علم البراكين

تُجرى عمليات الرصد الزلزالي باستخدام أجهزة قياس الزلازل المنتشرة بالقرب من المناطق البركانية، لمراقبة زيادة النشاط الزلزالي أثناء الأحداث البركانية، وبالأخص البحث عن الهزات التوافقية طويلة المدى، والتي تشير إلى حركة الصهارة عبر القنوات البركانية. ^{[ 3 ]}

يشمل رصد تشوه سطح الأرض استخدام تقنيات جيوديسية مثل التسوية، وقياس الميل، والإجهاد، والزاوية، والمسافة باستخدام أجهزة قياس الميل، والمحطات الشاملة، وأجهزة قياس المسافة الإلكترونية. ويشمل ذلك أيضًا رصد نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) وتقنية الرادار ذي الفتحة التركيبية التداخلية (InSAR). ^{[ 4 ]} يشير تشوه سطح الأرض إلى صعود الصهارة: حيث يؤدي ازدياد تدفق الصهارة إلى ظهور انتفاخات على سطح مركز البركان.

يمكن رصد انبعاثات الغازات باستخدام معدات تشمل أجهزة قياس الطيف فوق البنفسجي المحمولة (COSPEC، التي حلت محلها الآن miniDOAS)، والتي تحلل وجود الغازات البركانية مثل ثاني أكسيد الكبريت ؛ أو باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء (FTIR). قد تشير زيادة انبعاثات الغازات، وخاصة التغيرات في تركيبها، إلى ثوران بركاني وشيك. ^{[ 3 ]}

يتم رصد تغيرات درجة الحرارة باستخدام موازين الحرارة ومراقبة التغيرات في الخصائص الحرارية للبحيرات البركانية والفتحات البركانية، والتي قد تشير إلى نشاط قادم. ^{[ 5 ]}

تُستخدم الأقمار الصناعية على نطاق واسع لرصد البراكين، إذ تُتيح مراقبة مساحات شاسعة بسهولة. فهي قادرة على قياس انتشار عمود الرماد، مثل عمود ثوران بركان إيافيالايوكول عام 2010، ^{[ 6 ]} بالإضافة إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت _. ^{[ 7 ]} كما يُمكن استخدام تقنية الرادار ذي الفتحة التركيبية التداخلية (InSAR ) والتصوير الحراري لرصد مناطق واسعة قليلة السكان، حيث يكون من المكلف للغاية الاحتفاظ بأجهزة رصد أرضية.

تشمل التقنيات الجيوفيزيائية الأخرى (الملاحظات الكهربائية والجاذبية والمغناطيسية) رصد التقلبات والتغيرات المفاجئة في المقاومة الكهربائية، وشذوذات الجاذبية، أو أنماط الشذوذ المغناطيسي التي قد تشير إلى حدوث صدوع ناتجة عن البراكين وصعود الصهارة. ^{[ 5 ]}

تشمل التحليلات الطبقية تحليل رواسب التيفرا والحمم البركانية وتحديد تاريخها لتحديد أنماط ثوران البراكين، ^{[ 8 ]} مع تقدير دورات النشاط المكثف وحجم الانفجارات. ^{[ 3 ]}

لقد حقق التحليل التركيبي نجاحًا كبيرًا في تصنيف البراكين حسب النوع، ^{[ 9 ] : 274} وأصل الصهارة، ^{[ 9 ] : 274} بما في ذلك مطابقة البراكين مع عمود الوشاح في بؤرة ساخنة معينة ، وأعماق انصهار عمود الوشاح، ^{[ 10 ]} وتاريخ القشرة المندسة المعاد تدويرها، ^{[ 9 ] : 302-3} ومطابقة رواسب التيفرا مع بعضها البعض ومع البراكين الأصلية، ^{[ 11 ]} وفهم تكوين وتطور خزانات الصهارة، ^{[ 9 ] : 296-303} وهو نهج تم التحقق من صحته الآن من خلال أخذ عينات في الوقت الفعلي. ^{[ 12 ]}

أثبتت بعض التقنيات المذكورة أعلاه، بالإضافة إلى النمذجة، جدواها ونجاحها في التنبؤ ببعض الثورات البركانية، ^{[ 13 ] : 1-2} مثل إجلاء المنطقة المحيطة بجبل بيناتوبو عام 1991، والذي ربما أنقذ 20,000 شخص. ^{[ 14 ]} تميل التنبؤات قصيرة المدى إلى استخدام بيانات الرصد الزلزالي أو بيانات الرصد المتعدد، بينما تتضمن التنبؤات طويلة المدى دراسة التاريخ السابق للنشاط البركاني المحلي. ^{[ 13 ] : 1} ومع ذلك، لا يقتصر التنبؤ بالثوران البركاني على التنبؤ بوقت بدء الثوران التالي فحسب، بل قد يتناول أيضًا حجم الثوران المستقبلي، وتطوره بمجرد بدء حدوثه. ^{[ 13 ] : 1-2}

فسّرت الأساطير اليونانية القديمة والإمبراطورية الرومانية المبكرة البراكين كمواقع لآلهة مختلفة. وزعمت الأساطير القديمة أن الإلهة أثينا دفنت العملاق إنسيلادوس تحت بركان إتنا عقابًا له على تمرده على الآلهة. ^{[ 18 ]} وربط الشاعر الروماني فرجيل ، في ملحمة الإنيادة ، هدير الجبل بصراخ إنسيلادوس المعذب، واللهب بأنفاسه، والارتجاجات بصراخه على قضبان سجنه. ^{[ 18 ]} ورأى يوريبيدس أن هيفايستوس ، إله النار، كان يجلس أسفل بركان إتنا ، يصنع أسلحة زيوس . ^{[ 18 ]} واعتبر إسخيلوس إتنا المكان الذي سُجن فيه تيفون ، الذي حارب زيوس في حرب الجبابرة . ^{[ 18 ]} ربط ديودور الصقلي، عند مناقشته لثوران بركان إتنا عام 425 قبل الميلاد، الحدث باختطاف بيرسيفوني . ^{[ 18 ]}

رأى الفيلسوف اليوناني إمبيدوكليس (حوالي 490-430  قبل الميلاد) أن العالم مُقسّم إلى العناصر الكلاسيكية الأربعة : الأرض، والهواء، والنار، والماء. ^{[ 19 ]} وزعم أفلاطون أن قنوات المياه الساخنة والباردة تتدفق عبر أنهار جوفية. وفي أعماق الأرض، يتدفق نهر هائل من النار، يُدعى بيريفليغيثون ، ليغذي جميع براكين العالم. ^{[ 19 ]} وفي علم الأرصاد الجوية ، اعتبر أرسطو الأرض كائنًا حيًا يُصاب بالتشنجات والتقلصات. ^{[ 19 ]} ورأى أن النار الجوفية ناتجة عن "احتكاك الرياح عند دخولها ممرات ضيقة". ^{[ 19 ]}

لعبت الرياح دورًا محوريًا في تفسيرات البراكين حتى القرن السادس عشر الميلادي، بعد أن اقترح أناكسغوراس ، في القرن الخامس قبل الميلاد، أن ثوران البراكين ناتج عن رياح عاتية. ^{[ 20 ]} زعم الفيلسوف الروماني لوكريتيوس أن بركان إتنا أجوف تمامًا وأن نيران باطنه تغذيها رياح عاتية تدور بالقرب من مستوى سطح البحر. اعتقد أوفيد أن اللهب يتغذى على "الأطعمة الدهنية" وأن الثوران يتوقف عندما ينفد الطعام. زعم فيتروفيوس أن الكبريت والشبة والقار تغذي النيران العميقة. لاحظ بليني الأكبر وجود زلازل تسبق الثوران؛ وقد توفي في ثوران بركان فيزوف عام 79  ميلاديًا أثناء تحقيقه فيه في ستابيا . قدم ابن أخيه، بليني الأصغر ، وصفًا تفصيليًا للثوران الذي توفي فيه عمه، عازيًا وفاته إلى آثار الغازات السامة. وقد أطلق على هذه الانفجارات اسم "بليني" تكريماً للمؤلفين.

خصص العالم الدومينيكاني ريستورو داريتسو، الذي عاش في القرن الثالث عشر، فصلين كاملين (11.6.4.6 و11.6.4.7) من أطروحته الرائدة " تكوين العالم من خلال صخوره" لأصل الطاقة الداخلية للأرض. وأكد ريستورو أن باطن الأرض شديد الحرارة، وأصر، متأثرًا بإمبيدوكليس ، على أن للأرض مركزًا منصهرًا وأن البراكين تثور نتيجة صعود الصخور المنصهرة إلى السطح. ^{[ 21 ]}

خلال عصر النهضة، أبدى علماء مثل برنارد باليسي ، وكونراد جيسنر ، ويوهانس كنتمان (1518-1568) اهتمامًا بالغًا بطبيعة الأرض وسلوكها وأصلها وتاريخها. وقد طُرحت العديد من النظريات حول النشاط البركاني خلال أواخر القرن السادس عشر ومنتصف القرن السابع عشر. جادل جورجيوس أغريكولا ، كما اقترح ديكارت لاحقًا، بأن أشعة الشمس لا علاقة لها بالبراكين. اعتقد أغريكولا أن البخار المضغوط هو ما يُسبب ثوران "زيت الجبل" والبازلت. اعتبر يوهانس كيبلر البراكين قنوات لدموع الأرض وإفرازاتها، مُخرجةً البيتومين والقطران والكبريت. ^{[ 22 ]} أعلن ديكارت أن الله خلق الأرض في لحظة، مُصرحًا بأنه فعل ذلك في ثلاث طبقات: الأعماق النارية، ^{[ 23 ]} وطبقة من الماء، والهواء. وقال إن البراكين تتشكل حيث تخترق أشعة الشمس الأرض.

اجتذبت براكين جنوب إيطاليا علماء الطبيعة منذ عصر النهضة الذي أدى إلى إعادة اكتشاف الأوصاف الكلاسيكية لها على يد كتّاب مثل لوكريتيوس وسترابو . وقد وفرت براكين فيزوف وسترومبولي وفولكانو فرصة لدراسة طبيعة الظواهر البركانية. كتب فلاسفة الطبيعة الإيطاليون الذين عاشوا بالقرب من هذه البراكين كتبًا مطولة وعميقة في هذا الموضوع: أصبح وصف جيوفاني ألفونسو بوريلي لثوران جبل إتنا عام 1669 مصدرًا أساسيًا للمعلومات، وكذلك وصف جوليو سيزار ريكوبيتو لثوران جبل فيزوف عام 1631 (طبعات 1632 وما بعدها)، ووصف فرانشيسكو سيراو لثوران فيزوف عام 1737 (1737، مع طبعات باللغتين الفرنسية والإنجليزية). ^{[ 24 ]}

شهد اليسوعي أثناسيوس كيرشر (1602-1680) ثورات بركان إتنا وسترومبولي، ثم زار فوهة بركان فيزوف ونشر تصوره عن أرض ذات نار مركزية متصلة بالعديد من البراكين الأخرى الناتجة عن احتراق الكبريت والبيتومين والفحم. وقد نشر تصوره هذا في كتابه "موندوس سوبترانيوس" حيث تعمل البراكين كنوع من صمام الأمان. ^{[ 25 ]}

نُوقشت أسباب هذه الظواهر في عدد كبير من نظريات الأرض التي نُشرت خلال المئة عام التي تلت عام 1650. لم يكن واضعو هذه النظريات مراقبين حقيقيين، بل جمعوا بين ملاحظات الآخرين والعلوم النيوتونية والديكارتية والكتابية والروحانية لإنتاج مجموعة متنوعة من الأنظمة الشاملة. رُبطت الانفجارات البركانية والزلازل عمومًا في هذه الأنظمة بوجود كهوف مفتوحة شاسعة تحت الأرض، حيث تتراكم الأبخرة القابلة للاشتعال حتى تشتعل. ووفقًا لتوماس بورنيت ، فإن جزءًا كبيرًا من الأرض نفسها قابل للاشتعال، حيث إن القار والفحم والكبريت جاهزة للاحتراق. وفي نظرية ويليام ويستون ، كان وجود الهواء الجوفي ضروريًا لحدوث الاشتعال، بينما أكد جون وودوارد على أن الماء عنصر أساسي. زعم أثناسيوس كيرشر أن الكهوف ومصادر الحرارة عميقة، وتمتد نحو مركز الأرض، بينما اعتقد كتّاب آخرون، ولا سيما جورج بوفون ، أنها سطحية نسبيًا، وأن النيران البركانية تقع في أعماق المخروط البركاني نفسه. واعتقد عدد من الكتّاب، وعلى رأسهم توماس روبنسون، أن الأرض كائن حي، وأن حرارتها الداخلية وزلازلها وثوراتها البركانية كلها علامات على وجود حياة. بدأت هذه الفلسفة الروحانية بالتلاشي بحلول نهاية القرن السابع عشر، لكن آثارها استمرت حتى القرن الثامن عشر. واجه العلم تحديات في فهم احتراق البيريت بالماء، وأن الصخور عبارة عن قار متصلب، وفكرة تكوّن الصخور من الماء ( النبتونية ). كانت جميع البراكين المعروفة آنذاك قريبة من الماء، ولذلك استُخدم تأثير البحر على اليابسة لتفسير النشاط البركاني .

تزخر أساطير القبائل في منطقة حلقة النار في المحيط الهادئ والأمريكتين بالبراكين، وعادةً ما تُعزى هذه الأساطير إلى قوى خارقة أو إلهية لتفسير ثوران البراكين العنيف. ^{[ 26 ]} ووفقًا للأساطير الماورية، كان تارانكي وتونجاريرو عاشقين وقعا في غرام بيهانغا ، ونشب بينهما قتالٌ حاقدٌ بسبب الغيرة. ولا يزال بعض الماوريين حتى يومنا هذا يمتنعون عن السكن على الخط الواصل بين تونجاريرو وتارانكي خوفًا من تجدد النزاع. ^{[ 27 ]} وفي الديانة الهاوائية ، تُعتبر بيلي ( تُلفظ / ˈpeɪleɪ / بيل -ا؛ [ ˈpɛlɛ ] ) إلهة البراكين وشخصيةً بارزةً في الأساطير الهاوائية . ^{[ 28 ] وقد استُخدم اسم بيلي في العديد من المصطلحات العلمية} ، مثل " شعر بيلي" و "دموع بيلي" و " ليمو أو بيلي" (أعشاب بيلي البحرية). يُطلق اسم بيلي أيضًا على بركان على قمر المشتري آيو . ^{[ 29 ]}

القديسة أغاثا هي شفيعة كاتانيا ، القريبة من جبل إتنا، ومثالٌ هامٌّ ومُبجَّلٌ للغاية (حتى اليوم ^{[ 30 ]} ) للشهيدات العذارى في المسيحية القديمة. ^{[ 31 ]} في عام 253 ميلادي، بعد عامٍ من وفاتها العنيفة، نُسب توقف ثوران جبل إتنا إلى شفاعتها. مع ذلك، دُمِّرت كاتانيا بالكامل تقريبًا جراء ثوران جبل إتنا عام 1169، ولقي أكثر من 15000 من سكانها حتفهم. ومع ذلك، تم التضرع إلى القديس مرة أخرى في أعقاب ثوران بركان إتنا عام 1669 ، وفي أعقاب تفشي بركاني كان يهدد بلدة نيكولوزي عام 1886. ^{[ 32 ]} وقد رُبطت الطريقة التي يُستعان بها بالقديس ويُتعامل معه في المعتقدات الشعبية الإيطالية ، بأسلوب المقايضة أو المساومة الذي يُستخدم أحيانًا في التفاعلات الروحية مع القديسين، (وفقًا لتقاليد جيمس فريزر ) بالمعتقدات والممارسات الوثنية السابقة. ^{[ 33 ]}

في عام 1660، تسبب ثوران بركان فيزوف في هطول بلورات البيروكسين المزدوجة والرماد على القرى المجاورة. كانت البلورات تُشبه الصليب، وقد فُسِّر ذلك على أنه من عمل القديس ياناريوس . في نابولي ، تُطاف رفات القديس ياناريوس في شوارع المدينة مع كل ثوران كبير لبركان فيزوف. وقد مكّن سجل هذه المواكب ومذكرات الأب أنطونيو بياجيو لعامي 1779 و1794 الدبلوماسي البريطاني وعالم الطبيعة الهاوي السير ويليام هاميلتون من تقديم تسلسل زمني ووصف مفصلين لثوران بركان فيزوف. ^{[ 34 ]}