فوران آتشفشان

فوران آتشفشان پدیده ای زمین شناختی است که در آن ماگما، خاکستر آتشفشانی، گازها و قطعات سنگی از دهانه یا شکاف های پوسته زمین به بیرون رانده می شوند. این فرآیند پیچیده که ریشه در اعماق زمین دارد، نتیجه تجمع فشار ناشی از گازهای محبوس در ماگمای مذاب است که راهی برای خروج از طریق ساختارهای آتشفشانی پیدا می کند.

زمین سیاره ای پویا و زنده است که در اعماق آن نیروهای عظیمی در حال کارند. یکی از چشمگیرترین و قدرتمندترین جلوه های این نیروها، فوران آتشفشان است. این رخداد طبیعی، نه تنها مناظر زمین را دگرگون می سازد، بلکه نقش مهمی در چرخه های زمین شناختی و حتی اقلیمی سیاره ایفا می کند. از زمان های بسیار دور، فوران های آتشفشانی همواره موجب شگفتی و گاه وحشت انسان بوده اند، اما دانش آتشفشان شناسی به ما کمک کرده تا سازوکار و پیچیدگی های این پدیده را بهتر درک کنیم. این رویدادها، از فوران های آرام و پیوسته گدازه تا انفجارهای مهیب و ویرانگر، هر یک داستانی از قدرت بی کران طبیعت را روایت می کنند. شناخت این فرآیندها برای پیش بینی، مدیریت بلایای طبیعی و کاهش خطرات آن ها حیاتی است.

سازوکار فوران

فوران آتشفشان فرآیندی پیچیده و پویاست که از تجمع و حرکت ماگما در زیر پوسته زمین آغاز می شود. هسته داغ زمین، سنگ ها را ذوب کرده و ماگما را پدید می آورد. این ماگما که حاوی گازهای محلول فراوانی نظیر بخار آب، دی اکسید کربن، و دی اکسید گوگرد است، در محفظه هایی به نام ماگما چمبر در اعماق زمین ذخیره می شود. از آنجا که چگالی ماگما کمتر از سنگ های اطراف است، تمایل به بالا آمدن پیدا می کند و از طریق شکاف ها و مجراهای موجود در پوسته زمین به سمت سطح حرکت می کند.

با بالا آمدن ماگما و کاهش فشار خارجی، گازهای محلول در آن شروع به جدا شدن و تشکیل حباب می کنند. این پدیده شبیه به باز کردن یک بطری نوشابه گازدار است؛ با کاهش فشار، گاز از مایع خارج شده و حباب ایجاد می کند. هرچه ماگما به سطح نزدیک تر می شود، فشار محیطی کمتر شده و حباب های گاز بزرگ تر و پرشمارتر می شوند. این افزایش حجم گازها، فشار بسیار زیادی را به دیواره های محفظه ماگما و مجرای آتشفشان وارد می کند. هنگامی که این فشار از مقاومت سنگ های بالایی بیشتر شود، ماگما و مواد آتشفشانی با نیروی زیادی از دهانه آتشفشان به بیرون پرتاب می شوند که منجر به فوران می گردد.

مواد پرتاب شده در فوران می تواند شامل گدازه (ماگمای جاری شده بر سطح زمین)، خاکستر آتشفشانی (ذرات ریز سنگ، شیشه و مواد معدنی)، لاپیلی (سنگریزه های آتشفشانی)، بمب های آتشفشانی (قطعات بزرگ سنگی مذاب) و حجم زیادی از گازهای آتشفشانی باشد. ترکیب و ویسکوزیته ماگما، و همچنین میزان گازهای محبوس در آن، نقش تعیین کننده ای در نوع و شدت فوران دارد. ماگمای رقیق تر با گاز کمتر معمولاً فوران های آرام تری را ایجاد می کند، در حالی که ماگمای غلیظ تر و پرگاز می تواند منجر به انفجارهای مهیب و ویرانگر شود.

چه چیزی باعث حرکت ماگما می شود

حرکت ماگما که در نهایت به فوران آتشفشان می انجامد، تحت تأثیر عوامل متعددی است که عمدتاً به زمین شناسی و دینامیک درونی زمین مرتبط می شوند. یکی از اصلی ترین دلایل، تفاوت چگالی است. ماگما به دلیل دمای بسیار بالا و حالت مذاب، چگالی کمتری نسبت به سنگ های جامد اطراف خود دارد. این تفاوت چگالی باعث می شود ماگما مانند یک بالون در آب، به سمت بالا حرکت کند و به سمت مناطق کم فشارتر در پوسته زمین صعود کند.

نقش تکتونیک صفحه ای در حرکت ماگما و وقوع آتشفشان ها بسیار حیاتی است. در مرزهای واگرا (جایی که صفحات از هم دور می شوند)، کاهش فشار ناشی از جدایش صفحات، باعث ذوب شدن جزئی سنگ های گوشته و تشکیل ماگما می شود. این ماگما به آرامی بالا آمده و شکاف ها را با گدازه های بازالتی رقیق پر می کند که منجر به فوران های آرام و پیوسته می شود. نمونه بارز آن، پشته های میان اقیانوسی هستند.

در مرزهای همگرا (جایی که یک صفحه اقیانوسی زیر صفحه دیگری فرورانش می کند)، صفحه فرورونده به اعماق گوشته فرو می رود. با افزایش دما و فشار، آب محبوس در سنگ های این صفحه آزاد شده و باعث کاهش نقطه ذوب سنگ های بالایی می شود. این فرآیند منجر به تشکیل ماگمایی با ویسکوزیته بالاتر (مانند آندزیت) می شود که به سمت بالا حرکت کرده و در نهایت فوران های انفجاری تری را در آتشفشان های چینه ای ایجاد می کند.

علاوه بر این، تغییرات در فشار خارجی نیز می تواند بر حرکت ماگما تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، ذوب شدن سریع یخچال های طبیعی بزرگ بر روی یک کوه آتشفشانی، می تواند فشار روی محفظه ماگما را کاهش داده و باعث بالا آمدن ماگمای جدید و افزایش احتمال فوران شود. همچنین، ورود ماگمای تازه و داغ تر به یک محفظه ماگمای قدیمی تر می تواند باعث گرم شدن مجدد و کاهش ویسکوزیته ماگمای موجود شده و آن را برای حرکت به سمت بالا تحریک کند. این عوامل پیچیده، در کنار یکدیگر، پویایی حرکت ماگما و وقوع فوران های آتشفشانی را رقم می زنند.

انواع مختلف آتشفشان

آتشفشان ها بر اساس شکل، ترکیب ماگما، و نوع فوران به دسته های مختلفی طبقه بندی می شوند که هر یک ویژگی های منحصربه فردی دارند. شناخت این تفاوت ها برای درک پتانسیل خطر و پیش بینی فعالیت های آتشفشانی ضروری است.

یکی از رایج ترین طبقه بندی ها بر اساس شکل ظاهری آتشفشان است:

• آتشفشان سپری (Shield Volcano): این نوع آتشفشان ها دارای شیب ملایم و شکلی شبیه به سپر خوابیده بر روی زمین هستند. آن ها از تجمع جریان های گدازه بازالتی بسیار رقیق تشکیل می شوند که به آرامی و به صورت پیوسته از دهانه آتشفشان یا شکاف های جانبی آن سرازیر می شوند. فوران های این آتشفشان ها معمولاً آرام و غیرانفجاری است و خطرات کمتری برای مناطق اطراف دارند، هرچند حجم گدازه می تواند بسیار زیاد باشد. آتشفشان های هاوایی نمونه های برجسته ای از این نوع هستند.
• آتشفشان چینه ای یا استراتوولکانو (Stratovolcano/Composite Volcano): این آتشفشان ها دارای شکل مخروطی کلاسیک با شیب های تند هستند و از تناوب لایه های گدازه غلیظ، خاکستر آتشفشانی، و سنگ های پرتابی (تفرا) تشکیل شده اند. ماگمای این آتشفشان ها معمولاً غلیظ تر و حاوی گازهای بیشتری است که منجر به فوران های انفجاری و خشونت آمیز می شود. کوه وزوویوس و کوه سنت هلن نمونه های مشهوری از استراتوولکانوها هستند که فوران های ویرانگری را تجربه کرده اند.
• کاسه آتشفشانی یا کالدرا (Caldera): کالدراها فرورفتگی های بزرگ و کاسه شکل هستند که پس از فوران های عظیم و تخلیه سریع محفظه ماگما، بر اثر فروریختن سقف محفظه پدید می آیند. این فوران ها از قدرتمندترین فوران های آتشفشانی محسوب می شوند و می توانند حجم عظیمی از مواد را به جو پرتاب کنند. شکل دایره ای آن ها نشانه ای از فروریختن ساختار آتشفشان است. دریاچه توبا در اندونزی نمونه ای از یک کالدرا عظیم است.

طبقه بندی دیگر بر اساس شدت و ماهیت فوران است که با استفاده از شاخص شدت فوران آتشفشان (VEI) اندازه گیری می شود:

• فوران های هاوایی (Hawaiian Eruptions): از آرام ترین انواع فوران ها هستند که با جریان های روان گدازه بازالتی و فواره های گدازه (lava fountains) مشخص می شوند.
• فوران های استرومبولی (Strombolian Eruptions): فوران های متناوب و نسبتاً ملایم با پرتاب قطعات کوچک گدازه و خاکستر، شبیه به ترکیدن حباب های گاز.
• فوران های ولکانو (Vulcanian Eruptions): انفجارهای کوتاه و قدرتمند که ستون های خاکستر و گاز را به ارتفاع چند کیلومتر پرتاب می کنند. ماگما غلیظ تر است.
• فوران های سورتسی (Surtseyan Eruptions): فوران های انفجاری که در اثر برخورد ماگمای داغ با آب (دریا، دریاچه یا یخ) رخ می دهند و حجم زیادی از بخار و خاکستر تولید می کنند.
• فوران های پلینی (Plinian Eruptions): از شدیدترین و خطرناک ترین انواع فوران ها هستند که ستون های عظیم خاکستر، گاز و سنگ های آتشفشانی را تا ارتفاع ده ها کیلومتر به استراتوسفر پرتاب می کنند. این فوران ها می توانند باعث تغییرات اقلیمی جهانی شوند و به دلیل حجم بالای خاکستر و جریان های آذرآواری بسیار ویرانگرند. فوران کوه وزوویوس که شهر پمپئی را در سال ۷۹ پس از میلاد نابود کرد، نمونه ای از این نوع است.
• فوران های پله (Pelean Eruptions): مشخصه این فوران ها، جریان های آذرآواری (pyroclastic flows) بسیار داغ و سریع هستند که از دامنه های آتشفشان سرازیر می شوند و بسیار کشنده هستند.
• فوران های فراپلینی (Ultraplinian Eruptions): قدرتمندترین نوع فوران ها که بسیار نادرند و حجم مواد پرتابی آن ها ده ها تا صدها کیلومتر مکعب است و تأثیرات جهانی بر اقلیم دارند. فوران کرکاتوا در سال ۱۸۸۳ نمونه ای از این نوع بود.

همچنین، فوران های زیردریایی و زیریخی نیز وجود دارند که بر اساس محیط وقوع تعریف می شوند و می توانند از نظر شدت بسیار متنوع باشند. درک این انواع به آتشفشان شناسان کمک می کند تا رفتار آتشفشان ها را بهتر پیش بینی کرده و هشدارهای لازم را صادر کنند.

خطرات آتشفشانی

فوران های آتشفشانی، با وجود زیبایی و عظمتشان، از جمله خطرناک ترین بلایای طبیعی به شمار می روند که می توانند عواقب ویرانگری برای جوامع انسانی و محیط زیست داشته باشند. خطرات ناشی از آتشفشان ها بسیار متنوع و فراتر از صرفاً جریان گدازه هستند.

یکی از مهم ترین خطرات فوران آتشفشان، جریان های آذرآواری (Pyroclastic Flows) هستند. این ها ابرهای داغ و بسیار سریع از گازهای آتشفشانی، خاکستر و قطعات سنگی هستند که با سرعت صدها کیلومتر در ساعت از دامنه های آتشفشان سرازیر می شوند و هر چیزی را در مسیر خود می سوزانند و تخریب می کنند. هیچ راه فراری از این جریان ها وجود ندارد.

خاکستر آتشفشانی، اگرچه به نظر بی ضرر می رسد، اما یکی از گسترده ترین و مخرب ترین خطرات است. ذرات ریز شیشه و سنگ می توانند به سیستم تنفسی انسان و حیوانات آسیب برسانند، موتور هواپیماها را از کار بیندازند، سقف ساختمان ها را فرو بریزند، و زیرساخت ها را مختل کنند. بارش خاکستر می تواند کیلومترها دورتر از دهانه آتشفشان نیز رخ دهد و زندگی روزمره را فلج کند.

جریان های گدازه یا گدازه، اگرچه معمولاً آهسته تر حرکت می کنند و فرصت فرار را می دهند، اما هر چیزی را در مسیر خود نابود می کنند و زمین های کشاورزی، ساختمان ها و جاده ها را برای همیشه می پوشانند. دمای گدازه می تواند به ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد برسد.

گازهای آتشفشانی، شامل دی اکسید گوگرد، دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن، و هیدروژن فلوئورید، می توانند سمی باشند و در غلظت های بالا باعث خفگی و مرگ شوند. این گازها همچنین می توانند با آب ترکیب شده و باران اسیدی ایجاد کنند که به محصولات کشاورزی، ساختمان ها و سلامت انسان آسیب می رساند.

زمین لغزش های آتشفشانی یا لاهارها (Lahars) نیز خطرات جدی هستند. این ها جریان های گلی پرسرعت هستند که از ترکیب خاکستر و قطعات سنگی آتشفشانی با آب (ناشی از ذوب برف و یخ یا باران شدید) تشکیل می شوند. لاهارها می توانند با سرعت زیاد در دره ها حرکت کرده و شهرها و زیرساخت ها را در مسیر خود مدفون کنند. فوران کوه سنت هلن در سال ۱۹۸۰ نمونه ای از خطرات مرتبط با لاهار بود.

فعالیت های آتشفشانی اغلب با زمین لرزه نیز همراه هستند. این زمین لرزه ها معمولاً کوچک هستند اما می توانند باعث ریزش کوه، آسیب به ساختمان ها و ایجاد وحشت شوند. در صورت وقوع فوران های زیردریایی، خطر سونامی نیز وجود دارد که می تواند سواحل دوردست را تحت تأثیر قرار دهد. علاوه بر این، فوران های بسیار بزرگ می توانند ذرات و گازهای زیادی را به جو فوقانی پرتاب کنند که منجر به تغییرات موقت در تغییر اقلیم جهانی و کاهش دما شود.

سوالات متداول

چرا آتشفشان فوران می کند؟

آتشفشان ها به دلیل افزایش فشار گازهای محبوس در ماگمای زیرزمینی فوران می کنند. ماگما در محفظه های زیرین جمع می شود و با بالا آمدن و کاهش فشار، گازهای محلول در آن به حباب تبدیل شده و حجم زیادی از فشار را ایجاد می کنند که در نهایت به رانده شدن ماگما و مواد آتشفشانی به سطح زمین منجر می شود.

چه چیزی حجم یک فوران را مشخص می کند؟

حجم یک فوران آتشفشانی به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله ویسکوزیته (غلظت) ماگما، میزان گازهای محلول در آن، و مقدار ماگمای جدیدی که به محفظه آتشفشان وارد می شود. ماگمای رقیق تر با گاز کمتر معمولاً فوران های کوچکتر و آرام تر ایجاد می کند، در حالی که ماگمای غلیظ تر و پرگاز می تواند منجر به فوران های بسیار بزرگ و انفجاری شود.

آیا همه آتشفشان ها خطرناک هستند؟

خیر، همه آتشفشان ها به یک اندازه خطرناک نیستند. برخی آتشفشان ها مانند انواع سپری، فوران های آرام و پیوسته ای از گدازه رقیق دارند که خطر کمتری برای زندگی انسان دارند. اما آتشفشان های چینه ای با ماگمای غلیظ تر، پتانسیل فوران های انفجاری و تولید جریان های آذرآواری و خاکستر آتشفشانی را دارند که بسیار خطرناک تر هستند.

آیا فوران آتشفشان قابل پیش بینی است؟

آتشفشان شناسان با استفاده از ابزارهای پیشرفته مانند لرزه نگارها (برای تشخیص زمین لرزه های کوچک)، سنسورهای گاز (برای پایش تغییرات در ترکیبات گازهای خروجی)، و سیستم های GPS (برای اندازه گیری تغییر شکل زمین)، تلاش می کنند فوران ها را پیش بینی کنند. اگرچه پیش بینی دقیق زمان و شدت فوران دشوار است، اما می توان هشدارهای اولیه را صادر کرد.

چه عواملی بر تغییر اقلیم توسط آتشفشان ها تأثیر می گذارند؟

فوران های بزرگ آتشفشانی می توانند با پرتاب حجم عظیمی از گازهای گوگردی و ذرات ریز به استراتوسفر، بر اقلیم جهانی تأثیر بگذارند. این ذرات نور خورشید را بازتاب داده و باعث کاهش موقت دمای جهانی می شوند. با این حال، این تأثیرات معمولاً کوتاه مدت هستند و با گذشت زمان از بین می روند.