من المعروف أن ثورات البراكين يصعب التنبؤ بها. قد تكون طريقة جديدة باستخدام الليزر هي المفتاح

عندما تسمع تقارير إخبارية عن البراكين التي تقذف الحمم البركانية والرماد ، قد تقلق بشأن الأشخاص القريبين منك. في الواقع ، يعيش واحد من كل عشرة أشخاص حول العالم على بعد 100 كيلومتر من بركان نشط. بالنسبة لأولئك الذين يعيشون بالقرب من البراكين ، أو الزراعة في تربتهم الخصبة ، أو زيارة مناظرهم الطبيعية الخلابة ، من الأهمية بمكان فهم دوافع ثوران البركان.

لماذا يثور البركان؟ كيف سيتطور الثوران؟ متى ستنتهي؟

يطبق بحثنا الجديد المنشور اليوم في Science Advances تقنية الليزر لقراءة التركيب الكيميائي للصهارة المنفجرة بمرور الوقت.

نظرًا لأن كيمياء الصهارة تؤثر على سيولتها وانفجارها وإمكانية الخطر ، يمكن أن يساعد عملنا في المراقبة والتنبؤ في المستقبل لتطور الانفجارات البركانية.

اقرأ المزيد: لماذا لا نتوقع متى سينفجر البركان؟

فك تشابك كيمياء الذوبان المتفجر

تتكون الصهارة – الصخور المنصهرة – من سائل (يُعرف باسم “الذوبان”) ، وغاز وبلورات تنمو مع انخفاض درجة حرارة الصهارة أثناء رحلتها إلى سطح الأرض.

عندما تندلع الصهارة لتصبح تدفقًا للحمم البركانية ، فإنها ستطلق الغاز (الذي يحتوي على بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت ومركبات أخرى) ويبرد إلى صخرة بركانية. تحتوي هذه الصخرة على بلورات مبردة ببطء داخل البركان ، مدمجة في مصفوفة صخرية أدق يتم تبريدها بسرعة على السطح.

ونتيجة لذلك ، يمكن أن تبدو الصخور البركانية إلى حد ما مثل شوكولاتة “الطريق الصخرية”. البلورات المتكونة في أحشاء البركان هي أرشيفات ممتازة خلال الفترة التي سبقت ثوران البركان. ومع ذلك ، يمكن أن تقف البلورات في طريقنا عندما نريد التركيز على الذوبان الذي يحملها إلى السطح ، وكيف تختلف خصائص الذوبان خلال الثوران.

لعزل إشارة الذوبان ، استخدمنا ليزرًا فوق بنفسجي ، مشابهًا لتلك المستخدمة في جراحة العيون ، لتفجير مصفوفة الصخور بين البلورات الكبيرة.

ثم قمنا بتحليل الجسيمات المولدة بالليزر بواسطة مقياس الطيف الكتلي لتحديد التركيب الكيميائي للمصفوفة البركانية. تسمح الطريقة بإجراء تحليل كيميائي سريع.

يوفر هذا قياسًا أسرع وأكثر تفصيلاً للكيمياء المنصهرة وتطورها بمرور الوقت ، مقارنةً بالتحليل التقليدي للصخور بأكملها ، أو بالفصل الشاق للمصفوفة وشظايا الكريستال من عينات الصخور المكسرة. حتى لو أطلقنا على البلورات “كبيرة” ، فإنها غالبًا ما تكون صغيرة مثل حبة الملح (أو يصل حجمها إلى حبة حمص إذا كنت محظوظًا!) ويصعب إزالتها.

اقرأ المزيد: يمكن استخدام “نبض” البركان للمساعدة في توقع ثورانه التالي

كارثة مدمرة في جزر الكناري

ركزت دراستنا على ثوران عام 2021 في لا بالما ، وهو الانفجار البركاني الأكثر تدميراً في السجل التاريخي في جزر الكناري.

من سبتمبر إلى ديسمبر 2021 ، غطى إجمالي 160 مترًا مكعبًا من الحمم البركانية أكثر من 12 كيلومترًا مربعًا من الأرض. ودمرت أكثر من 1600 منزل وأجبرت على إخلاء أكثر من 7000 شخص وتسببت في خسائر فاقت 860 مليون يورو (1.4 مليار دولار أسترالي).

قمنا بتحليل عينات الحمم البركانية التي تم جمعها بشكل منهجي من قبل المتعاونين معنا في إسبانيا على مدار ثلاثة أشهر من ثوران البركان. هذه عينات ثمينة كما نعرف يوم ثورانها بالضبط ، والعديد من مواقع أخذ العينات مغطاة الآن بحمم لاحقة من الثوران.

باستخدام الطريقة التي تعمل بالليزر ، يمكننا أن نرى اختلافات في كيمياء الحمم البركانية مرتبطة بالتغيرات في الزلازل وانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت ، بالإضافة إلى نمط الثوران والمخاطر الناتجة. وشمل ذلك التغيير من الحمم السميكة التي كانت بمثابة جرافة في بداية الثوران ، إلى الحمم السائلة التي تسببت بسرعة أنهار الحمم البركانية وأنفاق الحمم البركانية في وقت لاحق من الثوران.

وجدنا أيضًا تغييرًا رئيسيًا في كيمياء الحمم البركانية قبل حوالي أسبوعين من انتهاء الثوران ، مما يشير إلى تبريد الصهارة بسبب انخفاض إمدادات الصهارة.

يمكن رصد تغييرات مماثلة كإشارة إلى تلاشي ثوران البركان في الانفجارات المستقبلية حول العالم.

التنبؤ بالنشاط البركاني

لا يمكننا منع البراكين من الانفجار ، ولا يمكننا حتى الآن السفر داخلها كما تصور مؤلف الخيال العلمي الفرنسي جول فيرن ذات مرة. لكن مراقبة البراكين قد تحسنت بشكل كبير في العقود القليلة الماضية للسماح لنا “بإلقاء نظرة خاطفة على” البراكين بشكل غير مباشر والتنبؤ بنشاطها بشكل أفضل.

يهدف عملنا إلى توفير أداة معملية لاختبار العينات البركانية التي تم جمعها أثناء الانفجارات المستقبلية. الهدف هو قراءة تطور الانفجارات ، لفهم سبب بدايتها ومتى ستنتهي.

مع اندلاع حوالي 50 بركانًا في أي وقت حول العالم ، سترى قريبًا بركانًا آخر ينفجر في الأخبار. هذه المرة ، يمكنك التفكير في أهمية علم البراكين لتحسين فهمنا لكيفية عمل البراكين وما يدفعها للانفجار ، لحماية الأشخاص من حولهم.