عالم النشاط البركاني المفترس مع نظم المعلومات الجغرافية

ويمثل النشاط البركاني أحد أقوى الظواهر الطبيعية التي تصب في الأرض والتي تصب في صبغة اليقظة، والتي يمكن أن تعيد تشكيل المناظر الطبيعية، وتؤثر على الأنماط المناخية العالمية، وتطرح مخاطر كبيرة على السكان البشرية والهياكل الأساسية، وأصبح فهم ورصد ورسم الخرائط للنشاط البركاني أكثر تطوراً مع إدماج تكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية، وقد أحدثت أدوات التحليل المكاني المتقدمة هذه ثورة في كيفية قيام العلماء ومديري الطوارئ ووا بأخذ قدراتهم على تقييم المخاطر غير مسبوذة.

فهم النشاط البركاني وأثره العالمي

وتتكون البراكين من خلال عمليات جيولوجية معقدة تشمل حركة لوحات التكتون وتراكم الماما تحت سطح الأرض، وهناك حوالي 170 بركاناً محتمل النشاط في الولايات المتحدة وحدها، بينما كان نحو 215 1 بركاناً نشطاً في السنوات الـ 12 الماضية على الصعيد العالمي، وفي أي لحظة، تحدث ثورات مستمرة في مكان ما على الأرض، مما يدل على استمرار النشاط البركاني في العالم.

إن الآليات الجيولوجية وراء التكوين البركاني تنطوي على تفاعل لوحات التكتون في الحدود المتشابكة، والحدود المتباينة، والبؤر الساخنة، وفي الحدود المتشابكة، فإن هناك مقطورة فرعية من نوع التكتون تحت أخرى، مما يتسبب في إنصهار المواد البركانية وتشكيل غرف الماغنمة، وهذا المغناطيس، الذي يقل كثافة عن الشكل المحيط به، يرتفع إلى السطح، ويحدث في نهاية المطاف.

وتنتج ثورات البركان مجموعة متنوعة من الظواهر الخطرة التي يمكن أن تؤثر على مناطق تتراوح بين المناطق القريبة مباشرة من البركان والمناطق التي تبعد آلاف الكيلومترات، وتشمل هذه التكنولوجيات التيارات الكثيفة، وتدفقات الحمى، والنهار، وهبات الحطام، والهرمونات التسيارية، وسقوط الرماد، وسقوط التربة من الزلازل البركانية، وتآكل الفيضانات عن طريق التسونامي.

تنوع الأخطار البركانية

وتمثل تيارات الكثافة البترولية بعض أخطر الظواهر البركانية، التي تتألف من خلائط الغاز والرماد والشظايا الصخرية التي يمكن أن تسافر بسرعة تتجاوز 100 كيلومتر في الساعة، وتتابع هذه التدفقات انخفاضات الطوبوغرافية ويمكن أن تدمر كل شيء في مسارها، مع ارتفاع درجات الحرارة إلى عدة مئات من درجات مئوية.

فتدفقات لافا، وإن كانت تبطئ حركة التيارات الحرارية عموما، يمكن أن تتسبب في أضرار جسيمة في الممتلكات وأن تغير المناظر الطبيعية بشكل دائم، وتتوقف واجهة الحمم على تركيبها الكيميائي، حيث تكون الحمم البسالة أكثر سوائل وقادرة على السفر بمسافات أكبر، بينما تكون الحمولات الوعائية أكثر وضوحا وتميل إلى تكوين دنابير حادة الجانب قرب الفتحة.

فالحراثيم، أو الطين البركاني، يتكون عندما تختلط المواد البركانية بالماء من الثلج المذوب والجليد، أو الأمطار الغزيرة، أو البحيرات القاحلة، ويمكن لهذه التدفقات أن تسافر بسرعة عالية أسفل وادي النهر، مما قد يؤثر على المجتمعات المحلية البعيدة عن البركان نفسه، وأكثر الأنواع متنقلة، والجزر والكثافة البركانية، قادرة على الوصول إلى مياه ممزقة على بعد 100 كيلومتر من البركان.

ويشكل الرماد البركاني تحديات فريدة بسبب قدرته على السفر بمسافات شاسعة عبر الغلاف الجوي، ويختلف سقوط تيفورا عن المخاطر الأخرى التي يمكن أن يكون له آثار عالمية، وتقريبية، وفي حالات بالغة الشدة، ويمكن للآش أن يعطل الطيران، وآلات الضرر، وإمدادات المياه الملوثة، ويسبب مشاكل في التنفس في البشر والحيوانات.

الدور الثوري لنظم المعلومات الجغرافية في علم البركان

وقد أحدثت نظم المعلومات الجغرافية تحولا أساسيا في مجال علم البركان بتوفير أدوات قوية لدمج البيانات المكانية المعقدة وتحليلها وتصويرها، وقد برزت نظم المعلومات الجغرافية المرتبطة بتكنولوجيا الاستشعار عن بعد ونظم الاتصالات السلكية واللاسلكية/الإذار بوصفها أحد الأدوات الواعدة لدعم عملية صنع القرار، مما يمكّن العلماء من الجمع بين مختلف مصادر البيانات وإجراء تقييمات شاملة للمخاطر البركانية.

وتُستخدم منابر نظام المعلومات الجغرافية كقاعدة أساسية لبرامج الرصد وتقييم المخاطر البركانية الحديثة، وتشمل نظم المعلومات الجغرافية نماذج الارتفاع الرقمي، والصور الساتلية، وخرائط المخاطر البركانية، وبيانات ناقلات عن السمات الطبيعية والاصطناعية (خطوط الإمداد بالطاقة، والمباني الاستراتيجية، والطرق، والسكك الحديدية، وما إلى ذلك). ويتيح هذا التكامل الشامل للبيانات تحليلاً مكانياً متطوراً يستحيل استخدام الأساليب التقليدية.

تكامل البيانات والتحليل المكاني

ومن أقوى قدرات نظام المعلومات الجغرافية في مجال علم البركان القدرة على إدماج مصادر البيانات المتعددة في إطار تحليلي موحد، ويمكن لمنابر نظام المعلومات الجغرافية أن تدعم إدماج وتحليل العديد من المتغيرات المكانية والزمنية المستمدة من رصد البركانات النشطة ووضع بيانات مستمرة من الناحية المكانية، ويشمل هذا التكامل البيانات الزلزالية وقياسات التشوهات الأرضية وقراءات انبعاثات الغاز والصور الحرارية والدراسات الاستقصائية الجيولوجية.

وقد تمكّن قدرات التحليل المكاني لنظام المعلومات الجغرافية الباحثين من تحديد الأنماط والعلاقات التي قد لا تكون واضحة عند فحص مجموعات البيانات الفردية في عزلة، مثلاً، عن طريق الإفراط في بيانات الأنشطة السيزمية مع قياسات التشوهات الأرضية وأنماط انبعاثات الغاز، يمكن للعلماء أن يطوروا فهماً أكمل لحركة الماجما تحت بركان، وربما يحسنوا التنبؤ بالانفجار.

وتؤدي نماذج الارتفاع الرقمي دورا حاسما في نماذج المخاطر البركانية في بيئات نظم المعلومات الجغرافية، وتتيح هذه التماثيل الثلاثة الأبعاد للتضاريس للعلماء تقدير كيفية حفز المنتجات البركانية مثل تدفقات الحمم، والتيارات البركانية، واللافارات عبر المشهد، ومن خلال إدراج البيانات الطبوغرافية مع النماذج المادية للعمليات البركانية، يمكن للباحثين أن يولدوا سيناريوهات واقعية من حيث المدى المحتمل.

Remote Sensing Integration

وقد أصبح الرصد العالمي شبه الحقيقي للنشاط الحراري البركاني ممكنا من خلال أجهزة الاستشعار الحرارية بالأشعة تحت الحمراء على مختلف المنابر الساتلية، مما يتيح تقديرا دقيقا للانبعاثات البركانية، وهذه القدرة تمثل تقدما كبيرا في الرصد البركاني، لا سيما بالنسبة للبراكين النائية أو التي يتعذر الوصول إليها حيث يكون الرصد على أساس الأرض محدودا أو مستحيلا.

وقد أحدثت التطورات التكنولوجية في الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل تحولا في تصورنا وفهمنا للعمليات البركانية، وتوفر النظم الساتلية الحديثة أنواعا متعددة من البيانات المفيدة للرصد البركاني، بما في ذلك الصور الحرارية لكشف الشذوذ الحراري، وبيانات رادارية لقياس التشوهات الأرضية، والصور المتعددة الأطياف لتتبع أعمدة الرماد وانبعاثات الغاز.

وتهدف دائرة المعلومات إلى تحقيق التكامل بين البيانات التي تولدها مباشرة مراصد البركان (مثلا، القياسات المحلية والقياسات الأرضية)، وكذلك الصور الساتلية التي توفرها الوكالات الشريكة مثل الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء، أو ناسا. ويكفل هذا النهج المتعدد المصادر التغطية الشاملة والتكرار في نظم الرصد.

وتوفر عدة سواتل وطنية للإدارة البحرية والغلاف الجوي قدرات تصوير حراري حرجية هامة لكشف الرماد والحرارة، في حين يمكن للبعثات الساتلية التي تديرها ناسا وغيرها من الأطراف أن تقدم ملاحظات رادارية مفصلة عن التضاريس البركانية، وتتيح هذه التكنولوجيات الرصد المستمر للنشاط البركاني حتى في المواقع النائية أو الصعبة.

تكنولوجيا الرصد البركاني المتقدمة

ويعتمد الرصد البركاني الحديث على مجموعة متطورة من التكنولوجيات التي تعمل معا لتوفير المراقبة الشاملة للنظم البركانية ويمكن أن تكون تقنيات رصد البركان بسيطة (أي أخذ الهيدروجيني من الربيع الحراري كل عدة أسابيع) أو معقدة (مثل الدراسات المصدرية ذات النطاق العريض والتصوير السيزمي) ويتيح التقدم السريع في التكنولوجيا رصدا أكثر دقة اليوم مما كان يمكن تصوره عندما كان مركز فيينا الدولي.

شبكات رصد الزلازل

ويشكل رصد الزلازل أساس معظم برامج المراقبة البركانية، إذ تقوم شبكات من السيزمومتر بكشف وتسجيل الزلازل المرتبطة بحركة الماغما، وكسر الصخور، والهجرة المسيلة داخل النظم البركانية، ويمكن لهذه الأدوات أن تحدد التغيرات الخفية في النشاط السيزمي التي قد تسبق حدوث انفجارات، مما يوفر معلومات حاسمة عن الإنذار المبكر.

وتستخدم الشبكات السيزمية الحديثة أجهزة ذات نطاق واسع قادرة على اكتشاف مجموعة واسعة من الترددات، من الخيوط المنخفضة التردد المرتبطة بالحركة السوائل إلى إشارات عالية التردد من كسر الصخور، وتُنقل البيانات المستمدة من هذه الشبكات في الوقت الحقيقي إلى مراكز الرصد التي يمكن تحليلها فوراً وتُدمج فيها مع بيانات الرصد الأخرى في منابر نظام المعلومات الجغرافية.

رصد التشهير الأرضي

:: تغيرات في شكل بركان ناجم عن حركة الماجما أو تغيرات الضغط أو عدم الاستقرار الهيكلي، ويمكن جمع بيانات أخرى عن بعد وأقل مخاطر، مثل القياسات السيزمية والجيوديسية المجهزة عن بعد أو الصور المستمدة من السواتل أو المطياف، وتوفر محطات النظام العالمي لتحديد المواقع مقياسا مستمرا للوضع الأرضي مع وجود ختان على نطاق مليمتر، مما يتيح للعلماء اكتشاف التضخم شبه البركاني أو التحلل.

وقد أدى رصد التشهير البري عبر التناظرات الاصطناعية إلى إحداث ثورة في رصد التشوهات الأرضية عن طريق توفير خرائط مفصلة للتشرد السطحي على المناطق الكبيرة، وقد حوّل الساتل " سينتيل-1 " كيف تستخدم بيانات الرادارات الساتلية (سار وإنسار) في علم البركان، ويعني ذلك أن المرصدات البركانية ومنظمات البحوث قد استثمرت في إدماج نظم رصد البيانات الخاصة بها.

رصد انبعاثات الغاز

وتوفر انبعاثات الغاز البركاني معلومات هامة عن حالة نظم الماما، ويمكن أن تشير التغيرات في تركيب وتدفق الغازات مثل ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين إلى ماجما أو تغيرات في النشاط البركاني، وتشمل تقنيات الرصد الحديثة المطياف الأرضية، والدراسات الاستقصائية عن طريق الجو، والمجسات الساتلية التي يمكن أن تقيس انبعاثات الغاز من مسافات آمنة.

وسيكون مسؤولا عن جمع وتصنيف وتخزين وتوزيع كميات كبيرة من بيانات رصد البركان، بما في ذلك نشاط الزلازل، والتشوهات الأرضية، وانبعاثات الغاز وغيرها من الظواهر المرتبطة بالاضطرابات البركانية، وهذا الجمع الشامل للبيانات يتيح للعلماء وضع تقييمات شاملة للنظم البركانية.

تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية الشاملة في تقييم المخاطر البركانية

وتدعم تكنولوجيا المعلومات الجغرافية العديد من التطبيقات الحاسمة في تقييم المخاطر البركانية وإدارة المخاطر، وقد خطط لنظام المعلومات الجغرافية: (أ) للتخفيف من المخاطر البركانية (تقييم المخاطر والقيمة والقابلية للتأثر والخرائط الخطرة)، (ب) توفير أدوات مناسبة أثناء الأزمات الوشيكة، (ج) لتوفير أساس لخطط الطوارئ، وهذه التطبيقات تمتد لتشمل دورة إدارة الكوارث بأكملها، بدءاً من التخطيط الطويل الأجل إلى الاستجابة للأزمات.

رسم خرائط للأخطار البركانية

وتمثل خرائط المخاطر البركانية أحد أهم منتجات تقييم المخاطر البركانية القائم على نظام المعلومات الجغرافية، وتشتمل قاعدة بيانات خرائط المخاطر البركانية على 2089 خريطة بواقع 612 بركاناً في 54 بلداً وبخمسة عشر لغة (في الفترة من 202 إلى 9 إلى 4)، وتظهر هذه قاعدة بيانات واسعة النطاق الالتزام العالمي برسم خرائط المخاطر البركانية المستخدمة في جميع أنحاء العالم.

وتصور خرائط المخاطر البركانية المناطق التي قد تتأثر بعمليات بركانية خطيرة، مثل تيارات الكثافة البركانية، وتدفقات الحمى، والنهار، والتفريغ، وتستخدم هذه الصور المصورة للمعلومات عن المخاطر البركانية للاتصال بمجموعة واسعة من الجمهور أثناء فترات الهيمنة والأزمة البركانية.

وباستخدام مدخلات من سلسلة من حلقات العمل التي نظمها الفريق العامل المعني برسم خرائط المخاطر التابع للمنظمة الدولية للرابطة، وضعنا خطة للتصنيف وإطارا للمصطلحات لتصنيف خرائط المخاطر ومناقشتها وتسجيلها والبحث عنها، وتهدف قاعدة البيانات والموقع الشبكي إلى استخدامهما كمورد لمجتمع علم البركان لاستكشاف كيفية معالجة مختلف جوانب وضع الخرائط الخطرة وتصميمها في بلدان مختلفة، ولعمليات مختلفة للأخطار، ولأغراض والمشاهد المختلفة المقصودة.

نمذجة الأخطار ومحاكاتها

وتستند بعض خرائط المخاطر فقط إلى توزيع الأحداث السابقة كما تحددها الجيولوجيا، وتأخذ في الاعتبار الأخرى فترات التكرار المقدرة للأحداث السابقة، أو تستخدم محاكاة حاسوبية للعمليات البركانية لقياس المدى المحتمل في المستقبل للأثر، وتقترن النمذجة الحاسوبية للعمليات البركانية على نحو متزايد بالمعلومات الجيولوجية والنماذج الإحصائية من أجل وضع خرائط مخاطر محتملة تماما.

وتتيح برامج نظام المعلومات الجغرافية البيئة المثالية لإدارة وتصوير النتائج من نماذج المخاطر البركانية، وأكثر النماذج شيوعا المستخدمة في خرائط المخاطر البركانية هي قوس الطاقة أو النموذج التجريبي الخطي (14 في المائة من الخرائط؛ هيم 1932؛ شيريدان 1979؛ شيريدان؛ مالي 1983)؛ وشركة لاهرس (8% من الخرائط؛ وشركة إيفرسون وآخرون 1998؛ ونموذجاديل شريفنغ لعام 1998؛ ومقياسا 2؛

ويتيح نموذج تدفق النفايات في بيئات نظام المعلومات الجغرافية للعلماء التنبؤ بمسارات التدفق المحتملة القائمة على التضاريس، وبارامترات الانفجار، وممتلكات الحمم، وتساعد هذه المحاكاة على تحديد المناطق المعرضة للخطر ودعم قرارات تخطيط استخدام الأراضي، وبالمثل، يمكن لنماذج التدفق المتراكم أن تقدر مدى وشدة هذه الظواهر المميتة في إطار سيناريوهات مختلفة للانفجار.

رصد الوقت الحقيقي والتصدي للأزمات

وتتمثل مهمة برنامج المخاطر البركانية التابع لوكالة الأمن الدولية في تعزيز السلامة العامة وتقليل التعطل الاجتماعي والاقتصادي عن الاضطرابات البركانية والانفجار من خلال نظامنا الوطني للإنذار المبكر بالفولكان، ويقوم موظفو مرصد البركان برصد وبحوث وإصدار إشعارات رسمية عن نشاط البركان في المناطق الجغرافية المخصصة، كما يقوم العلماء بتقييم مخاطر البركان والعمل مع المجتمعات المحلية للتحضير للثورات البركانية.

وخلال الأزمات البركانية، تتيح برامج نظام المعلومات الجغرافية سرعة دمج بيانات الرصد وتصويرها، ودعم اتخاذ القرارات من جانب مديري الطوارئ والسلطات المدنية، ويمكن استخدام البيانات في الوقت الحقيقي من الشبكات السيزمية، ومحطات النظام العالمي لتحديد المواقع، والنظم الساتلية بصورة تلقائية في قواعد بيانات نظام المعلومات الجغرافية، وعرضها على خرائط تفاعلية يمكن الوصول إليها من جانب أصحاب المصلحة المتعددين.

ويتيح التآزر بين تقنيات الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية دعم اتخاذ القرارات من جانب مديري الكوارث، وتحويل البيانات إلى معلومات، وفي المستقبل، ومع التقدم الجديد في تكنولوجيا الاستشعار عن بعد، وقدرات نظم المعلومات الجغرافية، ومع التحسينات في الخوارزميات، ستحسن هذه التقنيات قدرتها على الاستجابة لهذا النوع من الكوارث في الوقت الحقيقي.

تخطيط الإجلاء وتحقيق الاستخدام الأمثل

وتؤدي تكنولوجيا نظام المعلومات الجغرافية دورا حاسما في وضع خطط فعالة للإجلاء للمجتمعات المحلية المعرضة للخطر من المخاطر البركانية، ومن خلال الجمع بين خرائط المناطق الخطرة والبيانات المتعلقة بتوزيع السكان وشبكات الطرق والهياكل الأساسية الحيوية، يمكن للمخططين تحديد طرق الإجلاء المثلى ومواقع المأوى، ويمكن لأدوات تحليل الشبكات في نظام المعلومات الجغرافية أن تحسب فترات السفر، وأن تحدد الاختناقات، وأن تُحدِّد الموارد في حالات الطوارئ على النحو الأمثل.

ويتيح التخطيط القائم على سيناريوهات السيناريوهات لمديري الطوارئ وضع خطط طوارئ لمختلف سيناريوهات الانفجار، وبنموذج مختلف حجم الانفجارات وأساليبها، يمكن للمخططين إعداد استراتيجيات مرنة للاستجابة يمكن تكييفها مع ظهور أزمة، وتيسر منابر نظام المعلومات الجغرافية مقارنة السيناريوهات المختلفة وتدعم وضع أشجار القرار لإدارة الأزمات.

تقييم القابلية للتأثر والمخاطر

ويتطلب التقييم الشامل للمخاطر الجمع بين المعلومات المتعلقة بالمخاطر والبيانات المتعلقة بالسكان المعرضين والهياكل الأساسية والأصول الاقتصادية، ويوفر نظام المعلومات الجغرافية الأدوات اللازمة لإطالة المناطق الخطرة ببيانات ديموغرافية، وقوائم جرد المباني، وشبكات النقل، والمرافق الحرجة مثل المستشفيات والمدارس ومحطات الطاقة، ويكشف هذا التحليل المكاني عن المجتمعات والأصول التي تواجه أكبر المخاطر ويساعد على إعطاء الأولوية لجهود التخفيف.

تقييم القابلية للتأثر لا ينظر فقط إلى التعرض المادي للمخاطر بل أيضاً إلى العوامل الاجتماعية والاقتصادية والمؤسسية التي تؤثر على قدرة المجتمع على الاستعداد للحدث البركاني والاستجابة له والتعافي منه، ويمكن لنظام المعلومات الجغرافية أن يدمج مختلف مجموعات البيانات بما في ذلك المؤشرات الاجتماعية - الاقتصادية، وأنواع البناء، والحصول على الموارد اللازمة لوضع خرائط شاملة للضعف.

إدارة البيانات ونظم المعلومات

وستكون الدائرة الوطنية للمعلومات المتعلقة بالبراكانو عنصرا لا غنى عنه في النظام الوطني للإنذار المبكر والرصد في البركان، الذي يدمج الحلول المتعلقة بتكنولوجيا المعلومات المتطورة لضمان الرصد الفعال وتفسير البيانات بدقة والاتصال الفعال بالمخاطر البركانية، ويولد الرصد البركاني الحديث كميات هائلة من البيانات التي يجب إدارتها وتخزينها وجعلها متاحة للعلماء وصانعي القرار.

نظم تكنولوجيا المعلومات في دائرة المعلومات ستكون قوية قادرة على استنباط وتجهيز مسارات بيانات كبيرة في الوقت الحقيقي، تتطلب حلولاً متطورة للتخزين ونظماً فعالة لإدارة قواعد البيانات، ويجب أن تستخدم تكنولوجيات متقدمة لاحتمال استخدام أدوات المعلومات (ما يعادل حوالي ألف تيرابايت أو مليون غيغابايت) لضمان الحفاظ على البيانات التاريخية وإمكانية الوصول إليها.

خدمات الشبكة العالمية وتبادل البيانات

وتوفر دائرة الاتحادات الجغرافية المكانية المفتوحة معياراً للوصلات البينية يتيح للمزبون الحصول على بيانات السمات الجغرافية من خادم الإنترنت باستخدام الطلبات المعتمدة على المنبر، كما أن العديد من برامجيات نظام المعلومات الجغرافية التجارية والمفتوحة المصدر وبرمجيات رسم الخرائط لها دعم جانبي من جانب العملاء لشبكة WFS. وهذه الخدمات الموحدة على الشبكة تتيح تبادل البيانات بشكل لا يحصى بين المؤسسات وتيسير البحوث التعاونية.

غير أن خيارات النظام العالمي لرصد الأرض تتيح استرجاع البيانات باستخدام CSV و GML و GeoJSON و KML و Shapefile formats، وهذه المرونة تكفل إمكانية الوصول إلى البيانات واستخدامها من جانب طائفة واسعة من المستعملين الذين لديهم برامجيات مختلفة وقدرات تقنية.

بيانات تاريخية وتحليل أنماط

وتحتفظ قواعد بيانات نظام المعلومات الجغرافية بالسجلات التاريخية للنشاط البركاني، مما يتيح إجراء تحليلات طويلة الأجل وتحسين فهم السلوك البركاني، ويسعى البرنامج العالمي للفولكان إلى فهم أفضل لجميع البركانيات من خلال توثيق ثوراتها - وجمالها - خلال السنوات الـ 12 الماضية، كما أن نطاق السلوك البركاني كبير بما فيه الكفاية، وأن عمر البركان طويل بما فيه الكفاية، ويجب أن ندمج الملاحظات الأخيرة على النظام المعاصر

ومن خلال تحليل أنماط الانفجار التاريخية، يمكن للعلماء تقدير فترات التكرار بالنسبة لأنواع مختلفة من النشاط البركاني وتقييم احتمالات وقوع أحداث في المستقبل، وتيسر أدوات نظام المعلومات الجغرافية التحليل الزمني، مما يتيح للباحثين تحديد الاتجاهات والدورات والترابطات في السلوك البركاني على مدى فترات زمنية مختلفة.

التحديات والاتجاهات المستقبلية في رصد البركاني القائم على نظام المعلومات الجغرافية

وفي حين أن تكنولوجيا المعلومات الجغرافية قد عززت إلى حد كبير قدرات تقييم المخاطر البركانية، فلا تزال هناك تحديات كبيرة، إذ أن نوعية البيانات وتوافرها يختلفان اختلافا كبيرا بين المناطق البركانية المختلفة، حيث توجد بركانيات مرصودة بعناية في البلدان المتقدمة النمو تكون أكثر شمولا بكثير من المناطق النائية أو التي تفتقر إلى الموارد، ويستلزم تحسين التغطية العالمية للرصد الاستثمار المستدام في رصد الهياكل الأساسية وبناء القدرات.

البلاغ غير المصدق

ومن الصعب إيصال هذه المجموعة المعقدة من المعلومات المتعلقة بالمخاطر إلى الأشخاص المعرضين للخطر، لا سيما عندما يتعلق الأمر بأوجه عدم اليقين الكبيرة، وتشتمل تقييمات المخاطر البركانية في جوهرها على أوجه عدم اليقين المتصلة بتوقيت الانفجار وحجمه وأسلوبه وآثاره، كما أن الإبلاغ الفعال عن هذه الشكوك إلى الجماهير غير التقنية، مع الحفاظ على المصداقية ودعم اتخاذ القرارات المستنيرة، لا يزال يشكل تحديا كبيرا.

وفي حين أن هذا التنوع انعكاس طبيعي للسياقات الاجتماعية والثقافية والسياسية والبركانية المتنوعة التي أنشئت فيها الخرائط، فإن الأزمات والأعمال السابقة تشير إلى أن هذه الخيارات البصرية يمكن أن تؤدي دورا هاما في الاتصالات المتعلقة بالأزمات البركانية من خلال التأثير على كيفية فهم الناس لخارطة الخطر واستخدامها لاتخاذ القرارات، وبالتالي فإن التصميم البصري للخريطة وخصائص جمهور خرائط المخاطر يمكن أن يؤثر على كيفية فهم خرائط المخاطر وتطبيقها.

مشاركة أصحاب المصلحة

واستنادا إلى خبرتنا، نوصي بأن يشارك صناع الخرائط في المستقبل أصحاب المصلحة في عملية وضع الخرائط بأكملها، لا سيما عند اختيار خيارات التصميم مثل نوع خريطة الأساس، واستخدام الحدود الملونة والحدود التدريجية، بل وما ينبغي أن يرسم على الخريطة، ويتطلب التواصل الفعال بشأن المخاطر فهم احتياجات مختلف الجماهير ومنظوراتها وقدراتها في مجال تجهيز المعلومات.

ومن خلال النظر في احتياجات الجمهور ومنظوراته - كيف يمكن استخدام المعلومات وقراءتها وفهمها وتطبيقها - يمكن تصميمها بطريقة تجعلها متاحة ومناسبة وواضحة للأشخاص الذين يحتاجون إليها، ويحسن هذا النهج الذي يركز على المستعملين في تصميم خرائط المخاطر احتمال فهم الخرائط واستخدامها على النحو المناسب أثناء التخطيط وحالات الأزمات على السواء.

التكنولوجيات والابتكارات الناشئة

ومع استمرار تطور التكنولوجيا، فإن النظام الوطني للإنذار المبكر والرصد في البركان واعتماده على حلول متقدمة لتكنولوجيا المعلومات، وهذه التطورات ستكفل قيام دائرة معلومات البركان الوطنية والنظام الوطني للإنذار المبكر والرصد في البركان، بتحويل الجهود العلمية إلى منافع ملموسة للمجتمع كحلفاء لا غنى عنه في الجهود الجارية التي تبذلها الوكالة من أجل أمة أكثر أمانا.

ومن خلال استخدام تكنولوجيات التقطيع مثل التصوير بالسواتل، والتعلم الآلي، وأدوات التعاون عن بعد، تحسن دائرة المعلومات الوطنية البركانية احتمال اكتشاف التهديدات البركانية في وقت مبكر وتدار بفعالية، وتتيح التعلم من الآلات والاستخبارات الاصطناعية فرصاً واعدة لتحسين التنبؤ بالانفجار عن طريق تحديد أنماط فرعية في رصد البيانات التي قد تفلت من التحليل البشري.

وتتزايد استخدام المركبات الجوية غير المأهولة أو الطائرات بدون طيار في الرصد البركاني، مما يوفر قياسات عالية الاستبانة للصور والغاز في المناطق التي تكون خطرة جدا على وصول البشر، ويمكن إدماج هذه المنصات في نظم نظام المعلومات الجغرافية لتوفير معلومات مفصلة ومستكملة عن السمات والتغيرات البركانية.

وتتيح الواقع الافتراضي وتكنولوجيات الواقع المعززة إمكانيات جديدة لتصوير المخاطر البركانية والخطر المصاحب لها، ويمكن أن تساعد البيئات المتميزة الثلاثة الأطراف أصحاب المصلحة على فهم العلاقات المكانية بين المخاطر والأصول الجغرافية والأصول الضعيفة، مما قد يؤدي إلى تحسين عملية صنع القرار والتوعية العامة.

دراسات الحالة: تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في إدارة المخاطر البركانية

جبل فيسوفيوس، إيطاليا

ويعرض جبل فيسوفيوس أحد أكثر السيناريوهات صعوبة في المخاطر البركانية في العالم بسبب الكثافة السكانية التي تعيش في ظله، وفي حالة انفجار متفجر متوسط الحجم، قد يتعين إجلاء 000 600 شخص من منطقة تبلغ مساحتها نحو 200 كيلومتر مربع حول البركان، نظراً إلى أنهم معرضون لظواهر مدمرة وسريعة للغاية مثل الطفرة والتدفقات البيروكلية، واللاهارات، الخريف.

وقد استخدم نظام المعلومات الجغرافية على نطاق واسع لوضع خطط طوارئ شاملة في فيسوفيوس، وإدماج مناطق الخطر مع معلومات مفصلة عن توزيع السكان وشبكات النقل وطرق الإجلاء، ويدعم النظام التخطيط القائم على السيناريوهات، ويمكِّن مديري الطوارئ من وضع نماذج لسيناريوهات مختلفة للانفجار وآثارها المحتملة على المجتمعات المحلية المحيطة.

جبل إيتنا، إيطاليا

كان جبل إيتنا، أكثر بركان أوربا نشاطا، موضوعاً للرصد والأخطار على نطاق واسع، نصف ونثبت تشغيل هذا الخوارزمي من خلال تحليل الأنشطة الإنفجارية الأخيرة في بركاني إيتنا وسترومبولي، وقد أتاح دمج بيانات الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل مع الرصد الأرضي، تتبع تدفقات الحمم في الوقت الحقيقي القريب وروادة الحيوانات الحرارية.

وقد استخدمت نماذج الارتفاع الرقمي ونماذج محاكاة تدفق الحمم التي تم إدماجها في منابر نظام المعلومات الجغرافية للتنبؤ بمسارات التدفق المحتملة واتخاذ قرارات الدعم بشأن التدابير الوقائية، فالطبيعة الحساسة من حيث الوقت لمخاطر تدفق الحمم تجعل تحليل نظم المعلومات الجغرافية في الوقت الحقيقي أمراً بالغ الأهمية بالنسبة لهذا البركان.

يلوستون كالديرا، الولايات المتحدة

ويقوم مرصد بركان يلوستون برصد النشاط الحراري البركاني والهيدروولوجي المرتبط بالنظام المغنطييسي في يلوستون، وينفذ بحوثا في العمليات المغنطيسية التي تحدث تحت كالديرا، ويصدر إنذارات وتوجيهات في الوقت المناسب تتعلق بالمخاطر الجيولوجية المحتملة في المستقبل، ويستخدم المرصد نظما متطورة للمعلومات الجغرافية لإدماج بيانات الرصد المتنوعة، بما في ذلك النشاط السيزمي، والتشوه الأرضي.

وتشير محطات النظام العالمي لتحديد المواقع المستمرة إلى أن الارتفاع الذي بدأ في تموز/يوليه 2025 على الشريط الشمالي من طراز كالديرا توقف بحلول منتصف كانون الثاني/يناير 2026، وتشير قياسات التشريح إلى توقف في الارتفاع الذي حدث على طول الشريط الشمالي من سلسلة الطحالب منذ تموز/يوليه 2025، ويدل هذا الرصد التفصيلي على الكيفية التي يمكن بها للشبكات الجيوديسية المدمجة لنظام المعلومات الجغرافية أن تتبع التغيرات الخبيثة في النظم البراكينية على مر الزمن.

أقل من القطبية البركانية

نقدم تقريرا عن عملية إعداد أول مجموعة من خرائط الزونية المتكاملة للأخطار البركانية لجزر دومينيكا وغرينادا (بما في ذلك كيكهم جيني وروندي/كايلي) ونيفيس وسابا وسانت يوستايوس وسانت كيتس وسانت لوسيا وسانت فنسنت في جزر الأنتيل الصغرى) ووضعنا نهجا منهجيا يستوعب النطاق في المعارف السابقة للبراكين في المنطقة.

واستُخدم تقييم مخاطر أول للأقسام لكل جزيرة لوضع سيناريو أو أكثر لنشاط مستقبلي محتمل، ولُدّت خرائط مخاطر قائمة على سيناريوهات، وبالنسبة للسيناريو الأكثر شبها في كل جزيرة، أنتجنا أيضا خريطة متكاملة للزراعة الملصقة، تجمع بين الظواهر الخطرة الفردية المبيّنة في خرائط المخاطر القائمة على السيناريوهات في مناطق الخطر المتكاملة، ويبيّن هذا المشروع كيف يمكن لنظام المعلومات الجغرافية أن يدعم مستويات المخاطر المنهجية.

أفضل الممارسات لتقييم المخاطر البركانية استناداً إلى نظام المعلومات الجغرافية

التكامل بين الأخطار المتعددة

ومن بين الفروق الهامة في المخاطر الطبيعية الأخرى أن نفس الخريطة يمكن أن تعرض واحدا أو عدة مخاطر بسبب الطبيعة المتعددة المخاطر للثورات البركانية! ويجب أن ينظر التقييم الفعال للمخاطر البركانية في كامل نطاق المخاطر المحتملة وتفاعلاتها.() وتيسر منابر نظام المعلومات الجغرافية هذا النهج المتكامل بإتاحة الجمع بين طبقات الخطر المتعددة وتحليلها معا.

وقد تتفاعل مختلف المخاطر البركانية بطرق معقدة، مع خطر آخر أو يضخم، مثلا، يمكن للتدفقات البتروكية أن تذوب الثلج والجليد، وتولّد الملاه، بينما يمكن لسقوط الرماد أن يزيد من خطر الفيضانات بواسطة نظم الصرف، ويمكن لتحليل نظام المعلومات الجغرافية أن يساعد على تحديد هذه المخاطر المحتملة التي تفرزها وتأثيراتها التراكمية.

الاعتبارات المتعلقة بالمرتبات

إن الغرض من الخريطة وجمهورها المستهدف أمر حاسم في تصميم خريطة في الحيز المناسب والجداول الزمنية، وقد يتوقع المرء أن تكون خريطة مخاطر مفصلة ومستكملة باستمرار عند تحليل طرق الإجلاء في بلدة صغيرة، وعلى نحو متناقض، قد يتوقع أن يكون هناك نطاق إقليمي - في كثير من الأحيان دوليا عند تحليل تركيز الرماد في الغلاف الجوي لاضطرابات الطيران.

ويتطلب مختلف التطبيقات إجراء تحليلات مكانية وزمنية مختلفة، ويتطلب التخطيط المحلي لحالات الطوارئ خرائط مفصلة وواسعة النطاق تبين فرادى المباني والشوارع، في حين يتطلب تقييم مخاطر الطيران الإقليمي خرائط أوسع نطاقا تغطي إمكانية تفريق الرماد على مئات أو آلاف الكيلومترات، ويجب تصميم نظم المعلومات الجغرافية لدعم التحليل على نطاقات متعددة وتيسير تقسيم المناطق بين مختلف المستويات التفصيلية.

ضمان الجودة والتحقق

ويتطلب ضمان جودة ودقة تقييمات المخاطر القائمة على نظام المعلومات الجغرافية إجراءات صارمة للتحقق، وينبغي مقارنة النواتج النموذجية ببيانات الانفجار التاريخية حيثما توافرت، وينبغي إجراء تحليلات للحساسية لفهم مدى تأثير عدم اليقين في بارامترات المدخلات على النتائج، ويوفر استعراض الأقران من جانب الخبراء المستقلين ضمانات إضافية للجودة.

ومن الضروري إجراء تحديثات منتظمة لتقييمات المخاطر مع توافر بيانات جديدة للرصد وتحسين الفهم العلمي، وينبغي تصميم قواعد بيانات نظام المعلومات الجغرافية بحيث تستوعب تحديثات البيانات وتحافظ على الرقابة على النسخ، مع ضمان أن تتاح للمستعملين دائماً المعلومات الأكثر حالياً مع الحفاظ على التقييمات التاريخية للمقارنة والتحقق.

قابلية التشغيل البيني والمعايير

وتيسر اعتماد معايير وأشكال موحدة للبيانات تبادل البيانات والتعاون بين المؤسسات، كما أن المعايير الدولية مثل المعايير التي وضعها الاتحاد الجغرافي المكاني المفتوح تكفل إمكانية تبادل بيانات نظام المعلومات الجغرافية وإدماجها عبر مختلف البرامجيات والحدود التنظيمية، وهذا القابلية للتشغيل المتبادل أمر مهم بصفة خاصة لتقييم المخاطر البركانية، الذي يتطلب في كثير من الأحيان التعاون بين الوكالات والبلدان المتعددة.

التدريب وبناء القدرات

ويتطلب الاستخدام الفعال لنظام المعلومات الجغرافية لتقييم المخاطر البركانية تدريبا متخصصا يجمع بين الخبرة في مجال علم البركان وتكنولوجيا المعلومات الجغرافية والاتصالات المتعلقة بالمخاطر، بالإضافة إلى ذلك، يعمل كأداة لعرض خيارات خرائط المخاطر على مجموعات أصحاب المصلحة ويعملون كمورد للتعلم يمكن إدماجه في المواد التعليمية والدورات التدريبية، ولا يزال بناء القدرات في البلدان النامية ذات البركانيات النشطة، ولكن الموارد المحدودة، يشكل تحديا بالغ الأهمية.

وينبغي أن تتناول برامج التدريب المهارات التقنية في برامجيات نظام المعلومات الجغرافية والفهم المفاهيمي للعمليات البركانية ومنهجيات تقييم المخاطر، كما أن حلقات العمل التي تستخدم دراسات حالة في العالم الحقيقي تساعد المشاركين على تطوير مهارات عملية وفهم كيفية تطبيق أدوات نظام المعلومات الجغرافية على سياقاتها البركانية المحددة.

ويؤدي التعاون الدولي وتبادل المعارف دورا حيويا في بناء القدرات، فالشراكات بين مراصد البركانية ذات الموارد الكافية وتلك الموجودة في البلدان النامية يمكن أن تيسر نقل التكنولوجيا والتدريب والدعم التقني المستمر، وتوفر الموارد على الإنترنت، بما في ذلك قواعد بيانات خرائط المخاطر وأدوات النماذج، مواد تعلم قيمة يمكن الوصول إليها في أوساط علم البركان العالمي.

The Future of Volcanic Hazard Assessment with GIS

وسيتيح العمل المقبل في الطرق التي يقرأ بها الناس ويجهزون المعلومات البصرية ويتقاسمونها فرصا جديدة لفهم المحتوى اللاحق للمخاطر البركانية لمختلف فئات الجمهور، وسيظل ذلك مهما مع أن أوجه التقدم في نمذجة المخاطر وتكنولوجيا التصوير ستستحدث طرقا جديدة للتواصل البصري خلال الأزمات، وبما أن مجتمع البركان يعمل على استكشاف سبل جديدة لوضع خرائط مخاطر بركانية وتصميمها، وستوفر مستويات جديدة من التعاون العالمي من خلال مراكز تبادل البيانات على الإنترنت.

:: دمج المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلي مع منابر نظام المعلومات الجغرافية، مما يبشر بتعزيز قدرات التنبؤ بالانفجار، ويمكن لهذه التكنولوجيات تحليل كميات كبيرة من بيانات الرصد لتحديد الإشارات والأنماط الخفية التي قد تدل على حدوث انفجارات وشيكة، ويمكن تدريب خوارزميات التعلم في تسلسلات الانفجار التاريخية للاعتراف بأنماط مماثلة في بيانات الرصد في الوقت الحقيقي.

فالهياكل الأساسية الحاسوبية السحابية تتيح نماذج وتحليلات أكثر تطورا مما كان ممكنا في السابق باستخدام نظم المعلومات الجغرافية المكتبية، ويمكن للمنابر القائمة على السحاب أن تعالج الطلبات الحاسوبية الهائلة لتقييم المخاطر المحتملة والنموذج الجماعي، وتدير آلاف المحاكاة لتمييز عدم اليقين وتحديد نطاق النتائج الممكنة.

وتجعل تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية المتنقلة من الوصول إلى المعلومات المتعلقة بالمخاطر أكثر سهولة أمام العلماء الميدانيين، ومستجيبي الطوارئ، والجمهور، ويمكن أن تعرض أجهزة الهاتف الخليعة خرائط المخاطر، وتوفر تحديثات آنية عن النشاط البركاني، وتدعم جمع البيانات في الميدان، وتزيد هذه الأدوات الوعي بالحالة السائدة وتدعم اتخاذ القرارات بسرعة خلال الأزمات البركانية.

ويتيح إدماج وسائط الإعلام الاجتماعية في برامج نظام المعلومات الجغرافية فرصاً جديدة للملاحظات المتعلقة بالاستعانة بمصادر خارجية الجمهور وإبلاغ المعلومات المتعلقة بالمخاطر، وخلال الأزمات البركانية، يمكن أن توفر تقارير شهود العيان والصور التي تتقاسمها وسائط الإعلام الاجتماعية معلومات قيمة عن التقدم المحرز في مجال الانفجار وآثاره، ويمكن لنظم نظام المعلومات الجغرافية تجميع هذه المعلومات وخرائطها، مكمِّلة بيانات الرصد الرسمية.

خاتمة

وقد أدت نظم المعلومات الجغرافية إلى إحداث ثورة في تقييم المخاطر البركانية وإدارة المخاطر، وتوفير أدوات قوية لدمج مختلف مصادر البيانات، ووضع نماذج للعمليات المعقدة، وإبلاغ المعلومات المتعلقة بالمخاطر إلى مختلف الجماهير، وقد أدى الجمع بين نظام المعلومات الجغرافية وتكنولوجيات الرصد المتقدمة، والاستشعار عن بعد، والنموذج الحسابي إلى خلق قدرات غير مسبوقة لفهم النظم البركانية وحماية المجتمعات الضعيفة.

ومع استمرار التكنولوجيا في التقدم، فإن دور نظام المعلومات الجغرافية في علم البركان لن يزداد أهمية إلا، فالتكنولوجيات الناشئة مثل التعلم الآلي، والحساب السحابي، والتطبيقات المتنقلة تعد بزيادة تعزيز قدرتنا على رصد البركان، والتنبؤات، والتواصل مع المخاطر، غير أن التكنولوجيا وحدها ليست فعالة بالقدر الكافي، وإدارة المخاطر البركانية تتطلب أيضاً استثمارات مستمرة في رصد الهياكل الأساسية، وبناء القدرات، وإشراك أصحاب المصلحة، والتعاون الدولي.

والهدف النهائي لتقييم المخاطر البركانية القائم على نظام المعلومات الجغرافية هو تحويل الفهم العلمي إلى معلومات قابلة للتنفيذ تحمي الأرواح وسبل العيش، ومن خلال مواصلة تطوير هذه الأدوات وصقلها، ومن خلال ضمان وصول جميع المجتمعات المعرضة للخطر من المخاطر البركانية، يمكن لمجتمع البراكين العمل نحو مستقبل يتوقع فيه حدوث كوارث بركانية، مع الاستعداد لها وإدارتها بفعالية.

For those interested in learning more about volcanic hazard assessment and GIS applications, valuable resources include the U.S. Geological Survey Volcano Hazards Program, the Smithsonian Institution Global Volcanism Program, the

إن إدماج نظم المعلومات الجغرافية في علم البركان يمثل مثالا قويا على الكيفية التي يمكن بها للتكنولوجيا أن تعزز فهمنا للأخطار الطبيعية وأن تدعم صنع القرار القائم على الأدلة، وبينما نواصل صقل هذه الأدوات وتوسيع نطاق تطبيقها، نقترب من عالم يمكن فيه للمجتمعات التي تعيش في ظل البركان أن تفعل ذلك بقدر أكبر من السلامة والقدرة على التكيف.