لطالما اعتقد علماء الجيولوجيا أن الماء -جنبا إلى جنب مع الصهارة الضحلة المخزنة في القشرة الأرضية- يدفعان البراكين إلى الانفجار. لكن الآن، وبفضل أدوات البحث المطورة حديثا في جامعة كورنيل الأميركية، أدرك العلماء أن غاز ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يؤدي إلى ثوران بركاني.
ويشير بحث جديد إلى أن البراكين البازلتية، الموجودة عادةً في الجزء الداخلي من الصفائح التكتونية، تتغذى بواسطة صهارة عميقة داخل الوشاح، مخزنة على بعد حوالي 20 إلى 30 كيلومترا تحت سطح الأرض.
ونُشر البحث الذي يقدم صورة أوضح للديناميكيات والتكوين الداخلي العميق لكوكبنا، مع ما يترتب على ذلك من تحسين التخطيط للمخاطر البركانية؛ في السابع من أغسطس/آب الجاري في دورية “بروسيدنجز أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف ساينسز”.
تغيير المفهوم السائد
وقال “إستيبان جازيل” كبير مؤلفي الدراسة والأستاذ في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي في جامعة كورنيل “لقد اعتدنا أن نعتقد أن كل الأحداث حدثت في القشرة الأرضية”، بينما “تشير بياناتنا إلى أن الصهارة تأتي مباشرة من الوشاح وتمر بسرعة عبر القشرة مدفوعة بمرحلة عملية ينفصل فيها غاز ثاني أكسيد الكربون عن السوائل الموجودة”.
ويشير جازيل في البيان الصحفي المنشور على موقع “فيز دوت أورغ” إلى أن هذا يغير تماما من المفهوم السائد عن كيفية حدوث الانفجارات البركانية، والذي تسيطر فيه فكرة أن الماء هو المحرك الرئيسي للثوران، لكن الماء ليس له علاقة تذكر بهذه البراكين، لأن ثاني أكسيد الكربون هو الذي يجلب هذه الصهارة من أعماق الأرض.
وتبدأ قصة الوصول لتلك النتائج الجديدة منذ حوالي 4 سنوات حينما طور جازيل ومجموعته البحثية مقياسا لكثافة ثاني أكسيد الكربون عالي الدقة، واستخدموه لقياس العينات الطبيعية مثل الفقاعات الغنية بثاني أكسيد الكربون بحجم مجهري محاصرة في بلورات منبثقة من الانفجار البركاني، لتقديم تأريخ للصهارة.
وهذه التقنية الجديدة ضرورية للقيام بتقديرات دقيقة حول الوقت الفعلي لتخزين الصهارة، وقد تم اختبارها من قبل مجموعة جازيل خلال ثوران بركان في لاس بالماس بجزر الكناري خلال 2021.
علاوة على ذلك، طوّر العلماء طرقا لتقييم تأثير تسخين الليزر على شوائب غنية بثاني أكسيد الكربون وجدت مغموسة في البلورات، ولتقييم محتوى الذوبان وأحجام الفقاعات بدقة. كما طوروا طريقة إعادة تسخين تجريبية لزيادة الدقة وحساب ثاني أكسيد الكربون المحاصر على شكل بلورات كربونات داخل الفقاعات بشكل صحيح.
التطبيق على بركان فوغو
باستخدام هذه الأدوات الجديدة، فحص العلماء الرواسب البركانية من بركان فوغو في كابو فيردي، غرب السنغال في المحيط الأطلسي. ووجدوا تركيزا عاليا من المواد المتطايرة في شوائب الذوبان صغيرة الحجم المغطاة ببلورات سيليكات الحديد والمغنيسيوم. وتشير الكمية الأكبر من ثاني أكسيد الكربون الموجودة في البلورات إلى أن الصهارة كانت مخزنة عشرات الكيلومترات تحت السطح داخل وشاح الأرض. واكتشفت المجموعة أيضا أن هذه العملية مرتبطة بمصدر الوشاح العميق الذي يغذي هذه البراكين.
ويشير هذا إلى أن الانفجارات البركانية، مثل اندلاع فوغو البركاني، تبدأ وتتغذى من الوشاح، متجاوزة بشكل فعال التخزين في قشرة الأرض ويدفعها ثاني أكسيد الكربون العميق إلى الانفجار.
وتقول شارلوت ديفيتر -وهي من أعضاء المجموعة البحثية- “هذه الصهارة لها لزوجة منخفضة للغاية وتأتي مباشرة من الوشاح، لذلك هنا، لا يمكن أن تلعب اللزوجة والماء الأدوار الشائعة التي تؤديها في الأنظمة البركانية الضحلة أو الغنية بالسيليكا”.
وبدلا من ذلك، في بركان فوغو، تم دفع الصهارة سريعا بواسطة ثاني أكسيد الكربون، ومن المحتمل أن يؤدي ذلك إلى دور مهم في سلوكها المتفجر. وهذه خطوة رئيسية في فهمنا للضوابط التي تتحكم في الانفجارات البازلتية.
خطة أفضل للانفجارات المستقبلية
يقول جازيل، إن فهم تخزين الصهارة يساعد على إعداد المجتمع بشكل أفضل للانفجارات المستقبلية، ونظرا لأن تخزين الصهارة العميقة لن يتم اكتشافه من خلال تشوه الأرض حتى يقترب الذوبان من السطح، فإن هذا له تداعيات مهمة على فهمنا للمخاطر البركانية.
ويضيف “من خلال القياسات الدقيقة التي تخبرنا أين تبدأ الانفجارات، وأين تذوب الصهارة وأين يتم تخزينها وما الذي يؤدي إلى اندلاع البركان؛ يمكننا تطوير خطة أفضل بكثير للانفجارات المستقبلية”.