إن الرماد البركاني هو مزيج معقد من الجسيمات الدقيقة التي تتكون من الصخور المكشوفة والمعادن والزجاج البركاني المطروح في الغلاف الجوي أثناء ثورة بركانية متفجرة، وفي حين أن رؤية الغيوم الرمادية هي مؤثرة بصرياً، وكثيراً ما تكون مُلهمة، فإن الرماد البركاني يمثل خطراً كبيراً تترتب عليه عواقب بعيدة المدى بالنسبة لسلامة الطيران، والصحة البشرية، والهياكل الأساسية، والزراعة، والبيئة.

ما هو "الفولكاني آش"؟

ويتكون الرماد البركاني من دقيقة، وتتكون الشظايا الشائكة من الصخور والمعادن والزجاج البركاني عادة من أقل من ميلين من الطوابق، وهو يتكون من الغازات المتطايرة التي تذوب في الماما، وتتوسع بسرعة وتهرب أثناء انفجارها، وتكسر الصخر المأجور إلى جزيئات دقيقة، وتميز الطبيعة المتفجرة لهذا التشظية بين الغبار البركاني من التربة اللينة والأرضية.

وتتباين تركيبة الرماد البركاني تبايناً كبيراً تبعاً لنوع الماما وديناميات الانفجار، ولكنها تشمل عادة تركيزات عالية من السيليكا (SiO2)، وأكسيد الألومنيوم (Al2O3)، وأكسيد الحديد (FeO, Fe2O3)، وأكسيد الكالسيوم (CaO)، وأكسيد المغنيزيوم (MgO)، وعناصر التأثير على الصوديوم، والبوتان

ومن الناحية المادية، فإن الجسيمات الرمادية شديدة الإهتمام بسبب حوافها الحادة والمنخفضة الشكل والشكل غير النظامي، نتيجة لنشأتها المتفجرة وتبريدها بسرعة، وهذه الخصائص تمكن الرماد من إحداث أضرار ميكانيكية عند الاتصال بالأسطح أو الأنسجة البيولوجية، حيث أن حجمها الصغير وكثافتها المنخفضة يسمحان بتشبث الجسيمات الرمادية في الجو ونقلها عبر آلاف الزواياب الأرضية بواسطة الرياح، وأحياناً.

وتتراوح كمية مواد توزيع جزيئات الرماد بين أجزاء من الكاربات التي تزيد عن 1 ملليمتر إلى جزيئات فوق الأشعة فوق البنفسجية الأصغر من 0.01 ملليمتر (10 ميكرومترات) ويمكن أن تظل الجسيمات الحسنة (10 ميكروميترات) معلقة في الغلاف الجوي لأيام وأسابيع، مما يؤثر تأثيرا كبيرا على نوعية الهواء والظروف البيئية بعيدا عن موقع الانفجارات.

يمكن أن تُكبَّن أسطح الرماد المزروعة حديثاً بمركَّبات حمضية، بما في ذلك سلفونات الكبريت والموجات مثل الكلور والفلور، وتسهم هذه المعاطف الحمضية في التفاعل الكيميائي للرماد، مما يسبب التآكل للمعادن وتهيج الأنسجة البيولوجية.() وعلى مر الزمن، يمكن التعرض للرطوبة، والأشعة الشمسية، والغازات الدوارة

رماد بركاني وطيران: فهم المخاطر والآثار

إن التفاعل بين الرماد البركاني والطائرات النفاثة الحديثة يشكل أحد أخطر الأخطار الطبيعية في الطيران، إذ تشكل الغيوم البركانية تهديدا غير مرئي للطائرات، قادرة على إحداث عطل في المحركات الكارثة، وفقدان الرؤية، والأضرار التي لحقت بأدوات الطيران الحرجة، وخلافا لظواهر الطقس مثل الضباب أو العواصف، لا يمكن اكتشاف الغيوم البركانية بالرادار التقليدي على متن السفن، مما يجعلها خطرة بوجه خاص.

الحوادث التاريخية والدروس المستفادة

وقد وقعت إحدى أكثر حوادث الطيران البراكين السمعة في عام 1982 عندما طار أحد الخطوط الجوية البريطانية بوينغ 747 دون قصد عبر سحابة رماد من جبل غاونغونغ في إندونيسيا، حيث أشعلت جميع المحركات الأربعة نتيجة لاستهلاك الرماد، ولكن طاقم الطيران الماهر تمكن من إعادة تشغيل المحركات بعد الهبوط إلى ارتفاع أدنى، مما أدى إلى حدوث كارثة سحابية.

وكان من الأحداث الهامة الأخرى التي وقعت في عام 1989 في مدينة ألسكا، والتي أسفرت عن تكاليف إصلاح تجاوزت 80 مليون دولار، وفي الآونة الأخيرة، أدى انفجار بركان إيجافجاليجولكول في أيسلندا في عام 2010 إلى سحابة واسعة من الرماد أدت إلى تعطيل المجال الجوي الأوروبي لأكثر من أسبوع، مما أدى إلى إلغاء أكثر من 000 100 رحلة جوية وإلى خسائر اقتصادية تقدر بـ 5 بلايين دولار، وقد أسفرت هذه الأحداث عن تحسينات مدفوعة على الصعيد العالمي.

آليات الأضرار التي لحقت بالمهندسين المُنتجين

ويأتي الرماد البركاني الرئيسي الذي يمثل محركات الطائرات من سلوكه المذوب تحت درجات الحرارة القصوى، وفي حين أن رماد البركان يذوب حوالي 100 درجة مئوية (2000 درجة ف)، فإن غرف الاحتراق والتركبينات في محركات الطائرات يمكن أن تتجاوز 1300 درجة مئوية (2370 درجة ف).

ومع تبرد المواد المتحركة في أسفل المجرى، فإنها تتحول إلى معطف شديد الشهية يعرقل تدفق الهواء وتنظيف ممرات التبريد الحرجة، وهذا البناء يقلل من كفاءة المحرك ويزيد من الضغط الحراري، ويمكن أن يسبب كواشاً أو حريقاً كاملة في غضون دقائق، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الطبيعة البشعة لب الرماد ورم الرئوي وأجهزة الصيانة، أدت إلى الميكانيكي.

Other Aircraft Systems Vulnerable to Ash

  • Air Data Sensors:] Pitot tubes and static ports can become clogged with ash, resulting inaccurate airspeed and altitude readings.
  • Windscreens and Windows:] Abrasion from ash particles can reduce visibility, especially during critical phases like takeoff and landing.
  • External Surfaces:] Leading edges of wings, tail fins, and rotor blades suffer erosion from abrasive ash particles.
  • Environmental Control Systems:] Ash can infiltrate and clog cabin air filtration systems, compromising air quality within the aircraft.
  • Avionics and Communications:] Electrostatic charging of ash particles can interfere with electronic systems, potentially causing malfunctions.

ونظرا لهذه المخاطر الواسعة النطاق، تحظر سلطات الطيران الدولية بشدة الرحلات الجوية عبر سحابات الرماد البركانية المعروفة، وأنشأت منظمة الطيران المدني الدولي نظاما من مناطق الرماد الثلاثية المستويات - منطقة حظر الطيران ضمن سحابة الرماد المتوقعة، ومنطقة تحذيرية مشددة تحيط بها، وعمليات عادية خارج هذه المناطق.() وفيما يتعلق بإجراءات ومشورات تنفيذية مفصلة، فإن بوابة آشكانية

الآثار الاقتصادية والتشغيلية للظواهر الآش

وتخلق أحداث الرماد البركاني تحديات تشغيلية كبيرة وأعباء مالية على الخطوط الجوية والمطارات والاقتصاد الأوسع، وتؤدي عمليات إلغاء الرحلات الجوية وتحويلها والتأخيرات إلى فقدان الإيرادات وتعطل الركاب، ويمكن لعمليات التفتيش على صيانة المتابعات وإصلاح المحركات التي تسببها التعرض للرماد أن تكلف شركات الطيران مئات الآلاف من الدولارات لكل حادث.

وقد تضطر المطارات الواقعة بالقرب من البركانات النشطة إلى إغلاقها مؤقتاً للتخفيف من المخاطر التي تتعرض لها العمليات البرية وضمان سلامة المدرجات، وقد أدى انفجار إيجافجاليجول في عام 2010 وحده إلى إلغاء أو تحويل أكثر من 000 100 رحلة جوية عبر أوروبا، مما أثر على ملايين الركاب وكلف بلايين الخسائر الاقتصادية، وعلى الرغم من أن رصد السواتل ونماذج تفكك الرماد قد تحسنت كثيراً منذ ذلك الحين، فإن الوسائل الجيولوجية الكامنة وراء منطقة المحيط الهادئ لا تزال قائمة.

الآثار الصحية للعرض البركاني للأشباح: التنفس وما بعده

وبالإضافة إلى مخاطر الطيران التي يتعرض لها الرماد البركاني، فإنه يشكل مخاطر صحية كبيرة، لا سيما عن طريق استنشاق جسيمات رماد جيدة، حيث أن أصغر جسيمات، أقل من 10 ميكرومترات (PM10)، ولا سيما أقل من 2.5 ميكروميتر (PM2.5)، قابلة للتنفس وقادرة على الاختراق العميق في الرئتين، مما قد يؤدي إلى حدوث ظروف شديدة ومزمنة من التنفس، وتتوقف حدة التأثيرات الصحية على تكوين الرماد.

الآثار التنفسية والعناوينية الحادة

وقد يسبب التعرض القصير الأجل للرماد البركاني أعراضا مثل تهيج الحلق والسعال والتنقية وقلة التنفس، وقد أدى تعرض الأفراد الذين يعانون من أمراض الجهاز التنفسي السابقة، مثل الربو أو الأمراض الرئوية المزمنة، إلى زيادة كبيرة في عدد الشكاوى المتعلقة بمرض الجهاز التنفسي الوبائي، مثل دراسة عن عام 2019 بالقرب من جبل مرابلي، إندونيسيا، وثقت زيادة ملحوظة في عدد الشكاوى المتعلقة بفترات الطوارئ.

وبالإضافة إلى التهيج التنفسي، يمكن أن تتسبب الجسيمات الرمادية في عدم راحة العين والتهاب العصي، والنباتات الكورنية بسبب حوافها الحادة وطبيعتها البائسة، كما يُبلغ عن تهيج الجلد والطفح الجلدي، ولا سيما في الأفراد ذوي الجلد الحساس أو التعرض للرماد المطول.

المخاطر الطويلة الأجل: أمراض السيليكوز والأمراض المزمنة

ويحتوي بعض الرماد البركاني على معادن حرارة البلورات مثل الحجر الصحي والبلاط، ويرتبط الاستنشاق المطول لغبار الحرير البلوري بالسيليكوسيس، وهو مرض رئوي تدريجي لا يمكن علاجه، يتسم بوظيفة رئوية مرعبة وهشة، ويزداد الخطر بشكل خاص بالنسبة للفئات المهنية التي كثيرا ما تتعرض للرماد، بما في ذلك العمال الزراعيون، وأطقم البناء، وعلماء البركان، والمواجهة لحالات الطوارئ.

وفيما عدا مرض السليكوس، يرتبط التعرض المزمن للجزء العالي من الرماد البركاني بزيادة مخاطر الإصابة بالأمراض القلبية الوعائية، والتهاب الرئوي المزمن، وتقلل وظيفة الرئة، حتى في السكان الذين لا يتعرضون مباشرة للسيليكا الكريستالية، وتصنف منظمة الصحة العالمية الرماد البركاني باعتباره خطراً صحياً محتملاً وتوصي باستراتيجيات لخفض التعرض بالتفصيل في .

السكان الضعفاء والتدابير الوقائية

  • At-Risk Groups:] Infants, elderly individuals, pregnant women, and those with pre-existing heart or lung conditions face the highest risks from ash exposure.
  • Indoor Safety:] During ashfall events, public health authorities advise staying indoors, sealing windows and doors, and using air purifiers with high-efficiency particulate filters if available.
  • Personal Protective Equipment:] If outdoor activity is unavoidable, wearing properly fitted N95 or FFP2 respirators effectively reduces inhalation of fine ash particles. Surgical masks or cloth coverings are insufficient protection against respirable ash.
  • Eye and Skin Protection:] Use of goggles and long-sleeved clothing helps prevent irritation from abrasive ash.
  • Post-Ashfall Cleaning:] Cleaning should be performed carefully using damp mopping rather than dry sweeping to reduce resuspension of ash particles into the air.

وينبغي للأفراد الذين لديهم ظروف الجهاز التنفسي أن يحافظوا على إمدادات كافية من الأدوية وأن يتبعوا خطط العمل الشخصية أثناء أحداث الرماد، والتعليم والتأهب المجتمعيين عنصران حاسمان في التقليل إلى أدنى حد من الآثار الصحية في المناطق البركانية.

الأساطير المشتركة المُناقشة بشأن الرماد البركاني والصحة

وهناك اعتقاد واسع النطاق، وإن كان غير صحيح، بأن الرماد البركاني معقم؛ وفي الواقع، يمكن للرماد أن يحمل غازات ضارة، وتعقب المعادن الثقيلة، والمركبات الحمضية التي تزيد من التهيج والسمية، والأسطورية المشتركة الأخرى هي أن الأقنعة الجراحية توفر حماية كافية من استنشاق الرماد؛ غير أن هذه الأقنعة تفتقر إلى الكفاءة اللازمة.

وعلاوة على ذلك، يفترض الكثيرون أنه بمجرد أن يستقر الرماد، لا يشكل خطراً آخر، وفي الحقيقة، يمكن بسهولة إعادة استخدام الرماد الجاف بفعل نشاط الرياح أو النشاط البشري، مما يوسع نطاق مخاطر التعرض، ولذلك فإن تدابير الحذر والحماية المستمرة ضرورية إلى أن يتم تطهير الرماد أو تثبيته بالكامل.

رصد وكشف وتنبؤات الرماد البركاني

وتُعد نظم الرصد والتنبؤ الآليين حيوية لإدارة مخاطر الرماد البركاني، وتستخدم مراصد البركان تقنيات متعددة التخصصات في جميع أنحاء العالم لكشف العلامات المبكرة للانفجارات، بما في ذلك رصد الزلازل، وقياسات التشوهات الأرضية باستخدام النظام العالمي لتحديد المواقع، ونظام إنسار، وتحليل انبعاثات الغاز، والتصوير الحراري، وتوفر هذه البيانات مدخلات حاسمة للتنبؤ بالاندفاعات وما يرتبط بها من انبعاثات من الرماد.

الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل وكشف الأرض

وتؤدي السواتل المجهزة بمستشعرات تحت الحمراء والبصرية دورا حاسما في الكشف عن سحابات الرماد البركاني وتتبعها على الصعيد العالمي، وتؤثر تقنية الأشعة دون الحمراء المتفرقة على الامتصاص المتباين في النطاقات الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء لتفريق سحابات الرماد من الغيوم الظواهر الجوية، حتى أثناء الليل، وتقدم السواتل الأرضية تحديثات متكررة للرصد في الوقت الحقيقي، بينما تقدم المدارات الأرضية.

وتقيس نظم السطو البري (الكشف عن الضوء وتدبيره) الهيكل الرأسي والطول وتركيز السباكات بالقرب من البركان، وتغذي هذه الملاحظات مجتمعة نماذج تفرق متطورة مثل المسار المتكامل للخروط البرية المختلط (الهيبرة الوحيدة من الجسيمات البرية) والشبكة الوطنية للأخشاب المدارية (التركُّزات الأرضية - التحلل البيئي) التي تُحاكي على مسارات النقل.

وتستخدم المراكز الاستشارية المعنية بآش البركانية، المنشأة تحت إشراف منظمة الطيران المدني الدولي في تسعة مواقع عالمية، هذه التكنولوجيات لإصدار المشورة والإنذارات في الوقت المناسب إلى شركات الطيران وسلطات الطيران المدني، وتسترشد هذه المشورة بتخطيط الرحلات الجوية والقرارات التشغيلية، مما يعزز سلامة الطيران إلى حد كبير.

التحديات والقيود في مجال تنبؤات أش

وعلى الرغم من التقدم التكنولوجي، لا يزال التنبؤ بالرماد البركاني صعبا، ويمكن أن يكون لقياسات ارتفاع السحب غير مؤكدة لعدة كيلومترات، وهذا أمر هام لأن سلوك الجسيمات الرمادية والتركيزات تختلف اختلافا شديدا مع الارتفاعات، وكثيرا ما تكون أجزاء الرماد الجميلة التي تشكل أكبر تهديد للطيران غير مرئية للرادار التقليدي ويمكن أن تحجبها الغيوم الجوية، مما يؤدي إلى تعقيد عملية الكشف.

إن تقدير التركيز الكتلي للرماد - وهو البارامترات الحرجة لمخاطر أضرار المحركات - أمر صعب للاستشعار عن بعد وحده، كما أن البيانات التكميلية من الليدار المستقبلي المجهز بالطائرات والتقارير التجريبية تساعد على سد الثغرات ولكنها لا تستطيع القضاء على جميع المخاطر، ولا تزال هناك لقاءات غير متوقعة مع سحاب الرماد، مع التأكيد على الحاجة إلى تحسين مستمر في إجراءات الرصد والتشغيل.

الابتكارات الهندسية واستراتيجيات التخفيف

وبالإضافة إلى بروتوكولات تجنب حدوث ذلك، تهدف التطورات الهندسية إلى تعزيز قدرة الطائرات على الصمود في الرماد البركاني، وقد طورت شركات التصنيع المحرك مواد شفرة محسنة وملفات للحاجز الحرارية التي تزيد من مقاومة رواسب الرماد المستنبط، وتشمل التعديلات في تصميمها، مثل توسيع فتحات التبريد وتعزيز إدارة تدفق الهواء، الحد من تراكم الرماد والإجهاد الحراري، وتشمل شهادة المحركات الحديثة اختبارابتة لتقييم مستويات التسامح.

تنفيذ إجراءات صارمة لتجنب الرماد على أساس المشورة والرصد في الوقت الحقيقي، قام بعض المشغلين بتجهيز طائرات بأجهزة الكشف عن الرماد على متن الطائرة مثل جهاز تحديد هوية الأجسام البركانية المحمولة وأجهزة كشفها، التي تستخدم التصوير بالأشعة تحت الحمراء لتنبيه الطيارين إلى وجود الرماد في مسارات الطيران، مما يتيح للمناورات المرهقة في الوقت المناسب.

وعلى أرض الواقع، تستخدم المطارات شبكات رصد الشلالات وتنشر أفرقة للتنظيف السريع لتطهير الطرق والسيارات، ومنع ابتلاع الرماد بواسطة معدات الدعم الأرضي ومحركات الطائرات أثناء التاكسي والاقلاع، وهذه الاستراتيجيات الشاملة، التي تجمع التكنولوجيا والرصد والبروتوكولات التشغيلية، هي أمور حاسمة لتقليل أثر الرماد البركاني على سلامة الطيران وكفاءته.