مؤسسة جيولوجية: أطباء بلاط و قشرة الأرض الديناميكية

إن الغلاف الجوي للأرض، وهو القشرة الخارجية الصلبة لكوكبنا، يقسم إلى حوالي ١٥ لوحة رئيسية من الصفائح التكتونية إلى جانب العديد من الميكروبات الصغيرة، وهذه اللوحات ترتكز على الغلاف الجوي شبه الفلوري أسفله، الذي يقترب ببطء من القفز الحراري من داخل الأرض، ويثير التفاعلات بين هذه اللوحات التي تحركها قوى الكائنات الحية، وهي تسحب الكثير من الظواهر.

ويتكون القشرة المحيطية في الغالب من صخرة باهظة، وهي رقيقة نسبيا، حيث تُبلغ مساحتها نحو 7 كيلومترات، بينما يُنتج القشرة القارية أكثر سمكا، ويُطلق عليها في المتوسط ما بين 30 و 50 كيلومترا، ويُطلق عليها في التركيبة الرطبة بدرجة كبيرة، وفي حدود الطبق المتفاوتة، وترتفع المادة المهوية، وتذوبان في التلال المحيطي.

إن توليد المغناطيس تحت سطح الأرض يتطلب واحدا أو أكثر من ثلاثة شروط رئيسية: إضافة تقلبات مثل الماء وثاني أكسيد الكربون، وتقلص الضغط الناجم عن انخفاض الضغط دون تغيير في درجة الحرارة، أو نقل حراري مباشر من الأعمدة الكواكبية، وعادة ما تستوفي مناطق التخصيب الحالة الأولى، وتصلبات وسط المحيط، والضلوع القارية التي تخلق الزلازل الثانية والحرارة مثل هاواي وبيزو.

Boundaries and their Role in Earthquake-Volcano Association

الحدود المشتركة: المناطق الفرعية

إن الحدود المتناغمة هي مناطق تتجمع فيها الصفائح التكتونية، وطبقة واحدة تُجبر على أن تُطلق تحتها عملية تُعرف باسم التخضّص، وتُحمل السلة الأندونيسية المياه والمعادن الهيدرولية في أعماق المعبد، حيث تؤدي زيادة درجة الحرارة والضغط إلى إطلاق هذه المعادن من الماء، ويخفض هذا التدفق من التفجرات المتطايرة في المعبد المكتوم، مما يولد.

ويمكن أن تتباين مساحات الأرض في مناطق التخضّع بعمق وحجم، تتراوح بين أحداث ضحلة في الصفيحة المغفرة والزلازل العميقة التركيز التي تحدث إلى ما يصل إلى 700 كيلومتر تحت سطح المهبط الفرعي، وهذه الزلازل يمكن أن تكون شديدة القوة؛ وعلى سبيل المثال، حدث الزلزال الذي وقع في توهوكو في عام 2011 (الخط الفاصل 9-0-9-1) حيث كانت الخواص التسونامية في المحيط الهادئ محدثة

الحدود الدنيا: سلاسل منتصف المحيط والخطوط القارية

وتتميز الحدود المتباينة بانحسار لوحات التكتونية، مما يسمح بارتفاع وهبوط المواد المفترسة جزئياً من خلال الاكتئاب، وفي التلال الوسطى، مثل الريدج المنتصف الأطلسي، يمتد المغنطيسي باستمرار إلى قشرة بحرية جديدة على طول محور الحافة، وتميل مساحات الأرض إلى التكرار، ولكنها منخفضة نسبياً (من الناحية التقليدية إلى ثلاثة أجزاء).

وتمثل الشقق القاري مرحلة مبكرة من التباعد حيث تبدأ قارة بالتفكك، ونظام الشباك في شرق أفريقيا مثال رئيسي، حيث يرتبط القشرة المخففة بالسيزمية والبركانية، وتشمل البركانات البارزة في هذه المنطقة جبل كليمنجارو، وكسر في السلك المغناطيسي، وزلزال جبل نييراغو، المشهورة لسوائل التي تدور في بحيرة لافا.

حوائز التحويل

وتتم إزالة الحدود حيث تنزلق الصفائح التكتونية فيما بعد، وتأتي الحركة الأفقية التي تستوعب بعضها بعضا، وتنتج هذه الحدود عادة زلازل من القصف بدون براكين كبير، لأنه لا يوجد أي خلق أو تدمير للقشرة، كما أن فولا سان أندرياس في كاليفورنيا، وهو خطأ تحولي يرسم الحدود بين صفائح المحيط الهادئ وصحون أمريكا الشمالية، مثال رئيسي، وينتج زلايات متكررة، ويصل بعضها إلى حجم يتراوح بين 7 و 8،

ومع ذلك، فإن النشاط البركاني في المناطق المتاخمة لتحويل الحدود يمكن أن يتأثر بصورة غير مباشرة بالإجهادات التي تشتونية والتمديد المحلي، فعلى سبيل المثال، يحدث حقل كليدرا وبحيرة خالي في كاليفورنيا في مقاطعة الحوض والرانج، التي تختبر امتداداً قشرياً يتصل بالتشوه الأوسع نطاقاً للولايات المتحدة الغربية، وتظهر هذه النظم البركانية كيف يمكن أن يؤدي التحول في عمليات التكتونية إلى الخنق، ولكن ليس بصورة مباشرة.

The Pacific Ring of Fire: A Global Hotspot

إن رنين النار في المحيط الهادئ هو حزام واسع من مناطق التخضير، والقوس البركاني، ونظم العيوب النشطة التي تحاصر المحيط الهادئ، وهي أكثر المناطق نشاطا من الناحية السيزمية والبراكينية على الأرض، حيث تمثل زهاء ٩٠ في المائة من زلازل العالم و ٧٥ في المائة من البركاني الراكني النشط والمخدر، وتشمل هذه المنطقة خنادق فرعية كبيرة مثل منطقة أرتش في اليابان.

والبراكين في رنين النار هي من بين أكثر الدراسات بسبب إمكاناتها في مجال الانفجارات المتفجرة وما يرتبط بها من أخطار، وتشمل البركانات البارزة جبل سانت هيلينز في الولايات المتحدة، ومونت بيناتوبو في الفلبين، وكراكاتوا في إندونيسيا، ومونت مرابي أيضا في إندونيسيا، والمجمع البركاني لشبهات الكمال في روسيا.

وعلى الرغم من أن رنين النار هو بمثابة مختبر طبيعي لفهم التفاعلات بين الزلازل والثورات البركانية، فإن السجلات التاريخية تبين أن الزلازل الكبيرة يمكن أن تسبق أو تتزامن مع الانفجارات البركانية، مثل زلزال فالديفيا لعام ١٩٦٠ )القدرة ٩,٥(، وهو أكبر زلزال مسجل، أصاب شيلي، وأعقبه انفجارات عدة زلزال بركان أندية أندية.

كيف يُمكنُ من التَأْسُّرِيِةِ البركانيةِ

ويمكن أن تؤثر الزلازل الكبيرة على النظم البركانية من خلال آليات متعددة، مما قد يؤدي إلى حدوث انفجارات أو إلى تغيير السلوك البركاني، وتشمل هذه الآليات ما يلي:

  • Static stress changes:] The sudden displacement of rock during anزلزال modifies the stress field in the surrounding crust. Areas experiencing tension (dilation) may open fractures or conduits, facilitating magma ascent, whereas compressive stress can squeeze magma reservoirs, increasing internal pressure and potentially inducing er.
  • Dynamic stress changes:] The passage of seismic waves generates oscillations in the volcanic edifice and magma chamber, which can promote bubble nucleation and gas exsolution within the magma. These processes increase magma buoyancy and convection, helping to initiate or accelerate eruptive activity.
  • Remobilization of Belgian-rich magma:] Earthquake shaking can disrupt the plastic framework within viscous magma, releasing trapped melt and volatiles. This remobilization can enhance magma mobility and eruptibility.
  • Triggering of hydrothermal systems:] Seismic shaking may fracture hydrothermal seals and conduits, causing rapid pressure changes and steam-driven phreatic explosions, which can precede or accompany magmatic eruptions.

ومن المهم ملاحظة أن الزلازل الكبيرة لا تؤدي جميعها إلى حدوث ثورات بركانية، ويتوقف احتمال حدوثها على عدة عوامل، منها حجم الزلزال، وقربه من البركان، وحالة النظام البركاني، كما أن البراكين الذين يوجدون بالفعل في دولة مجهدة للغاية، حيث توجد غرف مغنغوية بالقرب من عتبة الانفجار، أكثر عرضة للزلزال التركي().

الإرتفاعات البركانية التي تُنتج مُزمار الأرض

ويولد النشاط البركاني في حد ذاته إشارات زلزالية مميزة تُعرف بزلازل البركانية - الانتقائية، تختلف عن الزلازل التي تلتها التكتون في الأصل والخصائص، وتنشأ هذه الزلازل البركانية من عدة عمليات:

  • Magma intrusion:] As magma forces its way through fractures and faults within the crust, it causes fracturing and rock failure, producing swarms of small ters. These swarms often precede eruptions and are critical for eruption forecasting.
  • ]Magma chamber collapse:] After significant magma withdrawal during an eruption, the roof of the magma chamber may collapse, generating large terers. For instance, the 1980 eruption of Mount Saint Helens triggered a magnitude 5.1زلزال associated with the collapse of the volcano’s northern flank.
  • Hydrothermal explosions:] Rapid pressurization and flashing of groundwater to steam within volcanic systems can cause phreatic explosions, producing small to moderate seismic events.
  • Caldera collapse:] During massive explosive eruptions, large sections of the volcanic edifice may collapse into the evictiond magma chamber, creating substantial seismic activity. Historical examples include the 1883 Krakatoa eruption and the Mount Pinatubo eruption.

وتولد الإشارات الزلزالية المستمرة مثل الزلازل الطويلة الأمد والخراط المتجانسة عن حركة الماجمة والغاز داخل النظام البركاني، وهذه الخيوط هي سلائف حيوية يستخدمها علماء البركان لتقييم احتمال حدوث انفجارات ورصد الاضطرابات البركانية الجارية، كما أن إدماج رصد الزلازل في البيانات الجيوفيزيائية والجيوفيزيائية الأخرى يشكل العمود الفقري للأخطار الكامنة وراء الاضطرابات الحديثة.

دراسات حالة عن تفاعل زلزال - فولكانو

جبل سانت هيلينز، الولايات المتحدة الأمريكية (1980 إربا)

إن ثورة جبل سانت هيلينز المأساوية في ١٨ أيار/مايو ١٩٨٠، هي أحد أكثر الأمثلة توثيقا على التفاعل بين الزلازل والفولكان، وابتداء من آذار/مارس ١٩٨٠، شهدت هذه الغواصة البركانية عدة حطامات زلازلية وتشوهات سطحية تتصل باقتحام الماجم، وقد أشار زلزال حجمه ٥,١ في آذار/مارس ٢٠ إلى زلزال بركاني.

ويوضح هذا الحدث كيف يمكن للزلازل أن تؤثر مباشرة على الاستقرار البركاني من خلال تغيير السلامة الهيكلية للشهادة البركانية، مما يؤدي إلى حدوث انفجارات قد لا تكون قد حدثت لولا ذلك، وقد أدى الرصد والتحقيق التفصيليان لـ جبل سانت هيلينز منذ ذلك الحين إلى زيادة فهمنا للتفاعلات بين الزلازل والفولكان على الصعيد العالمي.

Kīlauea, Hawaii (2018 Lower East Rift Zone Eruption)

إن كـيـلاوا، وهي واحدة من أكثر بركانات الدروع نشاطا في العالم، تقع على مدخل المحيط الهادئ الساخن، ففي عام 2018، ضرب زلزال ضخم من نوع 6.9 من الكيلاوا الجنوبي، متزامنا مع ثورة كبيرة على طول منطقة الساحل الشرقي الأدنى، ودمر هذا الانفجار مئات المنازل وعاد تشكيل المشهد الطبيعي، وتسبب في زلزال التضخم على طول حجرة مفرغة.

وفي حين أن الحدث السيزمي والانفجار كانا معاصرين، فإن المحرك الرئيسي للثورة كان ضغطاً مغناطيسياً بدلاً من الزلزال نفسه، غير أن الزلزال ربما كان قد يسّر انتشار الديّس بتقليل الضغط المائي، مما أتاح المجال أمام وصول الماغم إلى السطح، وهذه الحالة تبرز التعليقات المعقدة بين العمليات التكتونية والعمليات المغنطية في المناطق البركانية.

جبل بيناتوبو، الفلبين (إذراب عام 1991)

وكان انفجار جبل بيناتوبو في حزيران/يونيه ١٩٩١ من أكبر الأحداث البركانية المتفجرة في القرن العشرين، مما أثر تأثيرا كبيرا على المناخ العالمي من خلال حقن الهباء الجوي في الغلاف الجوي، وفي السنة التي سبقت الانفجار، كان قد زاد حجم الزلزال الذي ضرب جزيرة لوزون في ١٦ تموز/يوليه ١٩٩٠، وزاد من ضعفه نحو ١٠٠ كيلومتر من جبل بيناتوبو.

ويدل هذا المثال على مدى تأثير الزلازل الإقليمية الكبيرة على النظم البركانية من خلال تغيير الخصائص المادية للقشرة، مما ييسر العمليات المغنطسية دون التسبب فورا في حدوث انفجارات، كما يؤكد اندلاع بيناتوبو أهمية رصد النشاط التكتوني والبركاني في المناطق النشطة زلزالية.

الرصد وتقييم المخاطر

ويستخدم مرصد البركان الحديث نهجا متعدد التخصصات لرصد الاضطرابات البركانية وتقييم المخاطر، ويُعتبر علم الزلازل محوريا لهذا الجهد، ويكشف عن أعواد الزلازل، والأحداث الطويلة الأمد، والعلامات المتجانسة لثاني أكسيد الكربون، ويُجرى تقصّي التحلل الأرضي باستخدام قياسات قياسات قياسات النطاقات العالمية والمليارات، ويكشف عن التضخم أو انكماش لغرفات المغناطيسية.

Institutions such as the USGS Earthquake Hazards Program and the volcano Hazards Program in the United States offer real-time data and hazard warnings. Internationally, the Smithsonian Global Volcanism Program[FL

إن الرصد المتكامل للزلازل والنشاط البركاني يتسم بأهمية خاصة في المناطق التي تنطوي على مخاطر مقترنة، مثل اليابان وإندونيسيا وجزر ألويتية، ويمكن أن تؤدي الزلازل الكبيرة في هذه المناطق في وقت واحد إلى حدوث تسونامي وثورات بركانية، مما يشكل مخاطر مضاعفة للسكان، وتعتمد نظم الإنذار المبكر على الكشف السريع للموجات الزلزالية والاتصال بها من أجل إصدار تنبيهات يمكن أن تنقذ الأرواح وتخفف من الأضرار.

التوزيع الجغرافي وآثار الأخطار

وتختلف العلاقة المكانية بين الزلازل والبراكين على الصعيد العالمي، ففي حين أن العديد من البركانات والزلازل تتشارك في مواقعها على طول حدود الصفائح، ولا سيما هوامش التقارب، توجد استثناءات، وتفتقر البركانيات الاصطناعية، مثل منطقة هاواي، ومحطة يلوستون في الولايات المتحدة، إلى زلزال كبير من الزلازل التي تُشن، رغم أنها تنتج حوافات من الأحداث ذات الحجم الأصغر المرتبطة بالنشاط القاري المستقر.

إن أقوى الانقلابات بين الزلازل والبراكين تحدث على طول حدود لوحات متطابقة حيث يؤدي التخضّص إلى حدوث زلزال شديد وفولط بركاني في القطب الشمالي، مما يزيد من احتمالات المخاطر التي يتعرض لها السكان الذين يعيشون بالقرب من هذه المناطق، حيث قد يواجهون تهديدات متزامنة من الزلازل، وأمواج تسونامي، والثورات البركانية، وبلدان مثل اليابان وإندونيسيا وشيلي والفلبين والمناطق المرتفعة في الولايات المتحدة مثل شمال غربي

وتقع المراكز الحضرية مثل طوكيو وجاكرتا ومانيلا وليلا وسياتل بالقرب من نظم التكتونية والبركانية النشطة، ويتمثل التحدي الذي يواجه العلماء وواضعي السياسات في إدماج المعارف الجيولوجية في استراتيجيات إدارة المخاطر للتخفيف من آثار هذه المخاطر الطبيعية، ويشمل ذلك تخطيط استخدام الأراضي، والتعليم العام، ونظم الإنذار المبكر، وتنسيق الاستجابة لحالات الطوارئ.