التفاعل التكتوني المناخي

الموسوعة الحرة

التفاعل التكتوني المناخي هو العلاقة المتبادلة بين العمليات التكتونية والنظام المناخي . تشمل العمليات التكتونية المعنية تكوين الجبال ، والنشاط البركاني ، والتعرية ، بينما تشمل العمليات المناخية ذات الصلة دوران الغلاف الجوي ، والرفع التضاريسي ، ودوران الرياح الموسمية ، وتأثير ظل المطر . ونظرًا لقلة البيانات الجيولوجية المتاحة حول التغيرات المناخية الماضية على مدى ملايين السنين، وعدم وضوحها، لا تزال العديد من التساؤلات عالقة بشأن طبيعة التفاعل التكتوني المناخي، على الرغم من كونه مجالًا بحثيًا نشطًا لدى الجيولوجيين وعلماء المناخ القديم.

العوامل التضاريسية المؤثرة على المناخ

اعتمادًا على الحجم الرأسي والأفقي لسلسلة جبال، فإن لديها القدرة على إحداث تأثيرات قوية على أنماط وعمليات المناخ العالمية والإقليمية بما في ذلك: انحراف الدوران الجوي، وخلق الرفع التضاريسي، وتغيير دوران الرياح الموسمية، والتسبب في تأثير ظل المطر.

مثال مبسط لتأثير ظل المطر
رسم توضيحي بسيط لتأثير ظل المطر

من الأمثلة على تأثير التضاريس المرتفعة على المناخ جبال الهيمالايا في جنوب شرق آسيا ، وهي أعلى سلسلة جبلية في العالم. إذ تتمتع سلسلة جبال بهذا الحجم بالقدرة على التأثير على درجات الحرارة الجغرافية، وهطول الأمطار، والرياح. [ 1 ] تشير النظريات إلى أن ارتفاع هضبة التبت قد أدى إلى انحرافات أقوى للتيار النفاث الجوي ، ودوران موسمي أكثر كثافة، وزيادة في هطول الأمطار على المنحدرات الأمامية، وارتفاع معدلات التجوية الكيميائية ، وبالتالي انخفاض تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. [ 2 ] من المحتمل أن يكون الحجم المكاني لهذه السلسلة الجبلية كبيرًا لدرجة أنه يُنشئ دورانًا موسميًا إقليميًا بالإضافة إلى تعطيل الدوران الجوي على نطاق نصف الكرة الأرضية . [ 2 ]

مثال على تأثير ظل المطر في جبال الهيمالايا
مثال على تأثير ظل المطر في جبال الهيمالايا

يحدث موسم الرياح الموسمية في جنوب شرق آسيا نتيجة ارتفاع درجة حرارة القارة الآسيوية مقارنةً بالمحيطات المحيطة بها خلال فصل الصيف؛ فمع تشكل منطقة ضغط منخفض فوق القارات، تتشكل منطقة ضغط مرتفع فوق المحيط البارد، مما يؤدي إلى انتقال الهواء الرطب، وبالتالي هطول أمطار غزيرة من أفريقيا إلى جنوب شرق آسيا. [ 3 ] ومع ذلك، فإن شدة هطول الأمطار في جنوب شرق آسيا تفوق شدة هطول الأمطار في الرياح الموسمية الأفريقية، ويعزى ذلك إلى المساحة الشاسعة للقارة الآسيوية مقارنةً بالقارة الأفريقية، ووجود سلسلة جبال ضخمة. [ 3 ] ولا يؤثر هذا على مناخ جنوب شرق آسيا فحسب، بل يؤثر أيضًا على مناخ المناطق المجاورة مثل سيبيريا وآسيا الوسطى والشرق الأوسط وحوض البحر الأبيض المتوسط. [ 4 ] ولاختبار ذلك، تم إنشاء نموذج غيّر فقط تضاريس الكتل الأرضية الحالية، مما أسفر عن وجود ارتباطات بين النموذج والتقلبات العالمية في هطول الأمطار ودرجة الحرارة على مدى الأربعين مليون سنة الماضية، والتي فسرها العلماء. [ 4 ]

من المتفق عليه عمومًا أن تقلبات المناخ العالمي تتأثر بشكل كبير بوجود أو غياب غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، ويُعتبر ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) عادةً أهم غازات الدفيئة. تشير الملاحظات إلى أن الارتفاعات الكبيرة في سلاسل الجبال على مستوى العالم تؤدي إلى زيادة معدلات التعرية الكيميائية، مما يُقلل من حجم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ويُسبب تبريدًا عالميًا. [ ٢ ] يحدث هذا لأن المناطق المرتفعة تشهد معدلات أعلى من التعرية الميكانيكية (مثل التعرية بفعل الجاذبية والعمليات النهرية)، بالإضافة إلى توفر المواد اللازمة للتجوية الكيميائية بشكل مستمر. [ ٢ ] فيما يلي معادلة مبسطة تصف استهلاك ثاني أكسيد الكربون أثناء التجوية الكيميائية للسيليكات :

CaSiO 3 + CO 2 ↔ CaCO 3 + SiO 2

من هذه المعادلة، يُستنتج أن ثاني أكسيد الكربون يُستهلك أثناء التجوية الكيميائية، وبالتالي ستكون تركيزات الغاز أقل في الغلاف الجوي طالما أن معدلات التجوية الكيميائية عالية بما فيه الكفاية.

التكتونية الناجمة عن تغير المناخ

هناك علماء يرفضون فكرة أن الرفع هو السبب الوحيد لتغير المناخ، ويؤيدون فرضية أن الرفع ناتج عن تغير المناخ. ويرى بعض الجيولوجيين أن المناخ الأكثر برودة وعواصف (مثل العصور الجليدية وزيادة هطول الأمطار) قد يُضفي على المناظر الطبيعية مظهرًا أكثر حداثة، كتعرية المرتفعات وزيادة معدلات التعرية. [ 5 ] تُعد الأنهار الجليدية عاملًا قويًا للتعرية، إذ لديها القدرة على حفر وديان عميقة، وعندما يحدث تعرية سريعة لسطح الأرض، خاصة في المناطق ذات التضاريس المحدودة، فمن الممكن حدوث ارتداد متساوي، مما يُؤدي إلى تكوين قمم عالية ووديان عميقة. [ 5 ] قد يُؤدي نقص التجلد أو هطول الأمطار إلى زيادة التعرية، ولكن هذا يختلف من منطقة لأخرى. [ 6 ] من الممكن حدوث التعرية في غياب هطول الأمطار، نظرًا لانخفاض الغطاء النباتي الذي يُشكل عادةً غطاءً واقيًا للصخور الأساسية. [ 6 ]

سلسلة جبال توريس ديل باين
قمم ووديان سلسلة جبال توريس ديل باين في جبال الأنديز في تشيلي

تشير النماذج أيضًا إلى أن بعض السمات الطبوغرافية لمنطقة جبال الهيمالايا والأنديز تتحدد بتفاعل التعرية/المناخ، وليس بالتكتونية. وتكشف هذه النماذج عن وجود علاقة بين هطول الأمطار الإقليمي وأقصى حد طبوغرافي على حافة الهضبة. [ 7 ] في جنوب جبال الأنديز، حيث معدلات هطول الأمطار والتعرية منخفضة نسبيًا، لا توجد تضاريس متطرفة حقيقية على حافة الهضبة، بينما في الشمال، ترتفع معدلات هطول الأمطار وتوجد تضاريس متطرفة. [ 7 ]

ثمة نظرية أخرى مثيرة للاهتمام انبثقت من دراسة ارتفاع جبال الأنديز خلال حقبة الحياة الحديثة . يفترض بعض العلماء أن العمليات التكتونية المتمثلة في انغماس الصفائح وتكوين الجبال هي نتاج التعرية والترسيب. [ 8 ] عندما يسود مناخ جاف متأثر بظاهرة ظل المطر في منطقة جبلية، قد يقلّ أو حتى ينقطع تدفق الرواسب إلى الخندق. يُعتقد أن هذه الرواسب تعمل كمواد تشحيم عند سطح التماس بين الصفائح، وهذا النقص يزيد من إجهاد القص الموجود عند هذا السطح، وهو إجهاد كافٍ لدعم جبال الأنديز الشاهقة. [ 8 ]

النشاط البركاني

مقدمة

تنتشر البراكين بأشكالها وأحجامها المختلفة في جميع أنحاء العالم. وعلى امتداد اليابسة المحيطة بالمحيط الهادئ، تبرز براكين حزام النار الشهيرة. من جزر ألوشيان إلى جبال الأنديز في تشيلي، نحتت هذه البراكين بيئاتها المحلية والإقليمية. وبغض النظر عن الإعجاب بجمالها المهيب، قد يتساءل المرء عن كيفية عمل هذه العجائب الجيولوجية، وما هو دورها في تغيير المناظر الطبيعية والغلاف الجوي. في الأساس، البراكين هي ظواهر جيولوجية تقذف مواد صهارية من باطن الأرض إلى سطحها. وعند وصولها إلى السطح، يختفي مصطلح "الصهارة" ويصبح مصطلح "الحمم البركانية" هو المصطلح الشائع. تبرد هذه الحمم البركانية وتتشكل منها الصخور النارية . ومن خلال دراسة الصخور النارية، يمكن استخلاص سلسلة من الأحداث التي أدت من انصهار الصهارة الأصلي إلى تبلور الحمم البركانية على سطح الأرض. من خلال فحص الصخور النارية، يمكن استنتاج أدلة على انبعاث الغازات البركانية، المعروفة بتأثيرها على كيمياء الغلاف الجوي. ويؤدي هذا التغير في كيمياء الغلاف الجوي إلى تغيير دورات المناخ على المستويين العالمي والمحلي.

أساسيات تكوين الصخور النارية والغازات الصهارية

تُعدّ الصهارة نقطة البداية لتكوّن البراكين. لفهم النشاط البركاني، من الضروري فهم العمليات التي تُشكّل البراكين. تتكوّن الصهارة بالحفاظ على درجة الحرارة والضغط والتركيب (المعروف اختصارًا بـ PTX) ضمن نطاق ظروف الانصهار. يُمكن فهم الضغط ودرجة الحرارة اللازمين للانصهار من خلال معرفة التركيب الكيميائي للصهارة. للحفاظ على الصهارة في حالة الانصهار، سيؤدي أي تغيير في أحد المتغيرات إلى تغيير متغير آخر للحفاظ على التوازن (أي مبدأ لو شاتيليه). يتم إنتاج الصهارة بعدة طرق: 1) انغماس القشرة المحيطية ، 2) تكوّن بقعة ساخنة من عمود الوشاح، و3) تباعد الصفائح المحيطية أو القارية. يُنتج انغماس القشرة المحيطية صهارة عادةً على أعماق كبيرة. تُعدّ حديقة يلوستون الوطنية بقعة ساخنة تقع في وسط قارة. يُنتج تباعد الصفائح القارية (مثل سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي ) صهارة قريبة جدًا من سطح الأرض. تؤدي أعمدة الحرارة المنبعثة من الوشاح إلى انصهار الصخور، مُكَوِّنةً بؤرة ساخنة، قد تتواجد على أي عمق في القشرة الأرضية. وتُطوِّر البؤر الساخنة في القشرة المحيطية أنظمة تغذية صهارية مختلفة بناءً على سرعات الصفائح التكتونية. [ 9 ] تُعد هاواي وأرخبيل ماديرا (قبالة الساحل الغربي لأفريقيا) مثالين على مُجمَّعات بركانية ذات نظامي تغذية صهارية مختلفين. [ 9 ] ولأن جزرًا مثل هاواي تتحرك بسرعة أكبر من ماديرا، فإن الصخور الطبقية في هاواي لها تركيبة كيميائية مختلفة عن تلك الموجودة في ماديرا. [ 9 ] وتختلف الطبقات تحت هاواي وماديرا لأن الصهارة المُنتَجة تحت الأرض في هذه المواقع تبقى لفترات زمنية مختلفة. فكلما طالت مدة بقاء الصهارة تحت الأرض، زادت سخونة الصخور المُضيفة. ويُعزى تجزؤ البلورات من الصهارة جزئيًا إلى الحرارة؛ ولذلك، فإن الصخور النارية المُنتَجة ستختلف من صخور مُضيفة معزولة حراريًا إلى صخور مُضيفة غير معزولة حراريًا. [ ٩ ] كل مسار من مسارات التكوين الصهاري هذه يُنتج صخورًا نارية مختلفة، وبالتالي، تاريخًا متنوعًا لتكوين الصخور النارية. تُشرح التعريفات والتفسيرات الجيولوجية الأخرى للأنظمة النارية في كتاب لورين أ. ريموند في علم الصخور . [ ١٠ ]

لفهم عملية تكوّن الصخور النارية من الصهارة، من الضروري فهم المفاهيم التي وضعها الدكتوران نورمان بوين وفرانك تاتل لنظام NaAlSiO₄- KAlSiO₄ - SiO₂ - H₂O . أنجز تاتل وبوين عملهما باستخدام مختبرات بترولوجية تجريبية تُنتج مواد نارية اصطناعية من مخاليط من الكواشف. تشير الملاحظات المستقاة من هذه التجارب إلى أنه مع تبريد الصهارة، فإنها تُنتج صهارة مشتقة وصخورًا نارية. ووفقًا لبحث بوين، تتبلور الصهارة لتُشكّل صخورًا نارية مافية قبل أن تُشكّل صخورًا نارية فلسية. ومع حدوث عملية التبلور هذه في الطبيعة، ينخفض ​​الضغط ودرجة الحرارة، مما يُغيّر تركيب الصهارة خلال مراحل العملية المختلفة. هذا التغير المستمر في البيئة الكيميائية يُغيّر التركيب النهائي الذي يصل إلى سطح الأرض.

يعتمد تطور الغازات الصهارية على تاريخ الصهارة من حيث الضغط والحرارة والرطوبة. تشمل هذه العوامل تركيب المواد الممتصة وتركيب الصخر الأم. تتشكل الغازات في الصهارة من خلال عمليتين مختلفتين: الغليان الأول والغليان الثاني. يُعرَّف الغليان الأول بانخفاض الضغط المحيط إلى ما دون ضغط بخار الصهارة. أما الغليان الثاني فيُعرَّف بزيادة ضغط البخار نتيجة تبلور الصهارة. في كلتا الحالتين، تنفصل فقاعات الغاز في الصهارة وتساعد على صعودها نحو السطح. مع صعود الصهارة، تنخفض درجة الحرارة والضغط المحيط. يسمح انخفاض درجة الحرارة والضغط المحيط بزيادة التبلور وضغط بخار الغاز المذاب. اعتمادًا على تركيب الصهارة، قد يكون هذا الصعود بطيئًا أو سريعًا. تتميز الصهارة الفلسية بلزوجتها العالية، لذا فهي تصعد إلى سطح الأرض ببطء أكبر من الصهارة المافية التي تحتوي على مستويات أقل من السيليكا. تتحكم كمية الغازات المتاحة للانفصال وتركيزاتها في الصهارة في صعودها. فإذا احتوت الصهارة على كمية كافية من الغازات المذابة، فإن معدل الانفصال هو الذي يحدد معدل صعود الصهارة. تحتوي الصهارة المافية على مستويات منخفضة من الغازات المذابة، بينما تحتوي الصهارة الفلسية على مستويات عالية منها. ولا يُعد معدل ثوران البراكين ذات التركيبات المختلفة العاملَ المتحكم في انبعاث الغازات إلى الغلاف الجوي. بل إن كمية الغازات المنبعثة من الثوران البركاني تتحكم فيها مصادر الصهارة، والمسار القشري الذي تسلكه، وعدة عوامل تتعلق بالضغط والحرارة والتغيرات الحرارية على سطح الأرض. وعندما تصل الصهارة الفلسية إلى سطح الأرض، فإنها تكون شديدة الانفجار (مثل بركان سانت هيلينز ). أما الصهارة المافية فتتدفق عادةً فوق سطح الأرض وتشكل طبقات (مثل بازلت نهر كولومبيا). ويؤدي تطور الصهارة تحت القشرة القارية إلى تكوين نوع مختلف من البراكين عن تلك التي تتكون تحت القشرة المحيطية. تُنتج مناطق الاندساس أقواسًا بركانية جزرية (مثل جزر ألوشيان وألاسكا) ونشاطًا بركانيًا غير قوسي (مثل تشيلي وكاليفورنيا). وعادةً ما يكون النشاط البركاني القوسي أكثر انفجارًا من النشاط البركاني غير القوسي نظرًا لتركيزات وكميات الغازات المحتجزة في الصهارة تحت الأرض. [ 11 ]

يُمكن لتحليل الشوائب السائلة المحتجزة في المعادن أن يُظهر مسار تطور المواد المتطايرة في الصخور البركانية. [ 12 ] يتطلب تحديد أصل المواد المتطايرة الصهارية إجراء تحليلات نظائرية وتفسير سيناريوهات إطلاق الغازات. [ 12 ] عندما تتراكم فقاعات الغاز في مصهور أثناء تبلوره، فإنها تُكوّن نسيجًا حويصليًا. تتشكل الحويصلات نتيجة التبريد الفائق للمصهور في وجود الغازات. ولأن الصخور تبلورت بسرعة كبيرة في الغلاف الجوي للأرض، فمن الممكن فحص بعض الصخور النارية بحثًا عن السوائل المحتجزة في الحويصلات. من خلال فحص العديد من الشوائب المختلفة، يُمكن الكشف عن استيعاب القشرة الأرضية وانخفاض الضغط اللذين يُفسران إطلاق المواد المتطايرة. [ 12 ]

طرق توصيف الصخور النارية

تشمل الطرق التي يستخدمها علماء الصخور لفحص الصخور النارية والمواد المصنعة: علم الصخور الضوئي، حيود الأشعة السينية (XRD)، التحليل المجهري الإلكتروني (EPMA)، مطياف الكتلة المقترن بالبلازما الحثية بالاستئصال الليزري (LA-ICP-MS)، وغيرها الكثير. تساعد طرق مثل علم الصخور الضوئي الباحث على فهم مختلف أنسجة الصخور النارية، بالإضافة إلى تركيبها المعدني. تحدد طرق حيود الأشعة السينية المكونات المعدنية للصخرة قيد الاختبار؛ وبالتالي، لا يُعرف التركيب إلا بناءً على التركيب المعدني المكتشف باستخدام هذه الطريقة. يكشف التحليل المجهري الإلكتروني عن خصائص نسيج الصخرة على المستوى الميكروني، كما يكشف عن تركيبها بناءً على وفرة العناصر. للحصول على معلومات حول السوائل المحتجزة في الصخور النارية، يمكن استخدام مطياف الكتلة المقترن بالبلازما الحثية بالاستئصال الليزري. ويتم ذلك من خلال البحث عن الصخور التي تحتوي على جيوب صغيرة من السوائل أو الأبخرة، وجمع هذه السوائل أو الأبخرة، وفحصها بحثًا عن مختلف العناصر والنظائر.

الانبعاثات البركانية وآثارها

بينما تُطلق معظم البراكين مزيجًا من غازات قليلة متشابهة، إلا أن انبعاثات كل بركان تحتوي على نسب مختلفة من هذه الغازات. يُعد بخار الماء (H₂O ) الجزيء الغازي السائد، يليه ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂ ) ، وجميعها غازات دفيئة. وتُطلق بعض البراكين الفريدة مركبات غير مألوفة. فعلى سبيل المثال، تُطلق البراكين الطينية في رومانيا كميات من غاز الميثان تفوق بكثير كميات بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت، حيث تتراوح نسبة الميثان فيها بين 95 و98% ، ونسبة ثاني أكسيد الكربون بين 1.5 و 2.3 % ، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من غازي الهيدروجين والهيليوم. [13] لقياس الغازات البركانية مباشرةً، يستخدم العلماء عادةً القوارير والأقماع لجمع العينات مباشرةً من الفوهات البركانية أو الفومارولات . وتكمن ميزة القياس المباشر في القدرة على تقييم المستويات الضئيلة في التركيب الغازي. [ 13 ] يمكن قياس الغازات البركانية بشكل غير مباشر باستخدام مطيافية رسم خرائط الأوزون الكلي (TOMS)، وهي أداة استشعار عن بعد تعمل بالأقمار الصناعية والتي تقيّم سحب ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي.[11][14] يتمثل عيب TOMS في أن حد الكشف العالي الخاص به لا يمكنه قياس سوى كميات كبيرة من الغازات المنبعثة، مثل تلك المنبعثة من ثوران بركاني بمؤشر انفجار بركاني (VEI) يبلغ 3، على مقياس لوغاريتمي من 0 إلى 7.

يُحدث انبعاث الكبريت من البراكين أثرًا بيئيًا هائلًا، ويُعدّ عاملًا بالغ الأهمية عند دراسة التأثيرات واسعة النطاق للنشاط البركاني. [ 14 ] تُشكّل البراكين المصدر الرئيسي للكبريت (على شكل ثاني أكسيد الكبريت SO₂ ) الذي يصل إلى طبقة الستراتوسفير، حيث يتفاعل مع جذور الهيدروكسيل (OH) لتكوين حمض الكبريتيك (H₂SO₄ ) . عندما تتكوّن جزيئات حمض الكبريتيك تلقائيًا أو تتكثّف على الهباء الجوي الموجود، فإنها تنمو لتصبح كبيرة بما يكفي لتكوين نوى لقطرات المطر، فتهطل على شكل أمطار حمضية. تُؤدي الأمطار التي تحتوي على تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكبريت SO₂ إلى موت الغطاء النباتي، مما يُقلّل من قدرة الكتلة الحيوية في المنطقة على امتصاص ثاني أكسيد الكربون CO₂ من الهواء. كما تُؤدّي هذه الأمطار إلى خلق بيئة مُختزلة في الجداول والبحيرات والمياه الجوفية. [15] نظرًا لتفاعله العالي مع الجزيئات الأخرى، يمكن أن تؤدي زيادة تركيزات الكبريت في الغلاف الجوي إلى استنفاد طبقة الأوزون وبدء حلقة تغذية راجعة إيجابية للاحتباس الحراري. [ 14 ]

تُنتج البراكين ذات التركيب الفلسي ثوراتٍ بركانيةً شديدة الانفجار، قادرةً على قذف كميات هائلة من الغبار والهباء الجوي إلى طبقات الجو العليا. تُعدّ هذه الانبعاثات الجسيمية عواملَ مؤثرةً قويةً على المناخ، إذ يُمكنها إحداث استجاباتٍ مناخيةٍ متنوعة، تشمل الاحترار والتبريد وتحمض مياه الأمطار. وتعتمد الاستجابة المناخية على ارتفاع سحابة الغبار، بالإضافة إلى حجم الغبار وتركيبه. تبرد بعض السيليكات البركانية بسرعةٍ فائقة، مُكوّنةً نسيجًا زجاجيًا؛ إذ يمتص لونها الداكن وطبيعتها العاكسة جزءًا من الإشعاع ويعكس الباقي. تعمل هذه المواد البركانية المقذوفة في طبقة الستراتوسفير على حجب الإشعاع الشمسي، مما يُسخّن تلك الطبقة من الغلاف الجوي ويُبرّد المنطقة التي تحتها. [ 15 ] يُمكن لأنماط الرياح أن تُوزّع الغبار على مناطق جغرافية شاسعة؛ فعلى سبيل المثال، أنتج ثوران بركان تامبورا في إندونيسيا عام 1815 كميةً هائلةً من الغبار، لدرجة أنه لوحظ انخفاضٌ في درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة في منطقة نيو إنجلاند، واستمر لعدة أشهر. وقد أطلق الأوروبيون والأمريكيون على هذا التأثير اسم "عام بلا صيف".

تحتوي الانبعاثات البركانية على كميات ضئيلة من المعادن الثقيلة، والتي قد تؤثر على الغلاف المائي عند انبعاثها إلى الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. وعندما تتركز كميات كبيرة من هذه الانبعاثات في منطقة صغيرة، فإنها قد تُلحق الضرر بالنظم البيئية، وتؤثر سلبًا على الزراعة، وتلوث مصادر المياه. [ 15 ] تحمل المواد المنبعثة من البراكين عادةً معادن ثقيلة بكميات ضئيلة. [ 15 ] وعندما تتجمع كميات كبيرة من هذه الانبعاثات في منطقة صغيرة، تصبح آثار التلوث بالغة الأهمية. [ 15 ]

تخضع التأثيرات قصيرة المدى (من أشهر إلى سنوات) للنشاط البركاني على الغلاف الجوي والمناخ والبيئة لسيطرة كبيرة من الموقع والتوقيت والتدفق والشدة وارتفاع انبعاث غازات الكبريت. تمثل الانفجارات البركانية العرضية الاضطراب الرئيسي للهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير (مع أن التأثيرات الجوية لانبعاث غازات الكبريت المرتبطة بفيضانات البازلت القارية قد تكون أعمق). أما في طبقة التروبوسفير، فالصورة أقل وضوحًا، ولكن قد يكون جزء كبير من عبء الكبريتات العالمي في هذه الطبقة بركاني المنشأ . يؤثر هباء الكبريتات على ميزانية إشعاع الأرض من خلال تشتيت وامتصاص الإشعاع قصير الموجة وطويل الموجة، ومن خلال العمل كنوى لتكثيف السحب. وعندما تصل هذه السحب إلى طبقة الحدود وسطح الأرض، فإنها تحتوي على الكبريت البركاني في كل من حالتيه الغازية والهباء الجوي، مما قد يؤدي إلى آثار بيئية وصحية بالغة. [ 14 ]

من أمثلة الآثار البيئية والصحية: الخسائر الزراعية الناتجة عن الأمطار الحمضية وتظليل الجسيمات، وتضرر النظم البيئية، وتلوث الغلاف المائي. [ 14 ] تُعد شدة الثوران البركاني عاملاً مُتحكماً في ارتفاع وتأثير المواد المقذوفة. ورغم أن الثورات البركانية الكبيرة تحدث بوتيرة أقل من الثورات الصغيرة، إلا أن الثورات الكبيرة تُطلق كميات أكبر من الجسيمات في الغلاف الجوي. [ 15 ] يُؤدي هذا السلوك المُستمر للمواد المنبعثة على مدار العام إلى تأثيرات طفيفة على الغلاف الجوي مُقارنةً بالثورات الكبيرة. [ 15 ] مع مرور الوقت، تُؤدي التغيرات في تكوين الثورات الصغيرة إلى تغيرات في الدورات الجوية والمناخ العالمي. [ 15 ] تُسبب الثورات الكبيرة تغيرات فورية في الغلاف الجوي، مما يُؤدي بدوره إلى تغيرات مناخية في المناطق المُجاورة. [ 15 ] كلما زاد حجم القذف البركاني، زاد ارتفاع المواد السيليكاتية المقذوفة. وتنتج هذه الانبعاثات عن ثورات بركانية ذات شدة عالية. لا تُصدر الانفجارات البركانية الكبيرة كميات كبيرة من المواد، في المتوسط، مقارنةً بالانفجارات البركانية الصغيرة. ويرتبط ذلك بفترة تكرار الانفجارات وكمية المواد المقذوفة في كل انفجار. [ 15 ] "يمثل ارتفاع انبعاث الكبريت في الغلاف الجوي عاملاً مهماً آخر في تحديد تأثيره على المناخ. فالانفجارات البركانية الأكثر شدة، أي تلك التي تتميز بمعدلات تدفق صهارة أعلى، من المرجح أن ترفع غازات الكبريت التفاعلية إلى طبقة الستراتوسفير حيث يمكنها توليد رذاذ ذي تأثير مناخي." [ 14 ]

لا تُعدّ شدة ثوران البركان العامل الوحيد المُتحكّم في ارتفاع الجسيمات. فالمناخ المحيط بالبركان يُحدّد تأثير الثوران. وتتوقع نماذج الثوران التي تُعامل المتغيرات المناخية كعوامل مُتحكّمة وتُبقي شدة الثوران ثابتة، أن تصل انبعاثات الجسيمات، مثل الرماد البركاني وغيره من الحطام البركاني المُقذوف إلى الغلاف الجوي، في المناطق الاستوائية إلى ارتفاعات أعلى من تلك التي تصل إليها في المناطق القاحلة أو القطبية. [ 16 ] تشمل بعض هذه المتغيرات المناخية الرطوبة والجفاف والرياح واستقرار الغلاف الجوي. [ 16 ] تتوافق الملاحظة التي توصل إليها النموذج مع ما يُشاهد في الطبيعة: فالبراكين في المناخات الاستوائية تُنتج ثورانات بارتفاعات أكبر من تلك الموجودة في القطبين. [ 16 ] وإذا اتسعت رقعة المناطق الاستوائية، سيزداد عدد البراكين القادرة على إنتاج انبعاثات إلى ارتفاعات أعلى في الغلاف الجوي. [ 16 ] ستكون آثار زيادة المواد السيليكاتية المحمولة جواً على المناخ كبيرة، لأن ارتفاع هذه الانفجارات البركانية الاستوائية سيصبح أكثر وضوحاً مع اتساع المناطق الاستوائية، مما يؤدي إلى المزيد من المخاطر مثل التبريد والتلوث واضطرابات الطائرات. [ 16 ]

يؤثر موقع البركان بشكل كبير على التوزيع الجغرافي لتسخين الغلاف الجوي وتطور الموجات الكوكبية التي تؤثر على دوران الهواء (خاصة في نصف الكرة الشمالي). ومن العوامل المهمة الأخرى أن ارتفاع التروبوبوز يختلف باختلاف خط العرض؛ ففي المناطق الاستوائية يبلغ حوالي 16-17 كيلومترًا فوق مستوى سطح البحر، بينما ينخفض ​​إلى 10-11 كيلومترًا في خطوط العرض العليا. وبشكل عام، يتطلب الانفجار البركاني شدة أكبر (معدل تدفق الصهارة) لعبور التروبوبوز في المناطق الاستوائية مقارنةً بخطوط العرض المتوسطة والقطبية. ومع ذلك، هناك عاملان يحدّان من هذا التأثير. أولهما أن تأثير الانفجار في خطوط العرض العليا يكون أقل من تأثير الانفجار في خطوط العرض الدنيا، نظرًا لقلة الطاقة الشمسية التي يمكن امتصاصها كلما ابتعدنا عن المناطق الاستوائية. ثانيًا، يعمل دوران الغلاف الجوي بطريقة تحدّ من آثار الانفجارات في خطوط العرض العليا. ويؤدي الانفجار البركاني الاستوائي الذي يضخ الهباء الجوي إلى طبقة الستراتوسفير إلى تسخين موضعي. يؤدي ذلك إلى زيادة فرق درجة الحرارة في الغلاف الجوي الأوسط بين خط الاستواء وخطوط العرض العليا، وبالتالي تعزيز تدفقات الهواء المدارية التي تنشر الهباء الجوي في نصفي الكرة الأرضية، مما يعزز التأثير المناخي على نطاق عالمي. في المقابل، يميل الهباء الجوي البركاني المنبعث إلى طبقة الستراتوسفير من براكين خطوط العرض العليا إلى إحداث تأثير معاكس على تدرج درجة الحرارة، حيث يعمل على إبطاء تدفق الهواء المداري. يصل القليل جدًا، إن وجد، من الهباء الجوي الستراتوسفيري المتكون نتيجة ثوران بركان في خط عرض عالٍ إلى نصف الكرة الأرضية المقابل. [ 14 ]

التفاعل بين التجلد والبراكين

لا تؤثر البراكين على المناخ فحسب، بل تتأثر به أيضًا. خلال فترات التجلد، تتباطأ العمليات البركانية. ويتسارع نمو الأنهار الجليدية عندما يكون حر الصيف ضعيفًا وبرد الشتاء شديدًا، وعندما تكبر الأنهار الجليدية، يزداد وزنها. ويؤدي هذا الوزن الزائد إلى تأثير عكسي على قدرة حجرة الصهارة على إنتاج بركان. [ 17 ] من الناحية الديناميكية الحرارية، تذوب الغازات في الصهارة بسهولة أكبر عندما يكون الضغط المحيط بها أكبر من ضغط بخار المكونات المذابة. ويحدث تراكم الجليد عادةً في المرتفعات العالية، وهي أيضًا موطن معظم البراكين القارية. ويمكن أن يؤدي تراكم الجليد إلى انهيار حجرة الصهارة وتبلورها تحت الأرض. [ 17 ] ويحدث انهيار حجرة الصهارة عندما يكون ضغط الجليد على الأرض أكبر من الضغط الناتج عن الحمل الحراري في الوشاح. [ 17 ] وتوفر بيانات اللب الجليدي من الأنهار الجليدية نظرة ثاقبة على المناخ في الماضي. تُعدّ نظائر الأكسجين وسجل أيونات الكالسيوم مؤشرات أساسية للتقلبات المناخية، بينما تشير ذروة أيونات الكبريتات (SO₄ ) والتوصيل الكهربائي للجليد إلى تساقط الهباء الجوي البركاني. [ 14 ] وكما هو ملاحظ في عينات الجليد، فإنّ الانفجارات البركانية في المناطق الاستوائية ونصف الكرة الجنوبي غير مسجلة في الصفائح الجليدية في غرينلاند. [ 14 ] ويمكن رصد تساقط الهباء الجوي الناتج عن الانفجارات الاستوائية عند القطبين، على الرغم من أنّ ذلك يستغرق عامين تقريبًا ويتكون من ترسبات كبريتية فقط. [ 14 ] من أبرز ما كشف عنه سجل اللب الجليدي وجود أدلة على العديد من الانفجارات البركانية الهائلة، التي لم تُكتشف في سجلات الرماد البركاني. إلا أن أحد محاذير هذا النهج هو أنه على الرغم من أن تحديد عمر اللب الجليدي عن طريق عدّ الطبقات الموسمية دقيق إلى حد كبير، إلا أنه ليس مضمونًا تمامًا. فكلما زاد عمق استخراج اللب، زادت احتمالية تعرضه للتشوه. وتلعب الرياح السائدة والتركيب الكيميائي للغلاف الجوي دورًا كبيرًا في نقل المواد البركانية المتطايرة من مصدرها إلى مواقعها النهائية على السطح أو في الغلاف الجوي. [ 14 ]

مناخ العصر الطباشيري

خلال العصر الطباشيري ، شهدت الأرض ارتفاعًا غير معتاد في درجات الحرارة. يُعزى هذا الارتفاع إلى عاملين رئيسيين: القوى التكتونية والصهارية. [ 18 ] [ 19 ] إحدى النظريات المطروحة هي وجود عمود صهاري هائل أدى إلى ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. [ 18 ] ربما كانت مستويات ثاني أكسيد الكربون في العصر الطباشيري أعلى بما يتراوح بين 3.7 و14.7 ضعف مستوياتها الحالية، مما تسبب في ارتفاع متوسط ​​درجة الحرارة من 2.8 إلى 7.7 درجة مئوية. [ 18 ] من الناحية التكتونية، قد تتسبب حركة الصفائح وانخفاض مستوى سطح البحر في ارتفاع إضافي في درجة الحرارة العالمية بمقدار 4.8 درجة مئوية. [ 18 ] وبالتالي، فإن التأثير المشترك للعمليات الصهارية والتكتونية قد يكون رفع درجة حرارة الأرض في العصر الطباشيري بمقدار يتراوح بين 7.6 و12.5 درجة مئوية مقارنةً باليوم. [ 18 ]

ثمة نظرية ثانية تفسر دفء العصر الطباشيري، وهي انغماس المواد الكربوناتية. [ 19 ] فمع انغماس هذه المواد الكربونية، كان من المفترض أن ينبعث ثاني أكسيد الكربون من البراكين. [ 19 ] خلال العصر الطباشيري، كان بحر تيثيس غنيًا برواسب الحجر الجيري. [ 19 ] ومع انغماس هذه المنصة الكربونية، أصبحت الصهارة الناتجة أغنى بثاني أكسيد الكربون. ولأن ثاني أكسيد الكربون يذوب جيدًا في الصهارة، فإنه كان سيبقى ذائبًا حتى ينخفض ​​ضغط الصهارة المحصورة إلى مستوى يسمح بانطلاق كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى الاحترار. [ 19 ]

خاتمة

تمثل البراكين صورًا وقوى جبارة على سطح الأرض. يعتمد تكوّن البركان على موقعه وأصله الصهاري. تبقى الصهارة منصهرة حتى يسمح الضغط ودرجة الحرارة بالتبلور وانبعاث الغازات. خلال عملية الانبعاث، ترتفع حجرة الصهارة وتلامس سطح الأرض، مُسببةً بركانًا. اعتمادًا على تركيب المادة المنصهرة، قد يحتوي هذا البركان على مجموعة متنوعة من الغازات. معظم الغازات المنبعثة من الانفجارات البركانية هي غازات دفيئة تُسبب تغيرات في الغلاف الجوي. تُجبر هذه التغيرات المناخ، إقليميًا ومحليًا، على الوصول إلى حالة توازن جديدة مع الغلاف الجوي الجديد. قد تنعكس هذه التغيرات على شكل تبريد، أو ارتفاع في درجات الحرارة، أو زيادة في معدلات هطول الأمطار، وغيرها الكثير.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تريوارثا، جي تي (1968). مقدمة في علم المناخ . ماكجرو هيل. ص  408.
  2. 1234Raymo, M. E.; Ruddiman, W. F. (1992). "Tectonic forcing of late Cenozoic climate". Nature. 359 (6391): 117–1122. Bibcode:1992Natur.359..117R. doi:10.1038/359117a0. S2CID 1443184.
  3. 12Fluteau, F.; Ramstein, G.; Besse, J. (1999). "Simulating the evolution of the Asian and African monsoons during the past 30 Myr using an atmospheric general circulation model". Journal of Geophysical Research. 104 (D10): 11, 995–1012, 1018. Bibcode:1999JGR...10411995F. doi:10.1029/1999jd900048.
  4. 12Ruddiman, W. F.; Kutzbach, J. E. (1989). "Forcing of Late Cenozoic Northern Hemisphere Climate by Plateau Uplift in Southern Asia and the American West". Journal of Geophysical Research. 94 (D15): 18, 409–18, 427. Bibcode:1989JGR....9418409R. doi:10.1029/jd094id15p18409.
  5. 12Molnar, P; England,P (1990). "Late Cenozoic uplift of mountain ranges and global climate change: chicken or egg?". Nature. 346 (6279): 29–34. Bibcode:1990Natur.346...29M. doi:10.1038/346029a0. S2CID 4338271.
  6. 12Hansen, J.; et al. (1984). "Climate sensitivity: Analysis of feedback mechanisms". Climate Processes and Climate Sensitivity. Geophysical Monograph Series. Vol. 5. pp. 130–163. Bibcode:1984GMS....29..130H. doi:10.1029/gm029p0130. ISBN 0-87590-404-1.
  7. 12Masek, J.G.; et al. (1994). "Erosion and tectonics at the margins of continental plateaus". Journal of Geophysical Research. 99 (B7): 13, 941–13, 956. Bibcode:1994JGR....9913941M. doi:10.1029/94jb00461.
  8. 1 2 لامب، س؛ ديفيس، ب (2003). "تغير المناخ في العصر السينوزوي كسبب محتمل لارتفاع جبال الأنديز". مجلة نيتشر . 425 (6960): 792-797 . Bibcode : 2003Natur.425..792L . doi : 10.1038/nature02049 . PMID 14574402. S2CID 4354886 .  
  9. 1 2 3 4 كلوجل، أندرياس؛ كلاين، فريدر (2011). "تخزين الصهارة المعقد وصعودها في البراكين البحرية الجنينية من أرخبيل ماديرا". الجيولوجيا . 34 (5): 337-340 . Bibcode : 2006Geo....34..337K . doi : 10.1130/g22077.1 .
  10. ↑ ريموند، لورين أ.، علم الصخور: دراسة الصخور النارية والرسوبية والمتحولة . دار نشر ويفيلاند، الطبعة الثانية، 30 مايو 2007.
  11. ↑ بلوث، جي جي إس؛ وآخرون (1993). "مساهمة النشاط البركاني الانفجاري في تركيزات ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي العالمي". مجلة نيتشر . 366 (6453): 327-329 . Bibcode : 1993Natur.366..327B . doi : 10.1038/366327a0 . S2CID 4358373 .  
  12. 1 2 3 ماندفيل، سي دبليو؛ وآخرون (2009). "أدلة النظائر المستقرة والبترولوجية على انبعاث الغازات في نظام مفتوح خلال ثورات جبل مازاما، بحيرة كريتر، أوريغون، في ذروة وذروة ما قبل الذروة". مجلة جيوكيميكا إت كوزموكيميكا أكتا . 73 (10): 2978-3012 . رمز Bibcode : 2009GeCoA..73.2978M . doi : 10.1016/j.gca.2009.01.019 . 
  13. ↑ أوبنهايمر، سي. فيشر، تي.، سكايليت، بي.، 2014، إطلاق الغازات البركانية: العملية والتأثير، في كتاب "مقال في الكيمياء الجيولوجية" (الطبعة الثانية)، تحرير إتش دي هولاند وكيه كيه توريكيان، إلسيفير، أكسفورد، الصفحات 111-179، doi : 10.1016/B978-0-08-095975-7.00304-1
  14. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 أوبنهايمر، سي.؛ وآخرون (2011). "انبعاث غاز الكبريت من البراكين: ظروف المصدر، والمراقبة، وكيمياء عمود الدخان، وتأثيرات النظام الأرضي" (ملف PDF) . مراجعات في علم المعادن والكيمياء الجيولوجية . 73 (1): 363-421 . Bibcode : 2011RvMG...73..363O . doi : 10.2138/rmg.2011.73.13 . 
  15. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 دورانت، أ. ج . وآخرون (2010). "التأثيرات الجوية والبيئية للجسيمات البركانية" . العناصر . 6 (4): 235-240 . Bibcode : 2010Eleme...6..235D . doi : 10.2113/gselements.6.4.235 . 
  16. 1 2 3 4 5 تابر، أ.؛ وآخرون (2009). "السحب العالية الناتجة عن الانفجارات البركانية الصغيرة: حساسية ارتفاع الانفجار ومحتوى الرماد الناعم لعدم استقرار طبقة التروبوسفير". المخاطر الطبيعية . 51 (2): 375-401 . Bibcode : 2009NatHa..51..375T . doi : 10.1007/s11069-009-9433-9 . S2CID 140572298 .  
  17. 1 2 3 سيغموندسون، ف.؛ وآخرون (2011). "تأثيرات المناخ على النشاط البركاني: تأثير تغيرات كتلة الجليد على أنظمة التحميل والتفريغ الصهارية، مع أمثلة من أيسلندا" . المعاملات الفلسفية . 368 (1919): 2519-2534 . Bibcode : 2010RSPTA.368.2519S . doi : 10.1098/rsta.2010.0042 . PMID 20403840 .  
  18. 1 2 3 4 5 كالديريرا، كين (1991). "العمود الصاعد الهائل في منتصف العصر الطباشيري، وثاني أكسيد الكربون، والاحتباس الحراري". رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 18 (6): 987-990 . Bibcode : 1991GeoRL..18..987C . doi : 10.1029/91gl01237 . PMID 11539811 . 
  19. 1 2 3 4 5 جونستون، ك.ب. وآخرون (2011). "كفاءة إزالة الكربونات في مناطق الاندساس: آثارها على مناخات العصر الطباشيري الدافئة". رسائل علوم الأرض والكواكب . 303 ( 1-2 ): 143-152 . Bibcode : 2011E & PSL.303..143J . doi : 10.1016/j.epsl.2010.12.049 .