البركان والعواصف الرعدية: كيف يمكن للنشاط البركاني أن يُمكن لـ (تريغر سيفير ويذر)

The Science Behind Volcanic Lightning and Thunderstorms

إن ثورة البركان هي من أكثر الأحداث الطبيعية إثارة على الأرض، وهي قادرة على إعادة تشكيل المناظر الطبيعية والتأثير على المناخ على نطاق عالمي، ومن أكثر الظواهر التي لا تُفهم إلا بقدر أقل، وهي توليد العواصف البركانية والبرق في الأعماق، مما يؤدي إلى حدوث انقلابات في النشاط البركاني والطقس الشديد، مما يتيح المجال العلمي وآليات السلامة العملية.

وتختلف العواصف الرعدية البركانية عن عواصف الأرصاد الجوية التقليدية، حيث أنها لا تُدفع أساساً من خلال التدفئة الشمسية أو النظم الجبهية الواسعة النطاق، بل إنها تُستمد طاقتها من الطاقة الهائلة التي تُطلق أثناء انفجار، فالحرارة والجسيمات والغازات التي تُحقن في الغلاف الجوي يمكن أن تُحدث بسرعة كتلة جوية مستقرة إلى محرك مُخلّق قادر على إنتاج البرق، ومطر ثقيل، وه، وه، وه، وبح، وبح، وبح، وبح، وبحاثه، وبحه، وبحه، وبحاثه،

الآليات: كيفية خلق حالات العذاب

(آش) و(أيس نوكلي) من أجل تكوين السحاب

إن المحرك الرئيسي لتنمية العواصف الرعدية البركانية هو حقن الجسيمات الرمادية في الغلاف الجوي، وهذه الجسيمات، التي تتكون من صخور وزجاج مجهزة بالضغط، يمكن أن ترتفع إلى ارتفاع يتراوح بين 10 و30 كيلومتراً أو أكثر أثناء انفجارات كبيرة، وعندما تكون الجسيمات الرمادية تعمل كثيفة من النواة الجليدية، مما يعني أن ارتفاع حرارة الماء يزيد عن الحدائق الأساسية.

وغالبا ما تحتوي سحابات الرماد البركاني على مزيج من السهول والكبريتات وغيرها من المعادن التي تعزز قدرتها على التصرف كتكديس للسحابة ونواة جليدية، ويؤدي ارتفاع تركيز هذه الجسيمات إلى سحابة كثيفة من الجليد وسقوط الماء، بينما تتحول البلورات التي تدور داخل السباكات إلى ارتفاع، وتتراكم السحابات بين البلورات الجليدية ومجموعات الهابلورات الكهربائية الأكبر حجما.

الارتفاع الحراري وعدم الاستقرار

إن الانفجارات البركانية تُطلق كميات هائلة من الطاقة الحرارية، ويمكن أن تكون المغناطيس الناشئ من فتحة حرارة تتجاوز 1000 درجة مئوية، وتُنقل هذه الحرارة مباشرة إلى الهواء المحيط وإلى خليط الرماد والغاز المُتدَرَّب، ونتيجة لذلك يصبح العمود البركاني أكثر حرارة من الغلاف الجوي المحيط، مما يخلق قوة في ارتفاع حرارة المحركات.

كما أن الطاقة الحرارية تسهم في تطوير السحب من البيوت التي تُشكل من مصادر حرارة مثل حرائق البراري أو البركان، وفي حالة البركان، يمكن أن تتطور هذه السحب من السحب الحرارية إلى ثني الرعد الكامل (الدائع التراكمية التي تُشكل من خلال الشعلة) التي تستمر لساعات بعد الانهيار الأولي.

الشحنات الكهربائية في الأحياء البركانية

أما آليات المراقبة الدقيقة للشحن داخل الأعمدة البركانية فهي لا تزال تشكل مجالاً نشطاً من مجالات البحث، ولكن يعتقد أن عدة عمليات تسهم، والأهم من ذلك هو الشحن الثلاثي الكهربي الذي يحدث عندما تصطدم الجسيمات الرمادية ببعضها البعض وبلورات الجليد، كما أن تذبذب وتفرك الجسيمات ذات أحجام وتركيبات مختلفة تؤدي إلى نقل شحنات جديدة.

دراسات حالة عن العواصف البركانية

جبل بيناتوبو (1991)

إن ثورة جبل بيناتوبو في الفلبين في 15 حزيران/يونيه 1991 هي واحدة من أكبر الأحداث البركانية في القرن العشرين، حيث أن الانفجار قد ضخ أكثر من 5 كيلومترات مكعبة من المغناطيس في الغلاف الجوي، وأرسل الرماد والغازات إلى ارتفاعات تبلغ 40 كيلومترا، كما أن سحابة الرماد الضخمة أصبحت نظاماً قابلاً للتداول في حقها.

Eyjafjallajökull (2010)

وقد تسبب اندلاع إيجافاجوكل في أيسلندا في عام 2010 في حدوث انقطاع واسع النطاق في السفر جوا عبر أوروبا، وفي حين أن الخطر الرئيسي كان سحابة الرماد التي تعرض محركات الطائرات للخطر، فإن ثورة الطائرة قد أحدثت أيضا نشاطا كهربائيا كبيرا، ونشر العلماء أجهزة استشعار للبرق المحمولة وسجلوا عدة ملامح في الأعمدة، كما أن استمرار البركانية في هذا الانفجار سمح للباحثين بتقويض من إمكانية حدوث تغييرات في مجال الاند.

هونغا تونغا - هونغا هاباي (2022)

وكان انفجار بركان هونغا - هونغا هاباي في المحيط الهادئ في عام ٢٠٢٢ من أكثر الانفجارات انفجارا في التاريخ، حيث بلغ عمود الانفجار نحو ٦٠ كيلومترا، ودخل إلى الغلاف الجوي المائي، ونتج عن ذلك عدد غير مسبوق من الوميضات، وسجلت شبكات الكشف عن الصمامات السحابية العالمية أكثر من ٠٠٠ ٤٠٠ حدث في الساعات الأولى من الانفجار.

Impacts on Aviation, Infrastructure, and Climate

إن الانقلابات التي تدور في نشاط البركاني والطقس الحاد لها عواقب مباشرة وغير مباشرة، والخطر الأكثر إلحاحاً هو الطيران، وقد تسبب جسيمات آش في الغلاف الجوي عطلاً في محركات الطائرات، ويتسبب البركاني في تهديد للطائرات الإلكترونية ونظم الوقود، وقد تُدرَّب الطيارات على تجنب الطيران من خلال سحابات رماد بركانية معروفة، ولكن وجود البرق داخل هذه الغيوم يضيف طبقة أخرى من الخطر.

وعلى الأرض، يمكن أن تنتج العواصف الرعدية البركانية سقوطاً شديداً، مما يؤدي إلى حدوث هطولات (تدفقات الطين الفولكان) والفيضانات اللامعة، كما أن الأمطار الغزيرة يمكن أن تزعزع استقرار الرماد الجديد، مما يؤدي إلى تدفقات الحطام المدمرة التي يمكن أن تُخلّف المجتمعات والهياكل الأساسية، كما أن هناك تداعيات في تساقط الأمطار من العاصفة البركانية، ثم تهطلّب الأمطار في أعقاب ذلك.

وعلى نطاق أوسع، تسهم العواصف البركانية في الدائرة الكهربائية العالمية، ويمكن أن تؤثر الكميات الضخمة من الشحنات التي تولدت في الأعمدة البركانية على الغلاف الأيوني وميدان الأرض الكهربائي، وفي حين أن الآثار المناخية الطويلة الأجل تهيمن على هوباء الكبريت، فإن البرق الذي تنتجه العواصف البركانية ينتج أكاسيد النيتروجين (NOxosphere) التي يمكن أن تؤثر على التفاعل بين طبقات الأوزون في المواد الكيميائية.

الرصد والتنبؤ: استخدام الرادار الشعاعي والسواتل

وقد أدى التقدم في مجال تكنولوجيا الرصد إلى تحسين قدرتنا على كشف ودراسة العواصف الرعدية البركانية، ويمكن للرادارات الحرارية أن تتعقب تطور السباكات وأن تحدد المناطق التي تتسم بالهيمنة الشديدة والهش، والتي تشكل مؤشرات للارتقاء القوي، وتتيح شبكات الكشف عن البرق، التي تقوم على الأرض وعلى أساس فضائي، بيانات آنية عن النشاط الكهربائي في الغيوم السحابية البركانية الشديدة.

فقد أصبح استخدام بيانات البرق، على سبيل المثال، جزءاً قياسياً من رصد الانفجار في مؤسسات مثل مرصد ألاسكا للفولكان والمكتب الايسلندي للأرصاد الجوية، وقد تكون زيادة نشاط البرق علامة مبكرة على أن الانفجار يتصاعد أو أن السباك قد وصل إلى ارتفاع حيث يحتمل أن يكون الجليد، وهذه المعلومات حاسمة في إصدار إنذارات جوية في الوقت المناسب.

One promising approach involves coupling volcanic ash dispersion models with weather prediction models. By taking into account the heat and particle release from an eruption, these models can predict the development of convection and lightning. Such models are still in the research phase, but they represent a step toward operational prediction of volcanic severe weather. For example, the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) has collaborated

الآثار المترتبة على التأهب للمخاطر

ومن الضروري فهم هذه الثورات البركانية التي يمكن أن تؤدي إلى حدوث طقس شديد، وذلك من أجل التخطيط الشامل للمخاطر، إذ يتعين على المجتمعات المحلية القريبة من البركانات النشطة أن تستعد ليس فقط للسقوط، وتدفقات الحمم، والتدفقات البركانية، بل أيضاً للطيور الرعدية، والبرق، والفيضانات الخفيفة، والموانئ، وينبغي لمديري الطوارئ أن يدمجوا إمكانية البركانية، وه، في خطط الإجلاء والاستجابة.

وأنشأت وكالات دولية مثل منظمة الطيران المدني الدولي مراكز استشارية للرماد البركاني تستخدم البيانات والنماذج الساتلية في إصدار الإنذارات، وتتزايد إدماج بيانات البرق في تحليلاتها، ويمكن للزملاء والمرسلين الحصول على معلومات عن العواصف الرعدية البركانية من خلال مواقع شبكية تحتفظ بها منظمات مثل [FLT:]

وأخيرا، فإن دراسة العواصف الرعدية البركانية ذات قيمة علمية أوسع، فهي تسلط الضوء على العمليات الأساسية للكهرباء في الغلاف الجوي والفيزياء السحابية الدقيقة، وبمعاملة الثورات البركانية كمختبرات طبيعية، يمكن للعلماء اختبار الفرضيات حول كيفية تفاعل الجسيمات والجليد في بيئات متجانسة للغاية، وقد يؤدي هذا البحث في نهاية المطاف إلى تحسين نماذج التنبؤ بالطقس بالنسبة للنظم الرعدية العادية.