ما هي أهم المعلومات عن البراكين وآلية نشوئها؟

الحمم والغاز ومخاطر أخرى جميعها أحد عناصر قائمة المخاطر المرتبطة بالانفجارات البركانية الطويلة والمتنوعة، فعلى سبيل المثال قد نصادف أثناء الانفجارات البركانية تدفقات الحمم البركانية والانفجارات وسحب الغازات السامة وسقوط الرماد وتدفقات الحمم البركانية والانهيارات الجليدية والتسونامي والتدفقات الطينية.

بالإضافة إلى هذه المخاطر المباشرة ينتج عن النشاط البركاني آثار ثانوية مثل تلف الممتلكات وفقدان المحاصيل، وربما التغيرات في الطقس والمناخ، قد تم العثور على منطقة جذر البراكين على بعد 70 إلى 200 كيلومتر (40 إلى 120 ميل) تحت سطح الأرض، هناك في الوشاح العلوي للأرض حيث تكون درجات الحرارة عالية بما يكفي لإذابة الصخور وتشكيل الصهارة، وفي هذه الأعماق تكون الصهارة عموماً أقل كثافة من الصخور الصلبة المحيطة بها، والتي تعلوها وبالتالي ترتفع نحو السطح بفعل قوة الجاذبية الطافية.

وفي بعض الحالات كما هو الحال في المناطق الواقعة تحت سطح البحر، حيث تنفصل الصفائح التكتونية لقشرة الأرض، قد تتحرك الصهارة مباشرة إلى السطح من خلال الشقوق التي تصل إلى عمق الوشاح، وفي حالات أخرى تتجمع في خزانات كبيرة تحت الأرض تُعرف بغرف الصهارة قبل أن تنفجر على السطح، تسمى الصخور المنصهرة التي تصل إلى السطح باسم الحمم البركانية.

إن معظم الصهارة التي تكونت عن طريق الذوبان الجزئي للوشاح هي بازلتية في التركيب، لكنها عندما تصعد فإنها تمتص السيليكا والصوديوم والبوتاسيوم من الصخور المضيفة المحيطة، يتم تصنيف الصخور البركانية التي تم العثور عليها، حيث تنفجر الصهارة على السطح إلى أربعة أنواع رئيسية، أو (عشائر) وهي: البازلت والأنديسايت والداسيت والريوليت.

يتم تصنيف هذه الصخور أساساً من خلال محتواها من السيليكا والذي يتراوح من حوالي 50 بالمائة للبازلت إلى حوالي 75 بالمائة للريوليت، ومع زيادة محتوى السيليكا تصبح أنواع الصخور عموماً أكثر لزوجة، إذا تم النظر في تدفقات الحمم البركانية الشاسعة غير المرئية لنظام التلال المحيطية، فإن تدفقات الحمم البركانية هي أكثر المنتجات شيوعاً لبراكين الأرض.

الأنواع الرئيسية لتدفق الحمم البركانية في العالم:

يوجد نوعان رئيسيان من تدفق الحمم البركانية يشار إليهما في جميع أنحاء العالم بأسمائهما في هاواي: (pahoehoe) تدفق أكثر سلاسة مع سطح أملس و aa (أو a’a) تدفق أكثر لزوجة سطحه مغطى بأكوام سميكة مختلطة من كتل حادة فضفاضة، إن كلا النوعين لهما نفس التركيب الكيميائي، لكن يبدو أن الاختلاف يكون في درجة الحرارة البركانية وسرعة حركة التدفق.

وما يصل إلى 99 في المائة من جزيرة هاواي تتكون من تدفقات (aa و pahoehoe)، ولكن في الواقع اندلع بركان (Kilauea) بشكل مستمر منذ عام 1983، حيث غطت تدفقات الحمم البركانية أكثر من 100 كيلومتر مربع (40 ميل مربع) من الأرض وإضافة أكثر من 2 كيلومتر مربع (0.8 ميل مربع) إلى الجزيرة، حيث انسكبت الحمم البركانية في المحيط، وفي منطقة البحر الأبيض المتوسط ​ أطلق جبل إتنا الحمم البركانية أكثر من 150 مرة منذ أول نشاط مسجل له في 1500 قبل الميلاد.

إن الانفجارات البركانية الضخمة ناتجة عن التمدد السريع للغازات، والتي بدورها يمكن أن تحدث عن طريق خفض الضغط المفاجئ لنظام حراري مائي ضحل أو جسم صهارة مشحونة بالغاز أو عن طريق الخلط السريع للصهارة بالمياه الجوفية، كما يعتبر الرماد والرماد والشظايا الساخنة والقنابل التي ألقيت في هذه الانفجارات من المنتجات الرئيسية التي لوحظت في الانفجارات البركانية حول العالم.

يتم تصنيف هذه المنتجات الصلبة حسب الحجم، والغبار البركاني هو الأفضل حيث أنه عادة ما يتعلق بقوام الدقيق، والرماد البركاني جيد أيضاً ولكنه أكثر شجاعة مع جزيئات تصل إلى حجم حبيبات الأرز، أما الرماد الذي يسمى أحياناً (scoriae) هو التالي في الحجم؛ حيث يمكن أن تتراوح هذه الأجزاء الخشنة من 2 مم (0.08 بوصة) إلى حوالي 64 مم (2.5 بوصة)، وتسمى الشظايا الأكبر من 64 ملم إما كتل أو قنابل.

عادة ما تكون الكتل البركانية عبارة عن صخور أقدم تكسرها الفتحة المتفجرة لفتحة جديدة، وقد تم إلقاء قطع كبيرة من القذائف في مثل هذه الانفجارات على مسافة تصل إلى 20 كيلو متر (12 ميلاً) من الفتحة، وفي المقابل تكون القنابل البركانية متوهجة وناعمة بشكل عام أثناء طيرانها، ومن الممكن أن تأخذ بعض القنابل أشكالاً غريبة ملتوية أثناء دورانها في الهواء، البعض الآخر لديه قشرة متصدعة ومنفصلة تبرد وتتصلب أثناء الطيران يطلق عليهم اسم (قنابل الخبز).

يمكن أن يتسبب الانفجار الموجه الذي يفشل فيه أحد جوانب مخروط بركاني، كما حدث في جبل سانت هيلينز بالولايات المتحدة في عام 1980، في تدمير عدة مئات من الكيلومترات المربعة على الجانب الفاشل من البركان، وهذا يكون صحيح بشكل خاص إذا كانت سحابة الانفجار محملة بشكل كبير بالحطام الشظوي وأصبحت كثيفة ومسيولة، ثم يأخذ خصائص مشابهة لتدفق الحمم البركانية.

ما المقصود بتدفقات البيروكلاستك؟

تدفقات البيروكلاستيك هي أخطر جوانب النشاط البركاني المتفجر وتدمرها، وتُعرف باسم (nuées ardentes) أي الغيوم المتوهجة أو الانهيارات المتوهجة أو تدفقات الرماد، فهي تحدث بأحجام وأنواع عديدة لكن السمة المشتركة لها هي مستحلب مميع من الجسيمات البركانية والغازات البركانية والهواء المحاصر، مما يؤدي إلى تدفق لزوجة منخفضة بدرجة كافية لتكون شديدة الحركة وذات كثافة عالية بما يكفي لعناق سطح الأرض.

يمكن أن يتدفق تدفق الحمم البركانية فوق حافة الفتحة الصاعدة أو قد يتشكل عندما يصبح عمود الرماد كثيفاً جداً بحيث يتعذر عليه الاستمرار في الارتفاع ثم العودة إلى الأرض، في الانهيارات الرئيسية للكالديرا المرتبطة بالبراكين المتفجرة، وقد تصدر تدفقات الحمم البركانية الضخمة من كسور الحلقة مع انحسار كتلة الكالديرا.

ويمكن أن تتحرك تدفقات البيروكلاستيك بسرعات تصل إلى 160 كم (100 ميل) في الساعة وتتراوح درجات الحرارة من 100 إلى 700 درجة مئوية (212 إلى 1300 درجة فهرنهايت)، إن هذه البراكين تكتسح وتحرق كل شيء تقريباً في طريقها، غالباً ما تقتصر تدفقات الحمم البركانية الأصغر على الوديان.

وقد تنتشر تدفقات الحمم البركانية الكبيرة كوديعة شاملة عبر عدة مئات أو حتى آلاف الكيلو مترات المربعة حول انهيار كالديرا رئيسي، خلال المليوني سنة الماضية قد تعرضت المنطقة المحيطة بمنتزه يلوستون الوطني في غرب الولايات المتحدة لثلاث انهيارات كالديرا الرئيسية التي تضمنت ثورات بركانية من الحمم البركانية من 280 إلى 2500 كيلو متر مكعب (67 إلى 600 ميل مكعب) من تدفقات الرماد وسقوط الرماد.

ما المقصود بسحب الغاز المنبعثة من البراكين؟

حتى خارج حدود التدمير المتفجر، فإن السحب الغازية الساخنة المحملة بالرماد المرتبطة بالانفجار يمكن أن تحرق الغطاء النباتي وتقتل الحيوانات والبشر بالاختناق، قد تحتوي سحب الغاز المنبعثة من (fumaroles) (فتحات الغاز البركاني) أو من الانقلاب المفاجئ لبحيرة فوهة البركان على غازات خانقة أو سامة مثل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت.

في بحيرة نيوس وهي بحيرة فوهة بركان في الكاميرون غرب إفريقيا قُتل أكثر من 1700 شخص بسبب الانبعاث المفاجئ لثاني أكسيد الكربون في أغسطس من عام 1986، كما يعتقد العلماء أن ثاني أكسيد الكربون من أصل بركاني كان يتسرب إلى البحيرة ربما لقرون و تراكمت في طبقاتها العميقة.

كما يُعتقد أن بعض الاضطرابات مثل الانهيار الأرضي الكبير في البحيرة، حيث يمكن أن يكون قد تسبب في انفجار الغاز، مما أدى إلى حدوث فوران أدى إلى تحريك البحيرة وبدء تفريغ الغاز، والغازات البركانية الأكثر شيوعاً هي بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت بالإضافة إلى كبريتيد الهيدروجين.

توجد أيضاً كميات صغيرة من العناصر والمركبات المتطايرة الأخرى مثل الهيدروجين والهيليوم والنيتروجين وكلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين والزئبق، تعتمد المركبات الغازية المحددة المنبعثة من الصهارة على درجة الحرارة والضغط والتركيب العام للعناصر المتطايرة الموجودة.

كما أن كمية الأكسجين المتاحة ذات أهمية حاسمة في تحديد الغازات المتطايرة الموجودة، وعندما ينقص الأكسجين يكون الميثان والهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين مستقراً كيميائياً، ولكن عندما تختلط الغازات البركانية الساخنة مع الغازات الجوية فإن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت تكون مستقرة.

إن بعض الغازات البركانية أقل قابلية للذوبان في الصهارة من غيرها وبالتالي تنفصل عند ضغوط أعلى، تشير الدراسات في (Kilauea) في هاواي إلى أن ثاني أكسيد الكربون يبدأ في الانفصال عن الصهارة الأم على أعماق حوالي 40 كيلو متر (أي 25 ميل)، في حين أن معظم غازات الكبريت والماء لا يتم إطلاقها حتى تصل الصهارة تقريباً إلى السطح (سطح الأرض).

فومارولس التي تقع بالقرب من حفرة (Halemaumau) في قمة تسمى باسم (Kilauea) غنية بثاني أكسيد الكربون الذي يتسرب من غرفة الصهارة الواقعة على بعد 3 إلى 4 كيلو متر (1.9 إلى 2.5 ميل) تحت السطح، ومع ذلك فإن فومارولس في مناطق الصدع في كيلويا أكثر ثراءً في بخار الماء والكبريت؛ لأن الكثير من ثاني أكسيد الكربون يتسرب بعيداً في القمة قبل أن تتسلل الصهارة إلى مناطق الصدع.