اكتشف العلماء الزناد الخفي وراء الانفجارات البركانية

اكتشف العلماء أن قوى القص داخل الصهارة الصاعدة يمكن أن تخلق فقاعات غاز قبل وقت طويل من حدوث انخفاض الضغط.

تتشكل شدة الانفجار البركاني من خلال عدد فقاعات الغاز التي تتطور في الصهارة وعند أي نقطة تظهر. حتى وقت قريب، كان العلماء يعتقدون أن معظم الفقاعات تتشكل بشكل رئيسي عندما شهدت الصهارة المتصاعدة انخفاضًا في الضغط المحيط بها.

عند المستويات الأعمق، يؤدي الضغط المرتفع إلى إبقاء الغازات مذابة، ولكن بمجرد انخفاض الضغط، تنفصل هذه الغازات وتكوّن فقاعات. مع زيادة أعداد الفقاعات، تصبح الصهارة أقل كثافة وتتحرك للأعلى بسرعة أكبر، مما قد يؤدي إلى تكسرها وثورانها بشكل انفجاري.

يمكن إجراء مقارنة بسيطة بزجاجة من الشمبانيا. أثناء إغلاق الزجاجة وتحت الضغط، يبقى ثاني أكسيد الكربون مذابًا في السائل. يؤدي فتح الزجاجة إلى خفض الضغط، مما يسمح للغاز بتكوين فقاعات. ترفع هذه الفقاعات السائل نحو عنق الزجاجة ويمكن أن تتسبب في رشه بقوة.

ومع ذلك، فإن هذا الرأي لا يروي القصة بأكملها – لأن بعض البراكين، بما في ذلك جبل سانت هيلينز في واشنطن بالولايات المتحدة الأمريكية، وكويزابو في تشيلي، كانت تطلق أحيانًا حممًا بلطف حتى عندما كانت الصهارة تحتوي على كميات كبيرة من الغاز القادر على إنتاج انفجار قوي. قدمت الآن مجموعة بحث دولية تضم عالمًا من ETH Zurich طريقة جديدة لفهم هذا اللغز الذي طال أمده.

القص كعامل جديد

وفي دراسة حديثة نشرت في علومأفاد الفريق أن الفقاعات يمكن أن تظهر أيضًا في الصهارة الصاعدة عندما تتعرض لقوى القص، وليس فقط عندما ينخفض ​​الضغط. عندما تنمو هذه الفقاعات داخل الأجزاء العميقة من القناة البركانية، يمكنها الاندماج وإنشاء مسارات تسمح للغاز بالهروب. إذا تم إطلاق الغاز مبكرًا عبر هذه القنوات، فيمكن للصهارة أن تصل إلى السطح بتدفق أكثر هدوءًا.

يمكننا أن نتخيل قوى القص في الصهارة مثل تحريك وعاء من العسل: يتحرك العسل بشكل أسرع حيث يتم تحريكه بالملعقة. عند حافة الجرة، حيث يكون الاحتكاك أعلى، يتحرك بشكل أبطأ. وتحدث عملية مماثلة في القنوات البركانية: تتحرك الصهارة بشكل أبطأ عند حافة القناة، حيث يكون الاحتكاك أكبر، مما تفعله في الداخل. يؤدي ذلك إلى “عجن” الصخور المنصهرة، مما يؤدي إلى إنتاج فقاعات من الغاز.

يوضح أوليفييه باخمان، أستاذ علم البراكين والصخور الصهارية في ETH Zurich وأحد المؤلفين المشاركين: “أظهرت تجاربنا أن الحركة في الصهارة بسبب قوى القص كافية لتشكيل فقاعات غازية – حتى بدون انخفاض في الضغط”. تظهر تجارب الباحثين أن الفقاعات تتشكل في المقام الأول بالقرب من حواف القناة، حيث تكون قوى القص أقوى. الفقاعات الموجودة تزيد من تعزيز هذا التأثير. يقول باخمان: “كلما زادت كمية الغاز التي تحتويها الصهارة، قلت الحاجة إلى القص لتكوين الفقاعة ونموها”.

لماذا لا تنفجر البراكين المتفجرة في بعض الأحيان؟

وفقًا للنتائج الجديدة، فإن الصهارة ذات المحتوى الغازي المنخفض والتي تبدو غير قابلة للانفجار يمكن أن تؤدي مع ذلك إلى انفجار قوي إذا تشكل عدد كبير من الفقاعات بسبب القص الواضح، وبالتالي تنطلق الصهارة للأعلى بسرعة.

على العكس من ذلك، يمكن أن تتسبب قوى القص أيضًا في تطور الفقاعات واندماجها في مرحلة مبكرة في الصهارة الغنية بالغاز والتي يحتمل أن تكون قابلة للانفجار، مما يؤدي إلى تكوين قنوات تفريغ في الصهارة تؤدي إلى انخفاض ضغط الغاز. يقول باخمان: «لذلك يمكننا تفسير سبب تدفق بعض الصهارة اللزجة بلطف بدلًا من الانفجار، على الرغم من محتواها العالي من الغاز، وهو لغز ظل يحيرنا لفترة طويلة».

أحد الأمثلة على ذلك هو ثوران بركان جبل سانت هيلين في عام 1980. وعلى الرغم من أن الصهارة كانت غنية بالغاز وبالتالي من المحتمل أن تكون قابلة للانفجار، فقد بدأ الثوران بوضع تدفق بطيء للغاية من الحمم البركانية داخل المخروط البركاني. أنتجت قوى القص القوية المؤثرة على الصهارة فقاعات غازية إضافية سمحت في البداية بإطلاق الغاز. فقط عندما أدى الانهيار الأرضي إلى فتح فتحة البركان بشكل أكبر وكان هناك انخفاض سريع في الضغط، انفجر البركان. وتشير نتائج الدراسة إلى أن العديد من البراكين ذات الصهارة اللزجة تسمح للغازات بالهروب بكفاءة أكبر مما كان يعتقد سابقا.

تجربة معملية خاصة

ومن أجل تصور العمليات داخل البركان، طور الباحثون تجربة خاصة: أخذوا سائلا لزجا يشبه الصخور المنصهرة وأشبعوه بغاز ثاني أكسيد الكربون.

ثم لاحظوا ما يحدث إذا تم تحريك السائل الشبيه بالحمم البركانية بواسطة قوى القص. بمجرد أن تتجاوز قوى القص عتبة معينة، تتشكل فقاعات الغاز فجأة في السائل. كلما زاد التشبع الأولي للغاز، قلت الحاجة إلى القص لتكوين المزيد من فقاعات الغاز. ووجد الباحثون أيضًا أن وجود الفقاعات الموجودة يشجع على تكوين فقاعات أخرى في بيئتها المباشرة.

قام الباحثون بدمج هذه الملاحظات مع المحاكاة الحاسوبية للانفجارات البركانية. ومن خلال القيام بذلك، أظهروا أن التأثير من المحتمل أن يحدث بشكل خاص في المناطق التي تتدفق فيها الصهارة اللزجة على طول جدران القناة، وبالتالي تتعرض لقوى قص قوية.

ومن خلال عملهم، يقدم الباحثون قطعة جديدة وحيوية من اللغز عندما يتعلق الأمر بفهم أفضل للعمليات التي تحدث داخل البراكين النشطة، وبشكل أكثر دقة، تقييم كيفية ثوران البراكين. يقول باخمان، المؤلف المشارك في الدراسة: “من أجل التنبؤ بشكل أفضل بإمكانات خطر البراكين، نحتاج إلى تحديث نماذج البراكين لدينا وأخذ قوى القص في القنوات في الاعتبار”.

المرجع: “تنوي الفقاعة الناجم عن القص في الصهارة” بقلم أوليفييه روش، وجان ميشيل أندانسون، وآلان ديكويدت، وكريستيان هوبر، وأوليفييه باخمان، وديفيد بينيل، 6 نوفمبر 2025، علوم.
دوى: 10.1126/science.adw8543

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.