رازهای فوران آتشفشان: چگونه آتشفشان‌ها زمین را شکل می‌دهند؟

فعالیت‌های آتشفشانی پدیده‌ای شگفت‌انگیز، ترسناک و در عین حال، یک جزء حیاتی از سیاره ما هستند. آتشفشان‌ها در سراسر جهان پراکنده‌اند؛ از صحراهای آفریقا گرفته تا مناطق سردسیر قطب جنوب، جزایر اقیانوس آرام و تمام قاره‌ها. تقریباً هر روز، یک آتشفشان در نقطه‌ای از زمین فوران می‌کند. آتشفشان‌های زمین برای بسیاری از ما آشنا هستند؛ مانند کوه آگونگ در بالی، بارداربونگا در ایسلند، کیلاویا در هاوایی و کولیما در مکزیک. این آتشفشان‌ها همواره فعال و یا نیمه فعال هستند.

اما آتشفشان‌ها تنها به زمین محدود نمی‌شوند، بلکه در سیارات و قمرهای دیگر منظومه شمسی نیز یافت می‌شوند. برای مثال، قمر "آیو" سیاره مشتری، یک دنیای به شدت آتشفشانی است که گدازه‌های گوگردی را از زیر سطح خود به بیرون پرتاب می‌کند. تخمین زده می‌شود که این قمر کوچک، به دلیل فعالیت‌های آتشفشانی شدید، در طی میلیون‌ها سال تقریباً زیر و رو می‌شود؛ به این معنی که مواد از داخل آن به سطح و فراتر از آن منتقل می‌شوند. این فعالیت‌های آتشفشانی نقش مهمی در تغییرات ساختاری این قمر دارند.

در فاصله‌ای دورتر، قمر "انسلادوس" سیاره زحل نیز دارای ویژگی‌های فواره‌مانندی است که با آتشفشان‌ها مرتبط هستند. با این تفاوت که به جای فوران سنگ‌های مذاب مانند زمین و آیو، بلورهای یخ لجن‌مانند را به بیرون پرتاب می‌کند. دانشمندان سیاره‌شناس بر این باورند که فعالیت‌های مشابه "آتشفشان‌های یخی" (که به عنوان کرایوولکانیسم شناخته می‌شوند) در سراسر مناطق دوردست منظومه شمسی گسترده‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شود. ونوس (زهره) نیز یک سیاره فعال آتشفشانی است و شواهد محکمی از فعالیت‌های آتشفشانی در گذشته مریخ وجود دارد. حتی عطارد نیز نشانه‌هایی از فوران‌های آتشفشانی در اوایل تاریخ خود نشان می‌دهد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که آتشفشان‌ها در شکل‌گیری و تحول سیارات و قمرهای منظومه شمسی نقش مهمی داشته‌اند.

آتشفشان‌ها: سازندگان جهان

آتشفشان‌ها نقش اساسی در شکل‌گیری قاره‌ها، جزایر، کوه‌های اعماق اقیانوس‌ها و دهانه‌ها دارند. آن‌ها با فوران گدازه‌ها و مواد دیگر، سطح زمین را بازسازی می‌کنند. زمین در ابتدای پیدایش خود، دنیایی آتشفشانی بود که با اقیانوسی از مواد مذاب پوشیده شده بود.

لازم به ذکر است که همه آتشفشان‌هایی که از ابتدای زمان فعال بوده‌اند، در حال حاضر فعال نیستند. برخی از آن‌ها خاموش شده‌اند و دیگر هرگز فعال نخواهند شد. در مقابل، برخی دیگر خفته هستند؛ یعنی این پتانسیل را دارند که در آینده دوباره فوران کنند. این موضوع به ویژه در مورد مریخ صادق است؛ جایی که در کنار شواهد فعالیت‌های آتشفشانی گذشته، تعدادی آتشفشان نیز وجود دارد.

اصول اولیه فوران آتشفشان

بسیاری از مردم با انفجارهای آتشفشانی مانند انفجار کوه سنت هلن در ایالت واشنگتن در سال 1980 آشنا هستند. آن فوران دراماتیک، بخشی از کوه را از بین برد و میلیاردها تن خاکستر را بر ایالت‌های اطراف بارید. با این حال، این تنها آتشفشان فعال در آن منطقه نیست. کوه‌های هود و رینیر نیز فعال در نظر گرفته می‌شوند، اما نه به اندازه کوه سنت هلن. این کوه‌ها به عنوان آتشفشان‌های "پشت قوس" شناخته می‌شوند و فعالیت آن‌ها ناشی از حرکات صفحات تکتونیکی در اعماق زمین است.

زنجیره جزایر هاوایی از یک نقطه داغ، یک نقطه ضعیف در پوسته زمین در زیر اقیانوس آرام، سرچشمه می‌گیرد. این جزایر در طی میلیون‌ها سال، با حرکت پوسته زمین بر روی این نقطه داغ و خروج گدازه‌ها به کف دریا، شکل گرفته‌اند. در نهایت، سطح هر جزیره از آب بیرون زده و به رشد خود ادامه داده است.

فعال‌ترین آتشفشان‌های هاوایی در جزیره بزرگ (Big Island) قرار دارند. یکی از آن‌ها، کیلاویا، همچنان جریان‌های ضخیم گدازه را پمپاژ می‌کند که بخش زیادی از منطقه جنوبی جزیره را بازسازی کرده است. فوران‌های اخیر از دهانه‌ای در سمت این کوه، روستاها و خانه‌ها را در جزیره بزرگ تخریب کرده است. این فوران‌ها نشان می‌دهند که فعالیت آتشفشانی کیلاویا همچنان یک تهدید جدی برای ساکنان این منطقه است.

آتشفشان‌ها همچنین در سرتاسر حوضه اقیانوس آرام، از ژاپن تا نیوزلند، فوران می‌کنند. فعال‌ترین مناطق آتشفشانی در این حوضه، در امتداد مرزهای صفحات تکتونیکی قرار دارند و کل این منطقه به عنوان "حلقه آتش" شناخته می‌شود. این نام‌گذاری به دلیل فراوانی آتش‌فشان‌ها و فعالیت‌های لرزه‌ای در این منطقه صورت گرفته است.

در اروپا، کوه اتنا در سیسیل و وزوویوس (آتشفشانی که پمپئی و هرکولانئوم را در سال 79 پس از میلاد مدفون کرد) بسیار فعال هستند. این کوه‌ها همچنان مناطق اطراف را با زلزله‌ها و جریان‌های گدازه گهگاهی تحت تأثیر قرار می‌دهند.

لازم به ذکر است که هر آتشفشانی یک کوه تشکیل نمی‌دهد. برخی از آتشفشان‌های دهانه‌ای، به ویژه در فوران‌های زیردریایی، بالشتک‌هایی از گدازه را به بیرون می‌فرستند. آتشفشان‌های دهانه‌ای در سیاره زهره فعال هستند و سطح آن را با گدازه‌های ضخیم و چسبناک می‌پوشانند. در زمین، آتشفشان‌ها به روش‌های مختلفی فوران می‌کنند.

آتشفشان‌ها چگونه کار می‌کنند؟

فوران‌های آتشفشانی مسیرهایی را برای خروج مواد از اعماق زمین به سطح فراهم می‌کنند. آن‌ها همچنین به سیاره اجازه می‌دهند تا گرمای خود را تخلیه کند. آتشفشان‌های فعال در زمین، آیو و زهره از سنگ‌های مذاب زیرسطحی تغذیه می‌شوند. در زمین، گدازه از گوشته (لایه‌ای در زیر پوسته) به بالا می‌آید. هنگامی که مقدار کافی سنگ مذاب - که ماگما نامیده می‌شود - وجود داشته باشد و فشار کافی روی آن اعمال شود، یک فوران آتشفشانی رخ می‌دهد. در بسیاری از آتشفشان‌ها، ماگما از طریق یک لوله مرکزی یا "گلوگاه" بالا می‌رود و از بالای کوه خارج می‌شود.

در مکان‌های دیگر، گدازه‌ها، گازها و خاکستر از طریق دهانه‌ها به بیرون جریان می‌یابند. این دهانه‌ها می‌توانند در نهایت به تپه‌ها و کوه‌های مخروطی شکل تبدیل شوند. این نوع فوران، همان سبکی است که اخیراً در جزیره بزرگ هاوایی رخ داده است.

فعالیت آتشفشانی می‌تواند نسبتاً آرام یا بسیار انفجاری باشد. در یک جریان بسیار فعال، ابرهایی از گاز ممکن است از دهانه آتشفشانی بیرون بیایند. این ابرها بسیار مرگبار هستند زیرا داغ و سریع حرکت می‌کنند و گرما و گاز می‌توانند به سرعت یک فرد را از بین ببرند. این گازها اغلب حاوی مواد سمی و خفه‌کننده هستند.

آتشفشان‌ها به عنوان بخشی از زمین‌شناسی سیاره‌ای

آتشفشان‌ها اغلب (اما نه همیشه) ارتباط نزدیکی با حرکات صفحات قاره‌ای دارند. در اعماق زیر سطح سیاره ما، صفحات عظیم تکتونیکی به آرامی در حال حرکت و برخورد با یکدیگر هستند. در مرزهای بین صفحات، جایی که دو یا چند صفحه به هم می‌رسند، ماگما به سمت سطح نفوذ می‌کند. آتشفشان‌های "حلقه آتش" اقیانوس آرام به این شکل ساخته شده‌اند؛ جایی که صفحات با هم سر می‌خورند و اصطکاک و گرما ایجاد می‌کنند و به گدازه‌ها اجازه می‌دهند آزادانه جریان یابند. آتشفشان‌های اعماق دریا نیز با ماگما و گازها فوران می‌کنند. ما همیشه شاهد این فوران‌ها نیستیم، اما ابرهایی از سنگ پا (سنگی که از فوران آتشفشانی ایجاد می‌شود) در نهایت به سطح می‌رسند و "رودخانه‌های" طولانی از سنگ را بر روی سطح آب ایجاد می‌کنند.

همانطور که قبلا ذکر شد، جزایر هاوایی در واقع نتیجه چیزی هستند که "گسل" آتشفشانی در زیر صفحه اقیانوس آرام نامیده می‌شود. در اینجا جزئیات علمی بیشتری در مورد نحوه عملکرد آن وجود دارد: صفحه اقیانوس آرام به آرامی به سمت جنوب شرقی در حال حرکت است و با این حرکت، گسل، پوسته را گرم می‌کند و مواد را به سطح می‌فرستد. با حرکت صفحه به سمت جنوب، نقاط جدید گرم می‌شوند و جزیره جدیدی از گدازه‌های مذاب که به زور راه خود را به سطح باز می‌کنند، ساخته می‌شود. جزیره بزرگ (Big Island) جوان‌ترین جزیره از جزایری است که از سطح اقیانوس آرام بالا آمده است، اگرچه جزیره جدیدتری در حال ساخت است. نام این جزیره "لوئیهی" است و هنوز زیر آب قرار دارد.

علاوه بر آتشفشان‌های فعال، چندین مکان در زمین وجود دارند که به آن‌ها "ابرآتشفشان" گفته می‌شود. این مناطق از نظر زمین‌شناسی فعال هستند و در بالای نقاط داغ عظیم قرار دارند. شناخته‌شده‌ترین آن‌ها، دهانه یلواستون در شمال غربی وایومینگ در ایالات متحده آمریکا است. این منطقه دارای یک دریاچه گدازه عمیق است و چندین بار در طول تاریخ زمین‌شناسی فوران کرده است. ابرآتشفشان‌ها پتانسیل ایجاد فوران‌های بسیار بزرگتری نسبت به آتشفشان‌های معمولی دارند و می‌توانند تأثیرات جهانی داشته باشند.

نگاهی علمی به فوران‌های آتشفشانی

فوران‌های آتشفشانی معمولاً با دسته‌های زلزله همراه هستند. این زلزله‌ها نشان‌دهنده حرکت سنگ‌های مذاب در زیر سطح زمین هستند. هنگامی که یک فوران در شرف وقوع است، آتشفشان می‌تواند گدازه‌ها را به دو شکل مختلف، به همراه خاکستر و گازهای داغ، به بیرون پرتاب کند.

اکثر مردم با گدازه "پاهوهوه" (تلفظ: pah-HOY-hoy) که شبیه طناب‌های مواج است، آشنا هستند. این گدازه قوامی شبیه به کره بادام زمینی مذاب دارد. پاهوهوه به سرعت خنک می‌شود و لایه‌های ضخیم سنگ سیاه را تشکیل می‌دهد. نوع دیگر گدازه‌ای که از آتشفشان‌ها جاری می‌شود، "آ آ" (تلفظ: AH-ah) نام دارد. این گدازه شبیه یک توده متحرک از سرباره‌های زغال سنگ است.

هر دو نوع گدازه حاوی گازهایی هستند که در حین جریان یافتن آن‌ها آزاد می‌شوند. دمای این گدازه‌ها می‌تواند بیش از 1200 درجه سانتیگراد باشد. گازهای داغی که در فوران‌های آتشفشانی آزاد می‌شوند شامل دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد، نیتروژن، آرگون، متان و مونوکسید کربن، و همچنین بخار آب هستند. خاکستر، که می‌تواند به کوچکی ذرات گرد و غبار و به بزرگی سنگ‌ها و قلوه سنگ‌ها باشد، از سنگ خنک شده تشکیل شده است و از آتشفشان به بیرون پرتاب می‌شود. این گازها می‌توانند بسیار مرگبار باشند، حتی در مقادیر کم و حتی در یک کوه نسبتاً آرام.

در فوران‌های آتشفشانی بسیار انفجاری، خاکستر و گازها با هم مخلوط می‌شوند و چیزی به نام "جریان آذرآواری" را تشکیل می‌دهند. چنین مخلوطی بسیار سریع حرکت می‌کند و می‌تواند بسیار مرگبار باشد. در طول فوران کوه سنت هلن در واشنگتن، انفجار کوه پیناتوبو در فیلیپین و فوران‌های نزدیک پمپئی در روم باستان، بیشتر مردم زمانی جان خود را از دست دادند که توسط این جریان‌های گاز و خاکستر کشنده غافلگیر شدند. برخی دیگر نیز در زیر خاکستر یا سیل‌های گلی که پس از فوران رخ داد، دفن شدند.

آتشفشان‌ها برای تکامل سیاره‌ای ضروری هستند

آتشفشان‌ها و جریان‌های آتشفشانی از ابتدایی‌ترین تاریخ منظومه شمسی بر سیاره ما (و سایر سیارات) تأثیر گذاشته‌اند. آن‌ها جو و خاک‌ها را غنی کرده‌اند، در عین حال تغییرات چشمگیری ایجاد کرده و زندگی را تهدید کرده‌اند. آن‌ها بخشی از زندگی در یک سیاره فعال هستند و درس‌های ارزشمندی برای آموزش در سایر جهان‌هایی دارند که فعالیت آتشفشانی در آن‌ها رخ می‌دهد. فعالیت آتشفشانی با تمام خطراتی که دارد، نقش مهمی در پویایی و تحول سیارات ایفا می‌کند.

زمین‌شناسان فوران‌های آتشفشانی و فعالیت‌های مرتبط را مطالعه می‌کنند و برای طبقه‌بندی هر نوع از ویژگی‌های زمینی آتشفشانی تلاش می‌کنند. یافته‌های آن‌ها بینش بیشتری در مورد عملکرد داخلی سیاره ما و سایر جهان‌هایی که فعالیت آتشفشانی در آن‌ها رخ می‌دهد، به آن‌ها می‌دهد. این مطالعات به ما کمک می‌کنند تا درک بهتری از تاریخچه و تکامل سیارات داشته باشیم و خطرات ناشی از فعالیت‌های آتشفشانی را به طور موثرتری مدیریت کنیم.