«اختبار تنفس البركان» يساعد على توقع الانفجارات البركانية

اكتسب فريق بحثي من جامعة طوكيو رؤية أفضل للعلاقة بين التغيرات في تكوين المعادن المصهورة وثوران البركان ، من خلال دراسة نسبة نظائر كيميائية معينة في الغاز والبخار المنبعث من fumaroles ، الثقوب والشقوق في سطح الأرض.
قال البروفيسور "هيروتشيكا سومينو" من مركز الأبحاث للعلوم والتكنولوجيا المتقدمة: "عندما تقارن بركانًا بجسم الإنسان ، فإن الطرق الجيوفيزيائية التقليدية المتمثلة في رصد الزلازل وتشوه القشرة الأرضية تشبه الاستماع إلى الصدر وأخذ قياسات حجم الجسم"، الذي قاد الدراسة.
"في هذه الحالات ، من الصعب معرفة ما هي المشكلة الصحية التي تسبب بعض الضوضاء في صدرك أو زيادة مفاجئة في وزنك ، دون فحص طبي مفصل، من ناحية أخرى ، فإن تحليل التركيب الكيميائي والنظيري للعناصر في غازات الفوماروليك يشبه التنفس أو اختبار الدم، هذا يعني أننا ننظر إلى مادة فعلية مشتقة مباشرة من الصهارة لنعرف بالضبط ما يحدث مع الصهارة ".
أظهرت الأبحاث السابقة حول الغاز المرتبط بثوران بركان في جزر الكناري في عام 2011 زيادة في نسبة نظائر الهيليوم الثقيلة التي تعتبر نموذجية لمواد الوشاح.
قال "سومينو": "علمنا أن نسبة نظائر الهيليوم تتغير أحيانًا من قيمة منخفضة ، مماثلة للهيليوم الموجود في قشرة الأرض ، إلى قيمة عالية ، مثل تلك الموجودة في وشاح الأرض ، عندما يزداد نشاط الصهارة"، "لكننا لم نكن نعرف سبب وجود المزيد من الهيليوم المشتق من الوشاح أثناء الاضطرابات الصخرية".
سعى "سومينو" وفريقه للحصول على الإجابات في غاز فوميرول حول كوساتسو-شيران ، وهو بركان نشط على بعد 150 كم شمال غرب طوكيو. أخذ عينات من الغاز مرة أخرى إلى المختبر كل بضعة أشهر بين عامي 2014 و 2021 ، تمكن الباحثون من التأكد من القياسات الدقيقة للمكونات النظيرية ، واكتشاف علاقة بين نسبة الأرجون -40 إلى الهليوم -3 ("قيمة عالية" نظير الهيليوم) والاضطرابات البركانية.
أوضح سومينو : "باستخدام نماذج الكمبيوتر ، كشفنا أن النسبة تعكس مقدار الرغوة الموجودة تحت الأرض ، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات من الغازات البركانية التي تنفصل عن المعادن المنصهرة السائلة".
يتحكم مدى رغوة الصهارة في مقدار الغاز الناتج عن المعادن المنصهرة الذي يتم توفيره للنظام الحراري المائي تحت البركان ومدى طفو المعادن المنصهرة:- الأول مرتبط بخطر الاندفاع الجلدي ، حيث تؤدي زيادة ضغط الماء في النظام الحراري المائي إلى اندلاع البركان، هذا الأخير سيزيد من معدل صعود المعادن المنصهرة، مما يؤدي إلى ثوران الصخور البركانية ".
يعمل التعاون البحثي الآن على تطوير نوع محمول من مطياف الكتلة يمكن استخدامه في الميدان للتحليل في الوقت الفعلي ، مما يقلل من الحاجة إلى جمع العينات ونقلها باستمرار إلى المختبر، وهي عملية صعبة تستغرق وقتًا طويلاً.
وقال سومينو، "تتمثل خطوتنا التالية في إنشاء بروتوكول لتحليل الغازات النبيلة باستخدام هذه الأداة الجديدة ، لجعلها حقيقة أن جميع البراكين النشطة على الأقل تلك التي لديها القدرة على التسبب في كارثة للسكان المحليين، يتم مراقبتها على مدار 24 ساعة في اليوم ، وسبعة أيام .
اقرأ أيضا: المسح البركاني .. 22 ثوراناً في 6 ساعات لبركان جبل سيميرو بجاوة