أثر البركانات النشطة المناخ و البيئة

مقدمة: الوجه المزدوج للقوة البركانية

إن البراكين النشطين من بين أكثر الظواهر الطبيعية دينامية وقوة في الأرض، القادرة على إعادة تشكيل المناظر الطبيعية، وتغيير الكيمياء في الغلاف الجوي، والتأثير على الأنماط المناخية العالمية، وفي حين أن الانفجارات كثيرا ما ترتبط بتدمير فوري، فإن تأثيرها على المناخ والبيئة الأوسع نطاقا يتراوح بين أيام وألفينية، ففهم هذه التفاعلات المعقدة أمر حاسم بالنسبة لنموذج المناخ، والتأهب للكوارث، وإدارة النظم الإيكولوجية.

Short-Term Climate Effects: The Role of Sulfate Aerosols

عندما يحدث ثورة بركانية كبيرة يمكن أن تحقن كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت في الستراتوسفير بمجرد أن تصل هذه المادة إلى بخار الماء لتشكل هوباءاً عالياً، هذه الجسيمات المجهرية تعمل كدرع مُحدّد، تُبعثر في الإشعاع الشمسي إلى الفضاء

إن ثورة جبل بيناتوبو في الفلبين في عام 1991 مثال موثق جيدا، حيث حقن حوالي 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون في طبقة الستراتوسفير، مما أدى إلى انخفاض حرارة متوسط عالمي يبلغ نحو 0.5 درجة مئوية (0.9 درجة مئوية) خلال السنتين التاليتين، وقد لوحظت آثار مماثلة للتبريد بعد حدوث انفجارات كبيرة أخرى، مثل إل شيخون في عام 1982 ودرجة حرارة كراكاتوا في عام 1883.

ويحد من استمرار تأثير التبريد طول عمر الهباء الجوي الكبريتي في طبقة الستراتوسفير، أي قبل سنة أو ثلاث سنوات من تسويتها أو غسلها، غير أن الاندلاعات الكبيرة المتكررة يمكن أن تنتج أثرا تراكميا للتبريد على مدى فترات أطول، وعلى سبيل المثال، ساهمت سلسلة من الانفجارات الرئيسية في أواخر القرن السادس عشر في تبريد عصر الجليد الأرضي الذي لوحظ في نصف الكرة الشمالي.

Mechanisms of Aerosol Formation and Climate Forcing

ويشتمل تكوين الهباء الجوي الكبريتي على عدة خطوات كيميائية، كما أن ثاني أكسيد الكبريت يتفاعل مع متطرفي الهيدروكسيل (OH) لتشكيل ثلاثي أكسيد الكبريت (SO3)، الذي يتفاعل بعد ذلك مع بخار الماء لإنتاج حمض الكبريتيك (H2SO4).

ومن الآثار الهامة الأخرى تغير كيميائي الأوزون في الغلاف الجوي، حيث أن الأيروسولات الكبريتية توفر سطحاً لرد فعل كيميائي متجانس يمكن أن يدمر الأوزون، ولا سيما في خطوط العرض المتوسطة، ويمكن لنضوب الأوزون، مع أنه مؤقت، أن يزيد من الإشعاع الفوق البنفسجي الضار على السطح، ويواصل الباحثون دراسة هذه التفاعلات لصقل نماذج المناخ التي يجب أن تكون مسؤولة عن عمليات التكاثر الطبيعية والصناعية.

مقارنة التبريد البركاني إلى الإنذار الأنثروبولوجي

ومن الضروري وضع التبريد البركاني في سياق تغير المناخ الناجم عن الإنسان، كما أن التبريد من ثورة كبيرة مثل بيناتوبو هو أمر يقل حجما عن اتجاه الاحترار الذي يحركه ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون، فضلا عن أن الانبعاثات البركانية من ثاني أكسيد الكربون لا تذكر مقارنة مع عوامل الاحترار العالمي التي تتراوح بين 0.2 و0.3 بليون طن سنويا و36 بليون طن من الاحتراق في الوقود الأحفوري.

انبعاثات غازات الدفيئة البركانية: ثاني أكسيد الكربون وما بعده

وفي حين أن الهباء الجوي الكبريتي يهيمن على الاستجابات المناخية القصيرة الأجل، فإن البراكين تطلق أيضاً كوكتيل غازات الدفيئة، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وبخار المياه، وهو أكثر الغاز البركاني وفرة، ولكن خلفيته العالية في الغلاف الجوي تعني أن المساهمات البركانية تقل بسرعة.

ولكن في الوقت الجيولوجي، كان للطيور البركانية دور رئيسي في تنظيم دورة الكربون في الأرض، وخلال فترات التوتر الشديد في البركان، مثل وضع مقاطعات إيغنيوس الكبيرة، ارتفعت مستويات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير، مما أدى إلى حدوث أحداث في مجال الدفء والزهور الجماعي، وتبرز آثار الديكان في الهند والأعشاب السايبرانية أمثلة تقليدية مرتبطة بالتغيير النهائي على التوالي.

غاز الميثان وغازات أخرى

وبالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون، فإن البراكينات التي تنتج الميثان، وهو غاز حراري قوي، وإن كان بكميات أصغر، ينتج الميثان عن الانهيار الحراري للمواد العضوية في نظم الطاقة الحرارية المائية الضحلة، كما أن بعض البركانيات تطلق أيضاً سداسي فلوريد الكبريت وهو أكثر فعالية من حيث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، ولكن الكميات ثلاثية.

Environmental Devastation and Recovery

فالأثر البيئي الفوري لبركان نشط كثيرا ما يكون كارثيا، فالتدفقات البتروكية، وتدفقات الغلاف، والرماد يمكن أن تطفو جميع الأرواح في مسارها، فإلى جانب منطقة الانفجار، والثروة البركانية، والبطانيات الزجاجية الكبيرة، التي تصل إلى مئات أو حتى آلاف الكيلومترات التي تهبط، وتتسبب آشفال في أضرار في الغطاء الفلزي من خلال تداعب الأشجار وتعطيل الصور

أما الأمطار الغزيرة فهي نتيجة أخرى للانبعاثات البركانية، حيث إن ثاني أكسيد الكبريت وكلوريد الهيدروجين المفرج عنه أثناء الانفجارات التي تفصل في الرطوبة الجوية في الغلاف الجوي لتشكل حمضات من الكبريتات والهيدروك، وقد سُجلت أنواع من الأسمدة في النباتات ذات الغطاء النباتي المنخفض عند 3 (الصغيرة إلى الفينغر) بالقرب من الفتحات العضوية النشطة.

الآثار على النظم المائية

ويمكن أن تؤثر ثورات البركان أيضا تأثيرا كبيرا على البحيرات والأنهار والمحيطات، حيث يُحدث الشلال تركيزات عالية من الحديد والفوسفور والمغذيات الأخرى في أجساد المياه، مما يؤدي أحيانا إلى تذبذبات الطحالب، ويمكن أن تنهار هذه الأكسجين وتتسبب في قتل الأسماك، وفي المحيط، اقتُرح تخصب الحديد البركاني كآلية لخفض ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

قدرة النظام الإيكولوجي على التكيف والخلافة

إن استعادة المناظر البركانية عملية تدريجية للخلافة الأولية، ففي حالة تدفقات الحمم الخالصة أو الرواسب السميكة، فإن الجير والموسى كثيرا ما يكون أول مستعمرات، تليها الأعشاب والأشباح، حيث إن وصول الحيوانات إلى الكائنات الحية والطيور والثدييات إلى إعادة بناء الغطاء النباتي، وفي بعض الحالات، تتسارع ديناميات التعاقب بفعل عوامل بيولوجية.

طويل - طارم الجيولوجيا والمناخية

إن بناء مناطق جبلية مثل الأنديز وسلسلة هاواي هي النتيجة المباشرة للنشاط البركاني المستمر، وهذه التكتلات تُغير أنماط الطقس الإقليمية، وتخلق ظلالاً من الأمطار، وتؤثر على تداول الرياح، كما أن البراكين تطلق كميات كبيرة من الغازات خلال فترة انقطاعها الكامل، وليس فقط أثناء اشعالها.

وربما يكون الأثر المناخي الأعمق على المدى الطويل هو احتمال حدوث تحلل، كما أن الإفراط في التصريف، الذي يعرف بأنه ثورة مع مؤشر انفجار بركاني يبلغ 8 سنوات، يمكن أن يقذف أكثر من 000 1 كيلومتر مربع من المواد، ومن الأمثلة على ذلك انهيار طبقة الأوزون قبل 000 74,000 سنة في إندونيسيا، ومتوسط درجة حرارة اليلوستون يمكن أن يُحقن.

التصنيع البركاني والأعصور الجليدية

هناك دليل على أن تجمّع الإنفجارات الكبيرة يمكن أن يُحدث أو يضخم دورات الجليدية، وتركيب الإشعاع الشمسي المخفض من الهباء البركاني، وارتدادات إيجابية من الجليد والجليد يمكن أن يدفع النظام المناخي إلى حالة أكثر برودة، وعلى العكس من ذلك، فإن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البركاني المطولة خلال فترات الشق القاري ترتبط بمناخات الدفيئة، مثل سجل البحوث في الأرض قبل 50 مليون سنة.

دراسات الحالة: حالات الإغراء التاريخية ودروسها

إن دراسة الاندلاعات المحددة تكشف عن التفاعل الحقيقي للنظم البركانية والبيئية، وإن ثورة جبل تامبورا في إندونيسيا في عام 1815 هي أقوى ثورة في التاريخ المسجل، وقد أطلق ما يقدر بـ 10 بلايين طن من ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، مما تسبب في حدوث ثورة في العالم دون سمر في عام 1816، وقد انخفضت درجات الحرارة العالمية بمقدار 0.4 إلى 0.7 درجة مئوية، مما أدى إلى انتشار إخفاقات في المحاصيل.

وقد أظهر انفجار إيجافجالول في أيسلندا في عام 2010 ضعف الطيران الحديث حتى إلى الأعماق المتوسطة، مما أدى إلى إغلاق المجال الجوي فوق أوروبا إلى تكلف بلايين الدولارات وقطع ملايين المسافرين، كما أبرز الحدث التقدم المحرز في وضع نماذج الرصد والتفكك بواسطة السواتل، مما يتيح للسلطات الآن اتخاذ قرارات أكثر دقة بشأن السلامة الجوية.

وقدمت شركة جبل سانت هيلينز (1980) بيانات حاسمة عن ديناميات الانفجارات الجانبية واستعادة النظام الإيكولوجي، إذ إن الانفجار الحاد يطغى الغابات ويودع الرماد في أنحاء شمال غرب الولايات المتحدة، إلا أن المنطقة التي استردت جزئيا خلال عقود قليلة، حيث تعود الحيوانات البرية والأنواع الرائدة إلى الظهور، وهذه الحالة تبين قدرة النظم الإيكولوجية على الصمود عندما لا يعقبها نشاط بركاني مستمر.

الرصد والتخفيف: أدوات التفاهم

وللتنبؤ بتأثيرات البركانات النشطة وتخفيفها، يعتمد العلماء على مجموعة من تقنيات الرصد، ويكتشف علم السيرز الزلازل الصغيرة التي كثيرا ما تسبق حدوث انفجارات، وتقيس محطات أخذ العينات الغازية التغيرات في معدلات التدفق ثاني أكسيد الكربون ونسب ثاني أكسيد الكربون وغيرها من المؤشرات التي تشير إلى حركة الماجستير، والأدوات الساتلية، مثل أداة رصد الأوزون ونماذج التداعم في الغلاف الجوي.

وتحتفظ المنظمات الدولية مثل Smithsonian Institution ' Global Volcanism Program] و.]U. Geological Survey] بقواعد البيانات ونظم الإنذار المبكر.() وتستخدم الشبكات التعاونية مثل فريق رصد أكسيد الكبريت العالمي البيانات الساتلية لتوفير تقديرات للانبعاثات الخفية من المواد الاصطناعية.

Climate Interventionation

وقد أدى تأثير التبريد الطبيعي للهيروسولات البركانية إلى استلهام مقترحات بشأن الهندسة الجيولوجية الشمسية - المتعمدة في حقن الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير لمواجهة الاحترار العالمي، وفي حين أن التجارب مثل مشروع SCoPEx قد تم النظر فيها، فإن الفكرة تظل مثيرة للجدل بسبب مخاطر استنفاد الأوزون، والاختلالات المناخية الإقليمية.

خاتمة

إن البراكين النشطين عوامل تغيير قوية قادرة على تبريد الكوكب في موسم، وإطلاق غازات الدفيئة على مر القرون، وإعادة تشكيل المناظر الطبيعية على مدى آلاف السنين، وتهيمن آثارها المناخية القصيرة الأجل على تكوين الهباء الجوي الكبريتي، في حين توسط التأثيرات الطويلة الأجل بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون وبناء أشكال جديدة من الأرض، وتتراوح الآثار البيئية بين التدمير الفوري والانتعاش الإيكولوجي النهائي، كما يتبين من ذلك في كثير من المناطق التي تشهدها النظم الإيكولوجية.

فهم هذه العمليات ليس مجرد عملية أكاديمية بل هو يُسترشد بها في نماذج المناخ، وتقييمات المخاطر، بل وحتى المناقشات بشأن الهندسة الجيولوجية، وبما أن سكان الأرض لا يزالون ينموون، ونظراً لأن النظام المناخي يواجه ضغطاً غير مسبوق من انبعاثات الوقود الأحفوري، فإن الدروس المستفادة من البركانيات تصبح قيمة بصورة متزايدة، وسيمثل الانفجار الرئيسي التالي تجربة طبيعية، ويختبر قدراتنا المتوقعة، ويذكّرنا بالوصلات العميقة بين بيئة البحث المتطوّرة.