The Scale and Nature of Supervolcanic Events

الفولكان الخارق يمثل بعض أقوى الظواهر الجيولوجية على الأرض، خلافاً للبراكين التقليدية التي تنتج الجبال المكوّنة نسبياً، وتكون الثورانات الخارقة من الكساد الهائل الذي خلقته هيلينا عندما تنهار الأرض بعد انفجار كبير، ويمكن لهذه النظم أن تقذف أكثر من ألف كيلومتر مكعب من المواد في حدث واحد،

ويظهر السجل الجيولوجي أن التجاوزات تحدث مرة كل ٠٠٠ ١٠٠ سنة في المتوسط، وإن كان التوقيت غير منتظم، ومن بين نظم البركانية المعروفة، نظام اليولوستون كالديرا في ويومينغ، وخلية كامبي فلاغ في إيطاليا، وبحيرة توبا في إندونيسيا، ومنطقة تاوبو بركانية في نيوزيلندا، وقد أحدثت كل من هذه النظم على الأقل زيادة في الحجم في الماضي، وما زالت جميع هذه المواد نشطة في مجالها.

ويتطلب فهم ميكانيكيات الانفجارات الفولكانية الخارقة دراسة ديناميات حجرات الماما، ويمكن أن تكون هذه الغرف مئات الكيلومترات عبرها وأن تحتوي على صخرة مزروعة جزئياً تتراكم على عشرات الآلاف من السنوات، وعندما يمتد الضغط إلى ما يتجاوز قوة القشرة المفرطة، فإن شبكات الكسور ترتفع إلى أعلى، ويحدث اضطراب في طبقة الغلاف الجوي المسبب للتآكل.

For further reading on the geologicalميكانيكيs of supervolcano systems, the United States Geological Survey provides detailed monitoring data and research overviews]: ]USGS Yellowstone Volcano Observatory.

التدمير البيئي المحلي المباشر

إن الآثار المحلية لثورة فولكانية خارقة هي آثار كارثية ومتعددة الأوجه، حيث أصبحت المنطقة المحيطة مباشرة بموقع الانفجار غير صالحة تماماً للسكن، مدفونة تحت مئات أمتار المواد البكترية، ويمكن أن تمتد تدفقات الغازات المتحركة إلى مئات الكيلومترات من الغاز الساخن والبراكين، بحيث تتجاوز سرعة المشهد المشهد المشهد 700 كيلومتر في الساعة، مما يحرق كل شيء في مسارها.

كما أن الشلالات تشكل خطراً محلياً كبيراً، بل إن مئات الكيلومترات من الكالسلديرا يمكن أن تتلقى من الرماد، ولا يكون الرماد البركاني ناعماً أو غير مزدهر؛ فهو يتألف من جسيمات صغيرة من الزجاج والصخور تكون مُتذبة، ومُثقلة، وثقيلة، وعندما يصبح الرماد رطباً كافياً في حالة انهيار المباني، ولا سيما عندما تُحمَّم الأسطحات بمحاصيل مُزروعة بالمياه.

وتلوث مصادر المياه بالرماد ومركبات الكبريت والفلزات الثقيلة، ويمكن أن تصبح الأنهار والبحيرات حمضية، وتقتل الأسماك والنباتات المائية، وتكافح محطات معالجة المياه مع ارتفاع حمولة الرواسب والتغيرات الكيميائية، وتشمل الخسائر البشرية المباشرة أزمات صحية الجهاز التنفسي الناجمة عن استخدام الجسيمات القصيرة المحمومة، وانهيار الهياكل الأساسية من تحميل الرماد، وتعطل شبكات النقل.

وتشهد البيئة المحلية عودة كاملة، حيث تدفن المواد الحيوية الكثيرة، وتبدأ عملية التعاقب الأولي من جديد، وتظهر الأنواع الرطبة مثل الليشن والموسى سطح الرماد، وتليها تدريجيا الأعشاب والأشجار النباتية، وتستغرق هذه التعافي قروناً إلى آلاف السنين، تبعاً للظروف المناخية وعمق الإشعاع، وتتحول المناخ المحلي نفسه من المشهد المتجمد إلى مشهد أسطحي.

عشب الأنهار والآثار الإقليمية في الغلاف الجوي

فبعد منطقة الانفجار الفوري، ينتشر الاندلاع على الصعيد الإقليمي، ويودع الرماد على المناطق التي يمكن أن تمتد إلى قارات بأكملها، أما ثورة جبل بيناتوبو في الفلبين في عام 1991، فيبينت على عدم وجود تحلل خارق، كيف يمكن للرماد البركاني أن يطوف على العالم، وأن يكون التصريف فوق سطح الأرضي أكثر بكثير، وأن يكون التحميل الجوي في الغلاف الجوي بالغا.

ومن بين الآثار المناخية الإقليمية انخفاض ضوء الشمس وصولاً إلى الأرض، مما تسبب في انخفاض درجات الحرارة بعدة درجات، وقد يؤدي هذا التأثير في الشتاء البركاني إلى تعطيل المواسم المتنامية في جميع القارات، وقد يتسبب ثورة تامبورا في عام 1815، التي تقذف حوالي 160 كيلومتراً مكعباً من المواد، في حدوث اضطرابات في المحاصيل وفي نقص في الأغذية في أنحاء أوروبا وأمريكا الشمالية، مما يتسبب في حدوث زيادة كبيرة في الحجم.

Global Climate Forcing Mechanisms

إن تأثير ثورة فولكانية خارقة في المناخ العالمي يعمل من خلال عدة آليات متميزة، أهمها حقن ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، ويتحول ثاني أكسيد الكبريت إلى قطرات من حمض الكبريت، التي تعكس الإشعاع الشمسي القادم إلى الفضاء، مما يؤدي إلى إحداث تأثير سلبي على الغلاف الجوي المبرد، مما يبرد سطح الكوكب.

ويتوقف حجم التبريد على حجم ثاني أكسيد الكبريت المفرج عنه وخط العرض وموسم الانفجار، إذ يمكن أن يضخ الخراف إلى مئات الملايين من أطنان ثاني أكسيد الكبريت في طبقة الستراتوسفير، مما قد يتسبب في انخفاض متوسط حرارة سطح الأرض بنسبة تتراوح بين 3 و 5 درجات مئوية لعدة سنوات، وتشير بعض الدراسات النموذجية إلى أن أكبر عمليات التحلل يمكن أن تسبب تبرد في 10 درجات مئوية.

إن استنفاد الأوزون نتيجة حاسمة أخرى، إذ أن الهباء الجوي الكبريتي يوفر سطحاً للتفاعلات الكيميائية المتباينة التي تكسر الأوزون في الغلاف الجوي، وأن زيادة الإشعاع فوق البنفسجي الذي يصل إلى السطح ستكون له آثار صحية على كل من البشر والنظم الإيكولوجية، بما في ذلك ارتفاع معدلات سرطان الجلد والأضرار التي تلحق بالفيتو بلانكتون، والتي تشكل قاعدة العديد من شبكات الأغذية البحرية، ويمكن أن تستعيد طبقة الأوزون عقداً أو أكثر.

The British Geological Survey offers a comprehensive technical explanation of volcanic aerosol effects on climate]: ]BGS Volcanoes and Climate].

سوبا للسوبرسوب والتاريخ البشري

أحدث عملية تحل محلول حدثت منذ حوالي 000 74 سنة في بحيرة توبا في سومطرة بإندونيسيا، وقد أدى هذا الانفجار إلى زهاء 800 2 كيلومتر مكعب من المواد، مما جعلها واحدة من أكبر أحداث بركانية متفجرة في السنوات الـ 2.5 الماضية، وقد درست حادثة توبا بصورة مكثفة لتأثيرها المحتمل على السكان والمناخ، واقترح بعض الباحثين أن تكون فترة توباستروب هي ثوري

دليل الوراثة يظهر أن البشر الحديثين يتشاركون في أسلافهم المشتركة مؤخراً نسبياً مع وجود اختناقات سكانية تحدث قبل حوالي 70 ألف إلى 100 ألف سنة ثورة توبا تتوافق مع هذا الجدول الزمني المعقد، رغم أن الروابط السببية المباشرة لا تزال محل نقاش، وتقول مشاهدات النظر أن بعض السكان البشريين في أفريقيا ربما يكونون أقل تأثراً من أولئك في آسيا، وأن الأدلة الجينية يمكن تفسيرها بواسطة عوامل أخرى غير واضحة.

وتشير سجلات المناخ من النواة الجليدية ورواسب الرواسب البحرية إلى أن ثورة توبا تزامنت مع فترة من التغير المناخي السريع والتبريد، وتظهر نواة الجليد في غرينلاند ارتفاعا في تربة الكبريت في الوقت المناسب تقريبا، وتشير سجلات النظائر الأوكسجينية إلى فترة باردة، غير أن المناخ الخلفي كان في ذلك الوقت يبرد بالفعل في فترة نظائرية، مما يجعل من الصعب عزل البركان المحدد.

Long-Term Climate Perturbations

وفي حين أن تأثير التبريد الفوري الناجم عن الهباءات الكبريتية يهيمن على السنوات الأولى بعد تحلل، فإن الاستجابة المناخية الطويلة الأجل تنطوي على حلقات تفاعلية متعددة وعمليات أبطأ، ومن العوامل الهامة إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الماجم أثناء الانفجار، وعلى الرغم من أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البركاني صغيرة نسبياً مقارنة بالانبعاثات البشرية السنوية، فإن الإفراط في الإفراط يمكن أن يحرر مليارات الأطنان من ثاني أكسيد الكربون في غضون قرون.

كما يمكن تعطيل أنماط تداول المحيطات، إذ أن سد المحيط السطحي يغير هيكل كثافة عمود المياه الأعلى، مما قد يؤثر على قوة التيارات المحيطية مثل التداول الرحيم المحيطي للأطلسيت، ويمكن أن تغذي تغيرات النقل الحرفي للمحيطات في نظام المناخ، ويغير درجات الحرارة الإقليمية وأنماط التهطال لعقود، وتشير بعض الدراسات النموذجية إلى أن حدوث هطول مطر يُفضي إلى ضعف في عدة دروبات آسيوية.

إن زيادة الطلاء من ثلج وغطاء جليدي موسع يمكن أن تضخم التبريد من خلال التغذية المرتدة بالجليد، مع أن الأرض تبرد، والأشكال الجليدية البحرية الأكثر، التي تُظهر المزيد من الضوء الشمسي، مما يسبب المزيد من التبريد، وهذه التغذية المرتدة يمكن أن تطيل الشتاء البركاني وتؤخر استعادة النظام المناخي، في السيناريوهات القصوى،

For detailed modeling of volcanic impacts on the climate system, the National Center for Atmospheric Research has published extensive simulation results]: ]NCAR Volcano Impacts Research.]

الأوقيانوغرافية والغلاف البيولوجي

وقد يكون مضخة الكربون البيولوجي في المحيطات حساسة لمدخلات الغبار البركاني، ويمكن أن يخصّص الرماد البركاني الغنية بالفلور نمو البستنة في المناطق المحدودة من المحيط، وقد يُسقط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ويسهم في التبريد على نطاق زمني أطول، غير أن الأثر الصافي على دورة الكربون يتوقف على التوازن بين زيادة الإنتاجية الأولية وانخفاض التوافر الخفيف الناجم عن ارتفاع معدلات إنتاجية الكهروموزون.

وعلى الأرض، فإن التدمير الواسع النطاق للغابات وإطلاقات النباتات المخزنة للكربون في الغلاف الجوي، مما أدى في البداية إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، غير أن زراعة الغابات تستعيد، على مر القرون، بعض ذلك الكربون، وأن الأثر الصافي على دورة الكربون على مدى السنوات العشر معقد ومن الصعب التنبؤ به، ومن الواضح أن الإفراط في التحلل سيمثل اضطرابات كبيرة وسريعة في نظام الأرض، مع آثار مسببة للاختلال عبر الغلاف الجوي.

الكشف عن المخاطر السوبرفولكانية ورصدها

ونظرا لإمكانية حدوث آثار كارثية على الصعيد العالمي، فإن رصد النظم السوبرفولكانية النشطة يمثل أولوية عالية لعلماء البركان ووكالات إدارة الكوارث، حيث أن " يلوستون كالديرا " هي أحد أكثر النظم البركانية رصدا على الأرض، ويستخدم مرصد فولكان يلوستون شبكة من المصابيح، ومحطات مصادر القدرة على إحداث الاحترار العالمي، ومجسات الغاز، والرادارات الساتلية لكشف آثار الاضطرابات الحرارية.

وتشير التحليلات الإحصائية للثورات السابقة إلى أن الإفراط في التحلل غير محتمل إلى حد بعيد على النطاقات الزمنية البشرية، إذ يقدر احتمال حدوث تحلل في الألف سنة القادمة بحوالي 000 10 إلى واحد من كل 000 100، استنادا إلى تواتر السجل الجيولوجي، ومع ذلك فإن العواقب شديدة للغاية لدرجة أن التوقيف المنخفض للاحتمال يستحق الاهتمام، إذ أن الكشف المبكر عن الاضطرابات المتسارعة يمكن أن يوفر شهوراً لسنوات الإنذار، وإن كان من الممكن أن يؤدي إلى توفير حماية أساسية مخففة.

التعاون الدولي من أجل الرصد وتقييم المخاطر أمر أساسي، إذ تقوم منظمات مثل الرابطة الدولية لعلم البركان والكيمياء في داخلية الأرض والمنظمة العالمية لمرصدي البركان بتنسيق تبادل البيانات والبحث، وتقوم عمليات الرصد بواسطة السواتل من خلال برامج مثل نظام مراقبة الأرض التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، وتوفر نظام رصد الأرض التابع لناسا تغطية عالمية يمكن أن تكشف عن حدوث تشوه وانبعاثات الغاز في البركانات النائية.

The European Space Agency's Sentinel satellite mission provides continuous monitoring of volcanic deformation worldwide : ]ESA Sentinel-1 Monitoring.

Comparing Supervolcanoes to Anthropogenic Climate Drivers

ومن المفيد مقارنة المناخ الذي يُفرض من ثورة فولكانية خارقة إلى ما ينجم عن الأنشطة البشرية، حيث أن درجة الحرارة تتراوح بين 3 و5 درجات مئوية من التبريد المحتمل من إبطال مفعول ثاني أكسيد الكربون أقل من الاحترار المتوقع من استمرار انبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ في معظم السيناريوهات، وهو ما يمكن أن يتجاوز 4 درجات مئوية بحلول عام 2100، غير أن النطاقات الزمنية تختلف اختلافا كبيرا.

وثمة مقارنة أخرى تشمل مقترحات الهندسة الجيولوجية لضخ الهباء الجوي الكبريتي في طبقة الستراتوسفير لمواجهة الاحترار العالمي، وتحاول هذه المخططات أساسا التخفيف من أثر التبريد الناجم عن الانفجارات البركانية، ومن شأن الإفراط في الإقفال أن يوفر تجربة غير مخططة وغير خاضعة للمراقبة في حقن الهباء الجوي الستراتوسفيري، مع التأكيد على جميع المخاطر وأوجه عدم اليقين المرتبطة بذلك فيما يتعلق باضطرابات المناخ الإقليمية، وتغيرات الأوزون،

Regional Variability in Climate Impacts

إن الاستجابة للمناخ إلى التكهن غير متجانسة على الصعيد العالمي، إذ أن تأثير التبريد هو في العادة أقوى في أشهر الصيف وفي خطوط العرض المتوسطة والعالية في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، حيث تكون الغيوم الهيروسول أكثر تركيزا وحيث تكون الدورة الموسمية للإشعاع الشمسي أكبر، وتعاني المناطق المدارية من تقلب في الأسعار المطلقة، ولكنها أكثر عرضة للتعطل في درجات حرارة الأمطار الموسمية.

وتظهر نماذج المناخ التي تتراكم في المحيطات أن الاستجابة يمكن أن تستمر لعقود من خلال التغيرات في المحتوى الحراري للمحيطات وتداولها، ويمكن لتبريد المحيط المداري أن يقلل من التبخر وأن يغير أنماط التهوية في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى إطالة فترات الجفاف في جنوب شرق آسيا وغرب أفريقيا، وعلى العكس من ذلك، قد تشهد بعض المناطق زيادة في التهطال مع تحولات تيار الطائرات، ويتوقف النمط الدقيق على الموسم والخط والوقت الذي يستغرقه.

الآثار المترتبة على الزراعة والأمن الغذائي

ويمكن أن تكون الآثار الزراعية لثورة فولكانية خارقة مدمرة على الصعيد العالمي، إذ أن انخفاض ضوء الشمس، ودرجات الحرارة المبردة، وتغيير أنماط التهطال خلال الموسم المتنامي من شأنه أن يقلل من غلات المحاصيل عبر مناطق شاشة الخبز الرئيسية، وفي سيناريو شتاء بركاني متعدد السنوات، يمكن أن تُدرَّب احتياطيات الأغذية العالمية بشدة، كما أن النظام الغذائي العالمي المترابطة الذي يعتمد على عدد قليل من المناطق المصدرة، هو أكثر عرضة للتزامنة.

فالأقاليم التي تواجه انعدام الأمن الغذائي ستتضرر أكثر من غيرها، فتدابير التكيف مثل تواريخ الزراعة المتنقلة، واستخدام أنواع المحاصيل المبردة، وتوسيع احتياطيات الأغذية المخزنة يمكن أن تخفف بعض الآثار، ولكن نطاق التعطل عن الإفراط في التحلل يمكن أن يحجب قدرات الاستجابة القائمة، والتنسيق الدولي والتخطيط للطوارئ أمران أساسيان، حتى وإن كانت احتمالات الإفراط في الإفراط في التكرار منخفضة.

توجيهات التأهب والبحث في المستقبل

ومن شأن الإعداد لثورة فولكانية خارقة تحسين شبكات الرصد، ووضع نماذج حاسوبية لتصورات الانفجار، ووضع بروتوكولات اتصال للاستجابة للكوارث، ويواصل المجتمع العلمي تنقيح تقديرات فترات التكرار والآثار المحتملة، وتقدم في علم الأرض، وتحليلات أساسية للجليد، ونمذج المناخ، مما يوفر رؤية جديدة عن كيفية تأثير عمليات التصريف السابقة على نظام الأرض.

وتشمل أولويات البحوث المقبلة تحسين فهم ديناميات غرف الماما والظروف التي تؤدي إلى حدوث عمليات تحلل، كما أن تحسين قدرات الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل سيعزز الكشف عن الاضطرابات السليفة، ويمكن أن يؤدي إدماج نماذج المخاطر البركانية مع نماذج المناخ العالمية إلى إجراء تقييمات أكثر واقعية للأثر، كما أن التعليم العام بشأن طبيعة ومخاطر الفولكانيات الخارقة أمر هام أيضا، كما هو تمييز بين سيناريوهات الأسوأ المحتملة والمضاربة التي تمثل الاحتمالات الفعلية.

إن دراسة الفولكان الخارقين تضفي في نهاية المطاف الضوء على النطاقات الزمنية العميقة وعلى القوى القوية العاملة داخل الأرض، وفي حين أن هذه الأحداث نادرة، فإن إمكاناتها في تعطيل الحضارة تؤكد أهمية استمرار اليقظة العلمية والتعاون الدولي، ففهم أثر الفولكان على النظم المناخية المحلية والعالمية ليس مجرد عملية أكاديمية، بل هو عنصر ضروري لإدارة المخاطر الكوكبية.

For ongoing monitoring updates and hazard assessments, the Smithsonian Institution Global Volcanism Program maintains a comprehensive database of active volcanoes worldwide ]: Smithsonian Global Volcanism Program.