رصد حالات ارتداء البركان: التكنولوجيات والتحديات

إن الانفجارات البركانية هي من بين أشد الأخطار الطبيعية قوة ولا يمكن التنبؤ بها، وهي قادرة على المجتمعات المدمِّرة، وتعطل السفر الجوي، وتغيير المناظر الطبيعية في ساعات، ولسنوات عديدة، لا تزال مراقبة هذه الأحداث والتنبؤ بها تعتمد على أكثر من المراقبة البصرية والفولكلور، واليوم، فإن مجموعة من التكنولوجيات المتقدمة تعطي العلماء نافذة غير مسبوقة في سلوك البركانات، مما يتيح التنبؤات التي تنقذ الأرواح وتخفف من الخسائر الاقتصادية.

التكنولوجيات المستخدمة في رصد البركان

وتستخدم المراصد الحديثة للبراكين نهجا متعدد أجهزة الاستشعار، وتقوم باستمرار بجمع البيانات من عشرات الأدوات التي تم تركيبها على البركانات وحولها، وعند الجمع بين هذه القياسات، ترسم صورة دينامية للحالة الداخلية للنظام البركاني.

رصد الزلازل

ويُعدّ العلماء الهاشميون من مجموعة من أنواع الـ (الهارمونات) التي تُستخدم في عمليات الرصد، حيث إن المغناطيس والغاز والسوائل تتحرك عبر القشرة، ويُشكلون صخراً مُحدّداً، ويُحدثون أنواعاً من الزلازل، ويُظهر الخيوط الهرمونية - وهي ظاهرة مستمرة في الظواهر الوبائية - أن المغنطية تتدفق بالقرب من السطح.

Gas Geochemistry

وتشكل الغازات البركانية نافذة كيميائية مباشرة إلى الماكما بعمق، حيث إن ارتفاع الماغم، وانخفاض الضغط، والمركبات المتطايرة للهروب، كما أن نسبة ثاني أكسيد الكبريت هي أحد أهم المؤشرات: فدفق ثاني أكسيد الكربون الذي كثيرا ما يشير إلى وجود عظمة جديدة تصل إلى غرف سطحية، ويقاس العلماء ثاني أكسيد الكربون باستخدام المطياف الأرضية ونسبة ثاني أكسيد الفوقي(2).

الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل

وقد أحدثت السواتل ثورة في رصد البركان، لا سيما بالنسبة للبراكين النائية أو التي يتعذر الوصول إليها، حيث تقدم عدة أجهزة استشعار آراء تكميلية:

• Thermal infrared imagery] (مثلاً، MODIS، SRS) تكشف عن البقع الساخنة وتدفقات الحمم، حتى من خلال الغيوم.
• Ultraviolet and visible spectrometers (مثل OMI, TROPOMI) measure SO2 and ash emissions globally, enabling daily volcano alerts from space.
• ] Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) uses repeated radio images to measure ground deformation with centimeter to millimeter precision. As the volcano inflates from magma intrusion or deflates after eruption, InSAR reveals these changes across an entire servifice.[

قياسات التشهير الأرضية

فقبل حدوث انفجار، يتراكم المغناطيس تحت الأرض على سطح البركان؛ وبعد الانفجار، يؤدي الانسحاب إلى التخريب، ويكتسي قياس هذا التحلل أهمية حاسمة في كشف الاقتحامات، حيث تُضفي على محطات النظام العالمي لتحديد المواقع، على أرض مستقرة وعلى البركان نفسه، ويسجلون ثلاث حركات متناهية الأبعاد في الوقت الحقيقي.

تقنيات الرصد الأخرى

وهناك أدوات إضافية تسد الثغرات في صفيفة الرصد، إذ يكتشف المستشعرات الصوتية موجات ضغط منخفضة التردد تولدها التفجيرات والانهيالات الأرضية، حتى عندما يحجب البركان عن السحب، وتقيس المسافات تغيرات طفيفة في الجاذبية تشير إلى إعادة التوزيع الجماعي - مثل انتقال الماغم إلى خزان ضحل، وتوفر كاميرات تكميلية للبحيرات، مقرونة بالبثورة ومجهزة بأجهزة لامعدة.

شبكات الرصد المتكاملة ونظم الإنذار المبكر

(أ) استخدامات البرمجيات الحديثة الناظمة للفولط (الفولط) التي تُستخدم في إطارها شبكات الأشعة السيزمية، ومواقع النظام العالمي لتحديد المواقع، وتركيزات الغاز، والصور الساتلية، والملاحظات الميدانية.

ويجب أن تكون نظم الإنذار المبكر قوية ومبالغة ومتسارعة، وخلال ثورة جبل بيناتوبو في الفلبين في عام ١٩٩١، أدى الاستخدام المشترك لرصد الزلازل وقياس الغاز وبيانات التشوه إلى تمكين العلماء من التنبؤ بساعات كبيرة من حوادث التفجير قبل وقوعها، مما أدى إلى نجاح إجلاء ٠٠٠ ٧٥ شخص، وقد أنقذ التحذير أرواحا لا تحصى، ومع ذلك فإن الدلائل على الانفجار لا تزال تقتل ٣٥٠ شخصا - معظمها من السقف تحت وطأة الصدارة.

التحديات في التنبؤ بالإيرادات البركانية

وعلى الرغم من التقدم الملحوظ، فإن التنبؤ بالتوقيت الدقيق للثورة ومكانها وحجمها لا يزال أحد أصعب المشاكل التي تواجه علوم الأرض، وهناك عوامل عديدة تسهم في هذه الصعوبة.

التنوع والتعقيد في البركان

فكل بركان هو نظام فريد من نوعه للسباكة، وأنواع الصخور، وكيمياء الغاز، وأسلوب الانفجار، وقد يؤدي نمط عمل في بركان واحد إلى فشل آخر، فعلى سبيل المثال، فإن القبة المتضخمة ببطء في جبل سانت هيلانة تتصرف بطريقة مختلفة جدا عن نظم التفجير الغازية الغنية في كراكاتاو أو تدفقات البكاز الفاخرة في كليونيا.

تفسير البيانات وأجهزة الإنذار المزيفة

إن الاضطرابات البركانية - زيادة السيزمية، والتشوه، وانبعاثات الغاز - شائعة، ولكن هناك جزء صغير من هذه الحوادث يتوج بثورة، كما أن الإنذارات الفارغة يمكن أن تضعف الثقة العامة، وتتسبب في ضرر اقتصادي من عمليات الإجلاء غير الضرورية، وتضيق موارد الطوارئ، وعلى العكس من ذلك، فإن عدم التنبؤ باندلاع يحدث يؤدي إلى فقدان الحياة.

رصد البراكينات الجاهزة والمفتقرة إلى السمع

ويوجد في العالم حوالي 500 1 بركان نشط تاريخيا، ولكن هناك جزء فقط يرصد بصكوك دائمة، ويوجد الكثير منها في مناطق نائية من إندونيسيا، وجزر ألويتيان، وآنديز، أو رنين المحيط الهادئ للنار، حيث يكون تركيب وصيانة المعدات أمرا صعبا ومكلفا من الناحية السوقية، وكثيرا ما تقدم أجهزة الاستشعار المؤقتة التي تنقلها السفن أو طائرات الهليكوبتر، صورا سريعة.

الإرتفاع السريع

ويمكن لبعض البركانات أن تنتقل من الهدوء إلى التفجير في غضون ساعات أو حتى دقائق، وقد يؤدي انفجار واكااري (جزيرة وايت) في نيوزيلندا، الذي قتل 22 سائحا، إلى إعطاء سلائف سيزمية قليلة جدا قبل انفجار مفاجئ للفولاذ، بل إن انفجار بركاني محسن قد يتيح وقتا كافيا للبدء في الإجلاء السريع، وهو أمر خطير للغاية لأنه يمكن أن يحدث دون حدوث اضطرابات.

البيانات التاريخية المحدودة

ولا تتعدى السجلات الأساسية الموثوق بها لمعظم البركانيات إلا بضعة عقود - بلوحة عين في الزمن الجيولوجي - ولم تنفجر سوى عدد كبير من البركانات إلا بضع مرات في السجل التاريخي، وبدون فهرس واسعة من أنماط السليفة، يصعب وضع توقعات إحصائية قوية، وقد تكون الأنماط الطويلة الأجل - التضخم على نطاق العقد أو التغيرات التبعية في مجال الهندسة - خطأ في أن تكون الدراسات المتعلقة بالفولكانية مقارنات مقترنة بالضوضاءة.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وتتسارع البحوث للتغلب على القيود المذكورة أعلاه، وعد العديد من النهج المتطورة بتحسين التنبؤ بالانفجار في السنوات القادمة.

ماكين للتعلم والاستخبارات الفنية

ويستطيع علم الخوارزميات في مجال التعليم المغنطيسي أن يُستشف من خلال مجموعات بيانات ضخمة متعددة الأبعاد - فهرس زلزالية، وتدفقات الغاز، وسلسلة زمنية للتشوه، وصور حرارية - لتحديد أنماط فرعية تسبق حدوث انفجارات.

الطائرات بدون طيار والنظم غير المأهولة

وقد تصبح المركبات الجوية الصغيرة غير المكشوفة لا غنى عنها لرصد البركان، ويمكن أن تطير إلى أعمدة الغاز السامة لقياس ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في الموقع، وتلتقط صورا حرارية عالية الاستبانة، بل وتسقط أجهزة الاستشعار السيزمية المؤقتة إلى منحدرات نشطة، وتوفر الطائرات الدرنية إمكانية أكثر أمانا للرافعات الخطرة ويمكن نشرها بسرعة بعد ظهور علامات الاضطرابات الأولى.

تكامل البيانات في الوقت الحقيقي والحساب الإلكتروني المختلط

وحجم البيانات المستمدة من شبكات الاستشعار الحديثة هو أمر غامر، إذ تتيح الآن منابر السحاب المراصد أن تحرق وتجهز وتصور البيانات في وقت قريب من الوقت الحقيقي، مع وجود خوارزميات تُعلم تلقائياً بوجود شذوذ، كما أن دائرة الإخطار بالفولكان التابعة لوكالة الأمن العام تُصدر تنبيهات للمشتركين، وتهدف المبادرات الدولية مثل النظام العالمي لرصد الفولكان إلى إنشاء هياكل أساسية مُراقبة على نطاق العالم.

تحسين منطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة

وقد أصبحت سواتل رادار أكثر عددا، إذ توفر مجموعة " سينتينيل - 1 " تغطية متكررة مدتها 612 يوما في معظم خطوط العرض، وتعود شركات المستقبل (مثل مقدمي الخدمات التجارية مثل " كابيلا " " ) بإعادة النظر يوميا، كما أن خطوط تجهيز " إنسار " الآلية - باستخدام التعلم الآلي لإزالة الضوضاء الجوية - ستوفر خرائط شبه مستمرة للتشوه الأرضي، بدلا من تنبيه العلماء إلى التغيرات التي تقاس في الأيام.

أزواج مع النماذج الهيدرولوجية والجيوفيزيائية

كما يتطلب تطور الانفجار الافتراضي فهماً لتفاعل المغنمة مع المياه الجوفية المحيطة والصخور، والنماذج العددية الجديدة التي يمكن أن تؤدي إلى تحفيز ديناميات الماجما مع النظم الحرارية المائية، على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي حقن المغناطيس الساخن إلى حدوث ثورات في طبقة المياه الجوفية ذات التوجهات البخارية دون أي إشارة مغناطيسية سيزمية.

دراسات الحالات: التجارب الناجحة والدروس المستفادة من حالات الإرغام السابقة

ويكشف فحص أحداث محددة عن قوة وقيود أساليب التنبؤ الحالية.

Mount Pinatubo (1991) - A Forecasting Success

وكثيرا ما يُذكر أن ثورة بينتوبو الكارثة في حزيران/يونيه ١٩٩١ كحالة من الكتب المدرسية للتنبؤ بنجاح بالثورة، وفريق من الـ إس جي إس وعالمي بركان الفلبينيين يعملوا مع معدات ضآلة، يُكتشفون أنها تصعيد الزلازل، وتضخم الأرض، وانبعاثات قوية من ثاني أكسيد الكربون، وقد أدت توقعاتهم إلى إجلاء واسع النطاق أنقذ عشرات من الأرواح، حتى مع اقتراب الإرتفاع ٣٥٠ شخصا عن طريق السقف.

جبل سانت هيلينز (1980) - الكارثة غير المتوقعة

وعلى النقيض من ذلك، فإن ثورة جبل سانت هيلانة في ١٨ أيار/مايو ١٩٨٠ قد سبقت بأسبوع من الإشارات السليفة الواضحة - السيزمية، وتشوه الاندفاع، والتفجيرات الفيزيائية - ومع ذلك فإن التوقيت والأسلوب )التفجيرات الجانبية( قد أوقعا علماء في الحراسة، وأدى عدم استقرار المصباح إلى تنبيه شديد إلى حدوث انفجار مفاجئ أدى إلى مقتل ٥٧ شخصا وإلى تحسين الفهم في وقت لاحق.

Kīlauea (2018) - Predictive Success on a Basaltic Volcano

وقد سبق انفجار منطقة كيليولا السفلى في عام ٢٠١٨ أشهر من التضخم في مؤتمر القمة وتشوهات قطاع القمة، وأصدر مرصد فولكان هاواي تحذيرات بأن الماما تتحرك، رغم أن الموقع الدقيق لثورة الغاز المحتوي على الضمادات في نهاية المطاف غير مؤكد، وعندما فتحت الحدود الائتمانية ٨، انفجرت البركان لمدة ثلاثة أشهر، مما أدى إلى تدمير أكثر من ٧٠٠ منزل.

Eyjafjallajökull (2010) - Ash Cloud Warnings

وقد أدى الانفجار الناشط الذي حدث في ايجابيالاجول في ايسلندا إلى حدوث انفجار في ايجافجالول إلى ظهور سباكة من الرماد أغلقت المجال الجوي الأوروبي لأسابيع، وقد أتاح التتبع الراداري والسواتلي لسحب الرماد لسلطات الطيران تعديل مسارات الطيران، ولكن الانفجار نفسه أظهر أن حتى البركانات دون الجليدية الحسنة يمكن أن تغير بسرعة.

La Palma (2021) - slow —Onset, Extended Monitoring

وقد سبق ثورة الكوميبر فييا في لا بالما (جزر كايمان) التي وقعت في عام 2021، حوار زلزالي وتشوه أرضي اكتشفته شبكة الرصد الإسبانية، حيث سمح التحذير بإخلاء 000 7 شخص قبل افتتاح أول عملية تفتيش، غير أن الانفجار استمر 85 يوما، مما تسبب في حدوث أضرار واسعة النطاق بالممتلكات والهياكل الأساسية، بما في ذلك تدفق النفايات التي وصلت إلى المحيط.

خاتمة

إن رصد البركان قد تطور من انضباط في علم الكيدوت والاختبار إلى علم كمي متعدد التخصصات، وعلم الكائنات الحية، وكيمياء الغاز، والتصوير الساتلي، وقياسات التشهير الأرضية، ستجمع الآن لتوفير فترات زمنية حاسمة للعديد من الانفجارات، ومع ذلك فإن التعقيد الأساسي للنظم البركانية - تنوعها، والسلوك غير الخطي، وازدياد الأحداث الكبيرة - سيضمن أن تكون الآلات الواعدة مثالية.