مطالب علمی وتحقیق

بزرگ ترین وبلاگ علمی در ایران

وقوع آتشفشان چگونه پیش بینی میشود
ساعت ٢:۱۸ ‎ب.ظ روز دوشنبه ۱٢ دی ۱۳٩٠  کلمات کلیدی: آتشفشان
وقوع آتشفشان چگونه پیش‌بینی می‌شود؟
یکی از فواید مطالعه آتشفشان‌ها، پیش‌بینی فعالیت مجدد آتشفشان‌های خاموش یا نیمه‌فعال است. شاید این سوال که چگونه فعالیت مجدد آتشفشان‌های خاموش یا نیمه فعال پیش‌بینی می‌شوند، ذهن خیلی‌ها را به خود مشغول کرده باشد. اطلاع از زمان وقوع فوران، شدت احتمالی فوران و مکان‌های مورد تهدید به بسیاری از سوالات مرتبط با چگونگی پیش‌بینی وضعیت آتشفشان‌ها پاسخ می‌دهد.

در این میان‌گاهی خود آتشفشان به تنهایی آسیب‌رسان نیست ولی پدیده‌های ثانویه حاصل از آن مانند بسته‌شدن مسیر رودخانه توسط گدازه، شکستن دیواره سد نزدیک محل انفجار یا ایجاد سیل حاصل از ذوب برف‌ها و یخچال‌ها توسط گرمای آتشفشان خطرناک و مخرب هستند. خوشبختانه پیش‌بینی وقایع آتشفشانی از پیش‌بینی زمین‌لرزه‌ها آسان‌تر و با اطمینان بیشتری همراه است. البته برای این‌که بتوانیم درباره فعالیت یک آتشفشان اظهارنظر کنیم باید تمام عواملی را که به پیش‌بینی فعالیت آتشفشان کمک می‌کند، جمع‌آوری و برای آن آتشفشان یک پرونده و شناسنامه تشکیل بدهیم. به این ترتیب می‌توانیم تمام تغییرات آتشفشان را بررسی و ثبت کنیم.

عوامل مورد بررسی در پیش‌بینی وقایع آتشفشانی

عوامل تکتونوماگمایی:

برای پیش‌بینی وقایع آتشفشانی باید بدانیم آتشفشان در چه نوع محیط تکتونوماگمایی (زمین ساخت ورقه‌ای) واقع است یعنی منطقه‌ای که کوه آتشفشان در آن قرار دارد یک منطقه سابداکشن (فرورانش)، ریفتی (ریفت یا کافت جایی است که لیتوسفر براثر رژیم تکتونیکی کششی شکسته شده است) یا گسله‌ای است. وقتی محیط تکتونیکی را شناختیم باید بررسی کنیم که آیا عامل مولد ماگما یعنی ماده‌ای طبیعی که داغ و سیال(حجم غالب آن سیال است) به‌طور معمول سیلیکاتی است(به صورت خیلی نادر می‌تواند کربناتی هم باشد) و ماده اصلی سازنده سنگ‌ها به شمار می‌آید، هنوز فعال است یا خیر؟ و در صورتی که وقوع آتشفشان ناشی از فرورانش است، آیا هنوز سابداکشن ادامه دارد یا خاتمه یافته است؟

پتروگرافی و تحول سنگ‌شناسی:

توالی سنگ‌های یک آتشفشان باید به‌طور دقیق مطالعه شود تا از این راه وضعیت فوران‌های گذشته، فاصله بین فوران‌ها و روند تقریبی آنها مشخص شود و بتوان در مورد فوران‌های احتمالی آن اطلاعاتی به دست آورد.

کنترل لرزه‌ای:

گاه در مناطقی که آتشفشان وجود دارد، زمین‌لرزه‌هایی رخ می‌دهد که شاید بتوان این زمین لرزه‌ها را به عنوان نشانه‌هایی قابل اطمینان برای تجدید حیات آتشفشان‌های آن منطقه دانست چرا که آشیانه یک آتشفشان هنگام آرامش دارای ارتعاشات منظم و طبیعی است. ولی هنگامی که آشیانه ماگمایی دچار تحول شود، ارتعاشات آن غیرعادی می‌شود بنابراین در میان انواع روش‌های مراقبت از آتشفشان‌ها، کنترل لرزه‌ای را باید پیش‌بینی مطلوبی قلمداد کرد. در بیشترحالات، پیش‌بینی به وسیله لرزه‌سنج‌های ثبت‌کننده به‌طور خودکار انجام می‌گیرد، به‌گونه‌ای که این دستگاه‌ها پیام فوری و تفسیر سریع آن را برای ایستگاه‌های علمی مخابره می‌کنند. اما همیشه تفسیر دقیق یافته‌های لرزه‌نگارها و کلینومترها امکان‌پذیر نیست، بخصوص در زمینه انفجار آتشفشان‌های چینه‌ای که با خطر همراه هستند و در حلقه آتش اطراف اقیانوس آرام تعداد بی‌شماری از آنها وجود دارد. در شهر واچی، 51 نوع از این لرزه‌سنج‌های ثبت‌کننده به کار گرفته شده است. ماگمایی که در حال بالاآمدن است، باعث ایجاد ارتعاشی با سرعت متوسط km‌/‌s 5 در زیر آتشفشان می‌شود. این ارتعاشات بیانگر این موضوع هستند که ماگما در حال نزدیک‌شدن به سطح زمین است. برخی از آتشفشان‌های شناخته‌شده دنیا دارای شبکه خوبی از لرزه‌نگارها هستند. به این وسیله به‌طور دقیق می‌توان کانون ارتعاشات را تشخیص داد. این کانون‌های لرزه‌ای به موازات ماگما عمل می‌کنند و به‌وسیله آنها می‌توان فوران‌هایی را که در آینده ممکن است صورت گیرند، پیش‌بینی کرد.

گاهی خود آتشفشان به‌تنهایی آسیب‌رسان نیست ولی پدیده‌های ثانویه حاصل از آن مانند بسته‌شدن مسیر رودخانه توسط گدازه یا شکستن دیواره سد نزدیک محل انفجار خطرناک و مخرب
است

در این مورد همچنین عقیده بر این است که جزر و مدهای غیرطبیعی زمین که به‌وسیله اثر جاذبه ماه بر پوسته زمین صورت می‌گیرد، باعث فوران کوه آتشفشان اگوستین در آلاسکا شده است. البته به شرط این‌که در اثر این پدیده، ماگما به اندازه کافی بالا آمده باشد. 14 تا 17 فوران کوه آتشفشان سنت‌هلن در بین سال‌های 1980 تا 1987 هم با همین پدیده مرتبط بوده‌اند.

اندازه‌گیری نقاط ارتفاعی و شیب‌سنج‌ها:

هنگامی که ماگما در حال بالاآمدن از آتشفشان باشد، امکان بادکردن یا متورم‌شدن کوه آتشفشان وجود دارد. بنابراین اگر ما قبلا ارتفاع دقیق نقاطی از کوه آتشفشان را داشته باشیم، می‌توانیم بالاآمدن ماگما را پیش‌بینی کنیم. فعالیت لرزه‌ها غالبا با تغییر شکل زمین‌های اطراف کوه آتشفشان همراه است که این تغییرات توسط تئودولیت‌ها و شیب‌سنج‌ها بررسی و اندازه‌گیری می‌شود. شیب‌سنج‌‌ها ابزاری دقیق هستند که قادر به اندازه‌گیری شیب در روی زمین با دقت یک میلی‌متر در هر کیلومتر هستند. به‌طور کلی 2 نوع شیب‌سنج وجود دارد؛ شیب‌سنج نوع الکترونیکی و نوع خشک که هر دو نوع قادر به ثبت حرکات زمین هستند و می‌توان آنها را در محل‌های مناسبی در اطراف آتشفشان نصب کرد. این ابزار هنگام بالاآمدن ماگما که سبب بادکردن و تورم در کوه آتشفشان می‌شود، تغییرات را بررسی و تفسیر می‌کند. این تغییرات و مراحل حیرت‌انگیز همگام با تغییر درکوه آتشفشان برای فوران به آهستگی صورت می‌گیرند. به عنوان مثال آتشفشان‌های فونا و لیکارو ـ که هر دو قبل از فوران حدود یک‌متر متورم شده بودند ـ بعد از فوران به حالت اولیه خود برگشتند. همچنین هجوم ماگما به دریاچه‌های بسته که به‌طور آهسته صورت می‌گیرد نیز باعث تورم در کوه‌ها می‌شود. فرونشست‌های سریع در طول پهلوها و کناره‌های یک آتشفشان غالبا منجر به تخلیه بادکردگی و تورم آتشفشان‌ها می‌شود. به عنوان مثال می‌توان به از بین‌رفتن سریع تورم آتشفشان کرامل اشاره کرد. بارزترین مثال بادکردگی و تورم آتشفشان‌ها و نتایج مخرب حاصل از آن را می‌توان در شیب‌های برجسته کوه‌های سنت‌هلن که 2 ماه قبل از فوران‌های آتشفشانی به‌وقوع پیوسته است، مشاهده کرد. البته این موضوع را باید دانست که اگر فوران‌های آتشفشانی همراه با زمین‌لرزه و زمین‌لغزه باشند، باید نرخ تورم را نتیجه عملکرد هر دو عامل دانست.

مشاهده‌های پیوسته:

مشاهده‌ پیوسته آتشفشان‌های خاص، اغلب نمایانگر این امر است که نه به‌طور یقین، اما احتمالا فوران‌هایی در آینده رخ خواهد داد. برای اثبات چنین فرضیه‌ای، کمتر از 50 مورد از 89 آتشفشانی که احتمال مخرب‌بودن آنها بیشتر بود، موضوع بحث و بررسی‌های مفصل و دقیق در سال 1983 قرار گرفت. البته تعیین مخرب‌بودن آتشفشان‌هایی که جزو آتشفشان‌های مخرب طبقه‌بندی شده‌اند نیز کار سهل و آسانی نیست. 2 فوران فاجعه‌انگیز که در سال 1991 به‌وقوع پیوست، از جمله این موارد محسوب می‌شوند. البته خوشبختانه زمانی که آتشفشان پنتاتوبا فوران کرد، وسایل جلوگیری از ضرر و زیان حاصل از آن در منطقه نیز ایجاد شد. همچنین آتشفشان آنزه در کیوشو در سال 1966 از میان 3 آتشفشان فعال کشور ژاپن با داشتن اثرات مخرب و پتانسیل بالا برای بررسی‌ها و مشاهد‌ه‌های علمی انتخاب شد.

بررسی تغییرات کمی و کیفی گازهای آتشفشانی:

افزایش خروج گاز یا تغییرات نسبت آنها از دهانه آتشفشان، از مدت‌ها قبل به عنوان یک نشانه از فوران‌های آتشفشانی شناخته شده بود. از آنجا که افزایش خروج مواد فرار به علت نزدیک‌شدن ماگما به سطح زمین است، جمع‌آوری این قبیل اطلاعات اغلب مشکل است زیرا ابزارهای بررسی و جمع‌آوری مواد خروجی باید در نزدیک آتشفشان نصب شود. این موارد اغلب برای زمین‌شناسان خطرناک است. البته امروزه چنین مشکلاتی را با به‌کارگیری آنالیزهای مادون قرمز و گیرنده‌های الکتروشیمیایی خاصی می‌توان برطرف کرد، به‌طوری که آنها را می‌توان در مکان‌ها و فاصله‌های مناسب و دور از خطر فوران نصب کرد. ترکیب شیمیایی گازها بعد از یک فوران به این ترتیب تغییر می‌کند: در آغاز HCL، HF، NH4 ،CL ، H2O، CO و O2 خارج می‌شود (مرحله هالوئید)، بعد از آن O2، H2S، H2O، CO، H2، SO2 (مرحله سولفورها) و سرانجام بخار داغ. بنابراین افزایش مقدار CO2، SO2 و H2S یا افزایش درجه بخار آب و فشار گاز برای ما از جمله عوامل شاخص و فاکتورهای اساسی هستند. وقتی فعالیت افزایش می‌یابد، ترکیب گازها تغییر می‌کند. مطالعه مداوم گازهای آتشفشانی سرانجام پیش‌بینی فوران‌ها را امکان‌پذیر ساخت. به هر حال این مساله قابل توجه است که کنترل مداوم این قبیل موارد در کل جهان، به یک شبکه گسترده غنی محتاج است. دهانه آتشفشان نوادو که بخارهای آب را به اسیدسولفوریک تبدیل می‌کرد، برای دانشمندان یک هشدار تکان‌دهنده قبل از فوران بود. همچنین از این قبیل بررسی‌ها می‌توان بخارهای سولفوری آتشفشان مونته را یاد کرد که بخارهای سولفوری حاصله با نقره واکنش داده و رنگ آن را سیاه می‌کرد. در پایان نیز می‌توان از کوه‌های پیرامون شهر واشنگتن یاد کرد که افزایش فومرول‌ها یا گازهای آتشفشانی و مواد فرار آن اندازه‌گیری و با این روش به عنوان یک آتشفشان فعال در آینده معرفی شد.

تجسس به وسیله ماهواره‌ها:

گاهی اوقات تصاویر گرفته‌شده از راه دور توسط ماهواره‌ها می‌تواند آنومالی‌های حرارتی ناشی از بالاآمدن ماگما و گرم‌شدن سنگ‌های نزدیک به سطح زمین را در مناطق فعال نشان دهد. به عنوان مثال در سال 1989، تصاویر ماهواره‌ای آند مرکزی ثابت کرد که در آن ناحیه به جای16 آتشفشان فعالی که در دیاگرام‌های آتشفشان‌های فعال سال 1963 به چاپ رسیده بود،60 آتشفشان فعال وجود دارد. همچنین امروزه محققان سیستم اعلام خطر تازه‌ای ابداع کرده‌اند که قادر است چند روز قبل از آتشفشان، وقوع آن را اطلاع دهد. در سیستم جدیدی که با استفاده از ماهواره‌های موقعیت‌یاب تکمیل شده است، موقعیت زمین‌های اطراف آتشفشان به‌طور مستمر تحت‌نظر قرار می‌گیرد و هر نوع حرکت غیرعادی در این زمین‌ها ـ که می‌تواند مقدمه بروز آتشفشان باشد ـ به دقت اندازه‌گیری می‌شود تا در صورت تشخیص حتمی‌بودن وقوع حادثه، به ساکنان مناطق اطراف هشدار داده ‌شود. اولین نمونه از این سیستم جدید مراقبت از تغییرات آتشفشان، در ایتالیا راه‌اندازی شده است.نحوه عمل سیستم اعلام خطر وقوع آتشفشان به این‌گونه است که در زمین‌های 2 طرف خطوط گسست آتشفشان، صفحات براق بزرگی از جنس فولاد نصب می‌شود. ماهواره‌هایی که کار تعیین موقعیت را انجام می‌دهند، هر روز یکبار در هنگام گردش بر فراز منطقه مورد نظر موقعیت این صفحات را اندازه‌گیری می‌کنند. هنگام بروز آتشفشان، جوشش گدازه‌هایی که قرار است از قعر زمین بیرون بجهند سبب می‌شود تا زمین‌های اطراف کوه شروع به حرکت کنند و این حرکت می‌تواند به چندین سانتی‌متر در روز هم برسد. ماهواره‌ها با مشاهده تغییر موقعیت صفحات فلزی و تعیین الگوی مداوم این تغییرات، ایستگاه‌های زمینی را از خطر وقوع آتشفشان آگاه می‌کنند. به اعتقاد ابداع‌کنندگان سیستم جدید، روش جدید شناسایی آتشفشان از جهت‌های مختلف بر سیستم‌های کنونی که با استفاده از ایستگاه‌های زمینی تغییرات را ثبت می‌کنند، برتری دارد.

مزیت نخست، دقت بیشتر سیستم جدید است که می‌تواند حرکت زمین را با دقت یک سانتی‌متر مشخص کند و این امری است که از عهده بسیاری از ایستگاه‌های زمینی موجود ساخته نیست. مزیت دیگر سیستم جدید نسبت به نمونه‌های مشابه خود، آن است که ماهواره‌ها قادر هستند با مشاهده دودی که قبل از بروز آتشفشان یا پس از آن از کوه خارج می‌شود و فضای اطراف را می‌پوشاند و تعیین موقعیت دقیق مسیر حرکت این دود، هواپیماهای مسافربری را که احیانا در مسیر حرکت این توده متراکم گاز قرار دارند به موقع از این خطر آگاه کنند. سومین مزیت سیستم جدید آن است که می‌تواند با عکسبرداری از بقایای آتشفشان‌ها طی قرون گذشته که آثار آن در زمین‌های اطراف آتشفشان باقی مانده است، ممکن‌ترین مسیر حرکت گدازه‌های آتشفشانی را مشخص کند و به این ترتیب به افرادی که قصد دارند در زمین‌های اطراف آتشفشان‌ها اقامت کنند، مناسب‌ترین مکان‌ها را پیشنهاد کند. باید توجه داشت که تجسس و پیش‌بینی توسط ماهواره‌ها مقرون به صرفه نیست و گران است و در حال حاضر استفاده از آن در مراحل اولیه خود است، ولی به هر حال می‌تواند بهترین جنبه‌های پیش‌بینی برای فوران‌های آتشفشانی باشد و به طور فزاینده‌ای، کنترل جابه‌جایی قائم و افقی زمین را در اطراف آتشفشان‌ها در آینده نشان دهد.

رفتارهای غیرطبیعی حیوانات:

حرکات غیرطبیعی حیوانات در بعضی موارد دال بر نزدیکی فوران‌های آتشفشانی مخرب است. بعد از فوران فاجعه‌آمیز کوه پله در 8 می 1902، در حالی که 30هزار نفر در سنت پیر کشته شدند، فقط جسد گربه‌ای پیدا شد. چرا که پرندگان مهاجر به جای آن‌که مثل همیشه روی دریاچه‌ای نزدیک سنت‌پیر بمانند، روانه جنوب آمریکا شدند. از طرف دیگر روی شیب کوه مارهای زیادی زندگی می‌کردند، اما در نیمه دوم آوریل محل سکونتشان را ترک کردند. بقیه خزندگان نیز از این عمل پیروی کردند. در واقع بالارفتن دمای زمین، خروج گازها، لرزش‌های خفیف زمین و سایر پدیده‌های هشداردهنده که مورد توجه اندام‌های حسی انسان قرار نمی‌گیرد، موجب پریشانی حیوانات که نسبت به این عوامل حساس هستند، می‌شود. شاید امروزه ایجاد یک سرویس برای پیش‌بینی فوران آتشفشان‌های خاموش، به مراتب آسان‌تر از پیش‌بینی وضع هوا باشد. پیش‌‌بینی‌های آتشفشان شناختی، برپایه ثبت تغییرات در رژیم آتشفشان از طریق مشاهده پارامترهای شیمیایی و فیزیکی مطمئن قرار دارد.

دفاع در مقابل بلایای طبیعی

دفاع موثر در مقابل فوران‌ها در بعضی حالات امکان‌پذیر است. بمباران‌کردن جریان گدازه روان و دیواره‌های دهانه آتشفشان توسط هواپیما یا توپخانه، احداث آب‌بندها یا سایر سدها در مسیر گدازه یا کشیدن تونل‌هایی به داخل دهانه آتشفشان برای کاستن آب دریاچه‌ها از جمله این روش‌های موثر محسوب می‌شوند. همان‌طور که به عنوان مثال آب بندها و پشته‌ها برای مقابله با گدازه‌های مایع در جزایر هاوایی با موفقیت مورد استفاده قرار می‌گیرند هنگام فوران‌های سال‌های 1956 و1960 پشته‌های سنگی حتی در مقابل جریان قوی گدازه ایستادگی کردند.

استفاده از آب‌بندها و پشته‌ها در مقابل روانه‌های گل‌ولای نیز امکان‌پذیر است. برای جلوگیری از آنها لازم است آب مازاد از دهانه‌های آتشفشان بیرون کشیده شود. به این منظور، تونلی انحرافی از قسمت بیرونی شیب مخروط آتشفشان به داخل دهانه آن کشیده می‌شود.