الكشف عن البركانات المخفية: مراقبة السواتل للمناطق البركانية النشطة للأرض

إن القدرة على رصد نشاط الأرض البركاني من الفضاء قد أحدث ثورة في مجال البراكين، مما أدى إلى تحول كيفية اكتشاف العلماء وتتبعهم ودراسة البركانات في جميع أنحاء العالم، فتقنية السواتل تجعل من الممكن رصد النشاط البركاني حتى في أكثر الزوايا عزلة من العالم، ومشاهدة التغييرات في سطح الأرض بشكل روتيني والتي قد تشير إلى حدوث ثورة وشيكة، وهذا التقدم التكنولوجي مهم جداً بالنظر إلى أن نسبة 10 في المائة من المعاني

مع وجود أكثر من 500 1 بركان محتمل النشاط يرسم مشهد الأرض، والذي يعمل فيه حوالي 500 شخص في أي وقت، فإن التحدي المتمثل في الرصد البركاني الشامل هائل، وإن كانت أساليب المراقبة الأرضية التقليدية قيّمة، لا يمكن أن تغطي على نحو مثير للشك كل بركان، ولا سيما البركان الموجود في مواقع نائية أو غير متاحة، وقد برزت المراقبة الساتلية كأداة لا غنى عنها، وتوفر التغطية المستمرة والعالمية، وتمكين العلماء من الكشف عن الاضطرابات البركانية، ورصد المخاطر المحتملة.

تطور رصد البركان الفضائي

إن مفهوم رصد البركانات من الفضاء ليس جديدا تماما، فسواتل تكنولوجيا موارد الأرض تجعل من الممكن لأول مرة رصد مستوى النشاط في البركانات المنفصلة على نطاق واسع ونقل هذه البيانات فورا تقريبا إلى مكتب مركزي واحد، وهذه القدرة تفتح عهدا جديدا في علم البركان حيث يمكن رصد مئات من البركانات الحديثة ذات الترددات الخماسية ولكنها قد تكون خطرة بالقرب من المناطق المأهولة بالسكان في العالم رصدا اقتصاديا وموثوقا.

نظم رصد البركان التي تستخدم اليوم بواسطة السواتل تستخدم أدوات متعددة تعمل في إطار التنسيق لتوفير التغطية الشاملة للأغلبية العظمى من البركانات التي لا ترصد عن كثب بواسطة النظم الأرضية، الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل يوفر الوسيلة الوحيدة للحصول بسرعة على البيانات عن الاضطرابات البركانية واحتمال الانفجار، وقد أثبتت هذه النظم أنها تستحق الوقت، ومرة أخرى، اكتشاف الاندلاع في بعض المواقع النائية في العالم في غضون ساعات من حدوثها.

How Satellite Surveillance Technology Works

ويعتمد الرصد الحديث للبركان الساتلي على مجموعة متطورة من أجهزة الاستشعار والأدوات، كل منها مصمم لكشف مختلف جوانب النشاط البركاني، وهذه التكنولوجيات تعمل عبر الطيف الكهرومغناطيسي، من الضوء الواضح إلى الأشعة الحرارية الحمراء، والأشعة الموجية، مما يوفر للعلماء وجهات نظر متعددة بشأن السلوك البركاني.

التصوير الحراري والكشف عن المعلومات تحت الحمراء

الاستشعار الحراري عن بعد بواسطة السواتل هو تقنية رئيسية لدراسة ورصد النشاط البركاني، أجهزة الاستشعار الحرارية تكتشف علامات الحرارة من تدفقات الحمم النشطة، ودمى الحمم، وغيرها من الملامح البركانية ذات الحرارة العالية، حيث أن تدفقات الحمم النشطة أو الدوافع المتزايدة تنبعث من كميات هائلة من الطاقة، هذه البقع الساخنة سهلة نسبياً للكشف في صورة بحيرة MODIS، حتى عندما تكون أقل من حساسية MODIS.

وفي السنوات الأخيرة، استخدمت البيانات التي ترد تحت الحمراء من السواتل " كوبرنيكوس سينتينيل-2 " لدراسة طائفة واسعة من الظواهر البركانية، ولا سيما تدفقات الحمم، وتفجير دوريات الحمم، وآليات قيادة الديناميات الفولطية وميزانيات الماما، فضلا عن تعقب البخاري العالي التمرين، وهو ما يوفر تغطية عالمية كاملة كل 48 ساعة، وهذا يعني أن نظامنا يفحص كل مربع

Synthetic Aperture Radar (SAR) and Ground Deformation Detection

ومن أقوى الأدوات في مجال رصد البراكين بواسطة السواتل رادار ذي فتحة اصطناعية، لا سيما عندما يستخدم في أسلوب التداخل، وسيتيح لنا في يوم ما استخدام تقنية تجريبية تسمى رادار ذي فتحات اصطناعية متداخلة، أن ننتج خرائط مفصلة للتشوهات الأرضية دون وضع أي أدوات، وقد نضجت هذه التكنولوجيا بشكل كبير وأصبحت الآن تستخدم على نطاق واسع في عمليات الرصد البراكين.

الصور التي يسجلها نفس الساتل في أوقات مختلفة يمكن أن تكون "مُشوّه" لإنتاج تداخل أو صورة لتشوه الأرض، وهذه القدرة حاسمة لأن التشوهات الأرضية تشير إلى حدوث تغيرات سطحية على بركان، مثل التخدير أو التغليف أو تشكيل النسيج، بسبب حركة الماكما تحت السطح.

أحد أكثر التطبيقات التي يستخدمها علماء البركان هو تقنيات التداخل بين الأشعة الشمسية التي تسمح بدراسة ظواهر التشوه في سطح الأرض على نطاقات مكانية و/أو مؤقتة غير مسبوقة، ودقة هذه القياسات غير عادية، مع إطلاق الساتلين الراداريين المغناطيسيين التابعين للإيسا وجهاز رادار واحد بى، حصل ميدان علم البركان على دفعة كبيرة، حيث

رصد انبعاثات الغاز

وتشكل انبعاثات الغاز البركاني، ولا سيما ثاني أكسيد الكبريت، مؤشرات هامة للنشاط البركاني، وهي أول ساتل من ساتل كوبرنيكوس مخصص لرصد الغلاف الجوي، ويحمل الساتل أداة TROPOMI التي تقيس مستويات عدة غازات أثرية في الغلاف الجوي مثل ثاني أكسيد النيتروجين، والأوزون، والرسمية، وثاني أكسيد الكبريت، والميثان، وثاني أكسيد الكربون، والهوسولات.

وعلى وجه الخصوص، يمكن استخدام القنوات الحرارية ذات الحمراء لجهاز (كوبرنيكوس سينتينيل-3) لجهاز (Sea and Land Surface Radiometer) في كل من الرصد اليومي والليل للرماد البركاني، بينما تشكل قنوات الطائرة فوق البنفسجية من طراز Copernicus Sentinel-5P) جهاز TROPOMI لاسترجاع الكمية الإجمالية من الـ (إس 2) في الجو السفلي.

وهناك أكثر من 500 1 بركان محتمل النشاط في جميع أنحاء العالم، معظمها غير مرصد، ونحو 500 بركان نشط في أي وقت من الأوقات، وعلى الرغم من أن العلماء يتابعون العديد من هذه المركبات باستخدام أساليب المراقبة الأرضية التقليدية، فإن السواتل أصبحت حاسمة في المساعدة على فهم أماكن حدوث انفجار البركان، ومتى، ولماذا.

اكتشاف البركان المخفي وغير المعروف

ومن أكثر التطبيقات إثارة للمراقبة الساتلية اكتشاف بركانات غير معروفة أو غير موثقة توثيقا جيدا، ولا تزال هناك براكين كثيرة مخبأة تحت الغطاء النباتي الكثيف أو الغطاء الجليدي أو مياه المحيطات، مما يجعلها مستحيلة رصد استخدام الأساليب التقليدية، وقد ثبت أن تكنولوجيا السواتل فعالة بشكل ملحوظ في الكشف عن هذه النظم البركانية الخفية.

Submarine Volcano Detection

وتأوي طابق المحيط آلاف البركانات التي ظلت مجهولة إلى حد كبير حتى أحدث التطورات في تكنولوجيا السواتل، وقد كشفت السواتل ذات الرادار العالي التعريف عن أكثر من 000 19 بركان تحت سطح البحر حول كوكبنا، مما وفر للعلماء أكثر المعالم شمولا للجبال البحرية التي تم إنشاؤها، وهذا الاكتشاف يمثل قفزة كمية في فهمنا للنظم البركانية المغمورة.

قمر رادار ليس فقط قياس ارتفاع المحيط ولكن أيضاً يمكن أن نرى ما يُغرم في أعماق الماء، يعرض تمثيل أفضل لطبوغرافيا قاع البحار، العلماء سحبوا بيانات من عدة سواتل، بما في ذلك قفص كريستا ساات-2 التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، ووجدوا أنه يمكنهم اكتشاف كميات صغيرة من المياه تحت الماء تبلغ 609 3 قدماً (تشكل أقل من 100 متر)

وفي الآونة الأخيرة، وضع ساتل موزع حديثا أحدث خريطة طابق للمحيطات حتى الآن، مما كشف مئات التلال والبراكين تحت الماء التي كانت مخبأة من قبل من بيانات البحوث التي جمعت على مدى السنوات الثلاثين الماضية، وقد أحدثت ممرات المياه السطحية وأصول المحيطات، حتى صورا ذات استبانة أعلى من ذي قبل عن قاع البحر العالمي، وذلك من أي نظام قابل للمقارنة على مدى السنوات الثلاثين الماضية.

كشف إنفجارات الغواصات النشطة يمثل تحديات فريدة، لذا فإن ثورات البركانية الغواصة قد لا تُلاحظ إلا إذا أبلغت القوارب والسفن عن مواجهة العجلات أو رحلات المراقبة عن رصد بصري للأعمدة البركانية، وفي هذا الصدد، فإن التقدم الأخير في النوعية والكمية (مثل التغطية اليومية) والتوافر (مثلاً، البيانات البصرية لبرنامج الاتحاد الأوروبي المحسنة)

Remote and Isolated Volcanic Systems

وقد أثبت رصد الأقمار الصناعية أهمية خاصة لكشف النشاط في البركانات النائية التي ستنقطع عن علم، كما اكتشف فريق رايت النشاط المسجل الأول في جزر ماريانا في عام 2003 في أناتاهان فولكان، حيث أن هذا البركان لا يوجد تاريخ انفجار مسجل ويقع في جزء من العالم، وليس نوع البركان الذي تختاره لرصده،

كما في تشرين الأول/أكتوبر 2001، بدأ بركان نائم في جزر ساندويتش الجنوبية النائية يبصق رمادا ولافا من مؤتمر القمة، وكان أول ثورة في تاريخ مسجلة في جبل بليندا، والكشف السريع عن هذا الانفجار، الذي يبعد آلاف الأميال عن أقرب مرفق بحثي، يدل على قوة نظم الرصد الساتلية لتوفير التغطية العالمية بغض النظر عن موقع البركان أو إمكانية الوصول إليه.

الفوائد الشاملة لرصد البركان بواسطة السواتل

وتمتد مزايا مراقبة البركان بواسطة السواتل إلى أبعد من مجرد الكشف، وتوفر هذه النظم مجموعة شاملة من القدرات التي تعزز فهمنا للعمليات البركانية وتحسن جهودنا للتخفيف من المخاطر.

الإنذار المبكر وكشف الإلحاق

ولعل أهم فوائد رصد السواتل هي قدرتها على توفير الإنذار المبكر بالاضطرابات البركانية، وقد أظهرت الدراسات التي تستند إلى 17 سنة من البيانات الساتلية أن التغيرات في درجة الحرارة وانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت والحركات تُلاحظ أحيانا قبل سنوات من حدوث انفجار، وقد تكون فترة الإنذار الموسّعة هذه حاسمة في تخطيط الإجلاء والتخفيف من المخاطر.

ونظرا للتغطية العالمية القريبة من اليوم، فإن بيانات نظام إدارة المعلومات والتحليلات تعتبر مثالية لتوفير معلومات سريعة للباحثين عن ثورات جديدة، كما أن أنواعا أخرى من البيانات الساتلية، مثل الرادار ذي الفتحة التركيبية، تكون أفضل ملاءمة للنظر في التغيرات الجيولوجية التي كثيرا ما تسبق حدوث انفجار، فالطبيعة التكميلية لمختلف النظم الساتلية تسمح للعلماء برصد الإشارات السليفة والثورات نفسها.

الرصد المستمر للنشاط الجاري

نظم السواتل تتفوق على توفير الرصد المستمر الطويل الأجل للنشاط البركاني "البيانات الاصطناعية رائعة لفهم مستويات كثافة الانفجار ولرصد الأثر الذي يحدثه انفجار ما على البيئة المحيطة" قال "موجينيس مارك" "القدرة على الاعتماد على بيانات " آستر أو ماديس " ، ووضع سلسلة من الملاحظات تتراوح بين سنة واحدة وثلاث سنوات،

هذا المنظور الطويل الأجل لا يقدر بثمن لفهم أنماط السلوك البركاني "إمتلاك قاعدة بيانات عالمية للاضطرابات الحرارية البركانية" سمح لنا بالنظر إلى الاتجاهات الطويلة الأجل" قال "نحن نحلل حالياً جميع بيانات "إم دي فيل" لتحديد الأنماط التي تساعدنا على فهم أفضل كيف تتصرف كل بركان الأرض

تقييم الأثر ورسم خرائط المخاطر

وبالإضافة إلى الكشف عن الانفجارات ورصدها، تؤدي البيانات الساتلية دورا حاسما في تقييم آثارها، وتتيح بيانات الاستشعار عن بعد للعلماء فرصة منع الضرر الكارثي الذي يلحق بالحياة والممتلكات عن طريق تحديد كيفية انتشار الحطام البركاني بعد الانفجار، وأينما ذلك، وهذه القدرة مهمة بوجه خاص لتتبع الغيوم البركانية التي تشكل مخاطر كبيرة على الطيران.

إن وجود الغيوم البركانية في الغلاف الجوي يؤثر على نوعية الهواء والبيئة والمناخ وصحة الإنسان، ويمكن أن يكون خطيرا جدا على سلامة الطيران، كما أن البيانات المستمدة من ساتلي كوبرنيكوس سينتينيل - 3 وسينتينيل - 5 ب تتسم بخصائص خاصة لرصد الغيوم البركانية، وقد أدمجت قدرات الرصد هذه في نظم تشغيلية مثل المراكز الاستشارية للفولكان، التي توفر معلومات حيوية لسلطات الطيران في جميع أنحاء العالم.

التغطية وإمكانية الوصول على الصعيد العالمي

ومن أهم مزايا رصد السواتل قدرتها على توفير تغطية عالمية حقا، ويمكن تصوير منطقة كبيرة )عادة ما تزيد على ٦٠٠ ٣ ميل مربع( في آن واحد، ولا يتعين على الناس حتى أن يكونوا في الميدان عندما يقوم الساتل بجمع البيانات، وهذه القدرة قيمة بوجه خاص لرصد البركانات في مناطق خطرة أو يتعذر الوصول إليها أو غير مستقرة سياسيا.

ويمثل الساتلان " كوبرنيكوس سينتينيل-1 " تقدما كبيرا في مجال رصد الأرض، حيث يوفران قدرة تشغيلية غير مسبوقة لرسم خرائط سطح الأرض على نحو مكثف بفضل مركبتيه الفضائيتين، ويوفر الساتلان " سينتينيل-1 " زيادة في الترددات الرجعية، والتغطية المكانية، وموثوقية الخدمات والتطبيقات التشغيلية التي تتطلب سلسلة طويلة من بيانات البحث العلمي، وأخيرا وليس آخرا، يقدمان البيانات المتاحة على الصعيد العالمي، كما هو ساتل مفتوح ومفتوح.

تكامل النظم الساتلية المتعددة

ويعتمد رصد البركان الحديث على الاستخدام المنسق لنظم ساتلية متعددة، كل منها قدرات فريدة من نوعها.

(أ) تحديد البقع الساخنة على الأرض بواسطة صور ساتلية لديها جهاز استشعار حراري، والذي يقيس درجة الحرارة، أو الإشعاع تحت الحمراء، من سطح الأرض، وجهاز (MODIS)، وجهاز الراديوم العالي جداً (AVHRR) وجهاز (ASTER) جميع البيانات عن درجة حرارة الأرض، لكن كل من هذه أجهزة الاستشعار لها قرارات مكانية مختلفة، وصور (MODIS) و(AVHRR) تفتقر إلى تفاصيل أخرى

ويتيح هذا النهج التكميلي للعلماء تعزيز مواطن قوة مختلف النظم، وتوفر نظم عالية التردد وقلّة الاستبانة مثل نظام إدارة المعلومات والتحليلات الرصد المستمر والكشف السريع، بينما يمكن تكليف نظم عالية الاستبانة مثل نظام " آستر " بتقديم ملاحظات مفصلة عن بركانات محددة عند الحاجة، وتضيف نظم البحث والتطوير القدرة الحاسمة على كشف التشوهات الأرضية بغض النظر عن الظروف السحابية أو الاضواءية.

استخبارات فنية وتطبيقات تعلم الآلات

ويمثل دمج المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلاتي في البيانات الساتلية المتطورة من تكنولوجيا رصد البركان، ويجمع علماء البركان بين قياسات السواتل للحركات الأرضية والاستخبارات الاصطناعية لرصد الانفجارات البركانية بدقة أكبر - والتنبؤ بها في نهاية المطاف.

ويمكن أن تأتي الأنواع الرئيسية الثلاثة من البيانات التي تساعد العلماء على بناء نماذج بركانية دقيقة لإجراء المزيد من التحليلات النمطية من: أجهزة الاستشعار الأرضية التي يمكن أن ترصد تحركات الصخور الرطبة تحت سطح الأرض، والأجهزة التي تعمل على قياس الغازات والتي يمكن تجهيزها على الطائرات المسيّرة، وأخيرا وإن كان ذلك بنفس القدر من الأهمية، فيضانات من البيانات الساتلية التي يمكن أن تكشف عن العناصر الفرعية للحركات الجبلية.

نتيجة ارتفاع كمية البيانات المتاحة، الباحثون يستخدمون تقنيات تعلم الآلات لتحديد الأنماط في تدفق البيانات، كمثال على ذلك شبكة عصبية طورتها جولييت بريجز وزملائها في جامعة بريستول أشارت إلى 100 صورة من 30 ألف صورة من صور سينتينيل الأولى من أكثر من 900 بركان

ويقترح هذا البحث منهجية جديدة لرصد البركان في الوقت الحقيقي أو قريبا جدا من الوقت الحقيقي باستخدام نظام ساتلي ذكي موزع، ويتألف هذا النظام من مجموعة من السواتل التي ترتبط بعضها ببعض عن طريق وصلات بين السواتل، مما يسمح بتجهيز البيانات وتوزيعها في الوقت الحقيقي، وهو أمر أساسي للإنذار المبكر بالثورة.

التحديات والحدود المتعلقة برصد السواتل

وعلى الرغم من مزاياه الكثيرة، يواجه رصد البركان بواسطة السواتل عدة تحديات كبيرة، ففهم هذه القيود أمر حاسم لتفسير البيانات الساتلية تفسيرا صحيحا ولوضع استراتيجيات رصد تكميلية.

ألف - التداخل البيئي والغلافي

ومعظم السواتل الرادارية التي تدور حاليا حول الأرض تستخدم موجة لا تستطيع اختراق الغطاء النباتي، ونتيجة لذلك، لا تعمل منطقة البحث الوطني في مناطق محراجة بدرجة كبيرة مثل الغابات المطيرة في حواي، كما أن من الصعب أيضا رصد المنحدرات من التربة والمناطق المغطى بالثلج أو الثلج مع منطقة المنطقة المتردية، كما أن الظروف الجوية، وخاصة الرطوبة، يمكن أن تسفر عن نتائج لا يمكن الاعتماد عليها.

وهذه القيود تعني أن الرصد الساتلي لا يمكن أن يحل تماما محل الملاحظات الأرضية، وأن التضخم الذي حدث مؤخرا في ماونا لوا واضح بسهولة في بيانات منطقة المحيط الهادئ في الجزيرة الكبيرة؛ ومع ذلك، فإن الغطاء النباتي الكثيف والظروف المناخية الشديدة التباين في أجزاء من قضية كلويا في منطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة تنتج عن كونه غير موثوق به، ولهذا السبب، فإن المنطقة مختبر طبيعي مثالي للبحث في سبل إزالة هذه المشاكل.

القرار المؤقت

وأخيرا، فإن السواتل لا تأخذ صورا متكررة لنفس المكان على الأرض إلا مرة واحدة كل شهر، لذا قد نفوتنا أحداث تشوه هامة إذا اعتمدنا على منطقة البحث عن الأنسجة وحدها، وهذا الحد الزمني يعني أن التغيرات السريعة في النشاط البركاني قد لا تُسجل بالتفصيل الكافي، ولا سيما بالنسبة للأحداث السريعة مثل الاندلاع المفاجئ أو التحلل السريع للأرض.

غير أن نشر مجموعات السواتل ذات المركبات الفضائية المتعددة قد حس َّن كثيرا من الحلول الزمنية، إذ إن الجمع بين مختلف النظم الساتلية ذات أوقات إعادة النظر المختلفة يساعد على تخفيف هذا الحد، بما يكفل تغطية أكثر تواترا للمناطق البركانية النشطة.

Submarine Volcano Detection Challenges

وسيظل رسم خرائط قاع البحار للأخطار المحتملة أمراً صعباً لأن المياه تستوعب بسرعة الأمواج الكهرومغناطيسية المستخدمة في أساليب الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل المستخدمة في رسم خرائط لأسطح الأرض، وفي معظم الحالات، يظل النشاط البركاني الغواص مطروحاً من أعيننا، وهذا صحيح بصفة خاصة إذا كان الانفجار ناجعاً وليس متفجراً أو إذا لم يخترق سطح البحر لإنتاج غاز بركاني يمكن اكتشافه.

دراسات الحالات: قصص النجاح عن طريق رصد السواتل

تطبيقات العالم الحقيقي لتتبع البراكين الصناعي أظهرت قيمة التكنولوجيا في سيناريوهات عديدة من اكتشاف انفجارات غير معروفة سابقاً لتتبع تشوه الأرض في البركانات المُحكمة

Mount Belinda and Remote Detection

إن ثورة جبل بليندا في جزر ساندويتش الجنوبية تجسد قوة رصد السواتل لكشف البركان عن بعد، وقد بدأ هذا البركان، الموجود في أحد المناطق الأكثر عزلة على الأرض، أول ثورة مسجلة له في تشرين الأول/أكتوبر 2001، وفي غضون 24 ساعة، اكتشف الباحثون على بعد آلاف الأميال النشاط من خلال عمليات الرصد بواسطة السواتل، مما يدل على قدرة النظام على توفير تغطية عالمية قريبة من الزمن.

Nyiragongo Volcano Ground Deformation Study

"في منطقة (إنسار) لم نكن لنتعلم الكثير عن هذا الحدث بالذات" قال (بولندا) "الصور الساتلية أعطتنا بعض الأدلة لما حدث في موقع نادرة القياسات السطحية"

راهب جنوبي

غير أن نتائج الفريق تبين أن الأرض الواقعة في غرب بركان الأخت الجنوبية قد انكمشت منذ عام 1997، وربما كان ذلك بسبب تراكم الماما في المنطقة دون السطحية، والآن، فإن الأخت الجنوبية هي موقع زلزال شديد، وتشوه، ورصد انبعاثات الغاز، ويجري جمع بيانات جديدة قيمة بشأن الاضطرابات البركانية، وقد أدى هذا الاكتشاف إلى إنشاء نظم رصد شاملة لم يكن من الممكن نشرها دون الكشف الأولي عن السواتل للتشوه الأرضي.

Submarine Volcano F Detection

في النهاية تعقبنا أنا وزملائي مصدر الرافعة البرقية إلى بركان غواصة يشار إليه بـ "فولكانو ف" باستخدام مجموعة من البيانات الساتلية والزلزالية (الشكل 1)، مما يدل على إمكانية الاستشعار عن بعد لتحديد ورصد البركانات تحت الماء هذه الحالة توضح كيف يمكن الجمع بين عمليات الرصد بواسطة السواتل ومصادر بيانات أخرى لكشف وتحديد مواقع الثوران البركاني الغواصة التي قد تذهب تماماً.

مستقبل مراقبة البركانات الساتلية

ولا يزال مجال رصد البركان بواسطة السواتل يتطور بسرعة، حيث تبشر التكنولوجيات الجديدة والنهوج بقدر أكبر من القدرات في السنوات القادمة، ويخلق تكامل مسارات البيانات المتعددة، والتقنيات التحليلية المتقدمة، والنظم الساتلية المحسنة شبكة عالمية للرصد البركاني.

النظم الساتلية للتطوير المقبل

ويتوقع أصحاب المصلحة والعلماء إطلاق جهاز الأشعة تحت الحمراء الهيدروجينية (HyspIRI)، الذي سيكون له صورة حرارية بالأشعة تحت الحمراء شبيهة بالجهاز الفضائي ASTER على متنه، وتستخدم المعلومات التي اكتسبها الساتل ASTER في تطوير أجهزة الاستشعار الحرارية بالأشعة تحت الحمراء في المستقبل، مما يسهم في السجل الساتلي الموسع والجيل القادم من سواتل رصد الأرض التي تتعقب التهديدات البركانية من الفضاء.

وتعود نظم الجيل القادم هذه بتحسين عملية الاستبانة المكانية، وتواتر فترات إعادة النظر، وتعزيز القدرات الطيفية، وسيمكن الجمع بين هذه التحسينات من رصد العمليات البركانية بمزيد من التفصيل، وربما يتيح الكشف المبكر عن الإشارات السليفة.

تعزيز القدرات الافتراضية

وسيتيح استخدام أساليب الرصد الناشئة للعلماء مراقبة المزيد من البركانات، والهدف هو تجاوز الاكتشاف والرصد البسيطين نحو التنبؤ الحقيقي بالثورات البركانية، وفي حين أن هذا لا يزال يشكل تحديا كبيرا، فإن الجمع بين البيانات الساتلية الشاملة، وأجهزة التكتل الآلي، وتحسين فهم العمليات البركانية، يقترب هذا الهدف من الواقع.

الأقمار الصناعية تؤدي دوراً رئيسياً، حيث يمكنها رصد انبعاثات الغاز الحرارية، وكذلك التحركات في الحركة الرأسية والأفقية،

التعاون الدولي وتبادل البيانات

إن نجاح رصد البركان الساتلي يعتمد اعتمادا كبيرا على التعاون الدولي وتقاسم البيانات المفتوحة، إلى جانب علماء البركان والاستشعار عن بعد، بدأ نشاط تجريبي بركاني بهدفين: تحديد فائدة الطاقة الفضائية المتكاملة والمنتظمة كأداة لرصد البركان على أساس إقليمي، ولدراسات حالات محددة؛ توفير منتجات أشعة تحتية فضائية للمجتمع التشغيلي القائم (مثل الأورام البركانية)

وهذه الجهود التعاونية ضرورية لضمان استفادة المجتمع العالمي من قدرات الرصد بواسطة السواتل، لا سيما في البلدان النامية التي قد تكون فيها البنية التحتية للرصد الأرضية محدودة أو غير موجودة.

التطبيقات التشغيلية والتخفيف من المخاطر

وتكمن القيمة النهائية لرصد البركان الساتلي في تطبيقاته العملية للتخفيف من المخاطر والحد من المخاطر، وتحسن جهودنا للتخفيف من المخاطر البركانية بفضل تكنولوجيات العصر الفضائي هذه التي توفر التتبع الدقيق والمفصل والمناسبات البركانية في الوقت المناسب.

سلامة الطيران

إن أحد أهم التطبيقات التشغيلية لرصد البركان بواسطة السواتل هو سلامة الطيران، فالرماد البركاني يشكل مخاطر شديدة على الطائرات، والكشف السريع عن سحابات الرماد وتتبعها أمر أساسي لحماية السفر الجوي، فالحل المكاني الذي لم يسبق له مثيل، وهو 3.5 كيلومترا مربعا، يسمح بكشف الانبعاثات كما لم يحدث من قبل، بحيث تم إدماجها في نظم رصد الزمن الحقيقي مثل المراكز الاستشارية للفولكان.

كما يعمل المركز الوطني للآداب في مركزين استشاريين للآش البركانية، هما من بين تسعة مراكز في جميع أنحاء العالم، تغطيان المشورة المقدمة إلى الولايات المتحدة وأمريكا اللاتينية وغرب المحيط الهادئ، وتعتمد هذه المراكز اعتمادا كبيرا على البيانات الساتلية لتتبع الغيوم الرمادية البركانية وإصدار إنذارات في الوقت المناسب إلى سلطات الطيران والخطوط الجوية.

تخطيط حماية المجتمع المحلي وإخلاءه

ويوفر الرصد بواسطة السواتل معلومات حاسمة لحماية المجتمعات المحلية القريبة من البركانات النشطة، ويسمح الكشف المبكر عن الاضطرابات البركانية للسلطات بتنفيذ خطط الإجلاء، وإنشاء مناطق الاستبعاد، وإعداد نظم الاستجابة لحالات الطوارئ، كما أن القدرة على رصد البركان باستمرار، حتى في المناطق النائية أو غير المستقرة سياسيا، تكفل عدم رصد أي بركان محتمل خطير.

ومن النتائج الجديرة بالذكر حتى الآن التي تحققت من موقع بركانو التجريبي: رصد ثورة كالبوكو، شيلي؛ ورصد الاضطرابات البركانية في إكوادور وكولومبيا (Cerro Negro / Chiles)، ورصد تشويه فرناندينا، غالاغاغوس؛ ورصد التضخم بعد الارتفاع في كوردون كولل، شيلي؛ وتتبع التغيرات المرتبطة بالاضطرابات في كوتوباكسي، إكوادور، والكثير منها.

البحث العلمي والتفاهم

بالإضافة إلى التخفيف الفوري من المخاطر، فإن البيانات الساتلية تسهم في الفهم العلمي الأساسي للعمليات البركانية، وعلى الرغم من أن العلماء سيواصلون استخدام تقنيات الرصد الأرضي لإبقاء العين على بركان الأرض، فإن البيانات الساتلية ستسمح بشكل متزايد للعلماء برؤية الصورة الكبيرة، ونتيجة لذلك، التنبؤ بشكل أفضل بالنشاط البركاني.

وتتيح مجموعات البيانات الشاملة والطويلة الأجل التي يوفرها الرصد بواسطة السواتل للباحثين تحديد أنماط واتجاهات السلوك البركاني التي قد يتعذر اكتشافها من خلال عمليات الرصد الأرضية وحدها، وهذا الفهم المحسن يؤدي في نهاية المطاف إلى تقييم أفضل للمخاطر واستراتيجيات أكثر فعالية للتخفيف من المخاطر.

نهج الرصد التكميلي

وفي حين أن الرصد بواسطة السواتل قد أدى إلى ثورة مراقبة البركان، فإنه يعمل على أفضل وجه عندما يدمج مع تقنيات الرصد الأخرى. فالشبكات السيزمية الأرضية، ومحطات نظام تحديد المواقع، ومعدات رصد الغاز، والملاحظات البصرية توفر جميعها بيانات قيمة تكمل عمليات الرصد الساتلية.

وبالنسبة للبراكين التي سبق أن رصدتها الأساليب التقليدية، لا يقدم الاستشعار عن بعد ملاحظات تكميلية فحسب، بل يقدم أيضا نُهجا جديدة )مثل رصد التشوهات الأرضية بالرادار ذي الفتحة التركيبية( وينشئ التآزر بين الرصد الفضائي والبري نظاما شاملا للمراقبة يغذي مواطن القوة في كل نهج ويعوض عن قيوده الفردية.

ورصد هذه الحركات مهم لأنها تزودنا بدليل عما يحدث داخل البركان، ومتى قد يثور البركان، وفي العقد الماضي، أدت التكنولوجيات الساتلية الجديدة، مثل النظام العالمي لتحديد المواقع، إلى ثورة قدرتنا على رصد التحركات الأرضية.

أهم جوانب رصد البركان بواسطة السواتل

• Global Coverage:] Satellites can monitor every volcano on Earth, including those in remote, inaccessible, or politically unstable regions where ground-based monitoring is impractical or impossible.
• Continuous Surveillance:] Modern satellite constellations provide frequent revisit times, enabling near-continuous monitoring of volcanic activity and detection of rapid changes.
• Multi-Parameter Monitoring:] Different satellite sensors can concur track thermal emissions, ground deformation, gas emissions, and ash clouds, providing a comprehensive view of volcanic behavior.
• Early Warning Capability:] Satellite data can detect authory signals of volcanic unrest months or even years before an eruption, providing valuable time for preparation and risk mitigation.
• Cost-Effective Surveillance:] Satellite monitoring provides extensive coverage at a fraction of the cost of establishing and maintaining ground-based monitoring networks at every volcano.
• Historical Data Archives:] Decades of satellite observations create valuable historical records that enable long-term trend analysis and pattern recognition.
• Rapid Response:] Automated detection systems can identify new volcanic activity within hours and alert scientists and authorities for immediate response.
• Submarine Volcano Detection:] Satellite technology has revealed thousands of previously unknown undersea volcanoes and can detect submarine eruptions through surface manifestations.
• Integration with AI:] Machine learning algorithms can process vast amounts of satellite data to identify subtle patterns and anomalies that might escape human observation.
• Open Data Access:] Many satellite systems provide free, open access to data, democratizing volcano monitoring capabilities worldwide.

دور مختلف البعثات الساتلية

وتسهم البعثات الساتلية المتعددة في رصد البركان العالمي، حيث يوفر كل منها قدرات ومنظورات فريدة، ويساعد فهم أدوار هذه النظم المختلفة على تقدير الطابع الشامل للمراقبة الحديثة القائمة على السواتل.

نظام رصد الأرض التابع لوكالة ناسا

(أ) يعمل نظام ناسا عدة سواتل حاسمة لرصد البركان، بما في ذلك تيرا وأكوا، التي تحمل أداة MODIS، غير أن ساتل تيرا التابع لناسا يساعد على تحديد البركانات المحتملة النشاط، وعلى تجهيز المجتمعات المحيطة على نحو أفضل لإخلاء أو اتخاذ الاحتياطات قبل انفجار البركان المحلي.

برنامج كوبرنيكوس التابع للوكالة الفضائية الأوروبية

وتمثل سواتل " كوبرنيكوس ستينيل " تقدما كبيرا في رصد الأرض التشغيلي، وتوفر سواتل رادار " سينتينيل-1 " تغطية منتظمة من أجل رصد التشهير الأرضي، بينما تقدم " سينتينيل-2 " صورة بصرية عالية الاستبانة وأشعة تحت الحمراء، وترصد " سينتينيل-3 " الانبعاثات الحرارية وسحب الرماد، وتنتج عن ذلك آثار غازات في الغلاف الجوي تشمل ثاني أكسيد الكبريت.

ساتل العمليات (نوا)

كما أن الساتلين " جي إس آر " التابعين لشبكة السواتل الثابتة الأرضية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، الذي يتابع نفس مناطق الأرض بمرور الوقت، يستخدم 16 قطاعاً ويرصد الانفجارات الصغيرة بتفصيل كبير، بالإضافة إلى أن السواتل التابعة للشركة لا ترصد الرماد البركاني فحسب، بل الغازات التي تطلق في القنوات الاصطناعية للسباك التي تُعد ثاني أكسيد الكبريت السمي البصري بشكل خاص.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

ويعود مستقبل رصد البركان الساتلي بقدرات أكثر تطورا مع استمرار التكنولوجيا في التقدم، وهناك اتجاهات ناشئة عديدة ترسم الجيل القادم من نظم المراقبة البركانية.

سواتل صغيرة

إن تطوير مجموعات السواتل الصغيرة يتيح إمكانية تحسين عملية التسوية المؤقتة بشكل كبير، إذ يمكن من خلال نشر عشرات أو حتى مئات السواتل الصغيرة العاملة في مجال التنسيق أن تحقق الرصد المستمر تقريبا لكل بركان نشط على الأرض، ويمكن لهذه الوحدات أن توفر تحديثات ساعة أو أكثر تواترا عن النشاط البركاني، مما يتيح الكشف عن التغيرات السريعة التي قد تفوت النظم الحالية.

تكنولوجيا الاستشعار المتقدمة

وتعود تكنولوجيات الاستشعار الجديدة بتحسين القدرات اللازمة لكشف النشاط البركاني وتحديد خصائصه، ويمكن للمستشعرات الهيدروجينية أن تحدد معادن وغازات محددة ذات دقة غير مسبوقة، بينما يمكن للمستشعرات الحرارية المحسنة أن تكشف عن وجود شذوذ في درجة الحرارة الأصغر، وقد تتغلب نظم الرادار المتقدمة على بعض القيود الحالية المتصلة بالغطاء النباتي والتدخل الجوي.

نظم تجهيز الوقت الحقيقي والإنذار

إن إدماج قدرات التجهيز على متن السفن ووصلات الاتصالات بين السواتل يتيح الكشف والتنبيه على نحو أسرع، وبدلا من انتظار تحميل البيانات وتجهيزها على أرض الواقع، قد تكون النظم المقبلة قادرة على الكشف عن النشاط البركاني بصورة مستقلة وفورية، مع تقليل أوقات الاستجابة من ساعات إلى دقائق.

الأثر الاجتماعي والحد من المخاطر

إن المقياس النهائي لنجاح رصد البركان بواسطة السواتل هو تأثيره على حماية الأرواح والممتلكات، وتزداد الكثافة السكانية المتزايدة في المناطق البركانية في جميع أنحاء العالم، مما يمل على أن المخاطر المحتملة لأي ثورة تزداد أيضا، حيث يعيش المزيد من الناس بالقرب من البركانات النشطة، فإن أهمية نظم الرصد والإنذار المبكر الفعالة تزداد على نحو مماثل.

وقد أثبت الرصد بواسطة السواتل بالفعل قيمته في سيناريوهات عديدة في العالم الحقيقي، بدءا من اكتشاف انفجارات لم تكن معروفة سابقا، إلى توفير الإنذار المبكر بالاضطرابات البركانية، وبما أن التكنولوجيا لا تزال تتحسن وتصبح أكثر سهولة، فإن مساهمتها في الحد من المخاطر البركانية لن تزيد إلا.

إن إضفاء الطابع الديمقراطي على البيانات الساتلية من خلال سياسات الوصول المفتوح يكفل أن حتى البلدان التي لديها موارد محدودة يمكن أن تستفيد من قدرات الرصد المتقدمة، وهذا النهج العالمي لمراقبة البركان يمثل خطوة هامة إلى الأمام في حماية السكان الضعفاء في جميع أنحاء العالم.

الاستنتاج: A New Era in Volcano Monitoring

وقد أحدثت مراقبة السواتل تحولا جوهريا في قدرتنا على رصد المناطق البركانية النشطة للأرض، ومن اكتشاف البركان الخفي تحت مياه المحيطات إلى تتبع التشوهات الأرضية الفرعية التي تسبق الاندلاع، توفر النظم الفضائية قدرات لا يمكن تصورها إلا قبل بضعة عقود، ويخلق تكامل البرامج الساتلية المتعددة، والمجسات المتقدمة، والاستخبارات الاصطناعية شبكة رصد عالمية شاملة تعمل بشكل مستمر على توفير مخاطر باكرا.

وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة - ولا سيما فيما يتعلق بالتدخل في النبات، والحل الزمني، والتقدم التكنولوجي المستمر في مجال الكشف عن البراكين - ما زال يعالج هذه القيود، ويعود المستقبل بقدر أكبر من قدرات الرصد المتطورة، مع الجيل القادم من السواتل، وتحسين التقنيات التحليلية، وتعزيز التعاون الدولي، مما يسهم في تحقيق فهم أشمل للعمليات البركانية.

وفي المستقبل، فإن الجمع بين تكنولوجيا السواتل والتعلم الآلي والرصد البري التقليدي يتيح فرصة غير مسبوقة لحماية المجتمعات المحلية من المخاطر البركانية، ومن خلال مواصلة المراقبة على بركان الأرض من الفضاء، نقترب أكثر من هدف التنبؤ بالاندلاعات بقدر كاف من الدقة والوقت اللازم لإنقاذ الأرواح وتقليل الضرر إلى أدنى حد، ولا تمثل الثورة في رصد البركانات الساتلية إنجازا تكنولوجيا فحسب، بل أداة حاسمة الأهمية لحماية السكان المعرضين للخطر بصورة متزايدة.

For more information about volcano monitoring and Earth observation, visit the NASA Earthdata gate, the USGS Volcano Hazards Program, the Copernicus Programme