إن البراكين من بين أقوى الظواهر الطبيعية على الأرض، القادرة على إعادة تشكيل المناظر الطبيعية والتأثير على الظروف الجوية على نطاق عالمي، بالإضافة إلى أن ثوراتها وتدفقات الحمى تؤدي البراكين دوراً حاسماً في الديناميات المناخية من خلال إطلاق الغازات والجسيمات التي يمكن أن تغير أنماط الطقس ونظم درجات الحرارة لأشهر أو حتى سنوات، وفهم كيف يتفاعل النشاط البركاني مع النظام المناخي.

أنواع البركانيات وعلامات إشعالها

وتختلف البراكين اختلافاً واسعاً في خصائصها المتعلقة بالمورفولوجيا، وخصائص الانفجار، وكيمياء الماغي، وكلها تؤثر على كيفية تفاعلها مع الغلاف الجوي وتؤثر على المناخ، وتشمل أنواع البركان الرئيسية الإجهاد، والبراكين الدروع، وأجهزة التكتل، والفتحات الريحية، والعجلات، وكل نوع من أنواعها أساليب اندلاع مختلفة تنبعث من الانبعاثات المتفجرة إلى تلك التي تحددها.

ستراتوفولكان (فولكان القاطرة)

إن الفولكانيات الكبيرة والثابتة الجانب التي تبنى من طبقات متغيرة من تدفقات الحمم البركانية، وشظايا الصخور، وعادة ما تكون ثوراتها متفجرة، وتقودها ارتفاع مستوى الأشعة فوق البنفسجية في الماغي التي تثرها في كثير من الأحيان، وتشمل هذه الفول السوداني البركانيات الكوكائية مثل جبل فوجي في اليابان، وشعارات القرن السام في الولايات المتحدة.

فولكان الدروع

وتحتوي البراكين الدروع على صور واسعة النطاق ودقيقة من الملامح المتخلفة التي تشكلها أساسا تدفقات الحمم البسالة المنخفضة الفيزيائية، وتميل اندلاعها إلى أن تكون فعالة بدلا من متفجرة، كما هو مرئي في جزر هاواي، وفي حين أن هذه البركانات تنتج كميات كبيرة من الغازات البركانية مثل ثاني أكسيد الكبريت، فإن آثارها في الغلاف الجوي لا تلحق بالمواد في الأجل.

Cinder Cones

إن مواسير القنادس هي أبسط هياكل بركانية تتألف من مقطورات صغيرة وشديدة الحساسية مبنية من شظايا بركانية تسمى القناص، وهذه الأكواخ عادة ما تكون على مهب البركان الأكبر، وتنجم عن انفجارات متفجرة قصيرة نسبيا، وتنتج عن انفجاراتها انبعاثات من الرماد والغاز تقتصر أساسا على الغلاف الجوي العالمي، مما يحد من إمكاناتها في التأثير على المناخ.

فينات الخزن وكالديراس

فتحات الفيضان هي شقق مائلة في قشرة الأرض تُطلق الغازات والغازات فوق مناطق واسعة، تنتج أحياناً مقاطعات بازلت فيضانات يمكن أن تغطي آلاف الكيلومترات المربعة، كما أن كالديرا هي كساد بركاني كبير تم تشكيله عندما يفرغ حجرة ضخمة من الغفران، مما يتسبب في انهيار الأرض، وغالباً ما ترتبط الكميات القصوى بالكميات الخارقة للآثار.

إن أسلوب الانفجار - الانفجار مقابل التلاعب الفعال - يؤدي دورا محوريا في تحديد مدى تأثير الانبعاثات البركانية على المناخ، كما أن الانفجارات المتفجرة تنفجر بكفاءة في ارتفاع الرماد والغازات الغنية بالسلع إلى الغلاف الجوي، حيث يمكن أن تنتشر الهباء الجوي عالميا وتستمر لعدة سنوات، وتنتج عن ذلك تهدئة واسعة النطاق.

Volcanic Emissions and Their Climate Impacts

وتنشأ ثورات بركانية خليط معقد من الغازات والجسيمات، لكل منها آثار مناخية متميزة، وتشمل أكثر الانبعاثات البركانية تأثيراً على المناخ ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون وثبات الماء والرماد البركاني والغازات التعقبية مثل الهالوجينات.

Sulfur Dioxide and Sulfate Aerosols: Drivers of Short-Term Coling

ثاني أكسيد الكبريت هو الغاز البركاني الرئيسي المسؤول عن التبريد العالمي القصير الأجل بعد الانفجارات الكبيرة وعندما تصل ثاني أكسيد الكربون إلى طبقة الستراتوسفير، فإنه يتفاعل مع بخار الماء لتشكيل قطرات حمض الكبريت، التي تتجمع في الهباء الجوي الكبريتي، وهذه الجسيمات الجميلة تبعث الإشعاع الشمسي القادم، وتخفض كمية ضوء الشمس التي تصل إلى سطح الأرض، وبالتالي تقل درجة الحرارة السطحية.

وقد يستمر تأثير التبريد الناجم عن الهباء الجوي الكبريتي لمدة سنتين أو ثلاث سنوات بعد حدوث انفجارات كبرى، فعلى سبيل المثال، انفجر جبل بيناتوبو في الفلبين في عام 1991، ووصل إلى نحو 17 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، مما أدى إلى انخفاض حرارة العالم بنسبة 0.5 درجة مئوية خلال السنة اللاحقة، وهذا التبريد البركاني الذي يعوض مؤقتا اتجاهات الاحترار الناجمة عن غازات الدفيئة.

وبالإضافة إلى إبراز الإشعاع الشمسي، يؤثر الأيروسول الكبريتي على الكيمياء في الغلاف الجوي بتوفير سطح للتفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تستنفد الأوزون، وله آثار على مستويات الإشعاع فوق البنفسج وأنماط التداول في الغلاف الجوي، وزيادة تعقيد التفاعلات البركانية - المناخية.

أكسيد الكربون: غاز مصغر ولكن طويل العمر

كما أن البراكين تطلق ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز دفيئة قوي يسهم في الاحترار الطويل الأجل، غير أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البركانية صغيرة نسبياً مقارنة بالمصادر البشرية، إذ يقدر أن الانبعاثات الصناعية من ثاني أكسيد الكربون البركانية تبلغ نحو 200 إلى 300 مليون طن سنوياً، بينما تُظهر الأنشطة البشرية حالياً أكثر من 35 بليون طن سنوياً، ورغم أن ثاني أكسيد الكربون البركاني قد لعبت دوراً هاماً في تشكيل مناخ حراري للأرض في الفترة الجيولوجية الأخيرة،

خامات المياه وغازات بركانية أخرى

وبورت المياه هو أكثر الغازات البركانية وفرة، التي تشكل في كثير من الأحيان 60-90% من مجموع الانبعاثات، وفي حين أن بخار المياه هو غاز حرفي قوي، فإن المساهمات البركانية تكون قصيرة الأجل عموما بسبب التكثيف السريع والتهطال، غير أن الأعماق البركانية يمكن أن تعزز تكوين الغيوم والرطوبة الجوية محليا.

كما تشمل الانبعاثات البركانية كميات أصغر من سلفيد الهيدروجين، وكلوريد الهيدروجين (HCl)، وفلوريد الهيدروجين (HF)، ومركبات الهالوجين الأخرى، ويمكن لهذه الهلوجينات أن تحفز استنفاد الأوزون في الغلاف الجوي، كما لوحظ بعد انفجار بينتوبو في عام 1991، مما أدى إلى انخفاض تركيز الأوزون في مناطق معينة بنسبة 5-10 في المائة.

الرماد البركاني والتفاعلات الهوائية

ويتكون الرماد البركاني من صخرة مجزأة ومعادن وزجاج بركاني ينتج أثناء انفجارات متفجرة، وتختلف الجسيمات الآش بحجمها: إذ تستوطن رماد الكارسي بسرعة بالقرب من موقع الانفجار، بينما يمكن أن تظل رماد الغرامة معلقا في الغلاف الجوي لأسابيع، وتخفض جسيمات الرماد الحسنة ضوء الشمس إلى السطح، وتؤثر على درجة الحرارة والتصوير الضوئي، كما تعمل كوا كواع السحابي.

فالتفاعل بين الرماد البركاني والهباء الكبريتي والمركبات العضوية في الغلاف الجوي يخلق ردود فعل معقدة يمكن أن تعدل الاستجابات المناخية، فعلى سبيل المثال، يمكن لجسيمات الرماد أن تعزز حياة الأيروسول أو تغير خصائص تبعث الإشعاع، وتعقّد التنبؤات بالآثار المناخية البركانية.

آثار تاريخية هامة وعلمية

وتوفر ثورات البركانية التاريخية دراسات حالة قيّمة لفهم كيفية تأثير النشاط البركاني على المناخ، وقد تركت هذه الأحداث توقيعات متميزة في السجلات الأساسية، والحسابات التاريخية، والمحفوظات الطبيعية، مما يبرز مدى ودرجة الآثار البركانية على الطقس والمجتمع.

The 1815 Eruption of Mount Tambora

إن ثورة جبل تامبورا في إندونيسيا في عام 1815 تمثل أقوى ثورة بركانية في التاريخ المسجل، حيث يقدر حجمها بـ 100 كيلومتر مكعب، فقد أطلقت كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، مما أدى إلى انخفاض كبير في درجة الحرارة العالمية بلغ 0.4 إلى 0.7 درجة مئوية.

وقد أدى هذا التبريد إلى " الخوف من دون سمر " في عام 1816، الذي يتسم بأورام غير عادية وشديدة في الطقس في نصف الكرة الشمالي، وشهدت أوروبا وأمريكا الشمالية حالات إخفاق واسعة النطاق في المحاصيل ونقص الأغذية وازديادها في المجتمع، وسقطت الاضطرابات في أجزاء من نيو إنكلترا خلال شهر حزيران/يونيه، وساهم استمرار هطول الأمطار في أوروبا في واحدة من أسوأ المجاعة في القرن التاسع عشر.

The 1883 Eruption of Krakatoa

وكان انفجار كراكاتوا في 27 آب/أغسطس 1883 حدثا متفجرا كارثيا أسفر عن أحد الأصوات الأكثر ارتفاعا في التاريخ المسجل وولد أمواج تسونامي تسببت في عشرات الآلاف من الأرواح، وحقن الانفجار كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما أدى إلى تبريد عالمي يبلغ حوالي 0.3 درجة مئوية خلال السنة التالية.

ومن أبرز الآثار زيادة تواتر شموسيات حمراء وبرتقالية في العالم، بسبب تفريق ضوء الشمس بواسطة الهباء البركاني، وقد تم توثيق هذه الظواهر الجوية على نطاق واسع وبثها فنانين مثل دفريد مونش.

The 1991 Eruption of Mount Pinatubo

إن ثورة جبل بيناتوبو في الفلبين هي أحد أفضل الأحداث البركانية الموثقة من حيث تأثير المناخ، وقد انبعثت من 17 إلى 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، مما أدى إلى حدوث حجاب هباء من حمض الكبريت الذي يدور حول العالم في غضون أسابيع، وقد تسببت طبقة الهباء الجوي هذه في إحداث تبريد عالمي قابل للقياس يبلغ نحو 0.5 درجة مئوية في عام 1992، مما أدى إلى إضعاف اتجاهات الاحترار البشري.

وقد وفر اندلاع بيانتوبو ثروة من البيانات الساتلية والأرضية التي كانت مفيدة في التحقق من نماذج المناخ وتحسينها، كما أبرز أهمية الأيروسولات البركانية في الحد من تقلب المناخ في الأجل القصير والكيمياء في الغلاف الجوي.

The 1783-1784 Laki Eruption

وقد أطلق اندلاع الليفي في أيسلندا كميات هائلة من ثاني أكسيد الكبريت والغازات الفلورية على مدى ثمانية أشهر، وعلى عكس الانفجارات المتفجرة، كانت انبعاثات لاكي في الغالب على ارتفاعات أقل مما أدى إلى آثار بيئية إقليمية شديدة بدلا من تشكيل هوباء الغلاف الجوي العالمي.

وقد تسببت الغازات البركانية في انتشار الأمطار الحمضية والهباء السامة في جميع أنحاء أوروبا، مما أدى إلى حدوث إخفاقات في المحاصيل، ووفيات في الماشية، ووفيات بشرية، كما أسهم الانفجار في حدوث شتاء قاسي وتبريد كبير في نصف الكرة الشمالي، ويجسد اللاكي كيف يمكن أن تكون للثورات الطويلة والواسعة النطاق عواقب مناخية وخيمة على الصعيد الإقليمي.

التسلسل الهرمي قبل التاريخ وإرثهم

وتشير الأدلة الجيولوجية إلى عمليات تحلل سابقة التاريخ التي قلصت الأحداث التاريخية في الحجم، وقد أدى تحلل توبا، الذي حدث قبل نحو 000 74 سنة في إندونيسيا الحالية، إلى طرد ما يقدر ب 800 2 كيلومتر مكعب من المواد البركانية، وقد أدى هذا الحدث على الأرجح إلى حدوث شتاء بركاني دام عدة سنوات، مع احتمال أن يتجاوز درجات الحرارة العالمية 3 درجات مئوية.

وتشير بعض البحوث إلى أن ثورة توبا قد أحدثت اختناقات جينية في السكان بسبب الإجهاد البيئي الواسع الانتشار، رغم أن هذه الفرضية لا تزال محل نقاش، وتدل هذه الخرافات على قدرة النشاط البركاني على إحداث اضطراب مناخي شديد ومطول، وتشكيل مسارات تطورية وبيئية عبر الزمن الجيولوجي.

النهج العلمية لدراسة التفاعلات بين البركان والزملاء

ويتطلب دراسة تأثير البراكين على المناخ نهجا متعدد التخصصات، يدمج الاستشعار عن بعد، ونمذجة المناخ، وإعادة البناء غير المستقرة، وقد أدت التطورات في التكنولوجيا والتقنيات التحليلية إلى تعزيز فهمنا للضغط البركاني ودوره في نظام الأرض.

رصد الانبعاثات البركانية

وتوفر السواتل المجهزة بصكوك متخصصة رصداً شبه آني للأعمدة البركانية، وقياس تركيز غازات مثل ثاني أكسيد الكربون، ورسم خرائط توزيعات الهباء الجوي، وتكشف أدوات مثل أداة رصد الأوزون ومقياس الإشعاع المحدث (MDIS) عن الانبعاثات البركانية وتتتبع نقلها عبر الغلاف الجوي.

وهذه الملاحظات تمكن العلماء من تحديد كمية الغازات البركانية التي تحقن في طبقة الستراتوسفير، وتقييم العمق البصري للهواء، ورصد أنماط الحياة والتشتت في الهوروسولات البركانية، وتتيح منظمات مثل ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية هذه البيانات للجمهور، ودعم البحوث وتحسين القدرات التنبؤية لنماذج المناخ.

مرصد الأرض التابع لوكالة ناسا يقدم موارد واسعة على الثورات البركانية وتأثيراتها على المناخ

Climate Modeling and Simulation

وتُحاكي نماذج المناخ العمليات المادية والكيميائية التي تؤثر من خلالها الانبعاثات البركانية على درجة الحرارة في الغلاف الجوي، والتداول، والكيمياء، وتشمل هذه النماذج قوائم جرد الانبعاثات، والفيزياء الدقيقة للهوروسات، والنقل الإشعاعي، والتفاعلات بين المحيط والغلاف الجوي للتنبؤ بالاستجابة المناخية للتسرب البركاني.

فعلى سبيل المثال، أظهرت النماذج أن الانفجارات البركانية الكبيرة يمكن أن تؤثر على أنماط المناخ الرئيسية مثل تذبذب شمال الأطلسي (NAO) والنينيو - الجنوب الغربي (ENSO)، التي تغير أنماط الطقس في مختلف القارات، وبعد انفجار البيناتو، توقع النماذج حدوث تحولات في درجات الحرارة الشتوية فوق أوروبا وآسيا بما يتفق مع الملاحظات.

كما أن وضع النماذج للتأثيرات البركانية يساعد العلماء على استكشاف سيناريوهات افتراضية، مثل النتائج المناخية للتجاوزات أو مجموعات الانفجارات الكبيرة في المستقبل، وهذه الأفكار ذات أهمية حاسمة في تقييم المخاطر وتوجيه استراتيجيات التخفيف من حدة المناخ.

الأرشيفات المسروقة: الذرة الجليدية وراتنج الأشجار

وتوفر المحفوظات الطبيعية سجلات أساسية للنشاط البركاني الماضي وآثاره المناخية، حيث تحتوي نواة الجليد التي تم حفرها من غرينلاند ومن أنتاركتيكا على طبقات غنية بالهيروسول الكبريتي تقابل ثورات بركانية محددة، وبتحليل هذه الطبقات، يمكن للباحثين أن ينفجروا ويقدوا حجمهم وتأثيرهم في الغلاف الجوي.

وتُستخدم حلقات الأشجار كمؤشرات حساسة لتقلب المناخ، وكثيراً ما تتطابق حلقات شجرة الارو مع مواسم النمو الأكثر برودة بعد حدوث ثورات بركانية، مما يوفر دليلاً تكميلياً على التغيرات في درجات الحرارة الناجمة عن البركان، ويُعدّ معاً، ولبُل الجليد وعلم الكثافة، سجل البركان والمناخ مئات الآلاف من السنوات، مما يتيح دراسة التفاعلات الطويلة الأجل والتقلبات الطبيعية.

Volcanic Forcing in Climate Variability and Modeling

وتمثل الانفجارات البركانية عاملاً رئيسياً في تقلب المناخ الطبيعي، إلى جانب التغيرات في الإشعاع الشمسي والدورات المدارية، ويدمج علماء المناخ الحرق البركاني في نماذج المناخ العالمية لتحسين دقة المحاكاة وفصل التقلبات الطبيعية عن الاحترار الذي يتسبب فيه الإنسان.

ويضم الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ بانتظام آثار الهباء البركاني في تقارير التقييم التي يقدمها، مع ملاحظة طابعها الوبائي وغير المتوقع، وفي حين أن الأيروسول البركاني ينتج أثراً صافياً للتبريد، فإن آثاره مؤقتة ويمكن أن تعقد كشف الاتجاهات المناخية الطويلة الأجل.

More information:] The U.S. Geological Survey provides detailed data and analysis on volcanic hazards and their interactions with climate.

Long-Term and Geological Climate Implications of Volcanic Activity

وقد أثر النشاط البركاني على مناخ الأرض ليس فقط في القرون الأخيرة بل أيضا على مدى ملايين السنين، وقد وقعت أحداث بركانية واسعة النطاق في بعض أكثر التغيرات المناخية دراما وحدث الانقراض الجماعي في تاريخ الأرض.

فولكانية الشتات والممتدات الجماعية

وقد تزامنت أحداث الإنقراض الفارمي - التريسية، التي جرت قبل نحو 252 مليون سنة، مع ثورة المقاطعة السيبيرية الكبيرة الجشعة، وأطلقت هذه الحلقات البركانية المطولة كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، مما أدى إلى الاحترار العالمي السريع، وتحمض المحيطات، واستنفاد شديد للأوزون.

وقد أدى الإجهاد المناخي والبيئي المشترك إلى " الأكل العظيم " ، وهو أكثر الأحداث حدة في تاريخ الأرض، وهذا المثال يوضح كيف يمكن للضغط البركاني المستمر أن يدفع نظام الأرض إلى ما يتجاوز العتبات الحرجة، مما يتسبب في حدوث خلل عميق في الغلاف الحيوي والمناخ.

Volcanic Activity in the Modern Climate Context

وفي حين أن كل ثورة بركانية تسبب التبريد المؤقت، فإنها لا تستطيع أن تضاهي الاحترار المستمر الذي تسببه انبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ، فعلى سبيل المثال، كان التبريد الذي سببه انفجار جبل بيناتوبو (0.5 درجة مئوية) قصيرا وصغيرا بالمقارنة مع اتجاه الاحترار العام الذي بلغ نحو 0.2 درجة مئوية في العقد الذي لوحظ منذ منتصف القرن العشرين.

ومع ذلك، فإن مجموعة من الاندفاعات الكبيرة في غضون فترة زمنية قصيرة يمكن أن تؤدي إلى حلقة تهدئة طويلة تستمر لمدة عشر سنوات أو أكثر، وربما تخفي بعض الاحترار البشري، ففهم هذه التفاعلات أمر حاسم الأهمية في تحسين التوقعات المناخية ووضع استراتيجيات التكيف.

مخاطر الإرتفاع البركاني ومستقبله

وعلى الرغم من التقدم المحرز في الرصد والنمذجة، لا تزال الثورات البركانية غير متوقعة في جوهرها، وقد يؤدي حدوث تحلل ظاهري إلى عواقب وخيمة على الصعيد العالمي، بما في ذلك الفشل الزراعي الواسع النطاق، وانخفاضات كبيرة في درجات الحرارة، واضطرابات المجتمعات البشرية.

وتتابع شبكات الرصد العالمية، مثل البرنامج العالمي للفولكان التابع للمؤسسة سميثسونية والمراكز الاستشارية الدولية للآش البركانية، باستمرار النشاط البركاني لتوفير الإنذار المبكر، كما أن تعزيز المراقبة، إلى جانب تحسين نماذج المناخ، أمر حيوي للتحضير للصدمات المناخية البركانية المحتملة والتخفيف من آثارها.