به گزارش ایسنا، در تابستان سال ۱۹۹۱، پیناتوبو، آتشفشانی در فیلیپین، فوران کرد. فوران در روز ۱۲ ژوئن آغاز شد و سه روز بعد به انفجاری مهیب منجر شد. زمانی که جریان‌های آذرآواری که بهمن‌های گداخته از سنگ مذاب و گاز بودند از دامنه‌های آن سرازیر شدند، قله پیناتوبو محو شد و جای خود را به شکافی به عرض ۲.۵ کیلومتر داد.

به نقل از کوانتا، این فوران بیش از ۸۰۰ نفر را کشت، عمدتا به این دلیل که سقف خانه‌ها که توسط خاکستر اشباع‌شده از باران سنگین شده بودند، فرو ریخت. اما می‌توانست خیلی بدتر از این نیز باشد. حدود ۲۵۰ هزار نفر، در چندین شهر و یک پایگاه وسیع نیروی هوایی ایالات متحده، در سایه آتشفشان زندگی می‌کردند. وقتی پیناتوبو در آوریل همان سال شروع به لرزیدن و بیرون دادن بخار کرد، دانشمندانی از ایالات متحده و فیلیپین مجموعه‌ای از ابزارها را مستقر کردند که آشوب درونی آتشفشان را ردیابی می‌کردند.

مایک پولند، دانشمند فعلی مسئول رصدخانه آتشفشان یلوستون در سرویس زمین‌شناسی ایالات متحده، می‌گوید: ما چیز زیادی در مورد آن آتشفشان نمی‌دانستیم، بنابراین این ارزیابی زمین‌شناسی واقعا سریع انجام شد و ارزیابی گفت که این فوران بزرگ خواهد بود و این مبنایی برای پیش‌بینی شد. تا اوایل ماه ژوئن، خاکستر و گدازه از پهلوهای پیناتوبو خارج می‌شدند و تنها چند روز قبل از سقوط فاجعه‌بارش، دستور تخلیه صادر شد.

دانشمندان جان‌های بی‌شماری را نجات دادند، اما پیش‌بینی آنها بیشتر از آن که علمی باشد، یک گمانه‌زنی آگاهانه بود. این کاری شبیه به پیش‌بینی آب و هوا نبود. آنها نمی‌توانستند با قطعیت بگویند که در ۱۲ ژوئن، یک فوران انفجاری رخ خواهد داد و همچنین نمی‌توانستند تکامل آن فوران را پیش‌بینی کنند.

با استثنائات بسیار کمی، این عدم دقت در مورد همه آتشفشان‌هایی که به خوبی رصد شده‌اند، صادق است. اما آتشفشان‌شناسی، به عنوان یک رشته، از زمان فوران پیناتوبو جهش‌های بزرگی داشته است. ابزار دقیق پیشرفته‌تر شده است، یادگیری ماشینی تفسیر داده‌ها را بسیار کارآمدتر کرده است و دانشمندان درک بسیار بهتری از مسیرهای ماگمایی که آتشفشان را هدایت می‌کند، دارند.

با توجه به این موارد این سوال مطرح می‌شود: ما چقدر به پیش‌بینی رفتار آتشفشان به روشی که آب و هوا را پیش‌بینی می‌کنیم، نزدیک هستیم؟

امروزه می‌دانیم که طوفانی با بزرگی مشخص در عرض چند روز بر روی یک شهر خاص فرود خواهد آمد. آیا دانشمندان هرگز می‌توانند بگویند که یک هفته بعد، یک آتشفشان خاص با احتمال ۸۰ درصد احتمال دارد که به شکلی خاص فوران کند با فوران گدازه، با نیروی انفجاری خاص، با جریان‌های آذرآواری که از دامنه غربی آن عبور خواهند کرد؟ دایانا رومن،  متخصص آتشفشان در کارنگی ساینس در واشنگتن دی سی، می‌گوید: پاسخ کوتاه به این پرسش «بله» است.

اگرچه ناظران آسمان برای هزاران سال آب و هوا را پیش‌بینی کرده‌اند، پیش‌بینی علمی معاصر آب و هوا یک اختراع جدید است. اولین معادلات ریاضی که پایه این مدل‌ها را تشکیل می‌دهند در آغاز قرن بیستم استخراج شدند. امروزه، هواشناسان می‌توانند یک سیستم کلی از جو زمین و اقیانوس‌ها را در نظر بگیرند و پیش‌بینی‌های دقیقی تا دو هفته آینده انجام دهند.

آب و هوا بیشتر از آتشفشان بر مردم تأثیر می‌گذارد، اما حدود ۸۰۰ میلیون نفر در فاصله ۱۰۰ کیلومتری از آتشفشان‌های فعال زندگی می‌کنند و برخی فوران‌ها نیز می‌توانند بر کل سیاره ما تأثیر بگذارند.

هم آب و هوا و هم آتشفشان سیستم‌های پیچیده‌ای هستند که ما می‌خواهیم آنها را درک کنیم، اما مشکلاتی که برای پیش‌بینی ایجاد می‌کنند، متفاوت است. جنی بارکلی، متخصص آتشفشان در دانشگاه بریستول انگلستان، می‌گوید: تفاوت بزرگ بین آتشفشان‌ها و پیش‌بینی آب و هوا این است که آب و هوا همیشه در حال تغییر است. جو دائما برای هواشناسان قابل مشاهده و اندازه‌گیری است. حتی آنها هم می‌گویند که به مشاهدات بیشتری نیاز دارند. از سوی دیگر، ماگما کیلومترها زیر پوسته زمین قرار دارد و آتشفشان‌های فعال هر چند دهه یک بار فوران می‌کنند.

هر آتشفشان نیز منحصر به فرد است. معماری مسیرهای زیرزمینی که ماگما را به سطح زمین هدایت می‌کنند، شیمی ماگما، میزان فوران‌ها و تنوع سبک‌های فوران از مکانی به مکان دیگر متفاوت است و فوران‌ها فقط یک عامل محرک ندارند. دما و فشار مخزن ماگما، ضعف سنگ‌های دربرگیرنده، گاز و محتوای کریستال، عمق ماگما، حرکت منطقه‌ای صفحات تکتونیکی، همگی از عواملی هستند که در وقوع فوران یا فروکش کردن آن نقش دارند.

ماریوس ایسکن، متخصص ژئوفیزیک در مرکز علوم زمین آلمان، می‌گوید: زمین‌شناسی آشفته است. اما نظمی در این آشفتگی نهفته است. آیا می‌توانیم آن را پیدا کنیم؟

من آتشفشان‌ها را به عنوان ارکسترهایی متشکل از صدها ساز مختلف تصور می‌کنم. پیش‌بینی فوران‌ها به معنای شنیدن موسیقی نیست. ما قبلا این کار را انجام داده‌ایم: لرزه‌سنج‌ها ترک خوردن سنگ را هنگام بالا آمدن ماگما حس می‌کنند؛ حسگرهای زمینی و ماهواره‌ها می‌توانند تغییرات پوسته را ردیابی کنند و نشان دهند که ماگما در کجا جریان دارد؛ آشکارسازهای گاز نشان می‌دهند که ماگما چه زمانی به اعماق کم می‌رسد، فشارش کاهش می‌یابد و گازهای مضر منتشر می‌کند.

چالش این است که بدانیم سمفونی چگونه به اوج خود می‌رسد، مدت‌ها قبل از اینکه شروع شود. امروزه، در آتشفشان‌هایی که به طور کامل تحت نظارت هستند، بهترین کاری که آتشفشان‌شناسان معمولا می‌توانند ارائه دهند، پیش‌بینی نیست، بلکه نوعی احتیاط شدید است.

اغلب، سیستم‌های هشدار از جمله سیستم‌هایی که توسط سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده استفاده می‌شوند در صورت بروز ناآرامی‌های شدید یا رو به افزایش، به مردم اطلاع می‌دهند. اما این بدان معنا نیست که فوران قریب‌الوقوع است.

جسیکا جانسون، متخصص ژئوفیزیک در دانشگاه ایست آنجلیا در انگلستان، می‌گوید: تنها ۵۰ درصد از ناآرامی‌های آتشفشانی که به نظر می‌رسد فوران خواهند کرد، به فوران ختم می‌شوند.

از سوی دیگر، برخی از آتشفشان‌ها ترجیح می‌دهند ما را غافلگیر کنند. توده‌های آب با فشار بالا که درست زیر سطح به دام افتاده‌اند، می‌توانند توسط توده‌های ماگمای مجاور گرم شوند. اگر آن توده پاره شود، یک انفجار بخار خطرناک رخ می‌دهد که می‌تواند ماگمای محبوس شده را آزاد کند. این نوع فوران اغلب بدون هیچ علامت هشدار قابل تشخیصی رخ می‌دهد و مانند یک مین زمینی است که در کنار کوهی از دینامیت دفن شده، منفجر می‌شود.

اگر یک آتشفشان در طول چندین چرخه فوران مورد مطالعه قرار گرفته باشد، جزئیات پیش‌بینی‌کننده بیشتری می‌تواند حاصل شود. در قله‌های خاصی، مانند آتشفشان‌های استرومبولی و اتنا در ایتالیا که مرتبا فواره‌هایی از گدازه فوران می‌کنند، دانشمندان می‌توانند با اطمینان یک فوران را پیش‌بینی کنند. مائوریزیو ریپپه، متخصص ژئوفیزیک در دانشگاه فلورانس، می‌گوید: ما سیستم‌هایی داریم که می‌توانند به ما بگویند که آتشفشان ظرف چند ساعت فوران خواهد کرد.

دانشمندان سایر آتشفشان‌ها، از جمله کیلاویا در هاوایی و آتشفشان‌های شبه‌جزیره ریکیانس در ایسلند، با استفاده از زلزله‌شناسی و اندازه‌گیری‌های تغییر شکل زمین، می‌توانند مهاجرت ماگما به زیر زمین را با چنان دقت شگفت‌انگیزی، ردیابی کنند که دقیقا می‌دانند در عرض یک ساعت یا بیشتر به صورت گدازه از کجا خارج خواهد شد. اما تام ویندر، متخصص زلزله‌شناسی آتشفشان در دانشگاه ایسلند، می‌گوید: چنین پیش‌بینی‌های دقیقی «نسبتا غیرمعمول» هستند. اینها آتشفشان‌های اغلب فعالی هستند که بعید است یک رویداد انفجاری بزرگ ایجاد کنند و مردم جوامع اطراف معمولا می‌دانند که باید نسبت به آنها محتاط باشند. در بیشتر موارد دیگر، اولین زمان هشدار شاید حدود یک ساعت قبل از فوران همیشه برای رساندن مردم به محل امن کافی نیست.

پیش‌بینی فوران‌ها یک سوال بزرگ است، زیرا آتشفشان‌ها را نمی‌توان به مدل‌های ساده تقلیل داد. آتشفشان‌ها بسیار منحصر به فرد و متغیر هستند و نمی‌توانند اشتراکات زیادی با یکدیگر داشته باشند.

دانشمندان هنوز باید یک قطعه حیاتی از پازل پیش‌بینی آتشفشان را حل کنند. رومن می‌گوید: ما حتی فیزیک اساسی را به طور کامل درک نمی‌کنیم. چه چیزی باعث می‌شود مخزن ماگما از حالت پایدار به شکست فاجعه‌بار منتقل شود؟

او گفت: آنها باید فیزیک مشترکی داشته باشند. اگر بتوان آن معادلات اساسی را کشف کرد، شاید بتوانیم آنها را برای همه آتشفشان‌ها و مقادیر خروجی که با دقت بالا به ما می‌گویند چه زمانی فوران بعدی رخ می‌دهد و شکل آن چگونه خواهد بود، اعمال کنیم.

دانشمندان پیش از این برخی از این معادلات حاکم را شناسایی کرده‌اند، اما آنها فقط پس از شروع فوران‌ها اعمال می‌شوند. محققان با استفاده از بیش از یک قرن مشاهدات، تا حد زیادی فیزیک خطرات آتشفشانی را استخراج کرده‌اند. به عنوان مثال، معادلات ناویه-استوکس که نحوه حرکت انواع مایعات را توصیف می‌کنند، با موفقیت برای هر دوی این خطرات اعمال شده‌اند، در حالی که معادله گرما نشان می‌دهد که چگونه و چه زمانی این مایعات آتشفشانی خنک می‌شوند. امروزه، آنها به متخصصان این امکان را می‌دهند که در مورد آتشفشان‌های خاص، محل فوران، میزان رسیدن انواع مختلف جریان‌ و سرعت وقوع را پیش‌بینی کنند.

این کار جان انسان‌ها را نجات می‌دهد، اما بخش کوچکی از معضل پیش‌بینی است. پولند می‌گوید که با استفاده از قیاس آب و هوا، این مانند این است که بگوییم: به محض شروع باران، می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که چه حوزه‌های آبخیزی ممکن است سیلابی شوند. دانستن زمان شروع طوفان مستلزم شناخت فیزیک زیرسطحی مخازن ماگما است.

در حال حاضر، هشدارهای فوران بر اساس تشخیص الگوهای موجود در سیگنال‌های ژئوفیزیکی قابل اندازه‌گیری، مانند تشدید فعالیت‌های لرزه‌ای که قبل از فوران‌ها رخ می‌دهند، هستند. اما اگر الگوها سازگار نباشند، که اغلب چنین است، همبستگی برای پیش‌بینی کافی نیست. جانسون می‌گوید: آنچه ما سعی داریم انجام دهیم، بررسی روابط سببی در آنجا است. اگر معنای این الگوها را بفهمید، آنگاه وقتی این الگوها تغییر می‌کنند، ما آنقدرها هم به دردسر نمی‌افتیم.

جانسون بخشی از یک پروژه جدید به نام «انتظار غیرمنتظره» است که تلاشی چند رشته‌ای به رهبری دانشگاه بریستول برای بررسی عوامل تشدید خطرناک آتشفشانی به شمار می‌رود.

محققان بر روی آتشفشان‌های کارائیب شرقی تمرکز می‌کنند که نسبتا به طور مکرر فوران می‌کنند و می‌توانند به سرعت از فوران‌های گدازه‌ای به سبک فورانی و سنگین به فوران‌های ناگهانی، فاجعه‌بار و انفجاری تبدیل شوند.

در دسامبر سال ۲۰۲۰، آتشفشان شروع به بیرون راندن توده‌ای چسبناک از گدازه کرد که برای چند ماه ادامه داشت. سپس انفجارهای متعدد، جریان‌های آذرآواری را به پایین دامنه‌های آن پرتاب کرد. به عنوان بخشی از این کار، صدها لرزه‌سنج و همچنین شبکه‌هایی از کابل‌های فیبر نوری برای ثبت حتی کوچکترین زلزله‌ها، در دوره‌های آرامش و ناآرامی استفاده خواهند شد. این تلاش نظارتی با کمک برنامه‌های یادگیری ماشینی انجام خواهد شد که برای شناسایی تغییرات جزئی در صدای لرزه‌ای این آتشفشان‌ها آموزش داده می‌شوند.

در سال‌های اخیر، از این برنامه‌ها برای پردازش حجم عظیمی از داده‌ها بسیار ماهرانه‌تر و کارآمدتر از آنچه دانشمندان به تنهایی می‌توانند مدیریت کنند، استفاده شده است. این کار در حال حاضر مسیرهای ماگمایی بی‌شماری را که قبلاً پنهان بودند، در زیر آتشفشان‌ها آشکار کرده است و همچنین به دانشمندان اجازه می‌دهد تا تقریباً به صورت در لحظه، ماگما را که از پوسته فوران می‌کند، ردیابی کنند.

ایده این پروژه، دستیابی به جزئیات بی‌سابقه‌ای در مورد چگونگی تغییرات کوچک در رفتار یا موقعیت ماگما است که می‌تواند منجر به فوران شود. این داده‌ها به نوبه خود می‌توانند برخی از فیزیک‌های اساسی را روشن کنند. همه این آتشفشان‌های کارائیب، هرچند ممکن است متنوع باشند، می‌توانند مجموعه‌ای مشترک از معادلات دینامیک سیالات داشته باشند. با این حال، لرزه‌شناسی به تنهایی کافی نخواهد بود. پولند می‌گوید: ما فاقد درک فیزیکی از آنچه دقیقا در یک محفظه ماگما اتفاق می‌افتد، هستیم. چه چیزی باعث هسته‌زایی غیرقابل توقف حباب‌ها در داخل توده‌ای از ماگما می‌شود که می‌تواند ماگمای داغ و شناور را با جوششی شبیه قوطی نوشابه از طریق پوسته بالایی به حرکت درآورد؟ چه ترکیبی از سنگ مذاب، کریستال‌ها و گاز برای ایجاد فوران آماده می‌شود؟ چه چیزی باعث می‌شود فوران از خروج گدازه‌های تراوش‌کننده به انفجار خاکستر و سنگ به آسمان تغییر کند؟

ژئوشیمی نیز برای این تلاش ضروری است. امروزه دانشمندان، گدازه یا خاکستر تازه و قدیمی را در اطراف آتشفشان‌ها چه در طول فوران و چه در فاصله بین آنها، جمع‌آوری می‌کنند تا تغییرات ظریف در ترکیب شیمیایی آنها را شناسایی کنند. دانشمندان از مدل‌های عددی پیچیده برای شبیه‌سازی احشای آتشفشانی استفاده می‌کنند، اما این هنوز حدس و گمان است. با این حال، آزمایش‌های آزمایشگاهی ممکن است بتوانند این مدل‌ها را توجیه کنند.

تکرار شدیدترین پدیده‌ها در محیط‌های آزمایشگاهی آسان نیست. اما در آزمایش‌های موفقیت‌آمیز در پاییز ۲۰۲۵، دانشمندان شرایط موجود در هنگام تولد سیارات را بازسازی کردند که با شبیه‌سازی ماگما و جوهای هیدروژن مینیاتوری تکمیل شد. پولند می‌گوید: شما نمی‌توانید یک محفظه ماگما در سطح زمین بسازید. اما ما نسبت به مدتی پیش به این نوع چیزها بسیار نزدیک‌تر شده‌ایم.

در حالت ایده‌آل، آتشفشان‌شناسان می‌خواهند گزینه‌های واقعا جاه‌طلبانه‌ دیگری را امتحان کنند. ویندر می‌گوید: تا جایی که مقداری ماگما در عمق وجود دارد، حفاری کنند و واقعا این فرآیندها را در محل ببینند، نه اینکه فقط نتایج آنها را ببینند. این یکی از اهداف بستر آزمایشی ماگما کرافلا در ایسلند است. این تأسیسات به معنای واقعی کلمه پیشگام قرار است به اولین رصدخانه‌ مستقیم ماگما در جهان تبدیل شود.

پولند می‌گوید: دلیلی وجود ندارد که نتوانیم فکر کنیم که در مقطعی از آینده می‌توانیم پیش‌بینی‌های آتشفشانی مانند پیش‌بینی‌های آب و هوا داشته باشیم. اما استخراج یک نظریه‌ واحد در مورد آتشفشان‌شناسی نیاز به یک پروژه‌ زمین‌شناسی بزرگ دارد.

ابتدا مجموعه‌ای از آتشفشان‌های بسیار متنوع باید با ابزارهای ژئوفیزیکی بررسی شوند و به طور مداوم در طول چرخه‌های فوران متعدد یعنی دهه‌های متمادی تحت نظارت قرار گیرند.

با وجود سیلی از اطلاعات ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی، دانشمندان با کمک یادگیری ماشینی می‌توانند مشترکاتی را تعیین کنند که به آنها امکان می‌دهد قوانین ژئوفیزیکی بنیادی را استخراج کنند. سپس می‌توانند مدل آتشفشان نمونه اولیه را بسازند. مدلی که بسیار عمومی است، اما می‌تواند بر روی هر آتشفشانی در جهان اعمال شود.

فرض کنید نگران کوه فوجی مستعد انفجار ژاپن هستید. دانشمندان می‌توانند وضعیت لرزه‌خیزی فعلی، ژئوشیمی ماگمایی و میزان تغییر شکل آن را در مدل وارد کنند. نرم‌افزاری که می‌تواند محتمل‌ترین تاریخ فوران آتشفشان را مشخص کند، در حالی که محتمل‌ترین حالت و مدت زمان فوران را نیز توصیف می‌کند.

برخی از کارشناسان گمان می‌کنند که ممکن است چندین نمونه اولیه آتشفشان وجود داشته باشد. برای مثال آنهایی که گدازه را بیرون می‌ریزند یا آنهایی که منفجر می‌شوند. در هر صورت، این مفهوم پیش‌بینی فوران مورد توجه بسیاری از آتشفشان‌شناسان قرار گرفته است. زک راس، متخصص ژئوفیزیک و محقق یادگیری ماشین در موسسه فناوری کالیفرنیا، می‌گوید: قطعاً این روش درستی برای فکر کردن به آن است. اما شک و تردید در مورد پیش‌بینی دقیق همچنان پابرجاست.

افراد خوش‌بین‌تری نیز  وجود دارند که می‌گویند در حالی که برخی آتشفشان‌ها همیشه دردسرساز خواهند بود مثلا آنهایی که هر چند قرن یک بار فوران می‌کنند، یا آنهایی که به نظر می‌رسد در عرض چند ساعت از حالت خفته به فورانی تبدیل می‌شوند، بسیاری از فوران‌ها می‌توانند قابل پیش‌بینی باشند.

تلاش‌های عظیمی برای درک چگونگی عملکرد آب و هوا و چگونگی تغییر سریع آب و هوای زمین مورد نیاز بود. باید از جایی شروع کرد. اکنون وقت یک حرکت بزرگ برای آتشفشان‌ها است.

هر روز، آتشفشان‌شناسان معجزات علمی را برای محافظت از میلیون‌ها نفر در برابر فوران‌ها انجام می‌دهند. تصور آینده‌ای که در آن مردم نه تنها ساعت‌ها، بلکه روزها یا حتی هفته‌ها فرصت دارند تا خود را از خطر دور کنند، هیجان‌انگیز است.

انتهای پیام