عمود الانفجار

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
الرسوم المتحركة عبر الأقمار الصناعية لعمود الثوران الأولي وموجة الصدمة من هونجا تونجا – هونجا هاباي في 15 يناير 2022

عمود الثوران أو سحابة الرماد البركاني عبارة عن سحابة من الرماد والتيفرا شديدة السخونة معلقة في غازات تنبعث أثناء ثوران بركاني انفجاري . تشكل المواد البركانية عمودًا رأسيًا أو سحابة قد ترتفع عدة كيلومترات في الهواء فوق فوهة البركان. في أكثر الانفجارات البركانية انفجارًا، قد يرتفع عمود الثوران لأكثر من 40 كيلومترًا (25 ميلًا) ، مخترقًا طبقة الستراتوسفير . يُعدّ حقن الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير بواسطة البراكين سببًا رئيسيًا لتغير المناخ على المدى القصير .  

من الظواهر الشائعة في الانفجارات البركانية الانفجارية انهيار عمود الحمم البركانية، عندما يصبح هذا العمود كثيفًا جدًا بحيث لا تستطيع تيارات الهواء رفعه عاليًا في السماء، فيسقط بدلًا من ذلك على منحدرات البركان مُشكِّلًا تدفقات أو اندفاعات بركانية فتاتية (مع أن الأخيرة أقل كثافة). وفي بعض الأحيان، إذا لم تكن كثافة المواد كافية للسقوط، فقد تُشكِّل سحبًا بركانية ركامية .

تشكيل

عمود الثوران فوق جبل بيناتوبو في الفلبين ، 12 يونيو 1991

تتشكل أعمدة الثوران في النشاط البركاني الانفجاري، عندما يؤدي التركيز العالي للمواد المتطايرة في الصهارة الصاعدة إلى تفتيتها إلى رماد بركاني ناعم وتيفرا خشنة . يُقذف الرماد والتيفرا بسرعات تصل إلى عدة مئات من الأمتار في الثانية، ويمكن أن يرتفعا بسرعة إلى ارتفاعات تصل إلى عدة كيلومترات، مدفوعين بتيارات الحمل الحراري الهائلة .

قد تكون أعمدة الانفجار عابرة، إذا تشكلت بفعل انفجار منفصل، أو مستدامة، إذا نتجت عن ثوران مستمر أو انفجارات منفصلة متقاربة.

بناء

يتم رفع المواد الصلبة والسائلة في عمود الانفجار بواسطة عمليات تختلف مع صعود المادة: [ 1 ]

  • في قاعدة العمود، تُدفع المواد بقوة إلى أعلى خارج الفوهة بفعل ضغط الغازات المتمددة بسرعة، وخاصة البخار. تتمدد الغازات لأن ضغط الصخور فوقها ينخفض ​​بسرعة كلما اقتربت من السطح. تُسمى هذه المنطقة بمنطقة دفع الغاز ، وعادةً ما تمتد لمسافة كيلومتر أو كيلومترين فقط فوق الفوهة.
  • تغطي منطقة الدفع الحراري معظم ارتفاع العمود. وتتميز منطقة دفع الغاز باضطراب شديد، حيث يختلط الهواء المحيط بها ويسخن. يتمدد الهواء، مما يقلل كثافته ويرفعه إلى الأعلى. يحمل الهواء الصاعد معه جميع المواد الصلبة والسائلة التي جرفها الانفجار البركاني.
  • مع ارتفاع عمود البركان في الهواء المحيط الأقل كثافة، سيصل في النهاية إلى ارتفاع تتساوى فيه كثافة الهواء الساخن الصاعد مع كثافة الهواء البارد المحيط. في هذه المنطقة المحايدة للطفو، لن ترتفع المواد البركانية بفعل الحمل الحراري، بل بفعل زخمها الصاعد فقط. تُسمى هذه المنطقة بمنطقة المظلة ، وعادةً ما تتميز بامتداد عمود البركان جانبيًا. تتساوى كثافة المواد البركانية والهواء البارد المحيط عند قاعدة منطقة المظلة، وتُحدد قمتها بأقصى ارتفاع يحمل فيه الزخم المواد إلى الأعلى. ولأن السرعات منخفضة جدًا أو معدومة في هذه المنطقة، فإنها غالبًا ما تتعرض للتشوه بفعل رياح الستراتوسفير.

ارتفاعات الأعمدة

عمود ثوران يرتفع فوق بركان ريدوبت ، ألاسكا، في 21 أبريل 1990، والذي وصل إلى ارتفاع حوالي 9 كم (5.6 ميل) [ 2 ]  

سيتوقف عمود البركان عن الارتفاع بمجرد وصوله إلى ارتفاع يصبح فيه أكثر كثافة من الهواء المحيط. وتتحكم عدة عوامل في الارتفاع الذي يمكن أن يصل إليه عمود البركان.

تشمل العوامل الداخلية قطر فوهة البركان، ومحتوى الغاز في الصهارة، وسرعة قذفها . أما العوامل الخارجية، فقد تكون مهمة، حيث تحدّ الرياح أحيانًا من ارتفاع عمود الصهارة، كما يلعب تدرج درجة الحرارة المحلي دورًا مهمًا. تنخفض درجة حرارة الغلاف الجوي في طبقة التروبوسفير عادةً بمقدار 6-7 كلفن /كم، ولكن التغيرات الطفيفة في هذا التدرج قد يكون لها تأثير كبير على الارتفاع النهائي لعمود الصهارة. نظريًا، يُعتقد أن أقصى ارتفاع يمكن تحقيقه لعمود الصهارة يبلغ حوالي 55 كم (34 ميلًا) . أما عمليًا، فتتراوح ارتفاعات عمود الصهارة بين 2 و45 كم (1.2-28.0 ميلًا) .    

تخترق أعمدة الرماد البركاني، التي يصل ارتفاعها إلى أكثر من 20-40 كيلومترًا (12-25 ميلًا)، طبقة التروبوبوز ، دافعةً الجسيمات إلى طبقة الستراتوسفير . تُزال الرماد والهباء الجوي في التروبوسفير بسرعة بفعل الهطول ، بينما تتشتت المواد التي تُقذف إلى الستراتوسفير ببطء شديد، في غياب الأنظمة الجوية . ويمكن أن يكون للكميات الكبيرة من هذه المواد المحقونة في الستراتوسفير آثار عالمية: فبعد ثوران بركان جبل بيناتوبو عام 1991، انخفضت درجات الحرارة العالمية بنحو 0.5 درجة مئوية (0.90 درجة فهرنهايت) . ويُعتقد أن أكبر الانفجارات البركانية تتسبب في انخفاض درجات الحرارة إلى عدة درجات، وربما تكون سببًا في بعض حالات الانقراض الجماعي المعروفة .    

يُعدّ ارتفاع عمود الانفجار طريقةً مفيدةً لقياس شدة الانفجار، إذ يتناسب ارتفاع العمود، عند درجة حرارة جوية معينة، مع الجذر الرابع لمعدل تدفق الكتلة. وبالتالي، في ظل ظروف مماثلة، يتطلب مضاعفة ارتفاع العمود انفجارًا يقذف 16 ضعف كمية المواد في الثانية. ويمكن تقدير ارتفاع عمود الانفجارات غير المرصودة برسم خريطة لأقصى مسافة تُحملها المقذوفات البركانية ذات الأحجام المختلفة من الفوهة؛ فكلما ارتفع العمود، زادت المسافة التي يمكن أن تقطعها المواد المقذوفة ذات الكتلة (وبالتالي الحجم) المحددة.

يُعطى الارتفاع الأقصى التقريبي لعمود الانفجار بالمعادلة.

H = k(MΔT) 1/4

أين:

k هو ثابت يعتمد على خصائص مختلفة، مثل الظروف الجوية.
M هو معدل الانفجار الجماعي.
ΔT هو الفرق في درجة الحرارة بين الصهارة المتفجرة والغلاف الجوي المحيط بها.

المخاطر

انهيار العمود

عمود الدخان الناتج عن ثوران بركان جبل سانت هيلينز عام 1980، كما يُرى من قرية توليدو في ولاية واشنطن ، التي تبعد 56 كيلومترًا (35 ميلًا) . بلغ عرض السحابة حوالي 64 كيلومترًا (40 ميلًا) وارتفاعها 24 كيلومترًا (79000 قدم، 15 ميلًا) .       

قد تصبح أعمدة الصهارة محملة بمواد كثيفة لدرجة أنها تصبح أثقل من أن تحملها تيارات الحمل الحراري. قد يحدث هذا فجأة، على سبيل المثال، إذا زاد معدل ثوران الصهارة إلى درجة لا تسمح بدخول كمية كافية من الهواء لدعمها، أو إذا زادت كثافة الصهارة فجأة نتيجة انسكاب صهارة أكثر كثافة من المناطق السفلية في حجرة صهارة طبقية .

إذا حدث ذلك، فإن المواد التي تصل إلى قاع منطقة الدفع الحراري لن تتمكن من البقاء مدعومة بشكل كافٍ بالحمل الحراري، وستسقط بفعل الجاذبية ، مُشكّلةً تدفقًا أو اندفاعًا بركانيًا قد يندفع أسفل منحدرات البركان بسرعات تتجاوز 100-200 كم/ساعة (62-124 ميل/ساعة) . يُعدّ انهيار العمود البركاني أحد أكثر المخاطر البركانية شيوعًا وخطورةً في الانفجارات البركانية المُكوّنة للأعمدة.  

الطائرات

تسببت عدة ثورات بركانية في تعريض الطائرات التي صادفت عمود الرماد البركاني أو مرت بجانبه لخطر جسيم. ففي حادثتين منفصلتين عام ١٩٨٢، دخلت طائرتان مدنيتان إلى الجزء العلوي من عمود رماد بركاني قذفه جبل غالونغونغ ، مما أدى إلى إلحاق أضرار بالغة بالطائرتين. ومن المخاطر الرئيسية استنشاق الرماد الذي أدى إلى توقف المحركات، وتآكل نوافذ قمرة القيادة بفعل الرمال مما جعلها معتمة إلى حد كبير، وتلوث الوقود نتيجة استنشاق الرماد عبر قنوات الضغط. ويُعد تلف المحركات مشكلة خاصة، إذ أن درجات الحرارة داخل التوربينات الغازية مرتفعة بما يكفي لانصهار الرماد البركاني في غرفة الاحتراق ، وتكوين طبقة زجاجية على المكونات الواقعة في اتجاه مجرى الهواء، مثل شفرات التوربين.

في حالة رحلة الخطوط الجوية البريطانية رقم 9 ، فقدت الطائرة الطاقة في جميع محركاتها الأربعة، وفي الحالة الأخرى، بعد تسعة عشر يومًا، تعطلت ثلاثة من المحركات الأربعة في طائرة تابعة للخطوط الجوية السنغافورية من طراز 747. في كلتا الحالتين، تم إعادة تشغيل المحركات بنجاح، لكن الطائرة اضطرت إلى الهبوط اضطراريًا في جاكرتا .

وقد حدثت أضرار مماثلة للطائرات بسبب عمود ثوران فوق بركان ريدوبت في ألاسكا عام 1989. وبعد ثوران جبل بيناتوبو عام 1991، تم تحويل مسار الطائرات لتجنب عمود الثوران، ولكن مع ذلك، تسبب الرماد الناعم المنتشر على مساحة واسعة في جنوب شرق آسيا في إلحاق الضرر بـ 16 طائرة، بعضها على بعد يصل إلى 1000 كيلومتر (620 ميلاً) من البركان.  

لا تظهر أعمدة الرماد البركاني عادةً على رادارات الطقس ، وقد تحجبها السحب العادية أو الليل. [ 3 ] ونظرًا للمخاطر التي تشكلها هذه الأعمدة على الطيران، توجد شبكة من تسعة مراكز استشارية للرماد البركاني حول العالم، تراقب باستمرار أعمدة الرماد البركاني باستخدام بيانات من الأقمار الصناعية، وتقارير ميدانية، وتقارير الطيارين، ونماذج الأرصاد الجوية. [ 4 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "كيف تعمل البراكين - نموذج الثوران (فيلم QuickTime)" . جامعة ولاية سان دييغو . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 يوليو 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يونيو 2007 .
  2. ↑ "نشرة شبكة البراكين العالمية؛ المجلد 15، العدد 4 (أبريل 1990)" . برنامج البراكين العالمي . مؤسسة سميثسونيان . 1990. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يناير 2018 .
  3. ↑ ميتشل روث؛ ريك غوريتز (يوليو 1995). "تصوير سحب الرماد البركاني". مجلة IEEE لرسومات الحاسوب وتطبيقاتها . 15 (4): 34-39 . رمز Bibcode : 1995ICGA...15d..34R . doi : 10.1109/38.391488 .
  4. ↑ "إبعاد الطائرات عن الرماد البركاني - مركز داروين الاستشاري للرماد البركاني" . الحكومة الأسترالية - مكتب الأرصاد الجوية . تاريخ الاسترجاع: 30 يونيو 2007 .

للمزيد من القراءة