آتشفشان‌ها همیشه طبق قواعد عمل نمی‌کنند. در بیشتر مواقع، دانشمندان می‌توانند فوران یک آتشفشان را با علائمی مانند برآمدگی زمین یا مجموعه‌ای از زمین‌لرزه‌های کوچک پیش‌بینی کنند. این هشدارها زمانی رخ می‌دهند که اتاقک‌های زیرزمینی از ماگما و گاز پر می‌شوند و فشار افزایش می‌یابد.
اما همه آتشفشان‌ها این‌چنین قابل پیش‌بینی نیستند. برخی از آن‌ها به طرز عجیبی آرام می‌مانند و بدون هیچ نشانه‌ای فوران می‌کنند. این نوع آتشفشان‌ها به «آتشفشان‌های پنهان‌کار» معروف‌اند.
آتشفشان‌های پنهان‌کار چیستند؟
یکی از نمونه‌های آتشفشان‌های پنهان‌کار، کوه یخ‌پوش ونیامینوف در رشته‌کوه آلیوتی آلاسکا است. محققان دانشگاه ایلینوی با بررسی رفتار این آتشفشان، مدلی ارائه داده‌اند که توضیح می‌دهد چرا ونیامینوف و آتشفشان‌های مشابه می‌توانند بدون هشدارهای آشکار فوران کنند.
دکتر یویو لی، نویسنده اصلی این تحقیق می‌گوید:
«با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در پایش آتشفشان‌ها، برخی از آن‌ها با کمترین یا بدون هیچ پیش‌هشداری فوران می‌کنند که این موضوع خطر بزرگی برای جوامع اطراف ایجاد می‌کند.»
او ادامه می‌دهد:
«برخی از این آتشفشان‌ها در نزدیکی مسیرهای هوایی مهم یا در مجاورت مناطق مسکونی قرار دارند؛ مانند پوپوکتپتل و کلیما در مکزیک، مراپی در اندونزی، گالراس در کلمبیا و استرومبولی در ایتالیا.»
«تحقیقات ما توضیح می‌دهد که چگونه این پدیده رخ می‌دهد و شرایط داخلی کلیدی مانند میزان کم ماگما و سنگ‌های گرم اطراف، باعث می‌شوند این فوران‌ها پنهان بمانند.»
غول خفته در آلاسکا
ونامینوف یکی از فعال‌ترین آتشفشان‌های آلاسکا است. از سال ۱۹۹۳ تاکنون، این آتشفشان ۱۳ بار فوران کرده اما تنها دو بار پیش از فوران علائم هشداردهنده کافی برای شناسایی به موقع از خود نشان داده است. یکی از فوران‌های سال ۲۰۲۱ حتی سه روز پس از آغاز آن شناسایی شد.
دکتر لی می‌گوید:
«ونامینوف نمونه‌ای کامل از آتشفشانی است که ظاهراً آرام به نظر می‌رسد اما آماده فوران است.»
طی دهه‌های اخیر، این آتشفشان چندین فوران با شاخص انفجار آتشفشانی VEI 3 داشته است. این نوع فوران‌ها می‌توانند ستون‌های خاکستر را تا ارتفاع ۱۴ کیلومتری به آسمان بفرستند، مسیرهای هوایی را مختل کنند و برای جوامع و زیرساخت‌های اطراف خطر ایجاد کنند، آن هم بدون هیچ نشانه هشداردهنده مشخصی.
برای درک بهتر این رفتار، دانشمندان به بررسی شرایط پیش از فوران سال ۲۰۱۸ ونیامینوف پرداختند که یکی دیگر از فوران‌های پنهان‌کار بود.
مدل‌سازی آتشفشان ونیامینوف
تیم تحقیقاتی داده‌های مربوط به سه تابستان پیش از فوران را جمع‌آوری و مدل‌های کامپیوتری مختلفی برای شبیه‌سازی شرایط احتمالی آتشفشان ایجاد کردند.
آنچه در مدل‌ها بررسی شد:
- تغییر اندازه و شکل اتاقک ماگما
- بررسی عمق قرارگیری اتاقک
- میزان سرعت ورود ماگما به اتاقک
هدف اصلی، تطبیق مدل‌ها با وقایع واقعی بود تا بتوانند بفهمند چه شرایطی باعث می‌شود آتشفشان‌های پنهان‌کار فوران کنند.
یافته‌های کلیدی تحقیقات
شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که اگر ماگما با سرعت بالا وارد یک اتاقک بزرگ شود، معمولاً زمین برآمده می‌شود که یک هشدار آشکار است.
اگر ماگما به سرعت وارد یک اتاقک کوچک شود، معمولاً زلزله‌ها یا تغییر شکل زمین به وضوح دیده می‌شوند.
اما زمانی که ماگما با سرعت کم و به یک اتاقک نسبتاً کوچک وارد شود، فوران می‌تواند بدون هیچ هشدار محسوسی رخ دهد.
در مورد ونیامینوف، داده‌ها نشان داد که این آتشفشان اتاقک ماگمایی کوچک با جریان ماگمایی کند دارد. این دو عامل باعث می‌شوند که علائم متداول هشداردهنده پنهان بمانند.
نشانه‌های آتشفشان‌های پنهان‌کار
مدل‌های تحقیقاتی نشان دادند که شکل و عمق اتاقک ماگما نیز در نوع هشدارها تأثیرگذار هستند:
- اتاقک‌های بزرگ و مسطح: می‌توانند زلزله‌های آرام ایجاد کنند.
- اتاقک‌های کشیده و باریک: تنها تغییرات جزئی در سطح زمین ایجاد می‌کنند.
اما فوران‌های پنهان‌کار زمانی اتفاق می‌افتند که تمام شرایط به شکل خاصی با هم هماهنگ شوند: از سرعت جریان ماگما گرفته تا ابعاد اتاقک.
تأثیر دما بر رفتار آتشفشان
عامل دیگری که محققان بررسی کردند، دمای سنگ‌های اطراف اتاقک ماگما بود.
زمانی که ماگما برای مدت طولانی در اتاقک باقی می‌ماند، حرارت آن باعث گرم شدن سنگ‌های اطراف می‌شود و این تغییر دما همه‌چیز را دگرگون می‌کند.
سنگ گرم به‌راحتی ترک نمی‌خورد یا تغییر شکل نمی‌دهد؛ در نتیجه زمین‌لرزه‌ها و برآمدگی‌های زمین که نشانه‌های مهم پیش از فوران هستند، بسیار کمتر می‌شوند. در چنین شرایطی، فوران می‌تواند تقریباً بی‌صدا رخ دهد.
چگونه می‌توان آتشفشان‌های پنهان‌کار را پایش کرد؟
دکتر لی می‌گوید:
«برای کاهش خطر فوران‌های ناگهانی، باید ابزارهای پیشرفته مانند تیلتمترها و استرین‌مترهای درون چاهی و سنسورهای فیبر نوری را به کار بگیریم و همچنین از روش‌های نوین مانند پایش صداهای فروصوتی و انتشار گازها استفاده کنیم.»
به گفته لی، فناوری یادگیری ماشین نیز در شناسایی تغییرات ظریف رفتار آتشفشان‌ها، به ویژه در تشخیص سیگنال‌های زمین‌لرزه‌ای، بسیار نویدبخش بوده است.
در مورد ونیامینوف، نصب تیلتمترها و استرین‌مترهای بیشتر می‌تواند خلأهای موجود در پایش را جبران کند. همچنین پوشش بهتر ماهواره‌ای می‌تواند به شناسایی سریع‌تر فوران‌ها کمک کند.
مهم‌تر از همه این است که اکنون دانشمندان می‌دانند کدام نوع آتشفشان‌ها احتمال بیشتری برای فوران بدون هشدار دارند: آتشفشان‌هایی با اتاقک‌های ماگمایی کوچک، گرم و با جریان کند ماگما.
لی می‌گوید:
«ترکیب این مدل‌ها با مشاهدات لحظه‌ای می‌تواند آینده پایش آتشفشان‌ها را متحول کند.»
«در آینده این رویکرد می‌تواند پایش بهتر این سیستم‌های پنهان‌کار را ممکن کند و در نهایت به واکنش‌های مؤثرتر برای حفاظت از جوامع اطراف منجر شود.»
این مطالعه کامل در مجله Frontiers in Earth Science منتشر شده است.
