تطور البراكين في هاواي

تتطور براكين هاواي عبر مراحل نمو وانحسار متعددة. تُعدّ البراكين الخمسة عشر التي تُشكّل الجزر الرئيسية الثماني في هاواي أحدث البراكين في سلسلة تضم أكثر من 129 بركانًا تمتد على مسافة 5800 كيلومتر (3600 ميل) عبر شمال المحيط الهادئ ، وتُعرف باسم سلسلة جبال هاواي-إمبراطور البحرية . ^{[ 1 ]} ترتفع براكين هاواي بمعدل 4600 متر (15000 قدم) لتصل إلى مستوى سطح البحر من قاعدتها. ^{[ 2 ]} ويبلغ ارتفاع أكبرها، ماونا لوا ، 4169 مترًا (13678 قدمًا) . ^{[ 2 ]} وباعتبارها براكين درعية ، فإنها تتشكل من تدفقات الحمم البركانية المتراكمة، حيث تنمو بضعة أمتار أو أقدام في كل مرة لتُشكّل شكلًا عريضًا ومنحدرًا بلطف. ^{[ 2 ]}   

تخضع جزر هاواي لنمط منتظم من النمو تحت الماء وفوقه، يتبعه التعرية. وتعكس مرحلة تطور الجزيرة بُعدها عن بؤرة هاواي الساخنة .

تتميز سلسلة جبال هاواي-إمبراطور البحرية بطولها وكثرة براكينها. تنقسم السلسلة إلى قسمين فرعيين عبر فاصل يفصل سلسلة جبال إمبراطور البحرية الأقدم عن سلسلة جبال هاواي الأحدث؛ ويمكن ملاحظة الانحناء على شكل حرف V للسلسلة بسهولة على الخرائط. ^{[ 1 ]} تتدرج البراكين في العمر كلما اتجهنا جنوب شرق السلسلة؛ ويبلغ عمر أقدم بركان مؤرخ، يقع في الطرف الشمالي، 81 مليون سنة. يبلغ عمر الفاصل بين السلسلتين الفرعيتين 43 مليون سنة؛ وبالمقارنة، فإن أقدم الجزر الرئيسية، كاواي ، لا يتجاوز عمرها 5 ملايين سنة بقليل. ^{[ 1 ]}

تُحرك "سلسلة التكوين" التي تُشكل البراكين بواسطة بقعة ساخنة ، وهي عبارة عن عمود من الصهارة في أعماق الأرض يُنتج الحمم البركانية على السطح. ومع تحرك صفيحة المحيط الهادئ باتجاه الغرب والشمال الغربي، يتحرك كل بركان معها مبتعدًا عن موقعه الأصلي فوق البقعة الساخنة. ويُعد عمر البراكين وموقعها سجلًا لاتجاه صفيحة المحيط الهادئ وسرعة حركتها وتوجهها . ويُمثل الصدع الواضح الذي يبلغ عمره 43 مليون سنة، والذي يفصل سلسلة جبال هاواي عن سلسلة جبال الإمبراطور، تغيرًا جذريًا في اتجاه حركة الصفائح. ^{[ 1 ]}

تتميز الانفجارات البركانية الأولية في المياه العميقة بتدفق الحمم الوسائدية ، التي سميت بهذا الاسم نسبةً إلى شكلها، بينما تتكون الانفجارات في المياه الضحلة بشكل أساسي من الرماد البركاني . وبمجرد أن يرتفع البركان بما يكفي لإزالة تأثير الماء، تصبح تدفقات الحمم فيه على شكل حبال من نوع باهويوي وحمم آآ الكتلية . ^{[ 1 ]}

يعود فهمنا الحالي لعملية التطور إلى النصف الأول من القرن العشرين. وقد تعزز هذا الفهم من خلال المراقبة المتكررة للانفجارات البركانية، ودراسة أنواع الصخور المتباينة، ورسم الخرائط الاستطلاعية. وفي الآونة الأخيرة، تعزز فهمنا بفضل الدراسات الجيوفيزيائية، والدراسات البحرية باستخدام الغواصات، وظهور التأريخ الإشعاعي، والتقدم في علم الصخور والكيمياء الجيولوجية، والمراقبة والرصد المتقدمين، والدراسات الجيولوجية التفصيلية. ^{[ 3 ]} تُعد نسبة المغنيسيوم إلى السيليكا في الحمم البركانية مؤشرًا على المرحلة التي يمر بها البركان، حيث تتحول حمم البركان بمرور الوقت من حمم قلوية إلى حمم ثوليتية ، ثم تعود إلى حمم قلوية. ^{[ 3 ]}

على الرغم من أن النشاط البركاني والتعرية هما العاملان الرئيسيان في نمو البركان وتآكله ، إلا أن هناك عوامل أخرى تساهم في ذلك. ومن المعروف حدوث الهبوط الأرضي. وقد تسببت التغيرات في مستوى سطح البحر، التي حدثت في الغالب خلال العصر البليستوسيني ، في تغييرات جذرية؛ ومن الأمثلة على ذلك تفكك جزيرة ماوي نوي ، التي كانت في الأصل جزيرة تضم سبعة براكين، وتحولت إلى خمس جزر نتيجة للهبوط الأرضي. كما يؤثر هطول الأمطار الغزيرة الناتج عن تأثير الرياح التجارية على شدة التعرية في العديد من البراكين الرئيسية. أما انهيارات السواحل، التي تُعد جزءًا بارزًا من تاريخ العديد من براكين هاواي، فهي غالبًا ما تكون مدمرة وتدمر أجزاءً كبيرة من البراكين. ^{[ 3 ]}

عندما يتشكل بركان بالقرب من البؤرة الساخنة في هاواي، يبدأ نموه في مرحلة ما قبل الدرع البحري، والتي تتميز بانفجارات نادرة الحجم. يكون البركان ذو جوانب شديدة الانحدار، وعادةً ما يكون له فوهة بركانية محددة ، ويحتوي على منطقتين أو أكثر من مناطق الصدع المتفرعة من قمته. نوع الحمم البركانية المتدفقة في هذه المرحلة من النشاط هو البازلت القلوي . ^{[ 4 ]} وبسبب قوى التمدد، فإن تشكل منطقتين أو أكثر من مناطق الصدع أمر شائع. تتراكم الحمم البركانية في خزان تخزين صهاري ضحل. ^{[ 5 ]}

نظرًا لأن الانفجارات تحدث والبركان مغمور تحت الماء، فإن شكل الحمم البركانية المنبعثة عادةً ما يكون حممًا وسائدية . تتكون هذه الحمم من كرات مستديرة من الحمم البركانية التي لم تُمنح وقتًا كافيًا للتبريد بسبب تعرضها المباشر للماء. يمنع ضغط الماء الحمم من الانفجار عند ملامستها لمياه المحيط الباردة، مما يجبرها على الغليان والتصلب بسرعة. يُعتقد أن هذه المرحلة تستمر حوالي 200,000 عام، لكن الحمم البركانية المنبعثة خلالها لا تشكل سوى جزء ضئيل من الحجم النهائي للبركان. ^{[ 1 ]} ومع مرور الوقت، تصبح الانفجارات أقوى وأكثر تواترًا.

المثال الوحيد لبركان في هاواي في هذه المرحلة هو جبل كاما إيواكانالوا البحري (لويحي سابقًا)، والذي يُعتقد أنه ينتقل من مرحلة ما قبل الدرع البركاني تحت الماء إلى المرحلة تحت الماء من مرحلة الدرع البركاني. وقد دُفنت حمم البراكين القديمة التي كانت في مرحلة ما قبل الدرع البركاني تحت حمم أحدث، لذا فإن كل ما هو معروف عن هذه المرحلة مستمد من الأبحاث التي أُجريت على كاما إيواكانالوا. ^{[ 1 ]}

تنقسم مرحلة الدرع البركاني إلى ثلاث مراحل: تحت الماء، والانفجارية، والسطحية. خلال هذه المرحلة من النمو، يتراكم في البركان حوالي 95% من كتلته، ويتخذ شكل "الدرع" الذي سُميت البراكين الدرعية نسبةً إليه. وهي أيضاً المرحلة التي يصل فيها معدل ثوران البركان إلى ذروته. ^{[ 4 ]}

المرحلة الانفجارية

تبدأ هذه المرحلة البركانية، التي سُميت بهذا الاسم نسبةً إلى التفاعلات الانفجارية التي تحدث مع الحمم البركانية، عندما يطفو البركان على سطح الماء. يتوقف الضغط والتبريد الفوري الناتج عن التواجد تحت الماء، ليحل محلهما التلامس مع الهواء. يحدث تلامس متقطع بين الحمم البركانية ومياه البحر، مما ينتج عنه كمية كبيرة من البخار. ^{[ 1 ]} كما يُحدث التغير في البيئة تغيرًا في نوع الحمم البركانية، فتتفتت الحمم في هذه المرحلة في الغالب إلى رماد بركاني. تستمر هذه الانفجارات البركانية بشكل متقطع لعدة مئات الآلاف من السنين. ^{[ 1 ]} وتتطور الفوهات البركانية باستمرار وتمتلئ، وتبقى مناطق الصدع بارزة. تنتهي هذه المرحلة عندما يمتلك البركان كتلة وارتفاعًا كافيين (حوالي 1000 متر (3000 قدم) فوق مستوى سطح البحر) بحيث يتلاشى التفاعل بين مياه البحر والحمم البركانية المتدفقة. ^{[ 1 ]} 

مع وصول البركان إلى نهاية مرحلة الدرع، يمر بسلسلة أخرى من التغيرات عند دخوله مرحلة ما بعد الدرع. يتغير نوع الحمم البركانية المتدفقة من بازلت ثولييتي إلى بازلت قلوي، وتصبح الانفجارات أكثر قوة. ^{[ 4 ]}

تُغطي الانفجارات في مرحلة ما بعد الدرع البركاني البركان بغطاء من الحمم البركانية، يحتوي على نسبة منخفضة من السيليكا ونسبة عالية من القلويات، وهو عكس المرحلة السابقة. إلا أن بعض البراكين في هاواي تختلف عن ذلك. إذ تندفع الحمم البركانية على شكل تدفقات كثيفة وعجينية من نوع " آ آ " مصحوبة بكمية كبيرة من الرماد البركاني . ^{[ 1 ]} يتوقف نمو الفوهة البركانية، وتصبح مناطق الصدع أقل نشاطًا. وتزيد تدفقات الحمم البركانية الجديدة من انحدار المنحدر، حيث لا تصل " آ آ " أبدًا إلى قاعدة البركان. وعادةً ما تملأ هذه الحمم الفوهة البركانية وتفيض منها . ^{[ 1 ]} يتناقص معدل الثوران تدريجيًا على مدى حوالي 250,000 عام، ويتوقف تمامًا في النهاية عندما يصبح البركان خامدًا . ^{[ 1 ]}

تقع براكين مونا كيا وهوالالاي وهاليكالا في هذه المرحلة من النشاط.

بعد أن يصبح البركان خامدًا، تسيطر قوى التعرية على الجبل. يغوص البركان في القشرة المحيطية بفعل وزنه الهائل، ويفقد ارتفاعه. في الوقت نفسه، تعمل الأمطار أيضًا على تعرية البركان، مُحدثةً وديانًا عميقة. تنمو الشعاب المرجانية على طول الشاطئ. يصبح البركان هيكلًا عظميًا لما كان عليه. ^{[ 4 ]}

تعد براكين كوهالا وماهوكونا ولاناي ووايانا أمثلة على البراكين في هذه المرحلة من التطور .

بعد فترة طويلة من الخمول وتآكل السطح، قد يعود البركان للنشاط مجددًا، ليدخل مرحلة نهائية تُسمى مرحلة التجدد. خلال هذه المرحلة، يقذف البركان كميات صغيرة من الحمم البركانية على فترات متباعدة جدًا، وغالبًا ما تمتد هذه الانفجارات على مدى ملايين السنين. ^{[ 1 ]} عادةً ما يكون تركيب الحمم البركانية المتدفقة في هذه المرحلة قلويًا. تحدث هذه المرحلة عادةً بين 0.6 و2 مليون سنة بعد دخول البركان في دورة التجوية. ^{[ 6 ]}

تُعد سلسلة جبال كولاو وبراكين غرب ماوي مثالين على البراكين في هذه المرحلة من التطور. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لأن الثورات البركانية في هذه المرحلة نادرة جدًا (تحدث بفواصل زمنية تصل إلى آلاف أو حتى عشرات آلاف السنين)، فإن التعرية لا تزال العامل الرئيسي المتحكم في تطور البركان. بعد هذه المرحلة، يصبح البركان خامدًا ولا يثور مجددًا.

في نهاية المطاف، يؤدي التعرية والهبوط الأرضي إلى تآكل البركان حتى مستوى سطح البحر. عند هذه النقطة، يتحول البركان إلى جزيرة مرجانية حلقية، محاطة بحلقة من الجزر المرجانية والرملية التي تُحيط ببحيرة . جميع جزر هاواي الواقعة غرب قمم غاردنر في شمال غرب جزر هاواي تمر بهذه المرحلة.

تُعدّ الجزر المرجانية نتاجًا لنمو الكائنات البحرية الاستوائية ، لذا لا يوجد هذا النوع من الجزر إلا في المياه الاستوائية الدافئة . في نهاية المطاف، تنقل صفيحة المحيط الهادئ الجزر المرجانية البركانية إلى مياه باردة جدًا بحيث لا تستطيع هذه الكائنات البحرية الحفاظ على الشعاب المرجانية من خلال النمو. ^{[ 1 ]} تتحول الجزر البركانية الواقعة خارج نطاق درجة حرارة المياه الدافئة اللازمة للكائنات الحية التي تبني الشعاب المرجانية إلى جبال بحرية مع هبوطها وتآكل سطحها. يُقال إن الجزيرة التي تقع في منطقة تكون فيها درجة حرارة مياه المحيط دافئة بما يكفي لنمو الشعاب المرجانية لأعلى بما يتناسب مع معدل الهبوط، تقع عند نقطة داروين . ^{[ 4 ]} تتطور الجزر في خطوط العرض الشمالية نحو جبال بحرية أو جبهات بحرية؛ بينما تتطور الجزر الأقرب إلى خط الاستواء نحو جزر مرجانية (انظر جزيرة كوري المرجانية ).

بعد موت الشعاب المرجانية، يهبط البركان أو يتآكل تحت مستوى سطح البحر، ليصبح جبلاً بحرياً مغطى بالشعاب المرجانية. تُسمى هذه الجبال البحرية ذات القمم المسطحة "غيوت" . معظم البراكين الواقعة غرب جزيرة كوري المرجانية، إن لم تكن جميعها، وكذلك معظم البراكين في سلسلة جبال الإمبراطور البحرية ، إن لم تكن جميعها، هي جبال بحرية من نوع "غيوت" . ^{[ 4 ]} في نهاية المطاف، سيُنقل جبل "غيوت" إلى صفيحة اندساس حيث سيُدمر كما حدث لجبل ميجي البحري في غضون بضعة ملايين من السنين.

لا تمر جميع البراكين في هاواي بكل مراحل النشاط هذه. ومن الأمثلة على ذلك سلسلة جبال كولاو في أواهو ، التي دُمّرت في عصور ما قبل التاريخ بفعل انهيار أرضي كارثي ، ولم تمر بمرحلة ما بعد الدرع البركاني، وظلت خامدة لمئات الآلاف من السنين بعد مرحلة الدرع قبل أن تعود للنشاط. بعض البراكين لم ترتفع فوق مستوى سطح البحر أبدًا؛ فلا يوجد دليل يشير إلى أن بركان غرب مولوكاي قد مرّ بمرحلة التجدد، بينما من الواضح أن جاريه الأصغر سنًا، شرق مولوكاي وغرب ماوي ، قد مرا بها. ولا يُعرف حاليًا في أي مرحلة من مراحل التطور يوجد بركان بنك البطريق المغمور. ^{[ 4 ]}

في السنوات الأخيرة ، أكدت الأبحاث التي أجريت على جبال بحرية أخرى، مثل جبل جاسبر البحري (قبالة الساحل الغربي للمكسيك)، أن النموذج الهاوائي ينطبق على الجبال البحرية الأخرى أيضاً. ^{[ 7 ]}

• جيولوجيا جزر الكناري – مجموعة من الجزر البركانية في المحيط الأطلسي تتبع تسلسلًا مشابهًا من مراحل النمو والانحسار
• قائمة البراكين في سلسلة جبال هاواي - إمبراطور البحرية

• روبرت دبليو. ديكر ؛ توماس إل. رايت؛ بيتر إتش. سترافر (محررون). البراكين في هاواي - المجلد 1 (ملف PDF) . هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية - براكين هاواي. المجلد  1. هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (الورقة رقم 1350) ومرصد هاواي للبراكين . تاريخ الاسترجاع: 31 مارس 2009 .

• مراقبة البراكين - تطور براكين هاواي (مؤرشف بتاريخ 8 فبراير 2012 في أرشيف الإنترنت)