ثوران ليمنيك

الانفجار الليمني ، المعروف أيضًا بانقلاب البحيرة ، هو نوع نادر للغاية من المخاطر الطبيعية _، حيث يندفع ثاني أكسيد الكربون المذاب ( CO2 ) فجأة من أعماق البحيرة، مُشكلاً سحابة غازية قادرة على خنق الحيوانات البرية والماشية والبشر . يعتقد العلماء أن الزلازل والنشاط البركاني وغيرها من الأحداث الانفجارية قد تُحفز الانفجارات الليمنية، حيث يؤدي ارتفاع مستوى ثاني _أكسيد الكربون إلى قذف المياه من البحيرة. تُسمى البحيرات التي يحدث فيها هذا النشاط بالبحيرات النشطة ليمنيًا أو البحيرات المتفجرة . من سمات البحيرات النشطة ليمنيًا ما يلي:

• المياه الداخلة المشبعة _بثاني أكسيد الكربون
• يشير قاع البحيرة البارد إلى عدم وجود حرارة بركانية مباشرة في مياه البحيرة.
• طبقة حرارية علوية وسفلية ذات تشبعات مختلفة من _ثاني أكسيد الكربون
• القرب من المناطق ذات النشاط البركاني

أدت التحقيقات في ضحايا بحيرة مونون وبحيرة نيوس إلى تصنيف العلماء للانفجارات البحيرية كنوع مميز من أحداث الخطر، على الرغم من إمكانية ربطها بشكل غير مباشر بالانفجارات البركانية. ^{[ 1 ]}

بحيرة مونون

بحيرة نيوس

مواقع ثورانين بركانيين مسجلين في التاريخ الحديث، الكاميرون

نظراً للطبيعة غير المرئية إلى حد كبير للسبب الكامن وراء ثورات البحيرات ( غاز _ثاني أكسيد الكربون )، يصعب تحديد مدى حدوث هذه الثورات وتوقيتها في الماضي. يذكر المؤرخ الروماني بلوتارخ أنه في عام 406 قبل الميلاد، فاضت بحيرة ألبانو على التلال المحيطة بها، على الرغم من عدم وجود أمطار أو روافد تصب في البحيرة لتفسير ارتفاع منسوب المياه. ^{[ 2 ]} دمر الفيضان الناتج الحقول وكروم العنب قبل أن يصب في النهاية في البحر. يُعتقد أن هذا الحدث نجم عن غازات بركانية محصورة في الرواسب في قاع البحيرة، تراكمت تدريجياً حتى انطلقت فجأة، مما تسبب في فيضان المياه. ^{[ 3 ]} 

في التاريخ الحديث، لوحظت هذه الظاهرة مرتين. ^{[ 4 ]} وقع أول ثوران بركاني مسجل في بحيرة مونون بالكاميرون عام 1984، مما تسبب في اختناق ووفاة 37 شخصًا من سكان المنطقة. ^{[ 5 ]} وحدث ثوران ثانٍ أكثر فتكًا في بحيرة نيوس المجاورة عام 1986، حيث أطلق أكثر من 80 مليون متر ^مكعب من _ثاني أكسيد الكربون ، مما أدى إلى مقتل حوالي 1700 شخص و3000 رأس من الماشية، اختناقًا أيضًا. ^{[ 6 ]}

تقع بحيرة ثالثة، هي بحيرة كيفو الأكبر بكثير ، على الحدود بين جمهورية الكونغو الديمقراطية ورواندا ، وتحتوي على كميات هائلة من _ثاني أكسيد الكربون المذاب . أظهرت عينات الرواسب المأخوذة من البحيرة أن حدثًا ما تسبب في انقراض الكائنات الحية فيها كل ألف عام تقريبًا، وجرف الغطاء النباتي المجاور إلى داخلها. ويمكن رصد ثورات البحيرات السطحية وقياس تركيز _ثاني أكسيد الكربون فيها من خلال أخذ عينات من هواء المنطقة المتأثرة. ^{[ 7 ]}

تُظهر رواسب الحفريات في حفرة ميسيل بألمانيا أدلة على ثوران بركاني في أوائل العصر الإيوسيني . ومن بين الكائنات التي دُفنت هناك حشرات وضفادع وسلاحف وتماسيح وطيور وآكلات نمل وآكلات حشرات وقرود بدائية وحيوانات باليوثيرية محفوظة بشكل مثالي .

لكي يحدث ثوران بركاني في بحيرة، يجب أن تكون مياهها مشبعة تقريبًا بالغاز. وكان _ثاني أكسيد الكربون المكون الرئيسي في الحالتين المرصودتين، بحيرة نيوس وبحيرة مونون. وفي حالة بحيرة كيفو، أبدى العلماء، بمن فيهم عالم فيزياء البحيرات ألفريد جوني ويست، قلقهم أيضًا بشأن تركيزات غاز الميثان . ^{[ 8 ] [ 9 ]} _{قد ينشأ ثاني} أكسيد الكربون من الغازات البركانية المنبعثة من قاع البحيرة، أو من تحلل المواد العضوية.

قبل أن تتشبع البحيرة، تتصرف كعلبة مشروب غازي غير مفتوحة : حيث يذوب ثاني _أكسيد الكربون في الماء. في كل من البحيرات والمشروبات الغازية، يذوب _ثاني أكسيد الكربون بسهولة أكبر عند الضغط العالي وفقًا لقانون هنري . عند انخفاض الضغط، يخرج _ثاني أكسيد الكربون من المحلول على شكل فقاعات غازية تصعد إلى السطح. كما يذوب _ثاني أكسيد الكربون بسهولة أكبر في الماء البارد، لذا يمكن للبحيرات العميقة جدًا إذابة كميات كبيرة جدًا منه ، _نظرًا لزيادة الضغط وانخفاض درجة الحرارة مع العمق. ويمكن أن تؤدي زيادة طفيفة في درجة حرارة الماء إلى إطلاق كمية كبيرة من _ثاني أكسيد الكربون .

بمجرد تشبع البحيرة، تصبح غير مستقرة للغاية، ولكن يلزم وجود عامل محفز لإحداث ثوران بركاني. ^{[ 10 ]} في حالة ثوران بحيرة نيوس عام 1986، كانت الانهيارات الأرضية هي السبب المشتبه به، ولكن يمكن أن يكون الثوران البركاني أو الزلزال أو حتى العواصف المطرية والرياح عوامل محفزة محتملة. كما يمكن أن تحدث الثورات البركانية في البحيرات نتيجة التشبع التدريجي بالغاز على أعماق محددة، مما يؤدي إلى انطلاق الغاز تلقائيًا. ^{[ 11 ]} وبغض النظر عن السبب، يدفع العامل المحفز المياه المشبعة بالغاز إلى أعلى البحيرة، حيث يكون الضغط المنخفض غير كافٍ لإبقاء الغاز مذابًا. وتؤدي قوة الطفو الناتجة عن الفقاعات إلى رفع المياه إلى أعلى، مطلقةً المزيد من الفقاعات. تشكل هذه العملية عمودًا من الغاز، وعند هذه النقطة، تُسحب المياه في القاع إلى أعلى بفعل الشفط ، وتفقد هي الأخرى _ثاني أكسيد الكربون في عملية متسارعة. يُطلق هذا الثوران الغاز في الهواء، ويمكن أن يُزيح كمية كافية من المياه لتكوين تسونامي .

تُعدّ الانفجارات البركانية في البحيرات الليمية نادرة للغاية لعدة أسباب. أولًا، يجب وجود مصدر _لثاني أكسيد الكربون ؛ وتُعدّ المناطق ذات النشاط البركاني الأكثر عرضةً للخطر. ثانيًا، غالبية البحيرات هي بحيرات هولوميكتيكية (تختلط طبقاتها بانتظام)، مما يمنع تراكم الغازات الذائبة. أما البحيرات الميروميكتية فهي فقط ذات طبقات ، مما يسمح _لثاني أكسيد الكربون بالبقاء ذائبًا. ويُقدّر وجود بحيرة ميروميكتية واحدة فقط لكل 1000 بحيرة هولوميكتيكية. ^{[ 12 ]} أخيرًا، يجب أن تكون البحيرة عميقة جدًا لكي تحتوي على مياه ذات ضغط كافٍ لإذابة كميات كبيرة من _ثاني أكسيد الكربون .

بمجرد حدوث ثوران بركاني، تتشكل سحابة ضخمة من _ثاني أكسيد الكربون فوق البحيرة وتمتد إلى المنطقة المحيطة. ولأن _ثاني أكسيد الكربون أكثر كثافة من الهواء، فإنه يميل إلى الهبوط نحو الأرض، مما يؤدي إلى طرد الهواء القابل للتنفس والاختناق . كما يمكن أن يجعل _ثاني أكسيد الكربون سوائل الجسم شديدة الحموضة، وقد يتسبب في التسمم به . وعندما يلهث الضحايا طلباً للهواء، فإنهم في الواقع يسرّعون عملية الاختناق باستنشاقهم _لثاني أكسيد الكربون _.

في بحيرة نيوس، امتدت سحابة الغاز إلى قرية مجاورة واستقرت فيها، مما أسفر عن مقتل جميع سكانها تقريبًا؛ وقد وردت أنباء عن وقوع إصابات على مسافة تصل إلى 25 كيلومترًا (16 ميلًا) . ^{[ 13 ]} دفع تغير لون الجلد لدى بعض الجثث العلماء إلى افتراض أن سحابة الغاز ربما احتوت على أحماض مذابة مثل كلوريد الهيدروجين ، على الرغم من أن هذا الافتراض محل جدل. ^{[ 14 ]} عُثر على العديد من الضحايا مصابين ببثور على جلودهم، يُعتقد أنها ناجمة عن قرح الضغط ، والتي يُرجح أنها ناجمة عن انخفاض مستويات الأكسجين في الدم لدى أولئك الذين اختنقوا بثاني أكسيد الكربون. ^{[ 15 ]} لم تتأثر النباتات المجاورة إلى حد كبير، باستثناء تلك التي تنمو مباشرة بجوار البحيرة. هناك، تضررت النباتات أو دُمرت بفعل تسونامي بلغ ارتفاعه 24 مترًا (79 قدمًا) ناجم عن الثوران البركاني العنيف. ^{[ 16 ]}   

تُبذل جهودٌ حثيثةٌ لإيجاد حلٍّ لإزالة الغاز من هذه البحيرات ومنع تراكمه الذي قد يُفضي إلى كارثةٍ أخرى. بدأ فريقٌ بقيادة العالم الفرنسي ميشيل هالبواكس تجاربَ في بحيرتي مونون ونيوس عام ١٩٩٠ باستخدام أنابيب سيفون لإزالة الغاز من مياه هاتين البحيرتين بطريقةٍ مُحكمة. ^{[ ١٧ ]} وضع الفريق أنبوبًا رأسيًا في البحيرة بحيث يكون طرفه العلوي فوق سطح الماء. يدخل الماء المُشبع بثاني _أكسيد الكربون من أسفل الأنبوب ويرتفع إلى الأعلى. يسمح انخفاض الضغط على السطح للغاز بالخروج من المحلول. يكفي ضخ كميةٍ صغيرةٍ من الماء ميكانيكيًا في البداية عبر الأنبوب لبدء التدفق. مع ارتفاع الماء المُشبع، يخرج _ثاني أكسيد الكربون من المحلول مُشكِّلًا فقاعات. تسحب قوة الطفو الطبيعية للفقاعات الماء إلى أعلى الأنبوب بسرعةٍ عالية، مما يُؤدي إلى تكوُّن نافورةٍ على السطح. يعمل الماء المُزال منه الغاز كمضخة، حيث يسحب المزيد من الماء إلى أسفل الأنبوب، مُحدثًا تدفقًا مُستدامًا ذاتيًا. هذه هي نفس العملية التي تؤدي إلى ثوران طبيعي، ولكن في هذه الحالة يتم التحكم فيها من خلال حجم الأنبوب.

لكل أنبوب قدرة ضخ محدودة، وسيتطلب الأمر عدة أنابيب لكل من بحيرة مونون وبحيرة نيوس لإزالة الغازات من جزء كبير من مياه البحيرتين العميقتين وجعلهما آمنتين . تتميز مياه البحيرتين العميقتين بحموضة طفيفة نتيجة لذوبان ثاني أكسيد الكربون _، مما يُسبب تآكل الأنابيب والأجهزة الإلكترونية ، الأمر الذي يستدعي صيانة دورية. وثمة مخاوف من أن يترسب _ثاني أكسيد الكربون المتسرب من الأنابيب على سطح البحيرة، مُشكلاً طبقة رقيقة من الهواء غير الصالح للتنفس، مما قد يُسبب مشاكل للحياة البرية.

في يناير/كانون الثاني 2001، قام الفريق الفرنسي الكاميروني بتركيب أنبوب واحد في بحيرة نيوس، ثم أُضيف أنبوبان آخران في عام 2011 بدعم تمويلي من برنامج الأمم المتحدة الإنمائي . ^{[ 18 ] [ 19 ]} وفي عام 2003، تم تركيب أنبوب في بحيرة مونون، وأُضيف أنبوبان آخران في عام 2006. ^{[ 18 ] [ 19 ]} ويُعتقد أن هذه الأنابيب الثلاثة كافية لمنع ارتفاع مستويات _ثاني أكسيد الكربون ، إذ تُزيل كمية من الغاز تُقارب الكمية التي تدخل بشكل طبيعي إلى قاع البحيرة. وفي يناير/كانون الثاني 2003، تمت الموافقة على مشروع مدته 18 شهرًا لإزالة الغازات تمامًا من بحيرة مونون، ^{[ 20 ]} ومنذ ذلك الحين أصبحت البحيرة آمنة. ^{[ 18 ]}

هناك بعض الأدلة على أن بحيرة ميشيغان في الولايات المتحدة تطلق الغازات بشكل تلقائي على نطاق أصغر بكثير كل خريف. ^{[ 21 ]}

لا تقتصر ميزة بحيرة كيفو على كونها أكبر بنحو 1700 مرة من بحيرة نيوس ، بل تقع أيضاً في منطقة ذات كثافة سكانية أعلى بكثير، حيث يعيش أكثر من مليوني نسمة على ضفافها. ويُعدّ الجزء الواقع ضمن جمهورية الكونغو الديمقراطية مسرحاً لنزاع مسلح نشط ، كما تعاني حكومة جمهورية الكونغو الديمقراطية من ضعف في قدراتها ، مما يعيق إجراء الدراسات وأي إجراءات تخفيفية لاحقة. لم تصل بحيرة كيفو بعد إلى مستوى عالٍ من تشبع _ثاني أكسيد الكربون ؛ فإذا ما تشبعت مياهها بشكل كبير، فإن ثوراناً بركانياً سيشكل خطراً جسيماً على حياة الإنسان والحيوان، وقد يودي بحياة الملايين. ^{[ 22 ]}

أثار تغيران هامان في الحالة الفيزيائية لبحيرة كيفو الانتباه إلى احتمال حدوث ثوران بركاني: ارتفاع معدلات تفكك غاز الميثان وارتفاع درجة حرارة سطح البحيرة. ^{[ 23 ]} تشير الأبحاث التي تدرس درجات الحرارة التاريخية والحالية إلى أن درجة حرارة سطح بحيرة كيفو ترتفع بنحو 0.12  درجة مئوية لكل عقد. ^{[ 23 ]} تقع بحيرة كيفو على مقربة من عوامل محفزة محتملة: جبل نيراجونجو (بركان نشط ثار في يناير 2002 ومايو 2021)، ومنطقة زلزالية نشطة، وبراكين نشطة أخرى. ^{[ 24 ]}

على الرغم من إمكانية إزالة الغازات من بحيرة كيفو بطريقة مشابهة لبحيرتي مونون ونيوس، إلا أن حجمها الكبير وكمية الغاز الهائلة التي تحتويها تجعل هذه العملية مكلفة للغاية، إذ تصل تكلفتها إلى ملايين الدولارات. وقد أدى مشروع بدأ عام ٢٠١٠ لاستخدام غاز الميثان المحتجز في البحيرة كوقود لتوليد الكهرباء في رواندا إلى إزالة جزئية لغاز _ثاني أكسيد الكربون . ^{[ ٢٥ ]} خلال عملية استخراج غاز الميثان القابل للاشتعال، والذي يُستخدم لتشغيل محطات توليد الطاقة على الشاطئ، تتم إزالة جزء من ثاني أكسيد الكربون _في عملية تُعرف باسم "التنقية التحفيزية" . ولا يزال من غير الواضح ما إذا كانت كمية الغاز المُزالة كافية للقضاء على خطر حدوث ثوران بركاني في بحيرة كيفو.

• نافورة مياه باردة
• مازوكو
• تسونامي في البحيرات

• صفحة الفريق المسؤول عن إزالة الغازات من بحيرة نيوس
• سيتم نزع سلاح القاتل الصامت في البحيرة
• بحيرة نيوس (1986) مؤرشفة بتاريخ 11 يوليو 2019 في أرشيف الإنترنت
• إزالة الغازات من بحيرة نيوس
• كشف أسرار البحيرات القاتلة في الكاميرون
• شميد، مارتن؛ لوركه، أندرياس؛ ويست، ألفريد؛ هالبواكس، ميشيل؛ تانيلكي، غريغوري (2003). "تطوير وتحليل حساسية نموذج لتقييم التطبق وسلامة بحيرة نيوس أثناء إزالة الغازات الاصطناعية" (ملف PDF) . ديناميات المحيطات . 53 (3): 288. Bibcode : 2003OcDyn..53..288S . doi : 10.1007/s10236-003-0032-0 . S2CID 129370770 . 
• لوركه، أندرياس؛ تيتزه، كلاوس؛ هالبواكس، ميشيل؛ ويست، ألفريد (2004). "استجابة طبقات بحيرة كيفو لتدفق الحمم البركانية والاحترار المناخي" . علم البحيرات والمحيطات . 49 (3): 778-83 . Bibcode : 2004LimOc..49..778L . CiteSeerX : 10.1.1.487.7647 . doi : 10.4319/lo.2004.49.3.0778 . S2CID : 140538251 .  
• بحيرة مونون، مؤرشفة بتاريخ 10 أكتوبر 2012 في موقع Wayback Machine
• قامت هيئة الإذاعة البريطانية (بي بي سي) بإزالة الغازات من "البحيرة القاتلة" في الكاميرون
• استخدام العلم لحل المشكلات: البحيرات القاتلة في الكاميرون