The Science Behind Volcanic Climate Effects

إن ثورات البركان هي من بين أقوى الظواهر الطبيعية للأرض، القادرة على طرد ملايين الأطنان من المواد في الغلاف الجوي في غضون ساعات، وقد درست الآثار المناخية لهذه الأحداث دراسة واسعة النطاق، مما كشف عن تفاعلات معقدة بين الانبعاثات البركانية والعمليات الجوية، وعندما تثور بركانية، تُطلق خليط من الغازات والجسيمات يمكن أن يغير توازن الطاقة في الأرض بطرق عميقة.

Sulfur Dioxide and Aerosol Formation

إن المحرك الرئيسي لتبريد المناخ البركاني هو ثاني أكسيد الكبريت، عندما يُحقن في الستراتوسفير، فإن ثاني أكسيد الكربون يتفاعل مع بخار الماء لتشكيل هوسولات الكبريت - قطرات صغيرة من حمض الكبريت، ويمكن أن تستمر هذه الهباءات في الغلاف الجوي لمدة تتراوح بين سنة وثلاث سنوات، وتنتشر على الصعيد العالمي وتعكس ارتفاعاً هائلاً في الإشعاع الشمسي.

وقد أحدثت الانفجارات الكبيرة التي تصيب المادة بالحقن في الغلاف الجوي الستراتوسفير أهم آثار المناخ، فثورة جبل بيناتوبو في عام 1991، على سبيل المثال، قذفت نحو 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، مما أدى إلى انخفاض حرارة العالم بنحو 0.5 درجة مئوية خلال السنتين التاليتين، وزود هذا الحدث العلماء بمختبر طبيعي لدراسة التفاعلات بين الهباء الجوي والنماذج المناخية الصحيحة.

مادة الرماد والجسيمات

ويتكون الرماد البركاني من جزيئات صخرية وزجاجية جيدة يمكن أن تظل معلقة في الجو لأيام إلى أسابيع، وبينما يمكن للرماد أن يُضفي على السطح ويسهم في التبريد المحلي، فإن آثاره تكون قصيرة الأجل عادة بالمقارنة مع هوباء الكبريت، وتزداد جسيمات أش ارتفاعا وتستقر بسرعة أكبر، وتعود في كثير من الأحيان إلى الأرض في غضون أسابيع من حدوث انفجار.

انبعاثات غازات الدفيئة

كما أن الفولكان يطلق ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وغازات الدفيئة الأخرى، وهناك سؤال مشترك حول ما إذا كان ثاني أكسيد الكربون البركاني يسهم إسهاماً ذا مغزى في الاحترار العالمي، وفي معظم الحالات، لا توجد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البركانية السنوية تبلغ نحو 200 مليون طن، مقارنة بما يزيد على 35 بليون طن من الأنشطة البشرية. الانبعاثات الصناعية البشرية تفوق كثيراً المساهمات البركانية [FLT]

Major Historical Eruptions and Their Climate Footprint

وقد تركت عدة ثورات في التاريخ المسجل توقيعات واضحة في البيانات المناخية والسجلات التاريخية وحتى حلقات الأشجار، وتبين هذه الأحداث طائفة من الاستجابات المناخية المحتملة للضغط البركاني.

جبل تامبورا )١٨١٥( - السنة بدون صيف

إن ثورة جبل تامبورا في إندونيسيا في نيسان/أبريل 1815 هي أكبر ثورة معروفة في السنوات الـ 10 آلاف الماضية، حيث قذفت ما يقدر بـ 160 كيلومترا مكعبا من المواد وأطلقت كميات هائلة من ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، وكانت النتائج المناخية مثيرة وموثقة جيدا في نصف الكرة الشمالي، وفي السنة التالية، عام 1816، أصبحت أوروبا معروفة باسم " الخوف من آسيا " .

وقد انخفضت درجة الحرارة من 0.4 إلى 0.7 درجة مئوية على الصعيد العالمي، وحدثت في حزيران/يونيه وتموز/يوليه في نيو إنكلترا وأوروبا الشمالية، وأدت حالات فشل المحاصيل إلى نقص الأغذية، والصعوبات الاقتصادية، والاضطرابات الاجتماعية. (أ) لا يزال انفجار تامبورا هو أوضح مثال لحدث بركاني واحد تسبب في انتشار الاضطراب المناخي والمعاناة البشرية.

كراكاتوا )١٨٨٣( - الآثار البصرية العالمية

وكان انفجار كراتوا في إندونيسيا في آب/أغسطس 1883 من أكثر الأحداث عنفا في التاريخ الحديث، وقد سمع الانفجار بعيدا عن أستراليا وجزيرة رودريغس، وعمره 800 4 كيلومتر، ولئن كان تأثير المناخ أقل حدة من تامبورا، فإن كراكاتوا ينتج آثارا جوية هائلة، إذ انتشرت المجلات الهوائية في جميع أنحاء العالم، مما تسبب في حدوث اندثارات في الفنانين الفيين والبرتقالين الذين تم طلاءهم.

وقد انخفضت درجات الحرارة العالمية بنحو 0.3 درجة مئوية لعدة سنوات بعد كراكاتوا، كما أن الانفجار قد أسفر عن سلسلة من التسوناميات التي قتلت عشرات الآلاف من الناس، مما أبرز المخاطر التي تتجاوز آثار المناخ، وكان حدث كراكاتوا من أوائل من تم دراسته باستخدام العلوم الناشئة للكيمياء في الغلاف الجوي.

Mount Pinatubo (1991) — Modern Instrumental Record

وكان انفجار جبل بيناتوبو في الفلبين في حزيران/يونيه ١٩٩١ أكبر ثورة لوحظت بدقة مع الصكوك الحديثة، وقد أتاح فرصة غير مسبوقة لقياس الآثار المناخية للهيروسولات البركانية في الوقت الحقيقي، وأظهرت البيانات الساتلية أن الغيوم الكبريتي يحلق حول العالم في غضون ثلاثة أسابيع ويصل إلى عمق بصري لا يشاهد منذ كراكاتوا.

وقد انخفضت درجات الحرارة السطحية العالمية بنحو 0.5 درجة مئوية في عام 1992، واستمر التبريد لمدة سنتين تقريباً، واستخدم العلماء هذه البيانات لتحسين نماذج المناخ وتحسين فهم الإكراه الإشعاعي للهيروسول. وبينت شركة Pinatubo أنه حتى ثورة كبيرة واحدة يمكن أن تعوض مؤقتاً اتجاهات الاحترار العالمي ، وإن كان الأثر قصير الأجل.

أحداث أخرى جديرة بالذكر

  • Eyjafjallajökull (2010, Iceland)] - This eruption produced an ash cloud that disrupted air travel across Europe for weeks. Its climate impact was minimal because the eruption was relatively small and did not inject significant sulfur into the stratosphere.
  • Laki (1783, Iceland)] - ثورة هائلة في الأنيسولات تسببت في كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت والفلورين، وتسببت في هباء شديد في جميع أنحاء أوروبا، وفشل المحاصيل، ووفاة زائدة تقدر بـ 000 10 وفاة في أيسلندا وبريطانيا، وانخفضت درجات الحرارة العالمية بنحو 1 درجة مئوية لعدة سنوات.
  • Mount St. Helens (1980, United States)] - While this eruption was large and destructive, its sulfur output was low, and the climate effect was negligible. It underscored the importance of sulfur content over eruption magnitude for climate impact.
  • Huaynaputina (1600, Peru)] - وقد تسبب هذا الانفجار في التبريد العالمي لحوالي 0.4 درجة مئوية وارتباط بالمجاعة في روسيا وأوروبا، وهو تذكير بأن حتى الثورات الأقل شهرة يمكن أن تكون لها عواقب مناخية هامة.

Short-Term vs. Long-Term Climate Impacts

ويمكن تصنيف الآثار المناخية للثورات البركانية إلى جداول زمنية قصيرة الأجل وطويلة الأجل، فهم الفرق ضروري لتفسير سجلات المناخ السابقة والتنبؤ بالتصورات المستقبلية.

مناسبات التبريد المؤقتة

The most common climate response to a large volcanic eruption is a period of global cooling lasting one to three years. This cooling is driven by the presence of sulfate aerosolsolsols in the stratosphere, which reflect sunlight and reduce the amount of solar energy absorbed by the Earth system. The cooling is typically strongest in the tropics and mid-latospheres, with less effect in polar regions.[FT1]

وتظهر السجلات التاريخية أن الانفجارات الكبيرة المتكررة يمكن أن تنتج تبريدا تراكميا، فقد شهدت الفترة بين 1250 و 1300، على سبيل المثال، ثورات كبيرة متعددة أسهمت في مرحلة التبريد المعروفة باسم العصر الجليدي الصغير، وتكشف حلقة الأشجار والسجلات الأساسية للجليد أن مجموعات الثورات يمكن أن تحافظ على ظروف أكثر تبريدا منذ عقود.

احتمال إطفاء الحرب

بينما التأثير القصير الأجل المهيمن هو التبريد، فإن الانفجارات البركانية تطلق غازات الدفيئة أيضاً في معظم الإنفجارات، كمية ثاني أكسيد الكربون لا تذكر مقارنة بالانبعاثات البشرية ودورة الكربون الطبيعية، لكن الإنفجارات الكبيرة والمستمرة جداً في الماضي الجيولوجي للأرض قد غيرت المناخ لملايين السنين،

وهذه الأحداث ليست متماثلة للنشاط البركاني الحديث، ولكنها توضح إمكانية أن تؤدي البراكين إلى تغير المناخ على النطاقات الزمنية الجيولوجية. The interplay between short-term cooling and long-term warming is complex and depends on the scale, duration, and composition of the eruptive episode.

آليات صنع المناخ

وفيما عدا الآثار المباشرة للهباء الجوي وغازات الدفيئة، تؤثر ثورات البركان على المناخ من خلال عدة آليات إضافية، تشمل تغيرات في الغطاء السحابي، ومحتوى حرارة المحيطات، وأنماط التداول في الغلاف الجوي.

التفاعلات بين الأيروسول والكلود

إن الهباء الجوي الكبريتي لا يعكس ضوء الشمس مباشرة فحسب بل أيضاً كنواة لتثبيت الغيوم، كما أن زيادة تركيزات الأيروسول يمكن أن تغير خصائص الغيوم، مما يجعل الغيوم أكثر إشراقاً وأطول فترة، وهذا التأثير غير المباشر يجسد التأثير المبرد للثورات البركانية، وقد قدمت الملاحظات الساتلية بعد ماونت بيناتوبو دليلاً واضحاً على حدوث تغيرات واسعة النطاق في الممتلكات السحابية في المحيط الهادئ.

خط الاستيعاب والتخزين في المحيطات

The ocean plays a critical role in moderating volcanic climate effects. When volcanic aerosols reduce incoming solar radiation, the ocean absorbs less heat, and sea surface temperatures decline. because the ocean has a large heat capacity and slow circulation, the cooling signal can persist for years after the aerosols have clear. Ocean dynamics can amplify or prolong the climate response[FL1]

التغيرات في الغلاف الجوي

ويمكن أن تتحول الاندلاعات البركانية إلى أنماط التداول في الغلاف الجوي، بما في ذلك وضع مسارات الطائرات وطرق العواصف، وقد يؤدي التقلبات التفاضلية في المناطق المدارية مقارنة بارتفاع خطوط العرض إلى تعزيز دوامة القطب وتغيير أنماط الطقس الشتوية، وعلى سبيل المثال، ارتبطت حركة بيناتوبو في عام 1991 بأدفئة من الشتاء العادي في نصف الكرة الشمالي عقب التغيرات في التبريد الأولي، وهي نتيجة

التأشيرات البركانية والتاريخ البشري

وقد تقاطعت الآثار المناخية للثورات البركانية مع المجتمعات البشرية في جميع أنحاء التاريخ، وكثيرا ما تكون لها عواقب وخيمة، ففهم هذه الروابط يوفر رؤية عن الضعف الاجتماعي والقدرة على التكيف.

الإضطرابات الزراعية والمجاعة

The most direct impact of volcanic cooling on human societies is agricultural failure. Lower temperatures, shortened growing seasons, and altered precipitation patterns can reduce crop yields. The `ear without a Summer" following Tambora led to widespread food shortages in Europe, North America, and Asia. In Switzerland, for example, the summer of 1816 was so cold that snow fell in the lowlands in June, and vineyards.

وقد تسبب انفجار اللاكي في عام 1783 في مجاعة كارثية في أيسلندا أدت إلى مقتل نحو 25 في المائة من السكان، كما أن انبعاثات الفلور من الماشية المسممة، بينما قلّصت الهباء النمو العشبي والزراعة المسببة للمشاكل، وتؤكد هذه الأحداث كيف يمكن أن تلازم آثار المناخ البركاني من خلال النظم الغذائية وتزيد من حدة الضغوط الاجتماعية والاقتصادية القائمة.

الاستجابات الثقافية والفنية

لقد تركت ثورات البركانية أيضاً أثرها على الثقافة والفنون، وشعرت الشروقات المذهلة التي سببها انفجار كراتوا من قبل فنانين مثل (إدفارد مونش) و(ويليام أسكورت) و(الصراخ) أحياناً بعكس المزمار الأحمر الذي شوهد في النرويج بعد الانفجار

وفي الآونة الأخيرة، أدى انفجار بيناتوبو إلى تعطيل الطيران والسياحة العالميين، بينما أبرز انفجار إيجافجاليجولكول في عام 2010 ضعف شبكات النقل الحديثة، وتبين هذه الأحداث أن آثار المناخ البركاني ليست مجرد ظواهر علمية - بل إنها تشكل تجربة بشرية بطرق ملموسة.

الرصد والتنبؤ الحديثان

وقد أحدثت التطورات في التكنولوجيا تحولا في قدرتنا على كشف ورصد الانفجارات البركانية وتأثيراتها المناخية والتنبؤ بها، وتوفر شبكة من الأدوات الأرضية والسواتل وأدوات النماذج الآن بيانات شبه واقعية عن الانبعاثات البركانية والتكوين الجوي.

نظم الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل

(أ) إن السواتل في مدار أرضي منخفض، مثل تيرا وأكوا، تحمل أدوات تقيس العمق البصري للهيروسول، وتركيزات ثاني أكسيد الكبريت، وخواص الرماد، وتتيح هذه الملاحظات للعلماء تتبع تفكك الأعمدة البركانية وتقدير الكتلة الزمنية لثاني أكسيد الكبريت التي تحقن في الستراتوسفير.

كما أن سواتل رصد الطاقة الفضائية الأوروبية وسواتل الهيماواير اليابانية تسهم في جهود الرصد، وهذه النظم معاً يمكن أن تكتشف اندلاعاً في غضون دقائق وأن تُضفي طابعها على مسارها، وتوفر معلومات حاسمة لسلامة الطيران والبحوث المناخية.

الشبكات الأرضية

وبالإضافة إلى السواتل، فإن الشبكات الأرضية مثل البرنامج العالمي للفولكان، والمنظمة العالمية للمرصدات البركانية، تتابع أنشطة الانفجار والإشارات السليفة، وتساعد عمليات رصد الزلازل وأخذ العينات الغازية وقياسات التشوه على التنبؤ بالثورات قبل حدوثها، وقد سمح الإنذار المبكر بالإجلاء الذي أنقذ آلاف الأرواح.

Climate Modeling and Scenarios

وقد حققت نماذج المناخ تقدما كبيرا في قدرتها على تحفيز آثار الانفجارات البركانية، وتشمل نماذج شبكة الأرض الحديثة مخططات تفاعلية للهيروصول تمثل تكوين ونقل وإزالة الهباءات الكبريتية، ويمكن لهذه النماذج أن تستنسخ أنماط التبريد التي لوحظت بعد بياني بيناتوبو وتامبورا، مما يؤكد جدواها في عرض السيناريوهات المستقبلية.

ويستخدم العلماء أيضا نماذج لدراسة الآثار المحتملة للانفجارات الكبيرة في المستقبل، ومن المرجح أن يؤدي تكرار حدث على نطاق تامبورا اليوم إلى التبريد العالمي الذي يتراوح بين 0.5 و 1 درجة مئوية لعدة سنوات، مع تعطيل الموارد الزراعية والمائية، وهذه الأحداث لا مفر منها على المدى الطويل، كما أن فهم آثارها المحتملة يساعد المجتمعات على الاستعداد.

حالات عدم اليقين وجبهة البحث

وفي حين أن الآليات الأساسية لإجبار المناخ البركاني مثبتة جيداً، فإن الشكوك لا تزال قائمة، وهذا المركز على حجم التبريد ومدته، ودور العمليات الفيزيائية الدقيقة، والتفاعل مع تقلبات المناخ.

حجم وثورة الأيروسول

ويؤثر توزيع كميات الهباء الجوي الكبريتي تأثيراً كبيراً على خصائصه الإشعاعية وعمره، وتظهر الجسيمات الأصغر ضوء الشمس بشكل أكثر كفاءة لكل كتلة من الوحدات، ولكنها تستقر أيضاً ببطء أكبر، ويتوقف تطور حجم الهباء الجوي بمرور الوقت على درجة الحرارة والرطوبة ووجود جسيمات أخرى. وتجري التجارب السباكية والحملات الميدانية]

Interactions with Climate Variability

وتحدث ثورات بركانية في ظل تغير المناخ الطبيعي، بما في ذلك ظاهرة النينيو - الجنوب، وشمال المحيط الأطلسي، وتبدو عملية فصل الإشارة البركانية عن التغير الداخلي أمراً صعباً، لا سيما فيما يتعلق بالثورانات ذات الحجم المتوسط، وتُستخدم الأساليب الإحصائية والمجموعات الكبيرة من المحاكاة على نماذج المناخ لعزل البصمة الفولكانية.

Potential for Geoengineering Analogies

وقد أدى تأثير التبريد الناجم عن الانفجارات البركانية إلى اقتراح حقن الهباء الجوي الستراتوسفيري كشكل من أشكال الهندسة الجيولوجية الشمسية، والفكرة هي إطلاق الهباء الهرمي عن عمد في طبقة الاستراتوسفير لتعويض الاحترار العالمي، وتعطي الاندفاعات الطبيعية حالة اختبار لهذا المفهوم، رغم أن المقياس غير فعال. [تأثيرات جانبية غير خاضعة للرقابة]

خاتمة

إن ثورات البركان قد شكلت الغلاف الجوي والمناخ الأرضي لمليارات السنين، من التبريد القصير ولكن الحادة الذي تسببه الهباء الهوائي من الكبريت إلى آثار الاحترار الطويل الأجل للأحداث الضخمة من البصليات الفيضانية، فإن الآثار المناخية للفولكانية متنوعة وهامة، فالثورات التاريخية مثل تامبورا وكراكاتوا وبيناتوبو توفر دليلا واضحا على هذه العمليات وعواقبها على البشر.

وقد وسعت قدرات الرصد والنموذج الحديثة فهمنا إلى حد كبير لكيفية تفاعل الانبعاثات البركانية مع الغلاف الجوي، كما أن عمليات الرصد بواسطة السواتل والشبكات الأرضية والنماذج المناخية المتقدمة تتيح للعلماء متابعة الانفجارات في الوقت الحقيقي، والتنبؤ بآثارها المناخية، والإعداد للأحداث المقبلة، وفي الوقت نفسه، لا تزال هناك أوجه عدم يقين، ولا سيما فيما يتعلق بالفيزياء الدقيقة للهورسوم والتفاعلات مع تقلبات المناخ الطبيعية.

وبما أن المناخ العالمي لا يزال يتغير تحت تأثير الأنشطة البشرية، فإن دور الانفجارات البركانية كإجبارات مناخية طبيعية سيظل مجالا هاما من مجالات البحث. [يستمر رصد الأرض في النطاق الكامل للآثار المناخية البركانية - من التبريد القصير الأجل إلى التأثيرات الطويلة الأجل للدائن - هو أمر أساسي لتفسير التغيرات المناخية السابقة والتنبؤ بالصدمات المستقبلية.[FLT preserve1]