چه چیزی باعث ایجاد فواره های گدازه در هاوایی شده است؟

قبل از شروع فواره های گدازه، زمین روزی نیم متر بزرگ می شد.

قبل از شروع فواره های گدازه، زمین روزی نیم متر بزرگ می شد.

در بیشتر موارد، آتشفشان ناشی از نقاط داغ نسبتا آرام است، با گدازه هایی که به آرامی از دامنه کوه ها سرازیر می شوند و مردم می توانند از مسیر آن خارج شوند. اما در تعدادی از مکان‌ها - کوه اتنا، هاوایی، ایسلند - گدازه‌ها در فواره‌های چشمگیر بیرون می‌افتند که ارتفاع آنها می‌تواند به چند صد متر برسد.

در حال حاضر، ما مطمئن نیستیم که چه چیزی به آنها قدرت می دهد. با این حال، به لطف مجموعه‌ای از فوران‌های اخیر در آتشفشان Kilauea، ما برخی از بهترین اسناد را از فواره‌های گدازه‌ای در دست داریم. در نسخه اخیر Science، محققان سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آنچه را که دیده‌ایم توصیف می‌کنند و آن را با آنچه که ممکن است بر اساس بهترین ایده‌هایمان در مورد قدرت این فواره‌های سنگ مذاب انتظار داشته باشیم، مقایسه می‌کنند.

با سه منطقه آتشفشانی فعال که درگیر فواره هستند، جریان ثابتی از ویدئوهای چشمگیر از فوران سنگ مذاب داغ قرمز از زمین وجود دارد. اما Kilauea از سال 1823 تنها سه قسمت فواره داشته است، حتی اگر این جوان‌ترین و فعال‌ترین آتشفشان در هاوایی است. این فعالیت منجر به مطالعه فشرده شده است و ما ایده خوبی از ساختار آتشفشان داریم. کار قبلی چند بقایای گدازه را در چند کیلومتری سطح شناسایی کرده است، و آتشفشان دارای 35 ایستگاه جمع‌آوری اطلاعات مجزا در کیلاویا بود که شامل «دوربین‌های لرزه‌ای، مادون‌صوت، ژئودتیک، گاز، و دوربین‌های بصری و حرارتی» می‌شد.

پس از یک فوران بزرگ در سال 2018که تا حدی یکی از مخازن گدازه زیرزمینی را تخلیه کرد، نشانه هایی وجود داشت که به طور پیوسته دوباره پر می شد. با این حال، از سال 2019، شارژ مجدد شتاب گرفت و اوج محلی با نرخ بیش از 22 سانتی متر در سال افزایش یافت. سپس، در سال 2023، آن دو برابر شد و به 57 سانتی متر در سال رسید و به دهانه نزدیکی گسترش یافت.

در سال 2024، یک رشته زمین لرزه بزرگ با باز شدن یک دریچه همراه بود و یک شکاف به طول 900 متر باز شد و فواره هایی را به ارتفاع 160 متر در طول 13 ساعت به آسمان فرستاد. کمتر از یک روز پس از فروکش آن، فوران دوم به دنبال داشت. تا ماه گذشته، 52 فوران دیگر فواره رخ داده بود که شدیدترین آنها گدازه هایی را به ارتفاع بیش از 400 متر به هوا پرتاب کرد.

شاید مهم‌ترین یافته این بود که می‌توانستیم پیش‌بینی کنیم که فوران فوران چه زمانی اتفاق می‌افتد. هر فوران باعث کاهش تورم سریع قله Kilauea شد و با پر کردن نسبتاً آهسته مخزن ماگمایی Halemaʻumaʻu دنبال شد.

USGS تشخیص داد که زمانی که شیب قله به سطوح مشابهی رسید فوران های متوالی رخ داد. در حالی که شیب دقیقی که با فوران‌ها همراه بود در طول زمان به سمت پایین گرایش داشت، تفاوت بین فوران‌های متوالی نسبتاً کم بود. این الگو در نهایت به سازمان کمک کرد تا هشدارهایی را در هنگام احتمال وقوع فوران ها صادر کند، که به ویژه مفید بود زیرا هیچ سیگنال لرزه ای واضحی بلافاصله قبل از راه اندازی مجدد فواره ها وجود نداشت.

فوران ها در مورد مکانیسمی که حرکت می کند به ما چه گفته اندتشکیل فواره؟

یک ایده اصلی این است که فشار در یک مخزن ماگما، آب را با مواد دیگر مخلوط می کند تا زمانی که به عمق کم عمقی برسد که به عنوان بخار خارج شود. این ماگما را تکه تکه می‌کند، که به آن اجازه می‌دهد تا با سرعت بیشتری بالا برود، که به بخار بیشتری اجازه خروج می‌دهد و به همین ترتیب تا زمانی که یک جت ماده در نزدیکی سطح وجود داشته باشد. جایگزین فرض می‌کند که چیزها توسط آزاد شدن دی اکسید کربن از ماگما هدایت می‌شوند، که یک "فم" ماگما/گاز را در سقف اتاقک ماگما تشکیل می‌دهد. هنگامی که این نقطه به نقطه بحرانی می رسد، گاز خارج می شود و ماگما را با آن هدایت می کند تا زمانی که منبع در محفظه ماگما تمام شود.

داده های جدید تصویر واضحی ارائه نمی دهند. به وضوح از تشکیل کف دی اکسید کربن حمایت نمی کند، زیرا سطح گاز در طول چرخه فوران پایین باقی مانده است. سطح دی اکسید گوگرد در طول فوران ها افزایش یافت و پس از آن کاهش یافت، اما در کل دوره بالا باقی ماند. سطوح این ماده شیمیایی با گازهایی که از ماگما فرار می کنند مرتبط است، بنابراین این نشان می دهد که مقدار بیشتری از آن در طول فوران ها ادامه می یابد، اما همچنین به طور مداوم بین آنها رخ می دهد.

بنابراین شواهد به سمت مدل فوران بخار متمایل می‌شوند، اما مشخص نیست که چرا فرآیندی که در طول چرخه اتفاق می‌افتد، هنگامی که کمی بالا می‌آید ناگهان فواره‌ها را تحریک می‌کند.

اطلاعات دیگر از شیمی فوران از اکسید منیزیم است که نشانه ای از دمای ماگما را ارائه می دهد. در طول چرخه فوران نوسان داشت، مطابق باچرخه‌ای که در آن فوران‌ها یک مخزن را تخلیه می‌کنند و سپس با مواد داغ دوباره پر می‌شوند. در مقابل، اکسیدهای دیگر در طول زمان افزایش یافتند، که نشان می دهد مواد تازه وارد ترکیب شیمیایی مشخصی دارند.

با وجود انبوه حسگرهای نزدیک، محققان اذعان کردند که داشتن داده های بیشتر خوب است. نمونه برداری از سطوح گاز معمولاً در طول موج های مادون قرمز انجام می شود و همانطور که احتمالاً می توانید تصور کنید، در طول فوران فواره در مادون قرمز اتفاقات زیادی رخ داده است. و به دلیل ارتفاع برخی از فواره ها، نصب سخت افزار نظارتی بیشتر لزوماً ایمن نبود. یکی از دوربین‌ها خود را فدا کرد تا تصاویری از سنگ‌های داغ و نیمه مذاب که از آسمان در حال سقوط هستند را برای ما بیاورد.

در حالی که Kilauea خود را به عنوان یک آزمایشگاه تماشایی برای مطالعه فعالیت های آتشفشانی ثابت کرده است، هنوز ثابت نکرده است که آماده است تا از تمام اسرار خود چشم پوشی کند.

Science، 2026. DOI: 10.1126/science.aef2931 (درباره DOI ها).

جان ویراستار علمی Ars Technica است. او دارای لیسانس هنر در بیوشیمی از دانشگاه کلمبیا و دکترا است. در زیست شناسی مولکولی و سلولی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی. هنگامی که از نظر فیزیکی از صفحه کلید خود جدا می شود، تمایل دارد به دنبال یک دوچرخه یا مکانی خوش منظره برای برقراری ارتباط با کفش های پیاده روی خود باشد.