فهم النشاط البركاني وصلته العالمية

وتمثل البراكين بعض أكثر الظواهر الطبيعية دينامية وتحولا على الأرض، فبعد أن تكون هذه الظواهر هي عرض مذهل للصخور والرماد، فإنها تعمل كعوامل قوية لتغير الكواكب، وتؤثر على التكوينات الجيولوجية، والكيمياء في الغلاف الجوي، والنظم المناخية العالمية، وتظهر هذه السمات الجيولوجية التي تصيب الصخر المغنطيسي في خضم مسارات الأرض الأرضية المزهولة.

ويستكشف علم البراكين هذه الظواهر، ويكشف عن مدى تفجر أنواع مختلفة من البركانات وكيفية تفاعل انبعاثاتها مع نظم الأرض، وتصنف البراكين عموما حسب شكلها وأسلوب الانفجار وتركيبها في ثلاث فئات رئيسية: البركانات الدروعية والفولكان (المعروفة أيضا باسم البركان المركب)، وكل تصنيف من الآثار المميزة للبراكين المحتوية على مواد خطرة.

  • Shield Volcanoes:] These volcanoes are characterized by broad, gently sloping profiles formed by the eruption of low-viscosity basaltic lava that can travel long distances. Their eruptions tend to be effusive, producing steady lava flows rather than violent explosions Well-known Mawaii examples.
  • هذه البركانات لها أشكال حادة ومخروطية مبنية من طبقات متغيرة من الحمم الفلكية والرماد وشظايا الصخرية، وهي مركبتان من الغازات المغناطيسية المغناطيسية الصوفية، والتي غالبا ما تؤدي إلى انفجارات متفجرة عنيفة تصيب كميات كبيرة من الرماد والغازات المرتفعة في الغلاف الجوي.
  • هذه هي أصغر وأبسط براكين، تشكلت بتراكم قطع من القشور البركانية - الشظايا البركانية ذات الفتحات الصلبة - حول فتحة مركزية، وتُعد ثوراتها عادة قصيرة ومحلية، تنتج آثاراً إقليمية طفيفة نسبياً على الغلاف الجوي، رغم حجمها، فإن مجموعات من الكان يمكن أن تسهم في ذلك.

فهم هذه الأنواع من الانفجارات أمر حاسم لأنها تحدد مدى قدرة الرماد والغازات البركانية على السفر، مما يؤثر على حجم الآثار المناخية ومدتها، وتميل الانفجارات المتفجرة من الفولطاويات إلى نقل الهباء الجوي إلى الغلاف الجوي، حيث يمكن أن تظل معلقة لسنوات، بينما تؤثر الاندلاعات الفعالة في البيئات المحلية أساسا.

Mechanisms: How Volcanic Activity Alters Climate

وتؤثر الانفجارات البركانية على مناخ الأرض بالدرجة الأولى من خلال مسارين رئيسيين هما: حقن الهباء الجوي الذي يعكس الإشعاع الشمسي القادم، مما يؤدي إلى التبريد السطحي، وانبعاث غازات الدفيئة التي يمكن أن تسهم في الاحترار على فترات ممتدة، ويتوقف الأثر المناخي الصافي بدرجة كبيرة على حجم الانفجار، والارتفاع الذي يصل إليه الإيفتراحات، وتكوين الغاز، والموقع الجغرافي.

التبريد القصير الأجل: تأثير الأيروسول الكبريتي

ومن أكثر الآثار المناخية إلحاحاً ووثيقة جيداً للثورات البركانية التبريد العالمي القصير الأجل الناجم عن هباء الكبريت، وأثناء الانفجارات القوية للمتفجرات، تُطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، على بعد ما يتراوح بين 10 و50 كيلومتراً فوق سطح الأرض، وهناك توكسيدات من ثاني أكسيد الكبريت البيرفلوري التي تشكل بالفعل مادة من مادة سداسيّة من نوعها.

وهذا الانعكاس يقلل من الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض، ويخفض درجات الحرارة على الصعيد العالمي لمدة تتراوح بين سنة وثلاث سنوات بعد حدوث انفجار، فعلى سبيل المثال، حقن انفجار جبل بيناتوبو في عام ١٩٩١ نحو ٢٠ مليون طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما تسبب في انخفاض حرارة العالم يقدر بنحو ٠,٥ درجة مئوية على مدى سنتين، وبالمثل، فإن تآكل طقس جبل تامبورا في عام ١٨١٥ أدى الى

كما تساهم الجسيمات الآثمة في التبريد في الغلاف الجوي بحجب ضوء الشمس؛ غير أن وزنها الثقيل يؤدي إلى تهدئتها من الغلاف الجوي في غضون أيام إلى أسابيع، مما يحد من تأثيرها المناخي، وعلى النقيض من ذلك، فإن الهباء الهزلي من الكبريت لا يزال قائما في الغلاف الجوي لعدة أشهر إلى سنوات، مما يتيح آثار التبريد الواسعة النطاق والمستدامة، كما أن هذه الأنواع من الهباء الجوي تؤثر أيضا على أنماط التداول في الغلاف الجوي وتغيره.

Long-Term Warming: Volcanic Greenhouse Gas Emissions

وفي حين أن الهباء البركاني يولد التبريد القصير الأجل، فإن البراكين تبعث أيضاً غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون، والبخار المائي، والميثان، التي تسهم في الاحترار على مدى فترات زمنية أطول، إذ تقدر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البركانية بنحو 200 مليون طن سنوياً على الصعيد العالمي، وهو ما يقل كثيراً عن الانبعاثات الناجمة عن الإنسان التي تتجاوز 35 مليار طن سنوياً، وبالتالي فإن كل انفجارات البيركانية لا تدفع عموماً.

غير أنه على مدى فترات زمنية جيولوجية، فإن أحداث بركانية ضخمة مثل انفجارات بصلط الفيضانات - مثل آثار الديكان قبل حوالي 66 مليون سنة - قد أطلقت كميات هائلة من غازات الدفيئة، مما قد يؤدي إلى حدوث حوادث الاحترار العالمي والانقراض الجماعي، وبالإضافة إلى ذلك، قد تُطلق بعض الاندلاعات الميثان المحصور في الرواسب الرسوبية، مما يضاعف من آثار الاحتباس الحراري.

دور خام المياه والغازات البركانية الأخرى

ويزيد العلماء من فخار المياه من أكثر غازات الدفيئة وفرة في الأرض، كما أن الاندلاعات البركانية هي مصادر طبيعية هامة لبخار المياه في الغلاف الجوي الستراتوسفيري، ويعزز عادة بخار المياه الذي تنبعث منه البركانات ويفترس بسرعة في الجو الأدنى، ويحد من أثره المناخي، غير أن ثورة البراغين في الغلاف الجوي دون المميت " هونغوا " التي لم يسبق لها مثيل.

ويمكن أن تؤثر غازات بركانية أخرى، مثل كبريتيد الهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون، والهالوجين (مركبات الكلور والفلور)، على الكيمياء في الغلاف الجوي واستنفاد الأوزون، وعلى سبيل المثال، يمكن للهالوجين البركاني أن يحفز تدمير الأوزون في الغلاف الجوي، مما يؤثر بصورة غير مباشرة على المناخ من خلال تغيير مستويات الإشعاع فوق البنفسج التي تصل إلى السطح.

دراسات حالات إفرادية رئيسية في مجال حفز المناخ البركاني

إن دراسة الانفجارات البركانية التاريخية توفر نظرة حاسمة على حجم وآليات إكراه المناخ البركاني، وتبرز عدة ثورات لتأثيراتها العالمية العميقة:

جبل تامبورا )١٨١٥( - السنة بدون صيف

إن ثورة جبل تامبورا في إندونيسيا في نيسان/أبريل ١٨١٥ هي أكبر انفجار بركاني في التاريخ المسجل من حيث حجم المواد المقذفة، حيث أن مؤشر انفجار بركاني بلغ ٧، طُردت تامبورا حوالي ١٥٠ كيلومترا مكعبا من الرماد والبوميس والغازات، وأدى حقن ثاني أكسيد الكبريت الضخم إلى انخفاض حرارة العالم بنحو ٠,٤.

وكانت النتائج المناخية شديدة: فقد أصبح عام ١٨١٦ معروفا باسم " الخوف من دون سمر " بسبب استمرار الطقس البارد، والزهور خلال أشهر الصيف، وفشل المحاصيل على نطاق واسع، وفي أوروبا وأمريكا الشمالية، ترتب على ذلك المجاعة والاضطرابات الاجتماعية، كما أن ثورة تامبورا قد أحدثت أيضا شموسا مذهلا في جميع أنحاء العالم، تم الاستيلاء عليها بشهيرة في لوحات ج.م.

كراكاتوا )١٨٨٣( - الأثر العالمي من مضيق صندا

وكان انفجار كراتوا في عام 1883، الذي يقع في مضيق صندا بين جافا وسوماترا، إندونيسيا، حدثا متفجرا ذا طاقة هائلة، مما أدى إلى ارتفاع الصوت المسجل على الأرض، ونشأ عن الانفجار عمق رماد وصل إلى الغلاف الجوي، وأطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت والرماد، مما تسبب في انخفاض درجات الحرارة العالمية بنحو 1.2 درجة مئوية في السنة التي تلي الحدث.

وقد خلق رماد وكراكاتوا والهيروسولات شموساً أحمراً وبرتقالياً منذ عدة سنوات، مما أثر على البصريات الجوية في جميع أنحاء العالم، كما أدى الانفجار إلى حدوث أمواج تسونامي ضخمة دمرت خطوط السواحل المحيطة، مما أدى إلى مقتل أكثر من 000 36 شخص، وأظهرت كراكاتوا إمكانية تأثير بركان جزيرة واحد على المناخي والغلاف الجوي.

جبل بيناتوبو )١٩٩١( - الإرغام الأكثر استوديا

وبعد قرون من الهيمنة، انفجر جبل بيناتوبو في الفلبين في حزيران/يونيه ١٩٩١، مما أدى إلى إطلاق نحو ٢٠ مليون طن من ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، وهذا الانفجار هو أكثر الأحداث البركانية دراسة دراسة في التاريخ الحديث، مما يوفر بيانات واسعة للتحقق من نماذج المناخ وديناميات الأيروسول البركانية.

وأدت السحابة الناتجة عن الكبريتات الهوائية إلى انخفاض حرارة العالم بنسبة زهاء 0.5 درجة مئوية خلال السنتين القادمتين، مما أدى إلى إضعاف بعض الاحترار البشري بصورة مؤقتة، كما أدى الانفجار إلى تباطؤ طفيف في ارتفاع مستوى سطح البحر بسبب انخفاض درجة حرارة المحيطات، وأبرز ثورة بيناتوبو أهمية الإكراه البركاني في تقلبات المناخ، وأبرز قيمة الرصد الساتلي من أجل تقييم آثار الغلاف الجوي في الوقت الحقيقي.

The Laki Eruptions (1783-1784) - A deadly Environmental Crisis

إن ثورة الليفي في أيسلندا كانت حدثاً مطولاً دام من حزيران/يونيه 1783 إلى شباط/فبراير 1784، وعلى عكس الانفجارات المتفجرة، أنتجت لاكي تدفقات هائلة من الحمم إلى جانب الانبعاثات المستمرة من ثاني أكسيد الكبريت والغازات الفلورية، وما نتج عن ذلك من هزة بركانية، معروفة باسم " حافة اللاكي " ، تنتشر في أوروبا وشمال المحيط الأطلسي، مما تسبب في أمراض الجهاز التنفسي وضرر بيئي واسع النطاق.

وأدت الغازات السمية إلى وفاة الآلاف من الماشية وأسهمت في مجاعة في أيسلندا أدت إلى مقتل نحو 25 في المائة من السكان، كما أن الانفجار تسبب في انخفاض حرارة كبيرة في نصف الكرة الشمالي، مما أدى إلى تعطيل الزراعة في أوروبا وأمريكا الشمالية، كما أن لاكي تمثل مثالا صارخا على مدى قدرة الانبعاثات المستمرة من الغاز البركاني نتيجة للانفجارات الفادحة على إحداث آثار بيئية وصحية بشرية كارثية.

هونغا تونغا - هونغا ها `هاباي (2022) - مخرج أنومالي

وكان انفجار بركان هونغا تونغا - هونغا ها " باي " تحت الماء في جنوب المحيط الهادئ، في كانون الثاني/يناير ٢٠٢٢، أمرا ملحوظا بالنسبة لكثافة هذه المنطقة وخصائصها الفريدة، وقد أدى الانفجار إلى حدوث عمود سقوطي يصل إلى نحو ٥٨ كيلومترا في الغلاف الجوي، وهو ارتفاع نادرا ما تحقق من جراء الانفجارات البركانية.

وقد حقن هذا الحدث كمية غير عادية من بخار المياه في طبقة الستراتوسفير - زهاء 146 تيراغراماً - معادلة لحوالي 10 في المائة من بخار المياه الموجود في طبقة الستراتوسفير، بالإضافة إلى بخار المياه، فإن انفجار الرماد وثاني أكسيد الكبريت، مما يسهم في آثار الاحترار والتبريد على حد سواء، وتشير البحوث المبكرة إلى أن بخار المياه قد يسبب آثاراً حرارة متواضعة على مدى عدة سنوات.

بؤر أرضية بركانية، نظم إيكولوجية، صحة الإنسان

فبعد تأثيرها المناخي، تتحول الانفجارات البركانية إلى تغير كبير في المناظر الطبيعية والنظم الإيكولوجية ورفاه الإنسان، فالتفاعلات بين النشاط البركاني والمحيط الحيوي معقدة وكثيرا ما تكون متأثرة بدورات التدمير والتجديد.

تحويل الأراضي

إن ثورات البركانية تنحت أشكالا جديدة من الأرض، وكثيرا ما تعيد تشكيل مناطق بأكملها، ويمكن لتدفقات لافا أن تخلق جزرا جديدة أو تمتد خطوط السواحل، في حين تشكل الانفجارات المتفجرة كرات وكالدراس والرماد التي تغير التضاريس، فإن ثورة جبل سانت هيلان في ولاية واشنطن عام ١٩٨٠ مثال درامي، حيث أزالت غابات ضخمة وتفجيرات متفجرة مدمرة قمة الجبال.

كما تؤثر الرواسب البركانية على تنمية التربة، حيث إن الطبقات الأولية للرماد والصخور هي مواسير، ولكن على مدى سنوات إلى عقود، تتحول المواد البركانية تدريجيا إلى تربة خصبة غنية بالمعادن مثل البوتاسيوم والفوسفور، وعناصر متأصلة، وهذه التربة البركانية، المعروفة باسم أنديسول، تدعم الزراعة المنتجة في مناطق مثل جافا، وشمال غرب المحيط الهادئ، وأجزاء من أمريكا الوسطى.

الاستجابة للنظم الإيكولوجية: التدمير وإعادة الإعمار

ويمكن أن تتسبب الانفجارات البركانية في دمار فوري للنباتات والحيوانات المحلية من خلال الرماد والتدفقات البركية والغازات السامة، وكثيرا ما يدفن أو يحرق النباتات، وقد يدمر سكان الحيوانات، غير أن المناظر البركانية توفر أيضا أسبابا خصبة للخلافة الإيكولوجية، وهي العملية الطبيعية التي تستعيد الحياة من خلالها استعمار البيئات المتضررة.

ويعزز الرماد البركاني الغنية بالمعادن خصوبة التربة، مما يتيح للأنواع النباتية الرائدة مثل المستنقعات والأعشاب التي تُنشأ، ويسهل بمرور الوقت عودة مجتمعات النباتات والأنواع الحيوانية الأكثر تعقيدا، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى نظم إيكولوجية فريدة تتكيف مع التربة البركانية، وعلى سبيل المثال، شهدت منحدرات جبل بيناتوبو انتعاشا إيكولوجيا كبيرا في غضون عقد من اندائها في عام ١٩٩١، مما يدل على قدرة الطبيعة على الصم.

الصحة البشرية والأخطار

وتشكل البراكين مخاطر مباشرة وغير مباشرة على صحة الإنسان، وتشمل المخاطر المباشرة الإصابات الناجمة عن تدفقات الحمم، وتيارات الكثافة البترولية، والرماد، والغازات السامة مثل ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون، ويعرض التعرض الطويل الأجل للرماد البركاني لمخاطر صحية الجهاز التنفسي الخطيرة، ولا سيما بسبب الجسيمات الدقيقة التي تحتوي على السليل البلوري، التي يمكن أن تسبب السيليكوزي وثانية المشددة.

وقد أدى انفجار إيجافجاليجول في أيسلندا في عام 2010 إلى انتشار الرماد على نطاق واسع في جميع أنحاء أوروبا، مما أدى إلى تقديم المشورة التنفسية ووقف حركة المرور الجوي لعدة أيام، وقد يؤدي تعرض ثاني أكسيد الكبريت إلى سقوط أمطار حمضية وتلف مزمن في الرئة، مما يضاعف من آثاره الصحية، ويخفف السكان الذين يعيشون بالقرب من البركانات النشطة، بما في ذلك أولئك الذين يعيشون في مناطق قريبة من نظام مرابي في إندونيسيا، ويُعُعتمدون إيتنا في وقت مبكر.

الطيران والهياكل الأساسية

وتشكل سحابات الرماد البركاني تهديدا كبيرا لسلامة الطيران، إذ يمكن لجزئات الرماد الجميلة أن تذوب داخل محركات الطائرات، مما يتسبب في فشل المحرك وتهديد الرحلات الجوية، وقد أدى انفجار إيجافجاليجول في عام 2010 إلى أكبر إغلاق لحركة الطيران في أوروبا منذ الحرب العالمية الثانية، مما أدى إلى ارتفاع تكلفة صناعة الطيران العالمية إلى 1.3 بليون يورو، ومنذ ذلك الحين، أدت المراكز الاستشارية العالمية للرماد البركاني إلى تحسين القدرات على الرصد والتنبؤ.

كما أن البنية التحتية معرضة أيضاً للمخاطر البركانية، إذ يمكن أن ينهار تراكم الآش، وأن يلوث إمدادات المياه، ويضر بالشبكات الكهربائية، وتعجل الغازات البركانية المكورة بتدهور الهياكل المعدنية والخرسانية، كما أن تدابير التحضير والتخفيف، بما في ذلك تصميم الهياكل الأساسية الميسرة والتخطيط للطوارئ، هي تدابير حيوية للمجتمعات المحلية في المناطق البركانية.

Volcanic Forcing in the Context of Modern Climate Change

وتمثل الانفجارات البركانية أحد عدة تهجيرات مناخية طبيعية، إلى جانب التقلبات الشمسية والتغيرات المدارية، وفي سياق الاحترار العالمي المعاصر الذي تنجم عنه انبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ، ينتج الإكراه البركاني حلقات تبريد مؤقتة تُحتمل على اتجاه طويل الأجل نحو الاحترار.

فقد اكتنف انفجار بيانتوبو في عام 1991، على سبيل المثال، اقنع مؤقتا بعض الاحترار الناجم عن الأنشطة البشرية، ولكن أثر التبريد تلاشى في غضون سنوات قليلة، ولا تتوقف الانفجارات البركانية الكبيرة عن الاحترار العالمي أو تعكسه؛ بل إنها تنتج اضطرابات عابرة توفر تجارب طبيعية قيمة لفهم ديناميات المناخ.

وتحتفظ السجلات الأساسية للمحيطات من غرينلاند وأنتاركتيكا بمستويات الرماد البركاني والودائع الكبريتية، مما يمكّن العلماء من إعادة بناء النشاط البركاني الماضي وتحديد مدى تأثيره المناخي، وتكشف هذه المحفوظات الشحيحة عن أحداث مثل ثورة الصالاس 1257، التي من المرجح أن تؤدي دورا في بداية العصر الجليدي الصغير، ويحسن من حيث الدقة في مجال المناخ في المستقبل.

Monitoring and Predicting Volcanic Effects on Climate

ويدمج علم البركان الحديث التكنولوجيات المتنوعة لرصد النشاط البركاني وتقييم الآثار المناخية المحتملة، وتوفر أجهزة الاستشعار عن بعد إنذارات مبكرة عن طريق كشف حركة الماما في البركانات، وتقيس أدوات النظام العالمي لتحديد المواقع التحلل الأرضي، مما يشير إلى التضخم في حجرات المغنمة أو الانكماش، وتقيّد أجهزة الاستشعار الغازية كمية انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى، مما يتيح التنبؤ بإنتاجات.

ويؤدي الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل دورا حاسما في تتبع السباكات البركانية وتشتت الهباء الجوي في جميع أنحاء العالم، وترصد أدوات مثل جهاز هيماوري المتقدم وجهاز رصد الغلاف الجوي التروبوسفيري تركيزات ثاني أكسيد الكبريت والعمق البصري الجوي في وقت قريب من الواقع، مما ييسر إجراء تقييم سريع لمدى شدة الانفجار واحتمالات تفجر المناخ.

وتقوم منظمات مثل البرنامج العالمي للفولكانية ومراكز الشورى للآش البركانية بتنسيق بيانات المراقبة وإصدار تحذيرات لسلطات الطيران والجمهور، ويساعد تحسين نظم التنبؤ والإنذار المبكر على تخفيف المخاطر التي تتعرض لها صحة الإنسان والهياكل الأساسية والقطاعات الحساسة للمناخ مثل الزراعة.

الاستنتاج: دور الفولكان في نظام المناخ للأرض

فالبراكين عوامل طبيعية قوية تهدد وتديم الحياة في آن واحد على الأرض، وقد تعطل ثوراتها المناخ عن طريق حقن الهباء الجوي الذي يهدأ الكوكب لسنوات، بينما تسهم انبعاثات غازات الدفيئة فيها في الاحترار الطويل الأجل على النطاقات الجغرافية، كما أنها، فيما وراء الغلاف الجوي، تعيد تشكيل المناظر الطبيعية وتقود الخلافة الإيكولوجية وتثير مخاطر كبيرة على المجتمعات البشرية.

إن فهم العمليات البركانية وآثارها المناخية أمر أساسي لإضفاء الدقة على نماذج المناخ والتخفيف من المخاطر وتقدير التفاعل الدينامي بين البيئة الداخلية والسطحية للأرض، ومع تسارع تغير المناخ، يظل إدماج الإكراه البركاني في التوقعات تحدياً بالغ الأهمية بالنسبة للعلماء الذين يسعون إلى كشف تعقيدات نظام المناخ المتطور للأرض.