كشف باحثون عن بصمة كيميائية مشتركة، داخل بلورات مجهرية في الصخور البركانية، قد تساعد العلماء على فهم العمليات التي تؤدي إلى ثوران البراكين، في خطوة تفتح آفاقاً جديدة لتحسين مراقبة النشاط البركاني.
وتوصل باحثون، من جامعة كوينزلاند في أستراليا، إلى أن بلورات صغيرة من معدن في الصخور البركانية، يعرف باسم "البلاجيوكليز" (Plagioclase)، تحتفظ بسجل كيميائي للتغيرات التي تحدث داخل خزانات الصهارة تحت سطح الأرض، بما في ذلك العمليات التي تسبق الثوران مباشرة.
وأظهرت النتائج أن أصغر هذه البلورات، التي لا يتجاوز عرض بعضها سُمك شعرة الإنسان، تحمل بصمة كيميائية متشابهة في براكين تختلف في أعمارها وأنماط ثورانها ومستويات نشاطها، وهو ما يشير إلى احتمال وجود آلية مشتركة تقف وراء اندلاع ثورات بركانية متعددة.
وقالت الباحثة المشاركة في الدراسة، دانييلا بارا إنكالادا، من كلية البيئة بجامعة كوينزلاند، إن بلورات معدن "Plagioclase" تتكون داخل الصهارة على عمق بضعة كيلومترات فقط تحت سطح الأرض، وتتفاعل أثناء نموها مع التغيرات في درجات الحرارة ومحتوى المياه والتركيب الكيميائي للصهارة.
وأضافت أن تحليل التركيب الكيميائي لكل بلورة على حدة، بدلاً من الاكتفاء بتحليل الصخور البركانية كاملة، يتيح إعادة بناء المراحل المختلفة من تاريخ البركان، وتحديد العمليات التي حدثت قبل ثورانه مباشرة.
وأوضحت أن أصغر البلورات وأحدثها تشكلت خلال المراحل الأخيرة المرتبطة بالثوران، ما يجعلها بمثابة سجل طبيعي للتغيرات التي شهدتها الصهارة قبل وصولها إلى السطح.
بصمة كيميائية مشتركة بين البراكين
اعتمد الباحثون على عينات صخرية جمعوها خلال رحلة ميدانية امتدت لمسافة 230 كيلومتراً عبر جبال الأنديز الوسطى في تشيلي والأرجنتين، وهي منطقة تضم أنظمة بركانية متنوعة من حيث أعمارها وتاريخ نشاطها.
وفحص الباحثون مقاطع رقيقة من 28 عينة صخرية ممثلة لـ 7 براكين ونشاطي ثوران هائلين قديمين، باستخدام مجاهر متخصصة تتيح دراسة البنية الدقيقة للمعادن، قبل تحليل التركيب الكيميائي لبلورات "Plagioclase" الصغيرة، ورسم خرائط لتوزيع العناصر داخلها.
وكشفت التحليلات عن وجود نمط كيميائي متكرر في أصغر البلورات بمختلف العينات، رغم الاختلافات الكبيرة بين البراكين التي جاءت منها.
وقالت بارا إنكالادا إن جميع عينات الصخور البركانية التي جمعها الباحثون احتوت على أدلة تشير إلى حدوث العملية نفسها، ما دفعهم إلى اختبار ما إذا كانت هذه البصمة موجودة أيضاً في مناطق بركانية أخرى.
وقارن الباحثون النتائج ببيانات منشورة من مناطق مختلفة حول "حلقة النار" في المحيط الهادئ، وهي منطقة واسعة تتميز بكثافة النشاط البركاني والزلزالي، ووجدوا خصائص كيميائية مشابهة في أصغر بلورات "Plagioclase".
واعتبر الباحثون أن هذا التشابه يدعم فرضية أن ثورات بركانية متعددة ربما نتجت عن آلية فيزيائية وكيميائية مشتركة داخل أنظمة الصهارة، بدلاً من كون كل ثوران نتيجة سلسلة مختلفة تماماً من العمليات.
كيف تبدأ عملية الثوران البركاني؟
استخدم الباحثون نماذج علمية لتفسير نشأة البصمة الكيميائية المكتشفة، وخلصوا إلى أن التفسير الأكثر ترجيحاً يتمثل في صعود صهارة شديدة السخونة من أعماق الأرض، واندفاعها إلى خزان صهاري أقرب إلى السطح.
وعندما تدخل الصهارة الجديدة إلى الخزان الضحل، فإنها تغير الظروف الحرارية والكيميائية داخله، بما يشمل درجات الحرارة وتركيب الصهارة ومحتواها من المياه.
وتؤثر هذه التغيرات في طريقة نمو بلورات "Plagioclase" وتركيبها الكيميائي، فتترك بصمة يمكن للعلماء رصدها لاحقاً عند تحليل الصخور الناتجة عن الثوران.
ووفقاً للنموذج الذي قدمه الباحثون، فإن دخول الصهارة الساخنة من الأعماق قد يؤدي إلى زعزعة استقرار النظام الذي تنتقل عبره الصهارة داخل البركان، ما يهيئ الظروف التي تنتهي بحدوث الثوران.
وتكمن أهمية النتائج في أنها تربط بين تغيرات كيميائية دقيقة محفوظة داخل البلورات، وعمليات واسعة النطاق تحدث تحت سطح الأرض، يصعب رصدها مباشرة باستخدام وسائل المراقبة التقليدية.
وأطلق الباحثون على النمط الجيوكيميائي الجديد اسم "نطاق قابلية الثوران للبلاجيوكليز" في إشارة إلى مجموعة الخصائص الكيميائية التي قد تعكس وصول النظام البركاني إلى ظروف تساعد على حدوث الثوران.
"الأرض تنفث ناراً".. مشاهد تحبس الأنفاس لثوران بركان كيلاويا في هاواي
لقطات مذهلة لثوران بركان كيلاويا في هاواي، حيث تتدفق أنهار من الحمم البركانية في مشاهد تجمع بين الجمال المرعب والقوة التدميرية للطبيعة.
هل يمكن التنبؤ بثوران البراكين؟
قالت الباحثة المشاركة في الدراسة، تيريز أوبيدي، الأستاذة المشاركة بجامعة كوينزلاند، إن النتائج تمهد لتطوير وسيلة جديدة لتحديد البراكين التي تستدعي مراقبة أكثر كثافة، إذا ثبت أن البصمة الكيميائية المكتشفة تزيد قابليتها للثوران.
لكن الباحثين لم يثبتوا بعد إمكانية استخدام هذه البلورات لتحديد موعد ثوران بركان معين؛ إذ اعتمد البحث على تحليل سجلات كيميائية محفوظة في صخور ناتجة عن نشاط بركاني سابق، وليس على اختبار نظام إنذار مبكر في الوقت الفعلي.
ومن ثم، فإن اكتشاف البصمة الكيميائية لا يعني بالضرورة أن وجودها في أحد البراكين يشير إلى ثوران وشيك، بل قد يساعد في فهم الظروف التي تجعل بعض الأنظمة البركانية أكثر استعدادا للثوران.
ويخطط الباحثون للتحقق من مدى انطباق النمط المكتشف على براكين تقع في بيئات تكتونية مختلفة، بما في ذلك البراكين المحيطية، لمعرفة ما إذا كانت الآلية نفسها تتكرر على نطاق عالمي.
وقد تتيح النتائج مستقبلاً إضافة مؤشر جيوكيميائي إلى الأدوات المستخدمة في تقييم الأخطار البركانية، والتي تشمل مراقبة الزلازل المحلية، والتشوهات التي تطرأ على سطح الأرض وانبعاثات الغازات البركانية.
من التنبؤ بالثوران إلى اكتشاف الذهب والنحاس
ولا تقتصر التطبيقات المحتملة للبحث على دراسة البراكين والتنبؤ بنشاطها؛ إذ يرى الباحثون أن بلورات "Plagioclase" قد تكشف أيضاً معلومات عن العمليات التي تؤدي إلى تراكم المعادن الثمينة داخل الأنظمة الصهارية.
وقالت أوبيدي إن دراسة هذه البلورات ربما تساعد العلماء على فهم كيفية تراكم معادن ذات قيمة اقتصادية كبيرة، مثل النحاس والذهب، داخل الأنظمة البركانية.
وتنشأ بعض الرواسب المعدنية عندما تتحرك السوائل الغنية بالعناصر المعدنية داخل القشرة الأرضية، وترتبط هذه العمليات في كثير من الحالات بتطور الصهارة وتبريدها والتفاعلات الكيميائية المصاحبة لها.
