راز خطر پنهان آتشفشان‌های خاموش

پژوهشگران با ارائه یافته‌ای تازه درباره رفتار ماگما، گام مهمی در شناخت بهتر آتشفشان‌ها برداشته‌اند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد خطر آتشفشان‌ها تنها به زمان فوران محدود نمی‌شود و فرآیندهای پنهان درون مجرای آتشفشان، از جمله نیروهای برشی و تشکیل حباب‌های گاز، می‌توانند نحوه وقوع فوران و حتی شدت آن را تغییر دهند؛ موضوعی که می‌تواند به پیش‌بینی دقیق‌تر مخاطرات آتشفشانی و کاهش خسارات انسانی کمک کند.

به گزارش سیناپرس، وقتی نام آتشفشان به میان می‌آید، بیشتر مردم فوران گدازه، ستون‌های خاکستر و انفجارهای سهمگین را تصور می‌کنند؛ اما پژوهش‌های زمین‌شناسی و تجربه دهه‌های گذشته نشان می‌دهد برخی از مرگبارترین مخاطرات آتشفشانی حتی زمانی رخ می‌دهند که آتشفشان ظاهرا آرام است. از رانش ناگهانی دامنه‌ها و جریان‌های گِلی گرفته تا تغییرات پنهان در ماگما، دانشمندان تأکید می‌کنند که برای ارزیابی خطر آتشفشان‌ها باید فراتر از لحظه فوران را دید.

وقتی تصاویر آتشفشان‌ها در رسانه‌ها منتشر می‌شود، معمولا ستون‌های عظیم خاکستر، رودخانه‌های گدازه و انفجار‌های سهمگین بیش از هر چیز توجه مخاطبان را جلب می‌کند. با این حال، دانشنامه بریتانیکا یادآور می‌شود که خطر آتشفشان‌ها به زمان فوران محدود نیست و آتشفشان‌ها حتی زمانی که فوران نمی‌کنند نیز می‌توانند خطرناک باشند. از این رو، تصویر رایج از آتشفشان به عنوان پدیده‌ای خطرناک فقط در لحظه فوران، همه واقعیت را توضیح نمی‌دهد.

این نگاه در سال‌های اخیر با انتشار نتایج پژوهشی تازه از سوی پژوهشگران دانشگاه ETH زوریخ ابعاد جدیدی پیدا کرده است. این پژوهش که نتایج آن در آبان ۱۴۰۴ (نوامبر ۲۰۲۵) در مجله Science منتشر شد، نشان می‌دهد درون مجرای آتشفشان فرآیندی ناشناخته‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد در حال وقوع است؛ فرآیندی که می‌تواند توضیح دهد چرا بعضی آتشفشان‌ها با وجود داشتن ماگمای بسیار غنی از گاز، همیشه با انفجار‌های ویرانگر همراه نمی‌شوند و گاهی آرام‌تر از انتظار گدازه را آزاد می‌کنند. به نوشته دانشگاه ETH زوریخ، این پژوهش قطعه‌ای مهم از پازل شناخت فرایند‌های درون آتشفشان‌های فعال و پیش‌بینی دقیق‌تر شیوه فوران آنها را فراهم می‌کند.

آتشفشان آرام، اما نه بی‌خطر

بر اساس تعریفی که دانشنامه بریتانیکا ارائه می‌کند، آتشفشان‌ها به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند: آتشفشان فعال، آتشفشان در حال فوران، آتشفشان خفته و آتشفشان خاموش. آتشفشان فعال به آتشفشانی گفته می‌شود که طی حدود ۱۰ هزار سال گذشته دست‌کم یک بار فوران کرده باشد. آتشفشان خفته نیز در همین گروه قرار می‌گیرد، اما در حال حاضر فوران نمی‌کند و امکان فعالیت دوباره آن وجود دارد. تنها آتشفشان‌های خاموش هستند که احتمال فوران دوباره آنها بسیار اندک ارزیابی می‌شود.

همین طبقه‌بندی نشان می‌دهد که «فوران نکردن» الزاما به معنای «بی‌خطر بودن» نیست. به نوشته بریتانیکا، نخستین خطر یک آتشفشان فعال این است که ممکن است در هر زمان دوباره وارد مرحله فوران شود. به همین دلیل، هرچه سکونتگاه‌های انسانی به چنین آتشفشان‌هایی نزدیک‌تر باشند، فرصت واکنش در برابر رخداد‌های ناگهانی کمتر خواهد بود. البته این موضوع به معنای خالی بودن اطراف آتشفشان‌ها از جمعیت نیست؛ شهر‌هایی مانند ناپل در ایتالیا و کیتو، پایتخت اکوادور، در نزدیکی آتشفشان‌های فعال قرار دارند؛ هرچه سکونتگاه‌ها نزدیک‌تر باشند، خطر بیشتر است؛ اما با اندیشیدن تمهیداتی تلاش می‌شود در صورت بروز فوران، به ساکنان پیش از به خطر افتادن جانشان، هشدار داده شود.

اما خطر تنها به خود فوران محدود نمی‌شود. بریتانیکا می‌نویسد بسیاری از آتشفشان‌ها با خاکستر و آوار‌های آتشفشانی پوشیده شده‌اند. این مواد در اثر بارندگی شدید، زمین‌لرزه یا فعالیت‌های آتشفشانی می‌توانند به جریان‌های گلی پرسرعتی موسوم به «لاهار» تبدیل شوند؛ بنابراین حتی زمانی که از آسمان خاکستر یا گدازه‌ای فرو نمی‌ریزد، خطر همچنان وجود دارد.

این مواد می‌توانند در اثر فعالیت آتشفشانی، زمین‌لرزه یا حتی بارندگی به لاهار تبدیل شوند.

خطری که از درون کوه آغاز می‌شود

برنامه مخاطرات آتشفشانی سازمان زمین‌شناسی آمریکا (USGS) که متن آن توسط انستیتو زمین‌علوم آمریکا (AGI) بازنشر شده است، به خطر کمتر شناخته‌شده دیگری اشاره می‌کند؛ خطری که منشأ آن نه در دهانه آتشفشان، بلکه در ساختمان داخلی کوه قرار دارد.

بر اساس توضیح USGS، بسیاری از آتشفشان‌های چینه‌ای دارای شبکه‌ای از آب‌های داغ و اسیدی در درون خود هستند. این آب‌ها به مرور زمان سنگ‌های سخت را تجزیه کرده و آنها را به مواد نرم و غنی از رس تبدیل می‌کنند. در نتیجه، خود آتشفشان به‌مرور ضعیف می‌شود و ممکن است بخش‌های بزرگی از آن ناگهان فروبپاشد و رانش‌های آبدار ایجاد کند. این منبع تأکید می‌کند که چنین رانش‌هایی به‌ویژه خطرناک‌اند، زیرا ممکن است بدون هیچ هشدار آتشفشانی یا لرزه‌ای رخ دهند.

USGS در این زمینه از آتشفشان رِینیر در ایالت واشنگتن آمریکا به عنوان نمونه یاد می‌کند. به گفته این سازمان، وجود جمعیت فراوان در دشت‌های سیلابی پایین‌دست، ساختمان تضعیف‌شده آتشفشان و سابقه طولانی وقوع لاهار‌های بزرگ سبب شده است که خطر این منطقه حتی در دوره‌هایی که آتشفشان آرام به نظر می‌رسد نیز همچنان جدی ارزیابی شود.

فاجعه‌ای که گاهی با باران آغاز می‌شود

خطر آتشفشان‌ها تنها به گدازه، خاکستر یا جریان‌های آذرآواری محدود نمی‌شود. دانشگاه استنفورد در گفت‌وگویی با دو زمین‌شناس خود به نوع دیگری از مخاطرات آتشفشانی، یعنی «جریان‌های آواری» (Debris flows) پرداخته است. به نوشته این دانشگاه، بارندگی و طوفان می‌توانند آوار‌های سست موجود در شیب‌های تند آتشفشان را به حرکت درآورند و جریان‌های آواری سرد ایجاد کنند.

«دونالد لو»، استاد علوم زمین‌شناسی دانشگاه استنفورد، برای توضیح این خطر به فاجعه سال ۱۹۸۵ آتشفشان «نوادو دل رویز» در کلمبیا اشاره می‌کند. به گفته او، در آن حادثه، خروج محدود خاکستر بخشی از یخچال نزدیک قله را ذوب کرد و حجم زیادی آب وارد دره‌ها شد. این جریان‌ها که از دامنه آتشفشان سرچشمه گرفته بودند، حدود ۶۰ کیلومتر پایین‌دست، شهر «آرمرو» را دربر گرفتند و حدود ۲۰ هزار نفر را به کام مرگ کشاندند.

لو می‌گوید بررسی رسوبات قدیمی اطراف این شهر نشان داد چنین رخداد‌هایی پیش‌تر نیز بار‌ها اتفاق افتاده بود و مطالعات زمین‌شناسی می‌توانست نشان دهد که آرمرو محل مناسبی برای احداث یک شهر نبوده است. او همچنین یادآوری می‌کند که نقشه‌های مخاطرات آتشفشانی که در ماه‌های پیش از فوران تهیه شده بودند، نشان می‌دادند آرمرو در مسیر جریان‌های گلی قرار دارد، اما این نقشه‌ها به‌طور گسترده توزیع نشدند.

«گیل ماهود»، استاد علوم زمین‌شناسی دانشگاه استنفورد، نیز معتقد است یکی از مشکلات در کشور‌هایی مانند گواتمالا، اندونزی و فیلیپین، تمرکز جمعیت در دامنه و اطراف آتشفشان‌ها است. به گفته او، در چنین مناطقی حتی فوران‌های نسبتاً کوچک نیز می‌توانند به دلیل قرار گرفتن سکونتگاه‌ها در مسیر مخاطرات آتشفشانی، تلفات انسانی قابل توجهی بر جای بگذارند.

معمایی که دهه‌ها ذهن آتشفشان‌شناسان را مشغول کرده بود

اینکه یک آتشفشان چگونه فوران می‌کند، از مهم‌ترین پرسش‌های زمین‌شناسی به شمار می‌رود. دانشگاه ETH زوریخ می‌نویسد تا پیش از این تصور غالب آن بود که انفجاری بودن فوران، به تعداد حباب‌های گازی بستگی دارد که در ماگما شکل می‌گیرند و نیز به زمانی که این حباب‌ها تشکیل می‌شوند. بر اساس این توضیح، هنگامی که ماگما به سمت سطح بالا می‌آید و فشار محیط کاهش می‌یابد، گاز‌های حل‌شده در آن از محلول خارج می‌شوند و حباب می‌سازند. این حباب‌ها ماگما را سبک‌تر می‌کنند، سرعت صعود آن را بالا می‌برند و در برخی موارد می‌توانند باعث از هم گسیختن ماگما و وقوع فوران انفجاری شوند.

دانشمندان برای توضیح این سازوکار از مثالی ساده استفاده می‌کنند؛ درست مانند زمانی که درِ یک بطری نوشیدنی گازدار باز می‌شود. تا هنگامی که بطری بسته است، دی‌اکسیدکربن در مایع حل شده باقی می‌ماند، اما با کاهش فشار، حباب‌ها ناگهان ظاهر می‌شوند و مایع را با شدت به سمت بیرون می‌رانند. سال‌ها تصور می‌شد رفتار ماگما نیز تقریبا از همین الگو پیروی می‌کند.

اما این توضیح یک مشکل داشت؛ مشکلی که مشاهده رفتار برخی آتشفشان‌های مشهور جهان آن را آشکار کرده بود.

بر اساس گزارش دانشگاه ETH زوریخ، برخی آتشفشان‌ها با وجود آنکه ماگمایی بسیار چسبناک و سرشار از گاز دارند، همیشه مطابق این الگوی کلاسیک رفتار نمی‌کنند. برای مثال، پژوهشگران به کوه سنت‌هلنز در ایالت واشینگتن آمریکا و آتشفشان کیساپو (Quizapu) در شیلی اشاره می‌کنند؛ آتشفشان‌هایی که در مقاطعی، با وجود آنکه شرایط لازم برای یک فوران انفجاری را در اختیار داشتند، گدازه را نسبتا آرام از دهانه خارج کردند. این مشاهده با نظریه رایج آن زمان سازگار نبود و به یکی از معما‌های دیرینه آتشفشان‌شناسی تبدیل شد.

همین ابهام، موضوع مطالعه‌ای شد که نتایج آن ۶ نوامبر ۲۰۲۵ با عنوان Shear-induced bubble nucleation in magmas در نشریه Science منتشر شد. این پژوهش با مشارکت اولیویه باخمن، استاد سنگ‌شناسی ماگمایی و آتشفشان‌شناسی دانشگاه ETH زوریخ، انجام شد. دانشگاه ETH زوریخ در معرفی این کار نوشت که این پژوهش «قطعه‌ای مهم از پازل» در فهم بهتر فرایند‌های درون آتشفشان‌های فعال است.

نیرویی که کمتر کسی به آن توجه کرده بود

پژوهشگران در این مطالعه نشان دادند که کاهش فشار تنها عامل تشکیل حباب‌های گاز در ماگما نیست و نیرو‌های برشی نیز می‌توانند در این فرایند نقش داشته باشند. از مثالی ساده استفاده کرده‌اند. اگر ظرفی از عسل را با قاشق هم بزنیم، بخش میانی عسل سریع‌تر حرکت می‌کند، اما در نزدیکی دیواره ظرف، به دلیل اصطکاک بیشتر، سرعت کاهش می‌یابد. به نوشته این دانشگاه، در مجرای آتشفشان نیز ماگما در نزدیکی دیواره‌ها، جایی که اصطکاک بیشتر است، آهسته‌تر از بخش داخلی حرکت می‌کند و این فرایند، به تعبیر پژوهشگران، عملا سنگ مذاب را «ورز می‌دهد» و حباب‌های گاز تولید می‌کند.

«اولیویه باخمن» درباره نتایج این آزمایش‌ها می‌گوید: «آزمایش‌های ما نشان داد حرکت ماگما ناشی از نیرو‌های برشی، حتی بدون کاهش فشار نیز برای تشکیل حباب‌های گاز کافی است». این نقل‌قول که در گزارش دانشگاه ETH زوریخ آمده، یکی از مهم‌ترین یافته‌های پژوهش به شمار می‌رود؛ زیرا نشان می‌دهد فرایندی که پیش‌تر نقش آن کمتر مورد توجه قرار گرفته بود، می‌تواند رفتار یک آتشفشان را تغییر دهد.

آزمایشگاهی که رفتار درون آتشفشان را شبیه‌سازی کرد

برای بررسی این فرضیه، پژوهشگران آزمایشی ویژه طراحی کردند. به نوشته دانشگاه ETH زوریخ، آنها از مایعی بسیار غلیظ با رفتاری مشابه سنگ مذاب استفاده کردند و آن را با گاز دی‌اکسیدکربن اشباع کردند تا شرایطی نزدیک به ماگما به وجود آید.

در مرحله بعد، این مایع تنها تحت تأثیر نیرو‌های برشی قرار گرفت. نتیجه، پژوهشگران را شگفت‌زده کرد. به محض آنکه شدت نیرو‌های برشی از آستانه مشخصی عبور کرد، حباب‌های گاز بدون آنکه فشار کاهش یافته باشد، درون مایع ظاهر شدند. همچنین مشخص شد هرچه مقدار گاز حل شده در مایع بیشتر باشد، برای تشکیل حباب‌های جدید به نیروی برشی کمتری نیاز است.

نتیجه مهم دیگر آن بود که وجود حباب‌های قبلی، تشکیل حباب‌های تازه را آسان‌تر می‌کرد. اولیویه باخمن در توضیح این موضوع می‌گوید: «هرچه مقدار گاز موجود در ماگما بیشتر باشد، نیروی برشی کمتری برای تشکیل و رشد حباب‌ها لازم است». این یافته نشان می‌دهد تشکیل حباب‌های جدید با افزایش مقدار گاز موجود در ماگما آسان‌تر می‌شود.

کانال‌هایی که شاید از انفجار جلوگیری کنند

پژوهشگران تنها به آزمایش‌های آزمایشگاهی اکتفا نکردند. آنها نتایج به‌دست‌آمده را با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای فوران‌های آتشفشانی نیز ترکیب کردند. بر اساس گزارش دانشگاه ETH زوریخ، این شبیه‌سازی‌ها نشان داد بیشترین احتمال تشکیل حباب‌های ناشی از نیرو‌های برشی در نزدیکی دیواره‌های مجرای آتشفشان وجود دارد؛ جایی که اصطکاک بیشترین مقدار را دارد.

اگر این حباب‌ها در همان بخش‌های عمیق مجرا رشد کنند و به یکدیگر متصل شوند، می‌توانند شبکه‌ای از مسیر‌های خروج گاز یا کانال‌های گاززدایی ایجاد کنند. در چنین شرایطی، بخشی از گاز پیش از رسیدن ماگما به دهانه آتشفشان از آن خارج می‌شود و فشار داخلی کاهش می‌یابد. به گفته پژوهشگران، این سازوکار می‌تواند توضیح دهد که چرا برخی ماگما‌های بسیار غنی از گاز، به جای انفجار، به‌آرامی روی سطح زمین جاری می‌شوند.

باخمن در جمع‌بندی نتایج پژوهش می‌گوید: «اکنون می‌توانیم توضیح دهیم که چرا برخی ماگما‌های بسیار چسبناک، با وجود مقدار زیاد گاز، به جای انفجار، آرام جریان پیدا می‌کنند؛ معمایی که مدت‌ها ذهن ما را مشغول کرده بود».

به نقل از آنا، با این حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که این یافته به معنای کاهش خطر همه آتشفشان‌ها نیست. برعکس، همان مطالعه نشان می‌دهد اگر در ماگمای کم‌گاز، تحت تأثیر نیرو‌های برشی تعداد زیادی حباب تشکیل شود، ممکن است سرعت صعود ماگما افزایش یابد و در نهایت یک فوران بسیار انفجاری رخ دهد.

بر اساس نتایج این پژوهش، نیرو‌های برشی بسته به مقدار گاز موجود در ماگما می‌توانند پیامد‌های متفاوتی داشته باشند؛ در برخی شرایط با ایجاد کانال‌های گاززدایی به کاهش فشار و آرام‌تر شدن خروج ماگما کمک می‌کنند و در برخی شرایط دیگر ممکن است با افزایش تعداد حباب‌ها، زمینه را برای فوران‌های انفجاری فراهم کنند. به گفته پژوهشگران، این یافته ضرورت بازنگری در مدل‌های پیش‌بینی رفتار آتشفشان‌ها و در نظر گرفتن نقش نیرو‌های برشی در مجرا‌های آتشفشانی را نشان می‌دهد.