تشير دراسة جديدة أجراها باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) إلى أن منطقة “لونغ فالي كالديرا” في شرق كاليفورنيا تتقلب وتضطرب بلا هوادة، بينما تبرد غرفة الصهارة العميقة الخاصة بها من أجل نوم طويل وعميق.
ووفق البيان الصحفي الصادر عن المعهد فقد لاحظ الباحثون منذ ثمانينيات القرن الماضي حدوث فترات كبيرة من الاضطرابات في منطقة جبال سييرا نيفادا الشرقية بكاليفورنيا، والتي تتميز بسلاسل من الزلازل، بالإضافة إلى انتفاخ الأرض وارتفاعها بمقدار نصف بوصة (1.5 سنتيمتر تقريبا) سنويا خلال هذه الفترات.
نشاط مثير للقلق
وقد أثار هذا النشاط القلق، لأن المنطقة التي تسمى لونغ فالي كالديرا تقع فوق بركان هائل خامد منذ 760 ألف عام، وقد تشكلت نتيجة ثوران عنيف أرسل 650 كيلومترا مكعبا من الرماد في الهواء، وهو حجم يمكن أن يغطي منطقة لوس أنجلوس بأكملها في طبقة من الرواسب يبلغ سمكها كيلومترا واحدا.
ولونغ فالي كالديرا هو منخفض يقع شرق كاليفورنيا بجوار جبل الماموث، ويعتبر هذا الوادي واحدا من أكبر البحيرات البركانية والتي تعرف باسم الكالديرا. ويبلغ طوله من الشرق إلى الغرب 32 كيلومترا، وعرضه من الشمال إلى الجنوب 18 كيلومترا، بينما يصل عمقه إلى 910 أمتار.
ولكن ما السبب وراء النشاط المتزايد في العقود الماضية، هل يمكن أن تكون المنطقة تستعد للانفجار مرة أخرى، أو هل يمكن أن يكون الارتفاع في النشاط في الواقع علامة على أن خطر حدوث ثوران هائل آخذ في التناقص؟
للإجابة عن هذه الأسئلة، أنشأ باحثو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا صورا شديدة التفصيل لما يجري تحت الأرض في لونغ فالي كالديرا، حيث وصلت الصور إلى عمق 10 كيلومترات داخل القشرة الأرضية. وتكشف هذه الصور عالية الدقة عن بنية الأرض تحت الكالديرا وتظهر أن النشاط الزلزالي الأخير هو نتيجة لإطلاق السوائل والغازات من البركان مع حدوث تبريد للمنطقة واستقرارها.
يقول تشونغوين زان أستاذ الجيوفيزياء بالمعهد “لا نعتقد أن المنطقة تستعد لثوران بركاني هائل آخر، لكن عملية التبريد قد تطلق ما يكفي من الغاز والسوائل لتتسبب بزلازل وانفجارات صغيرة. فعلى سبيل المثال، في مايو/أيار 1980 وقعت 4 زلازل بقوة 6 درجات في المنطقة وحدها”.
أجهزة قياس الموجات الزلزالية
لإنشاء تلك الصور، استخدم الباحثون قياس الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل، حيث تولد الزلازل نوعين من الموجات: الأولية وتعرف باسم موجات بي، والثانوية وتعرف باسم موجات إس. ينتقل كلا النوعين من الموجات بسرعات مختلفة عبر المواد المختلفة، حيث تتباطأ الموجات بسبب المواد المرنة مثل السوائل ولكنها تنتقل بسرعة عبر مواد صلبة جدا مثل الصخور.
وقد سمح لهم استخدام تلك الأجهزة بقياس التناقضات في توقيت الموجات وتحديد خصائص المواد -مدى مرونتها أو صلابتها- التي تنتقل عبرها، وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من إنشاء صور للبيئة تحت السطح.
وقد أظهرت تلك الصور عالية الدقة التي أنشأها الباحثون أن حجرة الصهارة البركانية مغطاة بغطاء متصلب من الصخور المتبلورة التي تتشكل عندما تبرد الصهارة السائلة وتتصلب.
ورغم وجود عشرات من أجهزة قياس الزلازل في جميع أنحاء منطقة سييرا الشرقية، فإن التقنية التي استخدمها فريق زان تستخدم كابلات الألياف الضوئية (مثل تلك التي توفر الإنترنت) لإجراء قياسات زلزالية في عملية تسمى الاستشعار الصوتي الموزع.
وعلى مدى عام ونصف، استخدم الفريق الكابل لقياس أكثر من ألفي حدث زلزالي، معظمها صغير جدا بحيث لا يمكن للناس أن يشعروا به، ومن ثم عالجت خوارزمية التعلم الآلي تلك القياسات وطوّرت الصورة الناتجة.
مستقبل الاستشعار الصوتي الموزع
هذه الدراسة تعد هي المرة الأولى التي يتم فيها إنشاء مثل هذه الصور العميقة وعالية الدقة باستخدام تقنية الاستشعار الصوتي الموزع، فقد كانت الصور السابقة التي استخدمت التصوير المقطعي المحلي إما محصورة فقط في البيئة السطحية الضحلة على أعماق حوالي 5 كيلومترات، أو غطت مساحة أكبر بدقة أقل.
يقول إيتوري بيوندي، عالم الاستشعار الصوتي الموزع في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف الأول للدراسة التي نشرت في دورية ساينس أدفانسز “إن هذه هي إحدى المرات الأولى التي تبين كيفية قيام الاستشعار الصوتي الموزع بتغيير فهمنا لديناميكيات القشرة الأرضية، ونحن متحمسون لتطبيق تكنولوجيا مماثلة على مناطق أخرى حيث نشعر بالفضول بشأن البيئة تحت السطح”.
ويخطط الفريق في المستقبل لاستخدام كابل بطول 200 كيلومتر لتصوير أعمق في قشرة الأرض، إلى عمق يتراوح بين 15 و20 كيلومترا، حيث تبرد غرفة الصهارة في كالديرا؛ قلبها النابض.