الفيزيائي من الفولكان: التشكيل والهيكل وطغاة الإرغام

هذه المنظومات البركانية الضخمة تمتلك القدرة على إنتاج ثورات ذات حجم غير عادي، مع إمكانية إعادة تشكيل المناظر الطبيعية وتغيير أنماط المناخ العالمية وتأثير الحياة في جميع القارات، فهم السمات المادية للفولكات الخارقة بما في ذلك عمليات تكوينها، وخصائصها الهيكلية، وأساليب الإنفجار التي لا بد منها لتقييم المخاطر التي تهدد المعرفة البركانية.

ماذا يصف برفولكان؟

ويعرف الفلكان السوبر بركان كان له اندلاع بمؤشر انفجار بركاني من 8، مما يعني أنه قد انفجر أكثر من 000 1 كيلومتر مكعب من المواد (240 ميلا مكعبا)، ومؤشر المتفجرات البركانية هو نطاق يستخدم لقياس حجم الانفجارات البركانية المتفجرة، الذي استحدثته الدراسة الاستقصائية لكريستوفر غيهول في الولايات المتحدة.

مقياس الـ "في آي" هو الـ "لوغاريثام" حيث كل فترة تمثل زيادة عشرية في معايير النقوس الملاحظ هذا يعني أن ثورة الـ 8 في آي" أقوى بكثير من الإنفجارات الصغيرة

مصطلح "السوبرفولكان" نفسه له تاريخ مثير للاهتمام، كان المصطلح شائعاً في برنامج "ب بي سي" للتلفزيون الشعبي في عام 2000، يشير إلى الإنفجارات التي تنتج كميات كبيرة جداً من القذف، بينما حصل المصطلح على اعتراف عام واسع النطاق، بعض علماء البركان يفضلون مصطلحات علمية أكثر دقة، تركز على "ثورات الأذن" بدلاً من تسمية الأنظمة البركانية نفسها بأنها "الإقناع".

عمليات تكوين الفولكان

Magma Chamber Development

تحدث الفولكان الخارقة عندما يرتفع الماجم في المناشف إلى القشرة ولكن لا يستطيع كسرها، مما يسبب ضغطاً على بناء مجمع كبير ومتنامي للماما حتى لا يتمكن القشرة من احتواء الضغط والتمزقات، وهذه العملية تختلف اختلافاً جوهرياً عن النشاط البركاني العادي، حيث يجد الماما مسارات سهلة نسبياً إلى السطح.

ولا يمكن حدوث انفجارات سوبفولكانية إلا عندما تشكل حجرة كبيرة غير عادية في القشرة على مستوى سطحي نسبيا، غير أن تشكيل هذه الغرف الضخمة عملية بطيئة، إذ أن معدل إنتاج الماما في البيئات التي تكتونية التي تنتج فولكازا خارقا منخفض جدا، حوالي 0.002 كيلومتر مربع سنويا، بحيث يستغرق تراكم ماجما يكفي لتصويب 000 100 سنة إلى 000 1 سنة.

وغرفة الماما في بركان خارق تقع دائما في منطقة ترتفع فيها الحرارة من داخل الأرض إلى السطح، ونتيجة لذلك، تكون غرفة الماما كبيرة جدا ومثيرة جدا، ولكنها أيضا بلاستيكية، مع تغير شكلها كوظيفة من وظائف الضغط عندما يملأ تدريجيا بالماجم الساخنة، وهذا البلاستيك يسمح بتفكك الضغط أكثر كفاءة من ذي قبل في بركان طبيعي يكون حجرة الماما أكثر صلابة.

Tectonic Settings and Magma Sources

ويمكن أن تحدث الفولكان الخارقة في البقع الساخنة (مثلاً، يلوستون كالديرا) أو في مناطق فرعية (مثلاً، توبا)، حيث توفر هاتان البيئتان الرئيسيتان اللتان تكتونيتان آليات مختلفة لتوليد الماما وتراكمها.

في البقع الساخنة، ينحدر المغناطيس من أعمدة عميقة ترتفع نحو السطح، حيث تهبّط الصفائح التكتونية في مرتفعات وسط المحيط أو تتحرك فوق البقع الساخنة، تتناقص الضغوط، مما يسمح للصخور المفترس بالذوبان، ويجسد البركانية ذات الصلة بالبقع الساخنة، حيث يُعدّ العمود الفقري المائي نسبياً من المواد الساخنة.

وفي المناطق الفرعية، تشكل الماما شكلاً يغلب فيه على لوحة محيطية لوحة قشرية أخرى، حيث يبدأ تهب الصحن النازل في الذوبان وتجميع الصخور المزروعة في الغرف الجوفية، ومن خلال الذوبان التدفقي، تخفض المياه وغيرها من المواد المتقلبة من نقطة الانصهار في الصخور المنغمة، التي هي مناطق فرعية مشتركة تغطس فيها لوحة واحدة في أسفل أخرى.

تشكيلة الماما وثورة

وتنتج ثورات الكالسلدرات المتفجرة من قبل غرفة ماجما التي غنيت بمعظمها في سيليكا، وترتفع فيها درجة الارتداد، وبالتالي لا تتدفق بسهولة مثل البصل، كما أن الماما يحتوي على كمية كبيرة من الغازات المذوبة تصل إلى 7 في المائة بالنسبة لأكثر الماثل ثراء.

حيث أن الماما تقيم في غرفة على فترات طويلة، فإنها تخضع للتغييرات الكيميائية والفيزيائية، وإذا كانت الماما تقيم في غرفة لفترة طويلة، فإنها يمكن أن تصبح متداخلة مع مكونات كثافة أقل ترتفع إلى أعلى وكمية المواد التي تغرق، وتتراكم الصخور في طبقات، وتشكل تطفلا مطبقا، ويمكن أن يؤثر هذا التمزق على طبيعة الآثار اللاحقة، مع اختلاف مستويات الانفجار.

وأظهرت البحوث علاقة بين عمق غرف الماما ومحتوياتها من المياه: كلما كان الماما أعمق، كلما كان محتوى المياه أعلى، ويؤدي هذا المحتوى من المياه دورا حاسما في تحديد الانفجار، حيث أن المياه وغيرها من التقلبات تؤثر تأثيرا كبيرا على الازدهار المغناطيسي وعلى تراكم ضغط الغاز.

الصور الهيكلية للفولكان

Caldera Formation and Characteristics

إنّ الـ(كالديرا) هي قوس كبير شبيه بالكولدرون الذي يُشكّل بعد فترة وجيزة من تفريغ حجرة الماما في ثورة بركانية، وتنهار سطح الأرض في غرفة الماما المفرغة أو المفرغة جزئياً، مما يترك كساداً كبيراً على السطح قد يكون له قطره عشرات الكيلومترات.

وتنتج الثورانات الكبيرة سعرات حرارية ضخمة يمكن أن تبلغ على نطاقها أكثر من 50 كيلومتراً، وتمثل هذه الكساد الهائلة أحد أكثر السمات المادية تميزاً للفولكان الخارق، وعلى الرغم من أن هذه السمة توصف أحياناً بأنها حفرة، فإنها في الواقع نوع من الثقب المغرق، لأنها تُشكل عن طريق التخريب والانهيار بدلاً من الانفجار أو التأثير.

عملية الإنهيار تحدث لأن قذف كميات كبيرة من الماما في وقت قصير قد يزعج سلامة هيكل حجرة الماما، و قد لا تكون الجدران وسقف الغرفة قادرة على دعم وزنها وأي صخرة تحتية أو صخرة ترقد فوقها، وهذا الفشل الهيكلي يؤدي إلى انهيار كارثية يسبب الكساد

دورس وصيفات ما بعد كاليفورنيا

إن الصورة العامة لطائرة العجلات المتجددة هي لوحة بركانية واسعة النطاق تدقها المنحدرات المنخفضة التي ترمز إلى موقع جدران كالديرا، وتتضمن منطقة متطورة (قبعة المتمردين) في المركز بسبب تحركات الماغي المغتربة، وهذه القبعات التمرد تشكل عندما تكون دخيلات الماغي الجديدة تحت أرضية كالدرا بعد الانهيار الأولي، مما يدفع الصخور المفرط.

"السائل الخارق" يملأ الماء عبر الزمن، ويخلق بعض أكبر وأعمق البحيرات في العالم، بحيرة "أندونيسيا" تحتل العجلة التي كانت تنفجر في آخر مرة منذ 74 ألف سنة، كما أن بحيرة "كراتر" في "أوريغون" تملأ كالديرا التي شكلها انهيار جبل مازما قبل 700 سنة، على الرغم من أن هذا كان أقل من 7 آلاف عام

الودائع البركانية والستراتغرافيا

وتترك الثورات الفولطية السوبركانية وراءها رواسب واسعة من المواد البركانية التي يمكن تعقبها عبر مناطق شاسعة، حيث إن نوع الودائع الرئيسي هو النينيمبات، وهو حجر مكوَّن من تدفقات البتروكية، ويمكن أن تكون هذه الودائع سميكة بشكل غير عادي بالقرب من سعرة المصدر، وأن تمتد مئات أو حتى آلاف الكيلومترات من موقع الانفجار.

وتشكل طبقات الرماد من الانفجارات الفولطية الخارقة علامات جيولوجية هامة، ويمكن تحديد رواسب التفاح هذه في تسلسلات الرواسب في مختلف القارات، مما يوفر علامات تسلسلية قيمة لمواعدة أحداث جيولوجية وأثرية أخرى، ويتيح التكوين الكيميائي المتميز للرماد من الانفجارات الفردية للجيولوجيين ربط الودائع التي توجد في مواقع واسعة الانتشار.

وفي إطار السعرات الحرارية وحولها، تتراكم الرواسب البركانية في تسلسلات معقدة تسجل تاريخ الانفجار، وتشهد نظم الفرز الرجعي حدوث انفجارات عديدة ذات كثافة وحجم متفاوتين قبل وبعد عمليات صنع الكادرات، حيث تفجر كل من يلوستون وفاليس كالديرا مجموعة متنوعة من تدفقات الحمم، ودمى الحمم، و/أو مركبات البيروقراطية في مرحلة ما قبل الكدردا.

النظم الحرارية المائية

وكثيرا ما تستضيف الفولكان السوبر الفعّال والمهدرات نظماً واسعة النطاق للطاقة الحرارية المائية، وتتطور هذه النظم عندما تُعمم المياه الجوفية عبر الصخرة الساخنة فوق وحول حجرات الماما، وتتحول كيميائياً، ويمكن للماء المسخن أن يحل المعادن من الصخور المحيطة ويودها في أماكن أخرى، ويخلق رواسب ركازية ويغير الصخور البركانية.

ومن بين مظاهر النشاط الحراري الهيدروليكي المائي الينابيع الساخنة، والمجوهرات، والبروج، والأوعية الطينية، والمتنزه الوطني الأصفر، الذي يقع في منطقة يلوستون كالديرا، يستضيف أكثر من 000 10 سمة من المواد الحرارية المائية، مما يجعلها أحد أكثر العروض المذهلة في العالم لنشاط الحرارة الأرضية، وهذه السمات توفر دليلاً واضحاً على وجود الغازات الحرارية والبركانية في نظام ماثوما.

طوابق وآليات الإرغام

الإرتفاعات بين الفينيان والأولترا - البلينيان

تحدث ثورات في شكل كالديرا عندما تفرغ غرفة مغناطيسية كبيرة جداً مليئة بالغاز و المغناطيس السيليكي في ثورة كارثية، وتتميز هذه الإنفجارات بقوتها المتفجرة الهائلة وبكميات المواد التي تقذفها في الغلاف الجوي.

ويمكن أن يصل عمود الانفجار من ثورة فولكانية خارقة إلى مرتفعات استثنائية، حيث يمكن لثوران 8 من طراز VEI يمثل ثورة فولكانية خارقة أن يقذف 1-1012 متراً مربعاً (240 ميلاً مكعباً) من التفريغ، ويزيد طول عمود السحب على 20 كيلومتراً (6000 متر)، وفي الواقع، فإن أعمدة الانفجار من أكبر ارتفاع سطحي يتجاوز بكثير هذه العتبة الدنيا، التي يمكن أن تصل إلى 40 كيلومتراً.

Pyroclastic Flows and Density Currents

ومن أكثر الجوانب تدميراً للثورات البركانية الفوقية توليد تدفقات هائلة من البتروكات، وهي تيارات ساخنة وسريعة الحركة من الغاز البركاني والرماد وشظايا الصخور التي تخترق مدافن البركان وعبر المشهد المحيط بسرعة تتجاوز 100 كيلومتر في الساعة.

وتختلف تدفقات البتروك من الانفجارات الفولطية الفوقية عن تدفقات الانفجارات الأصغر حجما ووصولها، وفي حين أن التدفقات البكترية من الانفجارات البركانية النموذجية قد تسافر بضعة كيلومترات إلى عشرات الكيلومترات، فإن تلك التي تنتج عن عمليات التصريف يمكن أن تمتد لمئات الكيلومترات من المصدر، وتغطي مناطق آلاف الكيلومترات المربعات المربعة بودفات شديدة السميك.

وعندما تأتى هذه التدفقات إلى الراحة، يمكن أن تكون شديدة الحرارة بحيث تلتحم الجسيمات معاً، وتتكون من صحائف النينيمبكت، ويمكن أن تتراوح سميك هذه الودائع بين بضعة أمتار في مواقع مفككة ومئات الأمتار القريبة من مصدر الكالسل، وقد يتجاوز حجم المواد التي تنطوي عليها الودائع البيرفلورية المذهلة الشمولية من السوبرات 000 1 كيلومتر مكعب.

عشق فول وغلاف الجوي

إن أعمدة الرماد البركاني من الانفجارات الفولطية تحقن كميات هائلة من الجسيمات الغرامية في الغلاف الجوي، ويمكن أن تظل أفضل جسيمات الرماد معلّقة في الغلاف الجوي لشهور أو حتى سنوات، وتدور على الصعيد العالمي وتؤثر على المناخ في جميع أنحاء العالم.

ويمكن أن يمتد الرماد من خزينة إلى قارات بأكملها، ويمكن أن تتراكم عدة سنتيمترات إلى مترات سميكة بمئات الكيلومترات من المصدر، بينما يمكن أن يحدث سقوط رماد قابل للقياس بعيدا عن آلاف الكيلومترات، ويؤثر هذا التوزيع الواسع للرماد تأثيرا عميقا على النظم الإيكولوجية والزراعة والسكان البشريين في المناطق الشاسعة.

المصاريف والآليات

تشير البحوث إلى أن الضغط الناجم عن الاختلافات في الكثافة بين الصخرة الصلبة والسائلة المغنمة هو كل ما يلزم لكسر عمق الكيلومترات العديدة لقشر الأرض فوق حجرة الماما، دون وجود ظاهرة جيولوجية خارجية، أو تغيير الصفيحة أو الزلازل، مجرد تراكم حراري وضجيج مرتفع بما فيه الكفاية.

وعندما يتجاوز الضغط داخل الغرفة قوة الصخرة المحيطة، يمكن أن يؤدي إلى ثورة، وطبيعة الانفجار - أي المتفجرات أو النفقات الفعالة على تكوين الماما، وكمية الغازات المذوبة التي يحتويها، والخصائص المادية لغرفة الماما وصخرتها الزائدة.

بالنسبة للفولكان الخارق، فإن المحتوى العالي من المغناطيس يخلق حساسية عالية، مما يضخ الغازات ويمنعها من الفرار تدريجياً، ومع بناء الضغط، يصل النظام في نهاية المطاف إلى عتبة حرجة، وسيصل المغناطيس الذي يخترق الشقوق إلى سطح الأرض في نهاية المطاف، حتى في غياب الماء أو فقاعات ثاني أكسيد الكربون في الماجم، ومع أن هذه المادة تسرع نحو السطح.

أمثلة ملحوظة على الفولكان

يلوستون كالديرا، الولايات المتحدة

The Yellowstone Caldera, also known as the Yellowstone Plateau Volcanic Field, is a Quaternary caldera complex and volcanic plateau spanning parts of Wyoming, Idaho, and Montana, driven by the Yellowstone hotspot and largely within Yellowstone National Park.

وقد بدأت عملية البركان منذ 2.15 مليون سنة ومرت خلال ثلاث دورات بركانية رئيسية، شملت كل دورة ثورة كبيرة من النينيمبات، وتدفقات من البركان، وسقوط الرماد على نطاق القارة، وانهيار الكالس، وسبقها وتليها تدفقات واقيات من الحمم الصغيرة، وأحدث عملية تحليق، قبل حوالي 000 630 سنة، أنتجت من لافا كريك تاف وأنشأت الحاضر يلوستون.

أكبر ثورة في يلوستون كانت قبل 2.1 مليون سنة وكان لديها كمية 450 2 كيلو متر مكعب هذا انفجار مركب هوكلبيري

طوبا كالديرا، إندونيسيا

بحيرة توبا هي ثلاجة كبيرة من العجلات فوق الفولكان داخل مجمع طوبا للكالدرا في شمال سومطرة، تضم أربعة كرات بركانية متداخلة تلتج إلى جبهة سوماتران البركانية، وتغطي مساحة تبلغ 100 كيلومتر مربع، وهي أكبر سعرة كوادر في العالم.

وكان أكبر ثورة في السنتين الماضيتين حوالي 000 74 سنة في توبا بركانو في جزيرة سومطرة، حيث قدر حجم هذا الانفجار بـ 670 ميلا مكعبا (800 2 كيلومتر مكعب)، وأفرج عن ما يقدر بـ 800 2 كيلومتر مربع من المواد المكافئة للروكسيك، المعروفة باسم أصغر طوبا.

وكان لثورة طوبا آثار عالمية كبيرة، وفي حين أن النظريات المبكرة تشير إلى أنها تسببت تقريبا في انقراض البشر، فقد أتاحت البحوث الحديثة رؤية أكثر دقة لآثارها على السكان والمناخ.

تاوبو بركانو، نيوزيلندا

ثورة أوروانوي من فولكانو النيوزيلندي منذ حوالي 2500 سنة كانت آخر ثورة في العالم

ونشأ ثورة الأوروانيي حوالي 430 كيلومتراً مربعاً من رواسب السقوط المركّبة، و 320 كيلومتراً مربعاً من الودائع الحالية للكثافة الحرارية (المعظم من المنيمبيرت) و 420 كيلومتراً مربعاً من المواد الأولية داخل المكالس، أي ما يعادل 530 كيلومتراً مربعاً من الماما، ويبلغ مجموع الودائع الإجمالية 170 1 كيلومتراً مربعاً، وتحتوي بحيرة كاب نيوزيلندا الآن على بحيرة تاً.

فاليس كالديرا، نيو مكسيكو

فاليس كالديرا هو ثورة فولكانية خارقة مثل يلوستون وواحدة من أكبر العجلات الصغيرة على الأرض التي شكلت قبل حوالي مليون سنة عندما حدثت ثورات متفجرة متعددة أسفرت عن تصاعد هائل للرماد والجراء والتدفقات البهائية.

تم تشكيل آل (فاليس كالديرا) عندما تم دمج أجسام مغناطيسية متعددة وطويلة الأمد في غرفة عظمى، وتمتد الكالسدرا لأكثر من 20 كيلومتراً عبرها وتمثل أحد أفضل الأمثلة على نظام عجلات البعث في أمريكا الشمالية، ويعتبره علماء الجيولوجيا لا يزالون نشطين.

سوبراكونيات كبيرة أخرى

العديد من الأنظمة الخارقة الأخرى قد أنتجت ثورات هائلة في الماضي الجيولوجي للأرض، (لا غاريتا كالديرا) في (كولورادو) أنتجت ثورة "فيش كانيون توف" قبل 27.8 مليون سنة، مع كمية تقدر بـ 5000 كيلومتر مكعب واحد من أكبر ثورات بركانية معروفة في تاريخ الأرض.

(فالي الطويل كالديرا) في شرق كاليفورنيا تم تشكيله منذ حوالي 760 ألف سنة أثناء ثورة الأسقف (توف) هذا العيار لا يزال نشطاً من الناحية الجيولوجية، مع استمرار النشاط السيزمي، وتشوه الأرض، وتشوه المفارقات التي تشير إلى وجود المغناطيس تحت السطح.

ومن بين البراكين الذين أحدثوا ثورات كبيرة جداً في البركان وشكلوا كتل كبيرة في السنتين الماضيتين، يلوستون في شمال غرب ويومنغ، وطول فالي في شرق كاليفورنيا، وتوبا في إندونيسيا، وتابو في نيوزيلندا، وتوجد فولكانيات أخرى في اليابان وإندونيسيا وألاسكا وأمريكا الجنوبية، تمثل توزيعاً عالمياً لهذه النظم البركانية الضخمة.

رصد النشاط البيروقراطي وتحديده

رصد الزلازل

لفهم سلوك البركان بشكل كامل، يجب أن يتضمن الرصد عدة أنواع من الملاحظات (الزجاجات، الحركة الأرضية، الغاز البركاني، الكيمياء الصخرية، كيمياء الماء، تحليل السواتل البعيدة) على أساس مستمر أو شبه واقعي، الرصد السيزمي يشكل أساس نظم مراقبة البركان في جميع أنحاء العالم.

وكثيرا ما تحدث حركة المغناطيس والسوائل المرتبطة به داخل البركانات بنشاط زلزالي متزامن قابل للقياس (النزعة الزلازلية)، وبراكين لا يرحمتين، وتطوّر النشاط السيزمي بشكل شائع، ولكن ليس دائما، وتسبق الانفجارات، ويمكن لشبكات الرزمات اكتشاف الزلازل المرتبطة بحركة الماجيما وتحديد أماكنها، مما يوفر إنذارا مبكرا بالغا بالاضطرابات البركانية المحتملة.

وتوفر مختلف أنواع الإشارات السيزمية معلومات مختلفة عن العمليات البركانية، وتشير الزلازل ذات التردد العالي عادة إلى كسر حاد في الصخور حيث يشق الماغم طريقه إلى الارتفاع، وتشير الزلازل المنخفضة التردد والخيارات الوئامية إلى حركة سائلة داخل النظام البركاني، ومن خلال تحليل خصائص ومواقع وأنماط الأحداث السيزمية، يمكن للعلماء أن يستنتجوا ما يحدث في العالم.

قياسات التشهير الأرضية

إن تربية الماما ستؤدي عادة إلى إحداث حزام من الزلازل والأنواع الأخرى من الأحداث السيزمية، تسبب تشوهات (تأوي أو تخريب) لقمة بركان أو ذبابة، وتؤدي إلى إطلاق الغازات البركانية من الأرض والهواته، ويستخدم رصد التشوهات الأرضية تقنيات مختلفة لكشف هذه التغيرات.

والشبكة العالمية لتحديد المواقع هي الأداة النهائية لقياس حالات التشريد التي تُعد ثلاثية الأبعاد، وهي حالياً الطريقة المهيمنة لرصد التشوهات في البركان، مع استمرار محطات النظام العالمي لتحديد المواقع التي تُستكمل بمواقع تُحتل خلال حملات النظام العالمي لتحديد المواقع السنوية أو التي تُنفذ على أساس أحداث، مما يوفر أفضل حل زمني ومكاني لأنماط التشوه المرتبطة بالبراكين النشطة.

وتوفر القياسات أداة هامة أخرى لرصد التشوهات، إذ أن قياسات المد والجزر القريبة من الزمن توفر بصورة روتينية إنذارات قصيرة الأجل بالتغيرات في النشاط البركاني، مثل التطفلات المغنطيسية الجديدة وحلقات الانكماش/التضخم الوبائي، ولا يمكن لأية تقنية أخرى تستخدم حاليا أن تكشف عن مثل هذا النشاط كما يحدث.

وقد أدى تداخل الرادار بواسطة السواتل إلى ثورة رصد البركان من خلال السماح للعلماء بقياس التشوهات الأرضية على المناطق الكبيرة ذات الدقة العالية، ويمكن استخدام البيانات الساتلية لكشف أدنى علامة على التشوهات القشرية التي يمكن أن تجعل من الممكن التنبؤ باندلاع.

رصد الغاز

وتوفر انبعاثات الغاز البركاني معلومات هامة عن تطهير الماغي وحالة النظام البركاني، ويمكن أن تشير التغيرات في تركيب الغازات البركانية ودرجة حرارتها وتدفقها إلى حركة الماغما أو تغييرات في نظام الماما.

وتشمل الغازات الرئيسية التي يتم رصدها ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون والكبريتيد الهيدروجيني وبورتر الماء، ويمكن أن تشير النسب بين مختلف الغازات إلى عمق ودرجات الحرارة في مصدر الماغما، وكثيرا ما تكون الزيادة في انبعاثات الغازات سابقة للانفجارات، حيث ترتفع انبعاثات الماغما التي تُحلل غازات مُنحلة.

وتشمل تقنيات الرصد الحديثة المضاربات الأرضية التي تقيس تركيزات الغاز من مسافة، وكذلك أجهزة الاستشعار الساتلية، ويمكن للمجسات الجوية على السواتل أن تحدد الغازات والهباء الجوي التي تطلقها الانفجارات، فضلا عن تحديد حجم تأثيرها البيئي الأوسع.

الرصد الحراري

والاستشعار الحراري عن بعد بواسطة السواتل هو تقنية رئيسية لدراسة ورصد النشاط البركاني، مع استخدام البيانات ذات الحمراء من السواتل لدراسة طائفة واسعة من الظواهر البركانية، ولا سيما تدفقات الحمم، وتفجير دوريات الحمم، وآليات تقود الديناميات الفعالة وميزانيات الماما، فضلا عن تتبع البخار العالي التقلب.

وتشمل عمليات الرصد الحرارية الأرضية قياسات درجة الحرارة في الينابيع الساخنة، والبوماروول، وغيرها من السمات الحرارية المائية، ويمكن أن تشير التغيرات في درجة الحرارة إلى حدوث تغيرات في التدفق الحراري من نظام الماما الأساسي، ففي يلوستون مثلا، يرصد العلماء درجات الحرارة في العديد من السمات الحرارية في جميع أنحاء العالم.

نظم الرصد المتكاملة

ويستخدم العلماء مجموعة واسعة من التقنيات لرصد البركان، بما في ذلك الكشف عن الزلازل والزهور الزلازل والزهور، وقياسات دقيقة للتشوهات الأرضية، والتغيرات في انبعاثات الغاز البركاني، والتغيرات في الجاذبية والمجالات المغناطيسية، ورغم عدم التشخيص بشكل فردي، فإن هذه التقنيات، عندما تستخدم في مزيج من البركانات المصممة جيدا، قد أسفرت عن التنبؤات الناجحة.

ويمكن لنظم الرصد الجديدة أن تجمع وتحيل بيانات دقيقة في الوقت الحقيقي من البركان إلى مكاتب المرصد، مما يحسن التنبؤ بالانفجار، ومن المهم تركيب أجهزة خلال فترات الهدوء عندما لا تكون البراكين نشطة بحيث تكون جاهزة للكشف عن أدنى جزء من الإثارة البركانية، مع الكشف المبكر عن أقصى قدر من الوقت للناس للتحضير للانفجار.

الأخطار المرتبطة بالارتفاعات الفولطية الخارقة

الأخطار الفورية

وستكون المخاطر المباشرة الناجمة عن انفجار بركاني سطحي كارثي بالنسبة للمنطقة المحيطة، وستدمر التدفقات البتروكية المناطق الواقعة ضمن مئات الكيلومترات من الكالسلديرا، حيث تتجاوز درجات الحرارة 800 درجة مئوية والسرعة تجعل الهروب مستحيلا، وستدفن هذه التدفقات المشهد تحت متر إلى عشرات من أمتار الحطام البركاني الساخن.

وسيغطي سقوط الرماد مساحات شاسعة، حيث يتناقص السميك بمسافة بعيدة عن المصدر، ولكنه لا يزال يصل إلى مستويات خطرة تبعد مئات الكيلومترات، وحتى بضع سنتيمترات من الرماد يمكن أن تنهار سقفا، وتلوث إمدادات المياه، وآلات الضرر، وتجعل المناطق غير صالحة للسكن، وستدفن الرواسب المرنة تماما الهياكل الأساسية والنظم الإيكولوجية.

إن الغازات البركانية التي تطلق أثناء الانفجار ستشكل مخاطر صحية فورية لأي شخص في المنطقة المتضررة، ويمكن أن تسبب ثاني أكسيد الكبريت وغيره من الغازات الحمضية مشاكل الجهاز التنفسي والأمطار الحمضية، ويمكن أن يتراكم ثاني أكسيد الكربون، الذي يكون أثقل من الهواء، في المناطق المنخفضة الخطورة ويعرض مخاطر الاختناق.

الآثار الإقليمية والقارية

فبعد منطقة التدمير الفوري، سيكون للثورة البركانية آثار إقليمية شديدة، وسيكون للثوران العملاق آثار إقليمية مثل تساقط الرماد والتغيرات القصيرة الأجل (السنوات إلى العقود) في المناخ العالمي، مع تأثر الدول المجاورة، وكذلك في أماكن أخرى في الولايات المتحدة والعالم.

وسيتوقف الإنتاج الزراعي في مناطق كبيرة بسبب سقوط الرماد والظلام والتبريد، وسيؤثر التلوث بالآش على إمدادات المياه وشبكات النقل والنظم الكهربائية، وسيكون التعطل الاقتصادي غير مسبوق، إذ لا يؤثر على منطقة الانفجار فحسب، بل على سلاسل الإمداد العالمية المترابطة.

Global Climate Effects

ويمكن أن تتسبب الانفجارات الفولطية الكبيرة في تغير المناخ الذي يدوم طويلا (مثل إطلاق عصر جليد صغير) وتهديد الأنواع التي تنقرض، ومن شأن حقن كميات ضخمة من ثاني أكسيد الكبريت في طبقة الستراتوسفير أن يخلق هوباءات من الكبريت تعكس ضوء الشمس، مما يبدد الكوكب.

ومن الأمثلة التاريخية على الانفجارات الأصغر حجماً ما يمكن أن يحدث في المناخ، وثوران جبل تامبورا عام 1815، وهو حدث أصغر بكثير من مجرد انحراف، تسبب في حدوث انخفاض في درجة الحرارة العالمية، وفشل المحاصيل، والمجاعة، وتسببت عملية تحليق في 8 درجات في إحداث آثار أكبر من ذلك بكثير.

ويشير نموذج المناخ إلى أن الإفراط في التحلل يمكن أن يتسبب في انخفاض درجات الحرارة العالمية بدرجات عديدة من كليسيس لمدة سنوات إلى عقود، مما سيؤثر تأثيراً شديداً على الزراعة في جميع أنحاء العالم، مما قد يؤدي إلى نقص الأغذية وإلى اضطراب المجتمع على نطاق عالمي.

تواتر عمليات الإشراف واحتمالها

وبالمقارنة مع آلاف الانفجارات البركانية التي تحدث خلال قرن، فإن تكوين الكالسلدريا حدث نادر، يحدث فقط بضع مرات في نافذة معينة مدتها 100 سنة، بل إن عمليات الإشراف نادرة من الأحداث النموذجية التي تفرز الكظروف.

وقد تم تحديد نحو 40 انفجارا من حجم الـ (VEI-8) خلال 132 مليون سنة الأخيرة، منها 30 حدث في السنوات الـ 36 الماضية، وبالنظر إلى أن التواتر المقدر قد بلغ مرة واحدة في 000 50 سنة، من المرجح أن يكون هناك العديد من هذه الاندلاعات في آخر 132 مليون سنة لم تكن معروفة بعد.

إن انفجارات 8 من طراز VEI (انفجارات) نادرة، ولم تحدث أي ثورات في الهولوكين في 8 من طراز VEI، حيث حدثت آخر ثورة خارقة في كالديرا تابو في نيوزيلندا قبل نحو 000 27 سنة، مما يعني أنه لم يحدث أي إبطال خلال فترة الحضارة البشرية المسجلة بأكملها.

بالنسبة لفولكانات خارقة محددة، تتفاوت فترات التكرار، نظراً لتاريخ يلوستون الماضي، الاحتمال السنوي لثورة أخرى من نوع (كالديرا) يمكن أن يُقارب إلى 1 في 730 أو 0.00014 في المائة، على الرغم من أن هذا الرقم يستند ببساطة إلى متوسطين بين الإنفجارات الثلاثة الرئيسية في (يلوستون)

ولا يوجد دليل على أن ثورة كارثية في يلوستون وشيكة، ومن غير المرجح أن تحدث هذه الأحداث في القرون القليلة القادمة، فالرصد الحديث يوفر للعلماء الأدوات اللازمة لكشف علامات الاضطرابات البركانية قبل حدوث انفجار بفترة طويلة، مما يتيح الوقت للتحذيرات والتحضيرات.

البحث العلمي والتوجيهات المستقبلية

وما زالت البحوث في مجال الفولكان الخارقة تعزز فهمنا لهذه النظم الضخمة، ويستخدم العلماء نُهجا متعددة لدراسة الفولكان الخارق، بما في ذلك العمل الميداني الجيولوجي، والتصوير الجيوفيزيائي، والتحليل الجيوكيميائي، والنماذج العددية.

وقد كشفت الصور المزروعة عن هيكل نظم المغناطيس تحت الفولكان الخارقين النشطين، ففي يلوستون مثلا، حددت الدراسات التصويرية خزانا كبيرا من الماما في القشرة العليا ومصدرا أعمق من الماما يمتد إلى المعبد، ففهم حجم هذه الهيئات المغنمة وعمقها وحالة هذه هي أمور حاسمة في تقييم المخاطر البركانية.

وتوفر الدراسات الكيمائية الجيولوجية للمواد المزروعة معلومات عن تطور الماما، وظروف التخزين، ومحفزات الانفجار، ومن خلال تحليل البلورات والزجاج في الصخور البركانية، يمكن للعلماء تحديد درجة الحرارة والضغط وتكوين الماموس قبل الانفجار، وتساعد هذه المعلومات على تقييد نماذج كيفية عمل النظم الفولطية.

ويتيح النموذج الرقمي للعلماء محاكاة العمليات البركانية وتجربة الافتراضات المتعلقة بآليات الانفجار، ويمكن للنموذج أن يستكشف كيف تملأ غرف الماجما، وكيف تتراكم الضغوط، وما هي الظروف التي قد تؤدي إلى حدوث ثورة، وهذه النماذج آخذة في التطور بشكل متزايد، وتحتوي على فيزياء أكثر واقعية، وتزيد القيود من الملاحظات.

وتشمل اتجاهات البحوث المستقبلية تحسين قدرات التنبؤ بالانفجار، وتحسين فهم التطور الطويل الأجل للنظم الفولطية، وتقييم الآثار المحتملة للظواهر الخارقة في المستقبل، والتعاون الدولي وتبادل البيانات أمران أساسيان لتعزيز المعرفة بهذه الظواهر الجيولوجية النادرة ولكنها هامة.

خاتمة

وتمثل الفولكان الخارقة أقوى النظم البركانية على الأرض، القادرة على إحداث ثورات تدهن جميع الأحداث البركانية التاريخية، وتظهر سماتها المادية - من غرف الماما الضخمة إلى عمليات حرارة هائلة - التي تبث العمليات الجيولوجية الاستثنائية التي تخلق وتحافظ على هذه النظم، وفهم تشكيلها وهيكلها وأساليب ثورتها أمر أساسي لتقييم المخاطر البركانية والنهوض بالعلوم البركانية.

بينما التجاوزات نادرة للغاية، فإن آثارها المحتملة عالمية النطاق، وتوفر شبكات الرصد الحديثة والبحث العلمي الأدوات اللازمة لكشف علامات الاضطرابات البركانية وتحسين فهم هذه النظم المعقدة، وستؤدي الدراسة المستمرة للفولكان الخارق إلى تحسين قدرتنا على التنبؤ بالنشاط المقبل والإعداد للثورات المحتملة، مع تعميق فهمنا لداخل الأرض الدينامية والعمليات التي تشكل كوكبنا.

لمزيد من المعلومات عن الرصد والأخطار البركانية، زيارة USGS Volcano Hazards Program و برنامج الفولكان العالمي للمؤسسة . ويمكن العثور على موارد إضافية بشأن الفولكان في التاريخ