثافة انفجار وتتوقع مدى احتمال أن تسافر تدفقات التخطيط لللفا، والمعلومات الحاسمة المتعلقة بالإجلاء.

مجموعة من مصادر البيانات الساتلية المتعددة تقدم أكثر نظرة شاملة لنشاط تدفق الحمم خلال ثورة الـ 2021 فيجا على لا بالما، استخدم العلماء بيانات الحرارة والبصرية والرادارية لتتبع تطور الانفجار، وأظهرت الأيام الأربعة الأولى من مسار الإجلاء المنخفض نسبياً حيث بلغ 1.2 متر مكعب، ولكن منذ 24 أيلول/سبتمبر 2021 ميلاً، زادت السلطات على 42 درجة.

تحليل أنماط الإلزام

الرصد الطويل الأجل للسواتل يمكن العلماء من تحديد أنماط السلوك البركاني التي يمكن أن تحسن التنبؤ بالانفجار، عن طريق تحليل السنوات أو العقود من البيانات الساتلية، يمكن للباحثين أن يصفوا سلوك البركاني المثالي ويتعرفوا على الانحرافات التي قد تشير إلى حدوث ثورة وشيكة، وهذا المنظور التاريخي ذو قيمة خاصة للبراكين التي تثور في حالات غير متكررة أو التي لها رصد أرضي محدود.

كما تساعد البيانات الساتلية العلماء على فهم العلاقة بين مختلف أنواع النشاط البركاني، فعندما يبدأ الانفجار، يمكن للصكوك البصرية والرادارية أن تلتقط مختلف الظواهر المرتبطة بها، بما في ذلك تدفقات الحمم، والانهيالات الأرضية، والزلازل المتصلة بالنشاط البركاني، وما أن يُستدل من هذه النظرة الشاملة للعمليات البركانية، تساعد الباحثين على وضع نماذج أفضل لكيفية عمل البراكين وتحسين التنبؤات.

كما يمكن للمستشعرات الجوية على السواتل أن تحدد الغازات والهباء الجوي التي تطلقها الانفجارات، فضلا عن تحديد حجم تأثيرها البيئي الأوسع نطاقا، ويوفر رصد انبعاثات الغاز البركاني رؤية لديناميات التكوين المغنطيسية والانفجار، في حين أن تتبع الأعمدة أمر حاسم بالنسبة لسلامة الطيران، ويعرض الرماد البركاني لخطر جسيم على محركات الطائرات، مما يجعل الكشف السريع عن الرماد وتتبعهات ضرورية لحماية سلامة الطيران.

النظم والتكنولوجيات الساتلية الرئيسية

ساتل رصد الأرض ناسا

يقوم جهاز ناسا بتشغيل عدة نظم ساتلية تقوم بأدوار حاسمة في رصد البركان، يقوم ساتل تيرا التابع لناسا بمساعدته في تحديد البركانات التي يمكن أن تكون نشطة، وتجهيز المجتمعات المحيطة على نحو أفضل لإجلاء أو اتخاذ الاحتياطات قبل انفجار البركان المحلي، وجهازين بشأن ساتل تيرا التابع لناسا، ومقياس الإنكسار المتحرك، وأجهزة التبريد الفضائي المتقدمة

وقد وفرت سلسلة السواتل في لاندسات بيانات قيمة لرصد البركان لعقود، وتظهر التغيرات في الصور من سواتل ناسا مثل لاندسات 8، إلى جانب الأدوات المحمولة جوا، كما أن الصور التي جمعت مع الساتل لاندسات 8، وسواتل تيرا التابعة لناسا، ووكالة الفضاء الأوروبية، سينتينيل-2، وغيرها من السواتل لرصد الأرض تستخدم لرصد الأشجار عبر سجلات البركان.

وستكون الدائرة الوطنية للمعلومات المتعلقة بالفولكان مكونا لا غنى عنه من مكونات شبكة المعلومات الوطنية، التي تدمج الحلول المتعلقة بتكنولوجيا المعلومات المتقدمة لضمان الرصد الفعال، وتفسير البيانات بدقة، والاتصال الفعال بالمخاطر البركانية، وستكون الشبكة مسؤولة عن جمع وتجميع وتخزين وتوزيع كميات كبيرة من بيانات رصد البركان من جميع أنحاء البلد، بما في ذلك الأنشطة المرتبطة بالزلزال، والظواهر غير المستقرة في مجال الغاز.

البعثات الأوروبية لأجهزة الاستشعار التابعة للوكالة الفضائية

وقد أصبحت سواتل كوبرنيكوس سينتينيل التابعة للوكالة الفضائية الأوروبية أدوات أساسية لرصد البركان، وتمثل السواتل " كوبرنيكوس سينتينيل-1 " انطلاقة كبيرة في ميدان رصد الأرض، حيث أنها توفر قدرة تشغيلية غير مسبوقة لرسم خرائط سطح الأرض الكثيفة بفضل مركبتها الفضائية، ويوفر الساتلان " سينتينيل-1 " زيادة في الترددات والتغطية المكانية، مما يتيح رصدا أكثر تواترا لتشكيلات البركانية.

يمكن استخدام القنوات الحرارية ذات الحمراء لجهاز (كوبرنيكوس سينتينيل 3) لجهاز (سي) وجهاز (إشعاعي سطح الأرض) في كل من رصد الرماد البركاني ليلاً ونهاراً، بينما تستغل قنوات (كوبرنيكوس ستينيل - 5 بي) لاسترداد كامل كمية الـ (سو2) في الجو السفلي

إن حل موقعي غير مسبوق لـ (سيتينيل 5 بي) والذي يبلغ 3.5 × 7 كم2 يسمح بكشف الانبعاثات كما لم يحدث من قبل، بحيث تم دمجها في نظم رصد الزمن الحقيقي مثل المراكز الاستشارية للفولكانيك آش، وتستخدم هذه المراكز البيانات الساتلية لتتبع سحابات الرماد البركاني وإصدار تحذيرات لسلطات الطيران، مما يساعد على منع حدوث مواجهات خطيرة بين الطائرات وأرضية بركانية.

النظم الساتلية التجارية والدولية

وتساهم النظم الساتلية التجارية والدولية التي تعمل لحساب الحكومات في توفير بيانات قيمة لرصد البركان، وتوفر السواتل التجارية العالية الاستبانة مثل بلانيتسكوب وبلايديس صورا بصرية مفصلة تكمل عمليات الرصد المنخفضة الاستبانة ولكن أكثر تواترا من السواتل الحكومية، وتقدم مجموعة أجهزة التحكم التابعة لوكالة الفضاء الإيطالية التابعة لوكالة الفضاء الدولية التابعة لوكالة الفضاء الدولية صورة رادارية عالية الاستبانة، تكون ذات قيمة خاصة بالنسبة للدراسات التفصيلية المتعلقة بالتشوهات.

ويوفر تكامل البيانات المستمدة من نظم ساتلية متعددة، حكومية وتجارية على السواء، أشمل قدرة على رصد البركان، ويكفل هذا النهج المتعدد النماذج أن يحصل العلماء على أنواع متنوعة من الملاحظات ذات قرارات مكانية وزمنية مختلفة، مما يمكّنهم من الكشف عن النشاط البركاني وتتبعه على نحو أكثر فعالية مما يمكن مع أي نظام ساتلي واحد.

نظم رصد البركان التشغيلي

نظام كشف المعلومات ونظام الإنذار الآلي

وقد حولت نظم رصد البراكين الآلية سرعة وكفاءة الكشف عن الانفجار، وأحدث نظم الرصد الحراري للاستشعار عن بعد هي تلك التي تستند إلى أجهزة استشعار معتدلة للاستبانة، مثل بيانات MODIS (MIROVA، وMODVOLC، و REALVOLC) أو نظام الرصد الحراري (FIRMS)، التي توفر يوميا زهاء 2/4 صورا، وذلك في شكل حرارة واحدة على بعد كيلومتر واحد، وهذه النظم تقوم باستمرار بتجهيز البيانات الساتلية وتسليم جديد.

ويجسد نظام الرصد الآلي الحديث (الرصد الدولي للأشعة تحت الحمراء) قدرات الرصد الآلي الحديثة، ويعالج نظام " إم دي إس " بياناته في وقت قريب من الواقع، وينشر نتائجه على موقع شبكي متاح للجمهور، يتيح المجال لعلماء البركان ومديري الطوارئ، بل وعامة الجمهور لتتبع النشاط الحراري البركاني في جميع أنحاء العالم، ويضفي هذا النهج المفتوح طابعا ديمقراطيا على المعلومات الجديدة المتعلقة بالطراد.

وقد أذن المؤتمر في عام 2019 بإنشاء النظام الوطني للإنذار المبكر والرصد في البركان في إطار المسح الجيولوجي للولايات المتحدة، وهو بمثابة إطار حاسم لكيفية قيام مجموعة الإنقاذ برصد الأنشطة البركانية عبر الأمة من أجل توفير الإنذارات في الوقت المناسب وحماية المواطنين من المخاطر المحتملة المرتبطة بالثورات البركانية، وهو نظام يدمج البيانات الساتلية مع عمليات الرصد الأرضية.

التكامل مع الرصد الأرضي

وفي حين أن الرصد بواسطة السواتل يوفر تغطية مكانية غير منفصلة، فإن أكثر عمليات رصد البركان فعالية تجمع بين عمليات الرصد بواسطة السواتل والقياسات الأرضية، وتكتشف الشبكات السيزمية الزلازل المرتبطة بحركة الماغما، وتقيس محطات النظام العالمي لتحديد المواقع التشوهات الأرضية مع ارتفاع الدقة، وترصد أجهزة الاستشعار الغازية التغيرات في الانبعاثات البركانية، وعندما تدمج البيانات الساتلية، توفر هذه الملاحظات الأرضية صورة شاملة للنشاط البركاني.

ويضيف التشوه السطحي مؤشرا هاما للنشاط البركاني إلى جانب ملاحظات أخرى قائمة على السواتل، مثل الغاز والاستشعار الحراري والبصري عن بعد لرصد البركان، ويوفِّر الجمع بين تقنيات الرصد المتعددة الازدواج والتفشي، ويزيد من الثقة في تقييمات مستويات المخاطر البركانية.

وبالنسبة للبراكين المصممة جيدا ذات الأجهزة الأرضية الواسعة، تقدم البيانات الساتلية ملاحظات تكميلية تسد الثغرات في شبكة الرصد، وبالنسبة للبراكين التي يتم رصدها عن بعد أو بطريقة سيئة، قد تكون المراقبة الساتلية المصدر الوحيد للمعلومات عن النشاط البركاني، وهذه المرونة تجعل الرصد الساتلي عنصرا أساسيا في جهود المراقبة العالمية للبراكين.

مرصد البركانيات النشطة الملحوظة من الفضاء

بركان كيلاويا، هاواي

(كلاوي) في جزيرة (هاواي) أحد أكثر البركانات نشاطاً في العالم، إن ثورة البركان المتكررة وإمكانية الوصول إليها جعلته مختبراً طبيعياً للاختبار وتنقيح تقنيات الرصد بواسطة السواتل، وخلال ثورة عام 2018، تعقبت البيانات الساتلية فتح عدة عصيان ودفعة تدفق الحمم، مما وفر معلومات حيوية لجهود الاستجابة لحالات الطوارئ.

(كيليوا) بدأ يتفجر بشكل مُبهر في مؤتمر القمة (كالديرا) منذ 23 ديسمبر 2024، إنفجار القمة في بركان (كلاوي) الذي بدأ في (هالما درمو درو) في 23 كانون الأول/ديسمبر، بدأ في مساء 7 أبريل، و أنهى صباح 9 أبريل،

جبل إيتنا، إيطاليا

جبل (إيتنا) ، أكثر بركان أوربا نشاطاً ، يعمل كسرير اختبار هام آخر لتكنولوجيات رصد الأقمار الصناعية الصور التي جمعت مع (لاندسات 8) ، قمر (ناسا) الصناعي (وكالة الفضاء الأوروبية) (سينتينيل-2) وسواتل أخرى لرصد الأرض تراقب الأشجار حول بركان (ماونت إيتنا) على ساحل (صقل)

العلماء استخدموا (مونت إيتنا) لاختبار نُهج الرصد المبتكرة بما في ذلك كشف ثاني أكسيد الكربون البركاني من خلال التغييرات في صحة النباتات

فولكاني دوفين، إثيوبيا

وقد أظهرت الأزمة البركانية التي حدثت في بركاني فانتيل - دوفين في إثيوبيا في الفترة من 2024 إلى 2025 الأهمية الحاسمة لرصد البركان في المناطق النائية ذات البنية التحتية الأرضية المحدودة، وفي الفترة من أيلول/سبتمبر 2024 إلى آذار/مارس 2025، حدثت تسلسل من عمليات الإجلاء المغنطيسية بين بركاني فانتال ودوفين، إثيوبيا، نظراً لضرر البنية التحتية، والزيارات السطحية، والثورات المحتملة التي بلغ عددها 000 25 نسمة().

وقد أدى النشاط السيزمي الرئوي الأخير في منطقة فانتيل - دوفين في المركب الاثيوبي الرئيسي إلى تطفل عدة دقات تصل إلى حوالي 50 كيلومتراً في طولها إلى استخدام أجهزة التداخل الرادارية الساتلية، وقد أبلغت الشبكات السيزمية الدولية عن أكثر من 300 زلزال بحجم 4 أو أكثر، كما أن موقع الشبكة العالمية لسواتل الملاحة في أديس أبابا قد تحرك نحو 000 20 ميل إلى الغرب، وقد استخدمت هذه البيانات وغيرها من الملاحظات على الأرض لتوليد خرائط إجلاء طارئ.

Aleutian Arc Volcanoes, Alaska

(أكوموك) آخر مرة انفجرت في عام 2008 وأرسلت رماداً إلى السماء والمجال الجوي الذي استخدمه آلاف الرحلات المدنية بين أمريكا الشمالية وآسيا، أوكماك هو أحد البركانات النشطة على طول ما يعرف بـ (أركا)

إن ظروف التطرف في المناطق النائية والطقس القاسية في جزر ألويتية تجعل الرصد بواسطة السواتل قيمة خاصة، ولأول مرة، استخدم الباحثون في دراسة نشرت حديثا بنجاح المحفوظات الجديدة لمسح المدار الثابت بالنسبة للأرض لقياس التشوهات البركانية في جميع أنحاء أوكماك وغيرها من البركانيات الأليوتية من عام 2015 إلى عام 2021، وتساعد هذه القدرة المنهجية على الرصد على حماية المجتمعات المحلية الجوية والساحلية من الأخطار البركانية.

التحديات والحدود المتعلقة برصد السواتل

التداخل بين الطقس والغلاف الجوي

إن غطاء السحابة يمثل أحد التحديات الرئيسية التي تواجه عمليات المراقبة البصرية والسواتل الحرارية للبراكين، ويمكن لسحب الكثافة أن تحجب تماما سطح البركان، مما يحول دون الكشف عن الشذوذ الحراري أو التغيرات السطحية، وهذا التقييد يثير إشكالية خاصة في المناطق المدارية وخلال أشهر الشتاء في خطوط العرض العالية، حيث يكون الغطاء الغيومي المستمر شائعا.

إن الصور الحرارية التي تلتقطها من مسافة ما لها عيوب بسبب اعتمادها على الطقس الصالح والظروف الجوية في الغلاف الجوي، كما أن سباكات الرماد البركاني وانبعاثات البخار يمكن أن تتداخل مع عمليات الرصد الساتلية، مما يجعل من الصعب قياس درجات الحرارة السطحية بدقة أو اكتشاف التغيرات الخفية في النشاط البركاني.

وتتيح تقنيات الرصد القائمة على الرادار، مثل منطقة البحث الوطني، ميزة في هذا الصدد، حيث يمكن أن تخترق الإشارات الرادارية السحابات وتعمل ليلاً أو نهاراً، غير أن عوامل الحد من الأشعة تشمل توافر السواتل، والتشوهات الناتجة عن آثار الغلاف الجوي، والحاجة إلى فترات زمنية طويلة نسبياً بين القياسات بحيث يكون التشوه واضحاً فوق حدود الكشف، ويمكن أن تُحدث أخطاء في قياسات منطقة البحث العلمي العالي، مما يتطلب تقنيات تصحيحية متطورة.

المقايضة المتعلقة بالتسويات المؤقتة والمحلية

ويشمل الرصد بواسطة السواتل المفاضلات المتأصلة بين الحل المكاني، والتسوية الزمنية، والتغطية المكانية، إذ إن السواتل ذات الاستبانة العالية التي يمكن أن تكتشف سمات صغيرة عادة ما تكون لها فترات ضيقة ومراحل إعادة النظر غير المتكررة، في حين أن السواتل التي تغطيها يوميا على الصعيد العالمي لها عموما حل مكاني أقل، مما يعني أنه لا يمكن لأي نظام ساتلي واحد أن يقدم ملاحظات مفصلة ورصدا مستمرا لجميع البركانات.

ويُعتبر هذا النظام فعالاً لقياس التشوهات الطويلة الأجل الواسعة النطاق على المناطق الكبيرة التي تكون فيها أساليب أخرى باهظة التكلفة، وهو أسلوب جيد للتنقيب عن التشوهات التي لم يتم تحديدها سابقاً، ومع استثناءات قليلة، فإن منطقة البحث عن المعلومات الإدارية الخاصة ليست بعد أداة تشغيلية لمعظم البركانيات التي تظهر اضطراباً كبيراً، مهددة بالثورة، أو تنفجر فعلاً بسبب تكرار صور ساتلية مأسرت في بركان معين.

ويساعد تطوير مجموعات السواتل ذات المركبات الفضائية المتعددة على التصدي لهذا التقييد بزيادة تواتر إعادة النظر فيه، غير أن معالجة وتحليل ما ينتج عن ذلك من فيضان من البيانات يشكلان تحديات خاصة بها، ويتطلبان نظما آلية متطورة وموارد حاسوبية كبيرة.

معالجة البيانات وتحديات الترجمة الشفوية

ويتطلب تحويل البيانات الساتلية الخام إلى معلومات قابلة للتنفيذ عن النشاط البركاني خبرة متخصصة وموارد حاسوبية، ويشمل تجهيزها على وجه الخصوص خوارزميات معقدة ويمكن أن تستغرق وقتا طويلا، وفي حين أن منابر الحاسوب السحابية قد قللت كثيرا من أوقات التجهيز، فإن الحاجة إلى تفسير الخبراء لا تزال قائمة.

ويشكل تفكك الإشارات البركانية من مصادر التغيير الأخرى تحديا آخر، إذ يمكن أن ينتج عن التحلل الأرضي عمليات غير زراعية مثل استخراج المياه الجوفية أو الانهيارات الأرضية أو الحركات التكتونية، وقد يكون سبب الشذوذ الحراري حرائق الغابات أو الأنشطة الصناعية، ويجب على العلماء تحليل البيانات الساتلية بعناية في السياق، مع مراعاة الظروف الجيولوجية والنشاط التاريخي، وبيانات الرصد الأخرى لتفسيرها تفسيرا صحيحا.

كما أن الحجم الهائل للبيانات الساتلية المتاحة حالياً يطرح تحديات، إذ أن النظم الساتلية المتعددة التي تجمع البيانات باستمرار يجب أن يضع العلماء أساليب فعالة لتحديد التغيرات الكبيرة فيما بين الكميات الهائلة من الملاحظات الروتينية، وتظهر تقنيات التعلم الماكين والاستخبارات الاصطناعية الوعود بتأهيل هذه العملية، ولكن الخبرة البشرية لا تزال أساسية لتفسير الظواهر البركانية المعقدة.

التطورات المستقبلية في مجال رصد البركان بواسطة السواتل

النظم الساتلية للتطوير المقبل

ويتطلع مستقبل رصد البركان الساتلي إلى التفاؤل المتزايد مع تطوير وإطلاق نظم ساتلية جديدة ذات قدرات معززة، ويتوقع أصحاب المصلحة والعلماء إطلاق الساتل " هايبرسترال إنفر " (HyspIRI)، الذي سيكون له صورة ذات تردد حراري شبيهة بالجهاز الفضائي ASTER، وتستخدم المعلومات التي اكتسبتها شركة ASTER في تطوير أجهزة رصد الأرض وسجلات الأشعة تحت الحمراء الحرارية في المستقبل، التي تسهم في توليد الطاقة الفضائية،

وما زالت التطورات في تكنولوجيا السواتل تُحسن من القدرة على إيجاد حلول مكانية، وحل زمني، وقدرات على الطيف، وقد تتمكن السواتل المقبلة من اكتشاف حتى علامات الاضطرابات البركانية التي يمكن أن تمتد فترات الإنذار قبل الانفجارات، ويمكن أن يوفر تطوير قنابل السواتل الصغيرة رصدا متواصلا تقريبا للبراكين النشطة، مما يؤدي إلى تحسين قدرةنا على تتبع التغيرات السريعة في النشاط البركاني.

ومع استمرار تطور التكنولوجيا، فإن الشبكة الدولية للطاقة الذرية تعتمد أيضا على حلول متقدمة لتكنولوجيا المعلومات، وهذه التطورات ستكفل أن تتمكن الشبكة من تحويل الجهود العلمية بشكل كامل إلى منافع ملموسة للمجتمع كحلفاء لا غنى عنه في الجهود الجارية التي تبذلها الوكالة من أجل أمة أكثر أمانا، وإدماج الاستخبارات الاصطناعية والتعلم الآلاتي في وعود تجهيز البيانات الساتلية، وذلك من أجل الكشف بصورة أسرع وأكثر دقة عن الاضطرابات البركانية.

تحسين تكامل البيانات وإمكانية الوصول إليها

وستركز التطورات المقبلة ليس على جمع بيانات ساتلية أكثر وأفضل فحسب، بل أيضا على جعل هذه البيانات أكثر سهولة وأكثر فائدة لدوائر رصد البركان، كما أن منابر المعالجة القائمة على الكلاود تجعل من الأسهل للعلماء في جميع أنحاء العالم الحصول على بيانات السواتل وتحليلها دون الحاجة إلى بنية تحتية حاسوبية محلية باهظة التكلفة.

وقد أنشأت شركة Bekaert, Lu, and the InSAR in the Cloud project team ونجحت في إثبات محفوظات وأدوات تجعل من أسرع وأسهل تحليل وتتبع التغيرات في البركانات، وهذه الأنواع من المبادرات تضفي الطابع الديمقراطي على إمكانية الوصول إلى قدرات الرصد بواسطة السواتل، مما مكّن مزيدا من العلماء والمؤسسات من الإسهام في جهود المراقبة العالمية للبراكين.

وسييسر تطوير نماذج موحدة للبيانات وسير العمل في مجال التجهيز إدماج البيانات المستمدة من نظم ساتلية متعددة وشبكات أرضية، وسيمكن هذا التشغيل المتبادل من رصد بركاني أكثر شمولاً وموثوقية، يجمع بين مواطن قوة مختلف تقنيات المراقبة لتوفير صورة أكمل للنشاط البركاني.

تعزيز قدرات التنبؤ

ومع تطور نظم الرصد الساتلية وتزايد محفوظات البيانات التاريخية، يطور العلماء نماذج متزايدة التطور للتنبؤ بالانفجار، ويمكن أن تحدد خوارزميات التعلم الآلات أنماطا فرعية في البيانات الساتلية التي قد تفلت من الإشعار البشري، مما قد يكشف عن إشارات سليفة جديدة من الاضطرابات البركانية.

ومع ذلك، فإن محاولة تحديد الوقت الدقيق للثورات البركانية لا تزال غير ممكنة، فإن كاميرات التصوير الحراري تساعد علماء الوسادة في الحصول على بيانات قيمة للمراجع الحالية والتاريخية، فكلما زاد علماء النظام العالمي للسواتل فهم كيفية التصرف بالبراكين خلال أوقات غير نشطة ونشطة، كلما اقتربت من تحديد ما سيحدث بالضبط من انفجار بركان.

ويعود إدماج البيانات الساتلية مع نماذج رقمية للعمليات البركانية إلى تعزيز فهمنا لطريقة عمل البركان وتحسين قدرتنا على التنبؤ بالثورات، ومن خلال الجمع بين ملاحظات التشوهات السطحية والانبعاثات الحرارية والإطلاق الغازي وغير ذلك من الظواهر التي تنطوي على نماذج فيزيائية لحركة الماجستير وديناميات الانفجار، يمكن للعلماء أن يطوروا توقعات أكثر دقة للنشاط البركاني.

Essential Technologies for Volcano Monitoring

ويعتمد الرصد الشامل للبراكين من الفضاء على عدة تكنولوجيات رئيسية تعمل في إطار التنسيق:

• Thermal imaging sensors - Detect heat emissions from lava flows, lava lakes, and fumaroles, enabling the identification of active volcanic features and estimation of eruption rates
• Radar interferometry - Measures ground deformation with centimeter-scale precision, revealing magma movement beneath volcanoes before eruptions occur
• Spectral analysis] - Identifies volcanic gases and aerosols in the atmosphere, providing insights into magma composition and eruption dynamics
• رصد التشوهات الأرضية ] - تغيرات المسارات في شكل البركان وارتفاعه التي تشير إلى تدخل الماجي أو الانسحاب
• - نظم التصوير الإباحي المعيّنة - توفير الوثائق البصرية للمعالم البركانية، وتدفقات الحمم، وعمود الرماد لتحليلها بالتفصيل
• خوارزميات الكشف المحسوبة - تجهيز البيانات الساتلية في وقت قريب من الواقع لتحديد الشذوذ الحراري وغيره من علامات النشاط البركاني
• Cloud computing platforms] - Enable rapid processing and analysis of large volumes of satellite data from multiple sources
• Data fusion techniques] - الملاحظات الكمّية من نظم ساتلية متعددة لتوفير الرصد الشامل للبراكين

الأثر العالمي لرصد البركان بواسطة السواتل

وقد أدى الاستشعار عن بعد دورا متزايد الأهمية في رصد جميع البركانات التي يحتمل أن تكون نشطة في العالم والتي تبلغ قيمتها حوالي الساعة ٠٠/١٥ من البركان، وقد أدت هذه القدرة العالمية للرصد إلى تحويل علوم البركان وإدارة المخاطر، مما مك َّن العلماء من تتبع النشاط البركاني في البركانات التي ستظل دون رصد بسبب مواقعهم النائية أو موارد محدودة في البلدان التي يوجد فيها.

وتمتد فوائد رصد البركان الساتلي إلى أبعد من الأوساط العلمية، وتستخدم سلطات الطيران بيانات ساتلية لتتبع الغيوم البركانية للرماد وإعادة توجيه الرحلات الجوية لتجنب اللقاءات الخطيرة بالرماد، وتعتمد وكالات إدارة الطوارئ على عمليات الرصد الساتلية لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن عمليات الإجلاء وتخصيص الموارد، وتستخدم شركات التأمين بيانات ساتلية لتقييم المخاطر البركانية وتحديد أقساط مناسبة، وتتجاوز القيمة الاقتصادية لرصد البركان الساتلي إلى حد بعيد تكلفة تشغيل النظم الساتلية.

وقد كان التعاون الدولي أساسياً لنجاح جهود الرصد العالمية للبراكين، إذ تتقاسم وكالات الفضاء في جميع أنحاء العالم البيانات الساتلية وتتعاون في مبادرات الرصد، مع التسليم بأن المخاطر البركانية تتجاوز الحدود الوطنية، وتكفل روح التعاون هذه أن تستفيد جميع الدول من قدرات الرصد بواسطة السواتل، بصرف النظر عن قدراتها الخاصة في مجال البرامج الفضائية.

وقد مكّن إضفاء الطابع الديمقراطي على الوصول إلى البيانات الساتلية العلماء في البلدان النامية من رصد البركان في مناطقهم باستخدام نفس الأدوات المتقدمة المتاحة للباحثين في الدول الغنية، وقد حدّت سياسات البيانات المفتوحة المنبثقة عن ناسا، ووكالة الفضاء الأوروبية، ووكالات فضائية أخرى من مجال اللعب، مما أتاح للمرصدات البركانية في جميع أنحاء العالم الاستفادة من تكنولوجيا الرصد الساتلية المتطورة.

الاستنتاج: مستقبل مراقبة البركان الفضائية

وقد حولت تكنولوجيا السواتل بشكل أساسي قدرتنا على رصد البركانات النشطة وتدفقات الحمم في جميع أنحاء العالم، ومن التصوير الحراري الذي يكشف عن أول علامات الماما التي تصل إلى السطح إلى التداخل الراداري الذي يكشف عن اختلالات أرضية طفيفة قبل انفجارها، يوفر الرصد الفضائي قدرات يمكن أن تُحقق من خلال أساليب أرضية وحدها.

ويوفر دمج نظم ساتلية متعددة، كل منها لديه قدرات فريدة، رصدا شاملا للبراكان يجمع بين قوّة مختلف تقنيات المراقبة، وتتيح نظم الكشف الآلي تحديد النشاط البركاني الجديد بسرعة، بينما تتيح منابر الحاسوب السحابي للعلماء تجهيز وتحليل كميات كبيرة من البيانات في وقت قريب من الواقع، وقد حسّنت هذه التطورات التكنولوجية بشكل كبير قدرتنا على التنبؤ بالاندفاعات وحماية المجتمعات الضعيفة.

ومع استمرار تقدم تكنولوجيا السواتل، يبدو مستقبل رصد البركان واعدا بشكل متزايد، فالجيل القادم من السواتل ذات القدرات المعززة، وتحسين خوارزميات تجهيز البيانات، وتحسين تكامل مصادر البيانات المتعددة، سيزيد من تحسين قدرتنا على كشف النشاط البركاني وتتبعه وفهمه، ويوفر محفوظات الرصد الساتلي التاريخي قاعدة بيانات غير مسبوقة لدراسة السلوك البركاني ووضع نماذج أكثر دقة للتنبؤ بالانفجار.

إن نجاح رصد البركان الساتلي يدل على قيمة الاستثمار المستمر في نظم رصد الأرض، إذ إن القدرة على رصد جميع البركانات النشطة للأرض من الفضاء توفر فوائد تتجاوز بكثير علوم البركان، وتسهم في سلامة الطيران وإدارة الطوارئ، وفهمنا الأساسي لكيفية عمل كوكبنا، وبينما نتطلع إلى المستقبل، فإن التطوير المستمر لنظم الرصد الساتلية وتشغيلها سيظلان أساسيان لحماية المجتمعات المحلية من الأخطار البركانية في جميع أنحاء العالم.

وللمزيد من المعلومات عن رصد البركان والمخاطر البركانية، يرجى زيارة USGS Volcano Hazards Program] وNASA Earthdata. ويمكن العثور على موارد إضافية بشأن تطبيقات الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل في بوابة الأوروبية لرصد الأرض