فهم النشاط البركاني ووصله العالمي

وتمثل البراكين بعض أكثر الظواهر الطبيعية دينامية وتحولاً 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 السطحية.

ويستكشف علم البراكين هذه الظواهر، ويكشف عن مدى تفجر أنواع مختلفة من البركانات وكيفية تفاعل انبعاثاتها مع نظم الأرض، وتصنف البراكين عموماً حسب شكلها وأسلوب اندلاعها وتركيبها في ثلاث فئات رئيسية: البركان الدروع، والفولكان (المعروف أيضاً باسم البركان المركب)، وكل من التصنيفات ذات التأثيرات المميزة على البركان المركب.

  • (أ) إن هذه البركانات تتسم بصور واسعة النطاق ودقيقة من التراكم، وهي ملامح متطورة، تشكلها ثورة الحمم البلازمة ذات البلازما المنخفضة التي يمكن أن تقطع مسافات طويلة، بينما تميل ثوراتها إلى أن تكون فعالة، وتنتج تدفقات من الحمى الثابتة بدلا من التفجيرات العنيفة.
  • هذه البركانات لها أشكال حادة ومخروطية مبنية من طبقات متغيرة من الحمم الفلكية والرماد وشظايا الصخرية، وهي مركبتان من الغازات المغنطيسية المغناطيسية المغناطيسية، والتي تؤدي في كثير من الأحيان إلى انفجارات متفجرة عنيفة تصيب كميات كبيرة من الرماد والغازات المرتفعة في الغلاف الجوي.
  • هذه هي أصغر وأبسط بركانات، التي تشكلت بتراكم القشرة البركانية - شظايا البركان الصلبة - حول فتحة مركزية، وعادة ما تكون ثوراتها قصيرة ومحلية، تنتج آثاراً إقليمية طفيفة نسبياً على الغلاف الجوي، على الرغم من 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 معلّقة لسنوات، في حين أن الاندلاعات الفعالة تؤثر أساسا على البيئات المحلية.

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 السائل

ومن أكثر الآثار المناخية إلحاحاً ووثيقة جيداً للثورات البركانية التبريد العالمي القصير الأجل الناجم عن هباء الكبريت، وأثناء انفجارات متفجرة قوية، تُطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، على بعد ما يتراوح بين 10 و50 كيلومتراً فوق سطح الأرض، وهناك تُحدّد ثاني أكسيد الكبريت البيرفلوري لتشكل مادة سداسيّة من الكبريت.

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

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 الكبريتي 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 وتغيرات.

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 تؤدي عموماً إلى إحداثيات.

غير أنه على مدى فترات زمنية جيولوجية، فإن أحداث بركانية ضخمة مثل انفجارات بصلط الفيضانات - مثل آثار الديكان قبل حوالي 66 مليون سنة - قد أفرجت عن كميات هائلة من غازات الدفيئة، مما قد يؤدي إلى حدوث حالات دفء عالمي وانقراض جماعي، وبالإضافة إلى ذلك، قد تُطلق بعض الاندلاعات الميثان المحصور في الرواسب الرسوبية، مما يضاعف من آثار الاحتباس الحراري.

دور خام المياه والغازات البركانية الأخرى

إن بخار المياه هو أكثر غازات الدفيئة وفرة في الأرض، والثوران البركاني هي مصادر طبيعية كبيرة لبخار المياه في الغلاف الجوي العلوي، وعادة ما يكون البخار المائي الذي انبعث من البركانات المكدسة، ويهيمن بسرعة في الجو الأدنى، ويحد من أثره المناخي، غير أن ثورة البراغين في الماء الخفيف في عام ٢٠٢٢ قد تؤدي إلى حدوث تغير في مجمل البراغوا - هونغا.

ويمكن أن تؤثر غازات بركانية أخرى، مثل سلفيد 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 الستراتوسفير، مما يؤثر بصورة غير مباشرة على المناخ من خلال تغيير مستويات الإشعاع فوق البنفسجي التي تصل إلى السطح.

دراسات حالات إفرادية رئيسية في مجال حفز المناخ البركاني

إن دراسة الانفجارات البركانية التاريخية توفر نظرة حاسمة على حجم وآليات حرق المناخ البركاني، وتبرز عدة انفجارات 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 في 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 أصبحت عام ١٨١٦ معروفة 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 شروقا مذهلة في جميع أنحاء العالم، أُلقيت عليها الشهيرة في لوحات ج.

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 عمخة من الرماد وصلت إلى الغلاف الجوي، وأطلقت 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 وهباء كراكاتوا 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 أن يؤثر بركان الجزيرة الواحد 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 في التاريخ الحديث، مما يوفر بيانات واسعة للتحقق من نماذج المناخ وديناميات الأيروسول البركانية.

وأدت السحابة الناتجة عن الكبريت من الأيروسول إلى انخفاض حرارة العالم بنسبة زهاء 0.5 درجة مئوية خلال السنتين المقبلتين، 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، وأبرزت قيمة رصد السواتل لأغراض تقييم آثار الغلاف الجوي في الوقت الحقيقي.

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

إن ثورة لاكي في الآيسلندية كانت حدثاً مطولاً من 1783 إلى 1784 من حزيران/يونيه، وعلى عكس الانفجارات المتفجرة، أنتجت لاكي تدفقات هائلة من الحمم إلى جانب الانبعاثات المستمرة من ثاني أكسيد الكبريت والغازات الفلورية، وما نجم عن ذلك من هز بركاني، يعرف باسم " حافة اللاكي " ، ينتشر في أوروبا وشمال المحيط الأطلسي، مما تسبب في أمراض الجهاز التنفسي وضرر بيئي واسع النطاق.

وقد أدت الغازات السمية إلى وفاة الآلاف من الماشية وساهمت 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 أن تترتب عليها آثار بيئية وصحية بشرية كارثية.

هونغا - هونغا ها `باي (2022) - مخرج أنومالي

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

وقد ضخ هذا الحدث كمية غير عادية من بخار المياه في طبقة الستراتوسفير - زهاء ١٤٦ تيراغراما - معادلة لحوالي ١٠ في المائة من بخار المياه الموجود في طبقة الستراتوسفير، بالإضافة إلى بخار المياه، فإن انفجار الرماد وثاني أكسيد الكبريت، مما يسهم في كل من آثار الاحترار والتبريد، وتشير البحوث المبكرة إلى أن بخار المياه قد يسبب آثارا حرارة معتدلة 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 رؤوس الأموال

إن ثورات البركانية تنحت أشكالا جديدة من التراب، وكثيرا ما تعيد تشكيل مناطق بأكملها، ويمكن لتدفقات لافا أن تخلق جزرا جديدة أو تمتد خطوط السواحل، في حين تشكل الانفجارات المتفجرة كرات وعجلات ورمادات تغيّر التضاريس، فإن ثورة جبل سانت هيلينز في ولاية واشنطن عام ١٩٨٠ مثال درامي، حيث أزالت غابات ضخمة وتفجيرات متفجرة مدمر قمة الجبال.

كما أن الرواسب البركانية تؤثر في تنمية التربة، حيث إن الطبقات الأولية للرماد والصخور هي من الواسير، ولكن على مدى سنوات إلى عقود، تتحول تدريجياً المواد البركانية إلى تربة خصبة غنية بالمعادن مثل البوتاسيوم والفوسفور وعناصر التعقب، 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 تدمر 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 أن تُثبت، مع مرور الوقت، أن هذه الرواد تيسر 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 التكيف.

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 سليل البلوري، التي يمكن أن تسبب السيلكوزي والهيدروا.

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 وسير الهواء البري لعدة أيام، وقد يؤدي تعرض ثاني أكسيد الكبريت إلى سقوط أمطار حمض وضرر رئوي مزمن، مما يضاعف من آثاره الصحية، ويخفف السكان الذين يعيشون بالقرب من البركانات النشطة، بما في ذلك أولئك الذين يعيشون في مناطق قريبة من نظم مرابي في إندونيسيا، ويتوقفون إيتنا في وقت مبكر.

الطيران والهياكل الأساسية

وتشكل سحابات الرماد البركاني تهديداً كبيراً لسلامة الطيران، إذ يمكن لجزئات الرماد الغرامية أن تذوب داخل محركات الطائرات، مما يتسبب في عطل المحركات 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 للزراعة البركانية العالمية إلى تحسين القدرات في مجال الرصد والتنبؤ.

كما أن البنية التحتية معرضة أيضاً للمخاطر البركانية، إذ يمكن أن ينهار تراكم الآش، وأن يلوث إمدادات المياه، ويضر بالشبكات الكهربائية، كما أن الغازات البركانية المكورة تعجل بتدهور الهياكل المعدنية والخرسانية، كما أن تدابير التحضير والتخفيف، بما في ذلك تصميم الهياكل الأساسية الميسرة والتخطيط لحالات الطوارئ، 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 يُدفع بانبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ، ينتج الإكراه البركاني حلقات تبريد مؤقتة تُحتمل على اتجاه طويل الأجل للاحترار.

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 بطبقات الرماد البركاني والودائع الكبريتية، مما يمكّن العلماء من إعادة بناء النشاط البركاني الماضي، وتحديد كمّ تأثيره المناخي، وتكشف هذه المحفوظات الشحيحة عن أحداث مثل ثورة الصالاس 1257، التي من المرجح أن تؤدي دورا في بداية العصر الجليدي الصغير، ويحسن إدخال المقاييس الفولية في المستقبل على نماذج المناخ.

Monitoring and Predicting Volcanic Effects on Climate

ويدمج علم البراكين الحديث التكنولوجيات المتنوعة لرصد النشاط البركاني وتقييم الآثار المناخية المحتملة، وتوفر أجهزة الاستنشاق إنذارات مبكرة عن طريق كشف حركة الماما في البركانات، وتقيس أدوات النظام العالمي لتحديد المواقع التحلل الأرضي، مما يشير إلى تضخم أو انكماش حجرات الماكما، وتقيس أجهزة الاستشعار الغازية الانبعاثات من ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى، مما يتيح التنبؤ بإنتاج أيروسات.

ويؤدي الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل دورا حاسما في تتبع السباكات البركانية وتشتت الأيروسول 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 في الأرض

فالبراكين عوامل طبيعية قوية تهدد وتديم الحياة في آن واحد على الأرض، وقد تعطل ثوراتها المناخ عن طريق حقن الأيروسول التي تهدأ الكوكب لسنوات، في حين أن انبعاثاتها من غازات الدفيئة تسهم في الاحترار الطويل الأجل على النطاقات الجيولوجية، كما أنها، فيما وراء الغلاف الجوي، تعيد تشكيل المناظر الطبيعية، وتقود التعاقب الإيكولوجي، 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، فإن إدماج الإكراه البركاني في التوقعات لا يزال يشكل تحدياً بالغ الأهمية بالنسبة للعلماء الذين يسعون إلى كشف تعقيدات نظام المناخ المتطور للأرض.