Imaging shallow magma storage and fluid pathways beneath Aso volcano using ambient-noise tomography
باستخدام التصوير المقطعي للضجيج المحيط عبر شبكة من أجهزة قياس الزلازل المؤقتة، قام الباحثون بتصوير منطقة تخزين صهارة ضحلة ومضغوطة وقناة مائية حرارية تعلوها تحت فوهة "ناكاداكي" في جبل "آسو"، مما كشف عن كيفية تسهيل هذه الهياكل لنقل السوائل وتوليد الهزات البركانية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل أن القشرة الأرضية ليست صخرًا صلبًا غير قابل للتحرك، بل هي طنجرة ضغط عملاقة تغلي. في أعماق الأرض، تتحرك الصخور المنصهرة (الماغما) والسوائل شديدة الحرارة باستمرار، محاولةً إيجاد طريق إلى السطح. وأحيانًا، تعلق هذه المواد في جيوب مخفية، مما يؤدي إلى تراكم الضغط مثل البخار في غلاية. وإذا أصبح هذا الضغط مرتفعًا جدًا، يمكن لـ "الغلاية" أن تنفجر، مما يؤدي إلى ثوران بركاني. لطالما أراد العلماء رؤية ما بداخل أواني الضغط هذه لفهم كيفية عملها، لكن الأرض معتمة؛ لا يمكننا ببساطة إجراء أشعة سينية لبركان. بدلاً من ذلك، يستخدمون حيلة ذكية تسمى "التصوير المقطعي بالضجيج المحيط". فكر في الأمر كأنك تحاول معرفة شكل غرفة من خلال الاستماع إلى صدى همهمة مستمرة ومنخفضة (مثل حركة المرال أو الرياح) وهي ترتد عن الجدران. من خلال وضع العديد من الميكروفونات (أجهزة قياس الزلازل) حول البركان والاستماع إلى كيفية انتقال هذه الاهتزازات الطبيعية عبر الأرض، يمكن للعلماء رسم خريطة توضح أين تكون الصخور صلبة وأين تكون لينة أو متصدعة أو مليئة بالسوائل. هذا الأمر مهم لأنه إذا تمكنا من رسم خريطة لـ "السباكة" الخاصة بالبركان، فقد نتمكن من التنبؤ بموعد انفجاره، مما قد ينقذ الأرواذ والممتلكات.
الآن، لنقترب أكثر من جبل أسو (Mount Aso)، وهو واحد من أكبر البراكين الكالدرية النشطة في العالم في اليابان. إنه نظام ضخم له تاريخ من الثورات العظيمة، لكن نشاطه مؤخرًا تركز في فوهة مركزية أصغر تسمى ناكاديكي (Nakadake). لسنوات، عرف العلماء بوجود شيء غريب يحدث تحت الأرض، لكن الخرائط كانت ضبابية. في هذه الدراسة، قرر فريق من الباحثين الحصول على صورة أكثر وضوحًا بكثير. قاموا بنصب شبكة مؤقتة مكونة من 40 جهاز قياس زلازل حول البركان واستمعوا إلى الهمهمة الطبيعية للأرض لمدة 35 يومًا تقريبًا. وباستخدام طريقة تعامل مع الأرض كآلة موسيقية ضخمة، أنشأوا خريطة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لسرعة الموجات القصية (S-wave velocity) - أي مدى سرعة انتقال موجات القص عبر الصخور - وصولاً إلى عمق حوالي 5 كيلومترات.
ما وجدوه يشبه اكتشاف الهندسة السرية لمطبخ بركاني. أولاً، رصدوا "كتلة" بيضاوية الشكل ومتميزة من الصخور اللينة للغاية تقع على عمق 2.5 إلى 4.5 كيلومتر تحت فوهة ناكاديكي. في هذه المنطقة، تتحرك الصخور ببطء شديد (حوالي 1.5 كم/ثانية)، مما يشير إلى أن الصخر ليس مجرد صخر صلب؛ بل هو متصدع بشدة وتحت ضغط عالٍ، ومن المرجح أنه يحتوي على مزيج من السوائل البركانية والغازات. يقترح المؤلفون أن هذه منطقة تخزين ضحلة للماغما. إنها ليست حوضًا ضخمًا مفتوحًا من الحمم البركانية، بل تشبه الإسفنج المصنوع من صخور متصدعة والتي تمتص السوائل الساخنة. ولأن الصخور متصدعة وتحت ضغط عالٍ، يمكنها التمدد أو الانكماش بسهولة، مما يفسر سبب انتفاخ الأرض وانكماشها أحيانًا.
فوق هذه "الإسفنجة"، وجد الفريق هيكلًا رأسيًا ضيقًا يشبه النفق يمتد نحو السطح. يبدو هذا كقناة للسوائل، أي أنبوب ينقل السوائل المضغوطة من منطقة التخزين إلى الفوهة. الصخور هنا بطيئة الحركة أيضًا، مما يشير إلى أنها مليئة بالشقوق المفتوحة. ومن المرجح أن هذا هو المكان الذي تتولد فيه هزات "الفترات الطويلة جدًا" (وهي نوع من الارتجاف منخفض التردد)، مع صعود الغاز عبر هذا الأنبوب الضيق. وأخيرًا، تحت الفوهة مباشرة، تكون الصخور في ألين حالاتها، حيث تنخفض السرعات إلى حوالي 1 كم/ثانية. ويُفسر هذا الطبقة العليا بأنها منطقة من الصخور المتغيرة بشدة وشبكة كثيفة من الشقوق، ومن المرجح أنها مليئة بالمياه الساخلة والحامضية.
كما تشير الورقة البحثية أيضًا إلى قصة رائعة حول ما يحدث للسوائل أثناء ارتفاعها. في الأعماق، من المرجح أن السوائل تكون في حالة "فوق حرجة" (supercritical)—وهي حالة غريبة وكثيفة، ليست سائلة تمامًا ولا غازية تمامًا. ومع ارتفاعها إلى منطقة التخزين الأكثر ضحالة، ينخفض الضغط، وقد تتحول فجأة إلى غاز. هذا التغير في الطور يسبب تمددًا هائلاً في الحجم، مما يزيد الضغط في منطقة تخزين الصخور المتصدعة ويدفع الغاز للأعلى عبر القناة الضيقة. تبدو هذه العملية هي المحرك الذي يدفع النشاط الحالي للبركان.
ومن المثير للاهتمام أن الدراسة نظرت أيضًا في المنطقة الأوسع ووجدت مناطق ذات سرعة منخفضة تتماشى مع خطوط الصدع المعروفة، بما في ذلك الصدع الذي تسبب في زلزال كبير عام 2016 في مكان قريب. وهذا يشير إلى أن نظام السباكة البركاني مرتبط بالصدوع التكتونية الأوسع في قشرة الأرض. وبينما لا تدعي الدراسة أنها حلت لغز جبل أسو إلى الأبد، إلا أنها تقدم خريطة أوضح لنظام السباكة الضحل. ويقترح المؤلفون أنه من خلال مراقبة منطقة التخزين المحددة هذه وتغيرات الضغط فيها، قد نصبح أفضل في التنبؤ بالاضطرابات البركانية المستقبلية. حتى أنهم ذكروا أن تجربة مراقبة جديدة بدأت لمراقبة هذه المنطقة عن كثب، باستخدام الأدلة الهيكلية التي وجدوها للرقابة الوثيقة على نبضات قلب البركان.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.