كيف يمكن للنشاط البركاني الآثار المناخ وال الطقس أنماط

The Dynamic Relationship Between Volcanic Eruptions and Global Climate

إن الاندلاع البركاني يصنف ضمن أكثر الظواهر الطبيعية التي يمكن أن تسودها الأرض، والتي يمكن أن تعيد تشكيل البيئة المادية بشكل كبير وتؤثر تأثيرا عميقا على الظروف الجوية، وفي حين أن الأخطار المباشرة لتدفقات الحمم، والطفرات البكتريولوجية، وسقوط الرماد موثقة جيدا، فإن التأثيرات الأوسع نطاقا والطويلة الأمد للنشاط البركاني على المناخ العالمي والأنماط الجوية، هي أيضا آثار غير متحققة في كثير من الأحوال الجوية.

إن فهم كيفية تفاعل الانفجارات البركانية مع الغلاف الجوي يتطلب نهجا متعدد التخصصات يشمل علم البركان والأرصاد الجوية والكيمياء في الغلاف الجوي وعلوم المناخ، وهذه المعرفة أساسية ليس فقط لإعادة بناء الأحداث المناخية السابقة، بل أيضا لتحسين التأهب للكوارث وتعزيز دقة التنبؤات الجوية والمناخية البعيدة المدى، وفي هذه المادة، نتناول الآليات التي تؤثر فيها الانفجارات البركانية في درجات الحرارة، وفي أنماط ما قبل التفسخ،

أنواع الإرتفاعات البركانية وتوقيعاتها في الغلاف الجوي

وتختلف الانفجارات البركانية اختلافا كبيرا في خصائصها، وتؤدي هذه الاختلافات دورا حاسما في تحديد أثرها المناخي، وتؤثر عوامل مثل حجم الانفجار، وتكوين الغاز البركاني، والارتفاع الذي تصل إليه الأعمدة البركانية، والموقع الجغرافي في كل الأحوال على كيفية تعديل الثوران للغلاف الجوي.

حالات الإهلاك المتفجرة

إن الانفجارات المتفجرة تتميز بطردات مفاجئة عنيفة من الماما والغاز والرماد البركاني، وهذه الإنفجارات التي تطبعها جبل سانت هيلينز في عام 1980، وكونت بيناتوبو في عام 1991، تروج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت وجسيمات الرماد الغرامية عالية في الستراتوسفير، والتي تصل أحيانا إلى ارتفاعات فوق 20 كيلو مترا.

وقد يكون تأثير التبريد الناجم عن الانفجارات المتفجرة كبيراً، ولكنه عادة ما يكون قصير الأجل، ويدوم سنة واحدة إلى ثلاث سنوات، ويتوقف حجم التبريد على حجم الهباء الجوي الذي يُحقن وتوزيعه، وعلى سبيل المثال، حقن انفجار البيناتوبو نحو 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون، مما أدى إلى انخفاض متوسط حرارة العالم بنسبة 0.5 درجة مئوية على مدى السنتين التاليتين.

الإرتفاعات الفعالة

وتنطوي الانفجارات الفادحة، مثل تلك التي لوحظت عادة في هاواي وآيسلندا، على التجاوز المستمر لتدفقات الحمم المنخفضة النسيج، وتنتج هذه الانفجارات رماد بركاني صغير نسبياً أو انبعاثات غاز عالي الارتفاع، وفي حين أن الاندلاعات الفادحة تُطلق غازات مثل ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون) وسبعة-2، فإن هذه الانبعاثات تظل عموماً في الغلاف الجوي الأدنى وتُزال بسرعة عند حدوث خلل في الغلاف الجوي.

وبالتالي، فإن الأثر المناخي العالمي للثورات الكاسحة هو في العادة الحد الأدنى، غير أن النشاط الكمّي المطول الذي يمتد على سنوات أو عقود يمكن أن يزيد من تركيزات الهباء الجوي في المنطقة، مما يؤدي إلى آثار هزالية وتبريد طفيفة، وعلاوة على ذلك، فإن استمرار إطلاق ثاني أكسيد الكربون يسهم بصورة تدريجية في عبء غازات الدفيئة، وإن كانت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البركانية صغيرة مقارنة بالمصادر البشرية.

التخديرات التخصيبية والغواصة

وتحدث ثورات في الطماطم عندما تتفاعل الماما بصورة متفجرة مع مصادر المياه الخارجية - مثل المياه الجوفية أو البحيرات أو المياه البحرية - في توليد البخار القوي وتفتت الماما، ويمكن لهذه الانفجارات، التي تجسدها حدث تونغا - هونغا - هيونغا هارفاي الذي وقع في عام ٢٠٢٢، أن تطلق كميات كبيرة من بخار المياه إلى جانب الرماد والغازات في الغلاف الجوي.

وعلى عكس الهباء الجوي الكبريتي، فإن بخار المياه هو غاز حرفي قوي، وقد أطلق ثوران تونغا كمية غير مسبوقة من بخار المياه في طبقة الستراتوسفير تقدر بمبلغ ١٤٦ مليون طن - يمكن أن تؤثر في بعض الأحيان على تأثير الاحترار الذي يمكن أن يعوض أو يعق ِّد التبريد النموذجي من هوباءات البركانية، وهذا التأثير المزدوج يتحد من الفهم التقليدي بأن جميع الإنبعاثات الرئيسية تنتج تبرداً إضافياً.

الآثار الجوية الفورية: الآش والهباء والاضطرابات الجوية في الغلاف الجوي

وكثيرا ما تشمل الآثار الفورية لثوران بركاني كبير تغييرات ملحوظة في الطقس المحلي والإقليمي، مدفوعة بمدخلات مادية وكيميائية في الغلاف الجوي.

"الموتى" و "الريح الفولكانية"

فالرماد البركاني والهباء الكبريتي يشكلان حواجز أمام ضوء الشمس، وتشتت الإشعاع الشمسي القادم واستيعابه، مما يقلل من تسخين السطح، وقد تؤدي هذه الظاهرة إلى انخفاض في درجة الحرارة ملحوظ على الصعيدين الإقليمي والعالمي، وقد تسببت الانفجارات الكبيرة في انخفاض حرارة السطح على الصعيد العالمي يتراوح بين 0.5 درجة مئوية و1.2 درجة مئوية، مع التبريد الإقليمي في كثير من الأحيان أكثر وضوحا بسبب أنماط التداول في الغلاف الجوي المحلي.

ومن الأمثلة الكلاسيكية ثورة جبل تامبورا في إندونيسيا، التي أسفرت عن حدوث هباء جوي كبير، أصبح عام 1816 معروفا باسم " الخوف من دون سمر " ، والهزء غير الموسمي، والثلوج في حزيران/يونيه، وفشل المحاصيل المستحث على نطاق واسع في أنحاء أوروبا وأمريكا الشمالية وأجزاء من آسيا، وأدت هذه الظروف السلبية إلى نقص الأغذية، والصعوبات الاقتصادية، بل وحتى الاضطرابات الاجتماعية في بعض المناطق، مما يدل على حدوث سومائية العميقة.

التغييرات في أنماط التمهيد

فالهيروصولات البركانية تؤثر على تكوين السحابات والعمليات الفيزيائية الدقيقة، ويمكن أن تكون جسيمات الآيروسولات الكبريتية بمثابة تكديس السحاب ونواة جليدية، مما يعزز قطرات السحاب وتكوين بلورات الجليد، مما يزيد في بعض الحالات من الانهيار المتأصل من الاندلاع، غير أن الانخفاض العام في التدفئة الشمسية يمكن أن يضعف تداولات الغلاف الجوي الكبيرة، مثل نظم الأمطار الموسمية،

فعلى سبيل المثال، لوحظ بعد انفجار جبل بيناتوبو في عام 1991 ضعف الموسم الآسيوي، مما أسهم في انخفاض التهطال في أجزاء من الهند وجنوب شرق آسيا، وبالمثل، ارتبطت تغيرات الدورة الهيدرولوجية العالمية المرتبطة بالهيروسول البركاني بنواحي الجفاف والفيضانات، تبعا للديناميات الجوية الإقليمية.

نوعية الهواء والأخطار الصحية

وبخلاف الآثار المناخية، يمكن للثورات البركانية أن تتدهور بشدة نوعية الهواء وتثير مخاطر صحية حادة، كما أن انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت، والكبريت الهيدروجيني (H2S)، والرماد الجسيمي الغرامي يمكن أن يهيج من الخلاصات التنفسية، ويزيد من حدة التهاب الربو والبرنشوء، ويسبب تهيجاً في العين، ولا سيما تلك الأقل من 10 ميكرونز.

ويمكن نقل هذه الملوثات بعيداً عن موقع الانفجار، مما يؤثر على نوعية الهواء على النطاق القاري، ومن الأمثلة البارزة على ذلك انفجار إيجافجاليجول في أيسلندا في عام 2010، الذي انبثق عن سحابات رمادية تخلّص حركة النقل الجوي الأوروبي لأسابيع بسبب الشواغل المتعلقة بضرر المحركات وسلامة الركاب، بالإضافة إلى أن حامض الأمطار البركاني الذي تشكّله النظم الإيكولوجية لحامض الهطول ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يسببه.

Long-Term Climate Impacts: Stratospheric Aerosols and Ocean Feedback

وفي حين أن الآثار الجوية الفورية يمكن أن تستمر في الأيام إلى الأشهر، فإن أهم تأثير بركاني على المناخ ينشأ عن هباء الكبريتات في الغلاف الجوي الذي يستمر لسنوات ويتفاعل مع توازن الطاقة في الأرض ونظم المحيطات.

Global Coling and the Role of Sulfur Dioxide

وعندما تصل هذه المادة إلى الغلاف الجوي الفولطي، فإنها تخضع للتأكسد إلى حمض السلفوريك (H2SO4)، مما يشكل هباءاً لا بأس به يزيد من ألبيد الأرض بعكس ضوء الشمس، وتمتد فترة هذه الهباء الجوي إلى ما يقرب من سنتين إلى ثلاث سنوات في الغلاف الجوي، أي أكثر بكثير من الأيروسول في الغلاف الجوي، الذي يزيل عن طريق التهطال في غضون أسابيع.

وقد تؤدي الانفجارات الكبيرة في المتفجرات إلى ضخ عشرات الملايين من الأطنان من ثاني أكسيد الكربون، مما يغير كثيرا الميزانية العالمية للإشعاع، فعلى سبيل المثال، تسبب انفجار بيانتوبو في 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون في انخفاض حرارة العالم بنسبة 0.5 درجة مئوية تقريبا، مما يؤثر على درجات الحرارة السطحية فحسب، بل أيضا على أنماط التداول الجوي مثل شمال الأطلسي، ونظم التعاقب في مجال الطقس في العالم.

Ocean Heat Uptake and Delayed Climate Responses

فالمحيطات تؤدي دورا حاسما في التخفيف من آثار المناخ البركاني، ونظرا لأن المياه لها قدرة حرارية عالية، فإنها تستوعب الكثير من الطاقة الحرارية الزائدة للأرض، وبعد حدوث ثورة في الهواء الطلق التي تقلل من الإشعاع الشمسي، فإن المياه السطحية في المحيط تبرد، ولكن المحيط الأعمق لا يزال يفرج عن الحرارة المخزنة في السنوات السابقة، مما يؤدي إلى تأخير الاستجابة للمناخ.

وقد تؤدي هذه الدينامية إلى حدوث تغيرات مستمرة في درجات حرارة سطح البحر وتيار المحيط لسنوات بعد انفجار، وتشير السجلات البالية إلى أن مجموعات من الانفجارات الكبيرة، مثل تلك التي تتراوح بين 1250 و 1300 CE، ساهمت في فترات التبريد الطويلة مثل العصر الجليدي الصغير، وقد كان لهذه الفترات الطويلة من المناخ الأكثر برودة آثار عميقة على المجتمعات البشرية والزراعة والنظم الإيكولوجية.

Positive and Negative Feedbacks in the Climate System

ويمكن للتبريد بواسطة البركان أن يُحدث حلقات تفاعلية داخل نظام المناخ، فعلى سبيل المثال، فإن زيادة الجليد البحري والثلوج من التبريد يزيدان من ارتفاع ألبدو الأرض، مما يعكس المزيد من ضوء الشمس ويزيد من حدة التغذية المرتدة الإيجابية للتبريد، بالإضافة إلى أن الجو المبرد يحتوي على بخار مائي أقل، مما يقلل من تأثير الاحتباس الحراري ويزيد من انخفاض درجات الحرارة.

وعلى العكس من ذلك، فإن الانفجارات التي تحقن كميات كبيرة من بخار المياه، مثل حدث هونغا تونغا، تستحدث غازاً قوياً من غازات الدفيئة قد يتصدى لآثار التبريد، وتتوقف النتيجة المناخية العامة على التوازن بين هذه العمليات المتنافسة، مما يجعل الآثار البركانية على المناخ مجالاً معقداً ونشطاً من مجالات البحث.

Historical Eruptions and Their Documented Climate Effects

إن تحليل الانفجارات البركانية السابقة يوفر رؤية قيمة لحجم وطبيعة التأثيرات البركانية على المناخ والمجتمع، وتبرز عدة أحداث تاريخية بسبب آثارها العالمية والإقليمية الرائعة.

جبل تامبورا (1815) - السنة بدون صيف

إن ثورة جبل تامبورا الكاسحة في نيسان/أبريل 1815 هي أكبر ثورة في التاريخ المسجل، حيث أطلقت نحو 60 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، مما أدى إلى انخفاض درجات الحرارة العالمية بين 0.4 درجة مئوية و 0.7 درجة مئوية. وفي السنة التالية، 1816، أصبحت أوروبا غير مشهورة مثل " الخوف من دون سمر " ، الذي يتسم بانتشار الفشل في المحاصيل.

كما أن التمزق المناخي قد غير الأنماط الريحية، مما أسهم في الجفاف في الهند والصين، وشملت الآثار الاجتماعية الشغب الغذائية، والهجرة الجماعية، وزيادة تفشي الأمراض، مثل جائحة الكوليرا، ولا يزال ثورة تامبورا دراسة حالة أساسية لفهم كيف يمكن للنشاط البركاني أن يهيمن الأزمات البيئية والاجتماعية المتلاشية.

كراكاتوا )١٨٨٣( - الآثار البصرية العالمية والتبريد

إن ثورة كراكاتوا في إندونيسيا عام 1883 قد أحدثت واحدة من أقوى الانفجارات في التاريخ، مما أدى إلى حدوث موجات صدمات وعمود رماد يصل إلى 80 كيلومترا في الغلاف الجوي، وقد تسبب هذا العدد الهائل من الهباء والرماد في شروقات مذهلة وظواهر بصرية في الغلاف الجوي في أنحاء العالم منذ عدة سنوات.

وقد انخفضت درجة الحرارة بنحو ١,٢ درجة مئوية في السنة التي تلت الانفجار، وأثرت هذه الأحداث على أنماط الطقس في المحيط الهادئ، مما قد يسهم في بداية ظروف النينيو، وقد أكد اندلاع كراكاتوا على قدرة الهباء البركاني على التأثير على المناخ والآفات الجوية على نطاق عالمي.

Mount Pinatubo (1991) - A Modern Case Study

وكان انفجار جبل بيناتوبو في الفلبين في عام 1991 أول حدث بركاني رئيسي تم رصده على نطاق واسع بواسطة أدوات ساتلية وأرضية، مما أتاح دراسة غير مسبوقة لآثاره المناخية، وحقن الانفجار نحو 20 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما أدى إلى انخفاض حرارة العالم بنسبة 0.5 درجة مئوية تقريباً، وانخفاض بنسبة 5 في المائة في الإشعاع الشمسي السطحي خلال السنتين التاليتين.

وقد مكّنت البيانات الساتلية من التتبع الدقيق لتشتت الأيروسول والتحقق من التنبؤات المتعلقة بنموذج المناخ، كما عجل اندلاع طبقة الأوزون في بحر بإتاحة أسطح لرد فعل كلورين - كاتازيلي، مما يدل على التفاعل المعقد بين الانبعاثات البركانية والكيمياء في الغلاف الجوي.

هونغا تونغا - هونغا ها درساي (2022) - مناسبة تاريخية

وكان انفجار بركان هونغا - هونغا ها درباي في جنوب المحيط الهادئ في المياه تحت الماء في كانون الثاني/يناير ٢٠٢٢ أمرا استثنائيا بالنسبة للحجم الهائل من بخار المياه الذي أدخله إلى الغلاف الجوي المحسوب ب ١٤٦ مليون طن، وهو ما يتجاوز كثيرا الانبعاثات البركانية النموذجية، ويتحدى هذا الحدث الآراء التقليدية بشأن الآثار المناخية البركانية، حيث أن بخار المياه هو غاز حراري قوي يمكن أن يحدث في الدفء.

وتشير البحوث المبكرة إلى أن هذا الحقن قد يسبب زيادة صغيرة ولكنها قابلة للقياس في درجات الحرارة في الغلاف الجوي، ويؤثر على الديناميات المناخية العالمية لعدة سنوات، ويبرز الانفجار أهمية الكيمياء الاندلاعية وارتفاع الأعماق وتكوين الغاز في تحديد النتائج المناخية، ويؤكد الحاجة إلى مواصلة المراقبة والنماذج.

Modern Monitoring and Prediction: From Satellites to Climate Models

وقد أحدثت التطورات التكنولوجية تحولا في قدرتنا على كشف الآثار البركانية على المناخ ورصدها والتنبؤ بها، وتيسير الإنذارات في الوقت المناسب وتعزيز التفاهم العلمي.

الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل

وتؤدي السواتل المجهزة بصكوك متخصصة دورا حيويا في رصد البركان، إذ أن أجهزة الاستشعار مثل مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس الأوزون الكلي وصك رصد الأوزون تكشف عن ثاني أكسيد الكبريت وسحب الرماد، مما يتيح تتبع تفرق السباك في الوقت الحقيقي، وتوفر طبقة الغلاف الجوي العلوي المتطايري في الغلاف الجوي العلوي في الغلاف الجوي العلوي المتجمد، وصفات عمودية مفصلة لقياس الأيروسولوزال.

وتتيح السواتل الثابتة الأرضية رصدا شبه متواصل لسحب الرماد البركاني، وهو أمر حاسم بالنسبة لسلامة الطيران، وتساعد هذه البيانات على التنبؤ بمسارات نقل الرماد ومستويات التركيز، وتساعد في تقييم المخاطر واتخاذ القرارات.

Climate Models and Volcanic Forcing

وتدمج نماذج المناخ العالمية إجبار الهباء البركاني كمدخل قياسي لتحفيز الآثار الإشعاعية والمناخية للثوران، ويمكن لهذه النماذج تحليل مختلف سيناريوهات الانفجار، وتقدير آثاره على درجة الحرارة، والتهطال، وأنماط التداول، ويساعد إدراج الضغط البركاني على التمييز بين التقلب الطبيعي وتغير المناخ الناجم عن الإنسان، ويحسن دقة التوقعات المناخية.

فعلى سبيل المثال، يعزى التباطؤ الملحوظ في الاحترار العالمي في الفترة من 1998 إلى 2013 جزئيا إلى سلسلة من الانفجارات البركانية المعتدلة التي تزيد من تركيزات الهباء الجوي في الغلاف الجوي، مما يدل على أهمية الإجبار البركاني في تقلب المناخ.

نظم الإنذار المبكر والتنبيهات العامة

وترصد مراصد البركان في جميع أنحاء العالم باستمرار مؤشرات مثل النشاط السيزمي، والتشوهات الأرضية، وانبعاثات الغاز للتنبؤات، وتصدر برامج الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي وتقييمات الأثر التي تسترشد بها جهود الاستجابة لحالات الطوارئ، وتقدم مراكز الطيران الاستشارية للآش البركانية إنذارات في الوقت المناسب استنادا إلى نماذج التشتات الجوية التي تُعد محاكاة الغاز.

وهذه النظم حاسمة في التقليل إلى أدنى حد من الأخطار التي تهدد صحة الإنسان والهياكل الأساسية والنقل، وفي التمكين من التكيف السريع مع حالات الشذوذ المناخي الناجمة عن البركان.

The Potential for Intentional Climate Intervention (Geoengineering)

ونظراً لأن الثورات البركانية تبرد كوكبنا بطبيعة الحال عن طريق حقن الهباء الجوي الكبريتي في طبقة الستراتوسفير، اقترح العلماء نقل هذه العملية من خلال أساليب التدخل المتعمد للمناخ المعروفة بإدارة الإشعاع الشمسي. ويشمل هذا النهج الهندسة الجيولوجية هباءات الكبريت المصطنع أو سلائفها في الستراتوسفير لتعكس ضوء الشمس وتضخيم الاحترار العالمي.

وفي حين أن إدارة المخاطر المؤسسية تعتمد على الأنابيب الطبيعية مثل ثورة بيناتوبو، فإنها تظل مثيرة للجدل إلى حد كبير، وتشمل المخاطر المحتملة استنفاد الأوزون، والأنماط المهيأة المتغيرة، وحالات التعطل المناخي الإقليمي، والتحديات الإدارية المتصلة بالنشر والعواقب غير المقصودة، وبالتالي فإن دراسة الثورات البركانية توفر سريراً قيّماً لتقييم جدوى هذه التدخلات المناخية الواسعة النطاق ومخاطرها وآثارها الأخلاقية.

الاستنتاج: البركان كعناصر فاعلة في مجال المناخ الطبيعي

والفولكان عوامل طبيعية قوية لإجبار المناخ، قادرة على إحداث آثار التبريد والاحترار على حد سواء من خلال التفاعلات المعقدة التي تنطوي على الهباء الجوي والغازات والديناميات الجوية، وتتراوح آثارها بين الاضطرابات الجوية الفورية والتحولات الطويلة الأجل في درجات الحرارة العالمية وأنماط التهطال، والتأثير على النظم الإيكولوجية والمجتمعات البشرية، وما زالت أوجه التقدم في الرصد والنماذج تعزز فهمنا لهذه العمليات المحتملة.

والاعتراف بالدور المزدوج للبراكين - سواء كقوى مدمرة أو مجهزين لنظام المناخ الأرضي - هو أمر أساسي لوضع استراتيجيات مرنة لمواجهة المخاطر الطبيعية والتصدي للتحديات التي يطرحها تغير المناخ.