پیش بینی نجات جان دانشمندان از فوران ایسلند | مجله کوانتا

در ماه نوامبر 10، 2023، کریستین یونسدوتررئیس اداره تحقیقات آتشفشان اداره هواشناسی ایسلند، یک روز تعطیل نادر را سپری می کرد. او گفت: «پنجاهمین سالگرد تولد من بود. سپس همه چیز شروع به لرزیدن کرد. او روز را با خیره شدن به تلفن خود سپری می کرد و شاهد شکوفایی زمین لرزه ها در نقشه های شبه جزیره ریکیانس ایسلند بود.

شبه جزیره فوران های شکافی را تجربه می کند، جایی که زمین شکافته می شود و گدازه بیرون می ریزد. از اواخر اکتبر، توجه به منطقه Svartsengi شبه جزیره - محل آبگرم محبوب Blue Lagoon، یک نیروگاه زمین گرمایی، و شهر ساحلی Grindavík متمرکز شده بود. سه فوران شکاف آخر شبه جزیره، دره های منزوی را با آتش پر کرده بود. با این حال، اکنون شهر در معرض تهدید بود.

گرداب لرزه ها در 10 نوامبر نشان داد که یک رودخانه ماگمایی مدفون راه خود را به سمت گرینداویک و 3,600 ساکن آن در گرفته است. ناراحت‌کننده‌تر این بود که یک دایک - یک جسم ماگمایی عمودی شبیه پرده‌ای از آتش مایع - از آن رودخانه زیرزمینی بیرون آمده بود و کمی از سطح می‌ایستاد.

مقامات به سرعت شهر را تخلیه کردند. و بعد همه منتظر ماندند.

در 18 دسامبر، یک شکاف آتشفشانی زمین را به سمت شمال شرقی شهر شکافت و خاک زمستانی را با سنگ مذاب رنگ آمیزی کرد. فوران شدید چند روز به طول انجامید و در خارج از گرینداویک باقی ماند.

سپس در ساعت 3 بامداد 14 ژانویه، تعداد معدودی از ساکنان که به خانه های خود بازگشته بودند، با کلاکسون ها و پیام های متنی که به آنها می گفت فرار کنید، بیدار شدند. فوران دیگری به شهر هجوم آورده بود. حدود 60 ساعت بعد تا پایان آن، چندین خانه غرق شده بود، اما کسی فوت نکرده بود.

ساکنان گرینداویک زندگی خود را مدیون مقامات محلی فعال، مدیران اورژانس، و مطالعه داخل زمین هستند. دانشمندان با رمزگشایی امواج لرزه ای و اعوجاج در پوسته سیاره، حرکت ماگما را دنبال می کردند. با نقشه‌برداری از لوله‌کشی آتشفشانی شبه جزیره، آنها درک بهتری از نحوه عملکرد آتشفشان به طور کلی ایجاد می‌کنند، در حالی که هدفشان ارائه پیش‌بینی‌های محلی حتی دقیق‌تر در آینده است.

کار ادامه دارد؛ این بحران آتشفشانی هنوز به پایان نرسیده است. شبه جزیره ای که 800 سال فوران ندیده بود اکنون بیدار شده است و شواهد زمین شناسی نشان می دهد که فوران ها می توانند برای سال ها، دهه ها یا حتی قرن ها ادامه داشته باشند.

یونسدوتیر گفت: «ما فقط کسری از گدازه را دیده‌ایم که بالا آمده است. "طبیعت تلخ است."

قدرت ژئوفیزیک

فوران شکاف - که همچنین در جاهای دیگر در ایسلند، و همچنین در هاوایی و (چندین هزار سال پیشآیداهو، نیومکزیکو و کالیفرنیا - پیش بینی سخت است. برخلاف فوران‌های آتشفشانی کلاسیک که دارای شکل زمینی کوهستانی هستند، پیش‌بینی دقیق محل وقوع شکاف‌ها دشوار است.

آتشفشان شکافی شبه جزیره ریکیانس به ویژه عجیب است. جریان‌های گدازه‌ای باستانی که اکنون در جای خود منجمد شده‌اند، نشان می‌دهد که فوران‌ها برای سال‌های متمادی منطقه را تحت تأثیر قرار داده‌اند، اما در هر دو طرف این قسمت‌ها، فعالیت‌های آتشفشانی برای قرن‌ها وجود نداشت. آخرین دوره فوران ها در سال 1240 به پایان رسید و همینطور بود سومین در نوع خود در طول 4,000 سال گذشته در شبه جزیره، با هر خوشه تقریباً هشت قرن از هم جدا شده است. اما چرا این تناوب تقریباً 800 ساله وجود دارد؟ صادقانه بگویم، ما هنوز نمی دانیم آلبرتو کاراکیولو، زمین شناس دانشگاه ایسلند.

اینکه اصلاً آتشفشان وجود دارد، تکان دهنده نیست. این شبه جزیره در بالای یک ستون گوشته قرار دارد - a چشمه گرما برخاستن از مرز هسته و گوشته زمین. و بر روی خط الراس میانی آتلانتیک، یک بخیه مستعد فوران بین صفحات اوراسیا و آمریکای شمالی قرار گرفته است. بی قراری زمین ساختی ریکیانس این منطقه را به یکی از دقیق ترین مناطق آتشفشانی در جهان تبدیل کرده است.

بنابراین، در سال 2020، زمانی که ده‌ها هزار زمین لرزه شروع به لرزیدن در شبه جزیره کرد و زمین شروع به متورم شدن کرد، دانشمندان گمان کردند که این هیاهو ممکن است مقدمه‌ای برای یک عملکرد آتشفشانی در هشت قرن در حال ساخت باشد. فقط باید بفهمند کجاست. 

شکار ماگما

هنگامی که ماگما سنگ را در اعماق پوسته زمین می شکند، زمین لرزه هایی با نشانه های مشخص ایجاد می کند. این امواج لرزه‌ای و ویژگی‌های آن‌ها سریع‌ترین - و کمترین مبهم‌ترین سرنخ‌ها را درباره حضور و مهاجرت ماگما در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. در طول یک بحران آتشفشانی، گفت: "اگر فقط می توانستید یک چیز داشته باشید." سام میچل، یک آتشفشان شناس در دانشگاه بریستول، "این می شود."

ماگما در حال حرکت، اگر به اندازه کافی کم عمق باشد، به طرز محسوسی باعث تغییر شکل زمین می شود. ماهواره ها از رادار برای شناسایی تغییرات ارتفاع در طی چند ساعت، روز یا هفته استفاده می کنند. ایستگاه های GPS زمینی نیز اطلاعاتی با وضوح بالا و در زمان واقعی در مورد تغییرات ارتفاع ارائه می دهند.

یونسدوتیر گمان می کند که صدای ناخوشایند زمین لرزه هایی که در سال 2020 آغاز شد هم به دلیل مهاجرت ماگمایی و هم به دلیل حرکت صفحات تکتونیکی بود. در ایسلند، صفحات اوراسیا و آمریکای شمالی به خوبی از هم جدا نمی شوند، اما با جابجایی روی یکدیگر خراشیده می شوند. بین چرخه های فوران، تنش های تکتونیکی زیادی ایجاد می شود. سپس، هنگامی که ماگما راه خود را به شکاف های زیرزمینی در امتداد این مرز می زند، باعث آزاد شدن آن کشش به شکل لرزه های قوی و مکرر می شود.

با این حال، در اوایل سال 2021، این ماشین ماگمایی دنده را تغییر داد. هم تغییرات ارتفاع و هم لرزش لرزه ای نشان می دهد که ماگما در زیر Fagradalsfjall، یک تپه آتشفشانی کوچک در کنار یک دره خالی از سکنه جمع شده است. برای چندین ماه، زمین لرزه های طولانی مدت در پوسته عمیق شبه جزیره می لرزیدند. این نوع زمین لرزه ها «در زیر دیده شده اند آتشفشان های دیگر در سراسر جهان، و هنوز به طور کامل درک نشده است تام ویندر، زلزله شناس آتشفشان در دانشگاه ایسلند. اگرچه مبهم است، اما آنها نشان می‌دهند که اتفاقی آهسته در حال رخ دادن است - شاید تکه تکه شدن تدریجی سنگ داغ یا حباب‌های ماگما که از طریق یک انقباض فشرده می‌شوند.

سپس، در 19 مارس 2021، شبه جزیره برای اولین بار پس از هشت قرن فوران کرد. به مدت شش ماه، مواد مذاب از شکافی در کنار Fagradalsfjall بیرون می‌آمدند. دو فوران کوتاه‌تر در تابستان‌های 2022 و 2023 دنبال شد.

جدای از آن لرزش‌های دوره‌ای باس مانند، سمفونی لرزه‌ای کلی که قبل از سه طغیان Fagradalsfjall بود، نشان می‌داد که ماگما مسیری غیرعادی را به سطح می‌پیوندد. به نظر می رسد سنگ مذاب به جای جمع شدن در پوسته کم عمق، مستقیماً از عمق زیاد به سطح زمین می جهد - مرز بین پوسته و گوشته بتونه مانند زیرین. ویندر گفت: «بسیار ناشناخته است.

در مقایسه با بسیاری از سیستم‌های آتشفشانی ایسلندی، Fagradalsfjall به طرز عجیبی عمل می‌کرد، اما دست‌کم دور از هر کسی یا چیزی اتفاق می‌افتاد.

تا اینکه در اکتبر سال 2023، کنجکاوی دانشمندان به اضطراب تبدیل شد و فعالیت ها به منطقه پر از زیرساخت Svartsengi در جنوب تغییر یافت.

نبرد گرینداویک

زمین در منطقه Svartsengi چندین بار از سال 2020 بالا آمده بود، سپس از بالا آمدن متوقف شد، که نشان می‌دهد ماگما در فواصل نامنظم می‌رسد، هرچند بدون فوران. اما در اواخر سال 2023، سرعت حرکت افزایش یافت. ماگما سریعتر از همیشه وارد منطقه می شد. در اواسط نوامبر، یک آستانه - یک جسم افقی از ماگما - به نسبت فیلی درست در چند کیلومتری زیر Svartsengi قرار داشت. یونسدوتیر گفت: «همه روی انگشتان خود بودند و ما واقعاً نمی‌دانستیم که بعداً چه اتفاقی خواهد افتاد. مشخص نبود فوران در کجا و چه زمانی ممکن است رخ دهد.

زمین لرزه هایی که در ماه نوامبر این منطقه را لرزاند به نشان دادن راه کمک کرد. در ابتدا، تعداد زیاد آن‌ها قابلیت‌های پایش لرزه‌ای اداره هواشناسی ایسلند را بیش از حد بارگذاری کرد، اما کارکنان به سرعت توانستند آهنگ کر را در هرج و مرج پیدا کنند و اشعار آن را رمزگشایی کنند: زمین لرزه‌های سنگ شکن به این معنی بود که مقداری ماگما از آستانه خارج شده و به طرفین حرکت کرده است. و ماهواره‌های پایش زمین آنچه را که لرزه‌خیزی نشان می‌داد تأیید کردند: زمین بالای آستانه Svartsengi با تخلیه ماگما سقوط کرده بود.

به راحتی می شد فهمید که آن ماگما کجا رفته است. زمین اطراف گرینداویک در حال غرق شدن بود. برای یک آتشفشان شناس که زمین را می خواند، این الگو نه فقدان ماگما، بلکه نفوذ به آن را نشان داد. ماگمایی که از آستانه خارج شده بود قبل از اینکه مستقیماً در زیر گرینداویک به سمت بالا برود به طرفی حرکت کرده بود. همانطور که بالا آمد، این پیچک عمودی ماگما دیواره های سنگ را به طرفین خود از مسیر خارج کرد. این به نوبه خود باعث شد که زمین بالای پیچک به فضای خالی تازه ایجاد شده سقوط کند. بعدها، دانشمندان گزارش خواهد کرد در یک نقطه از طوفان زلزله 10 نوامبر، حدود 7,400 متر مکعب ماگما در هر ثانیه از آستانه به داخل پیچک می‌آمد.

نشانه هایی از این حرکت زیرزمینی در داخل گمانه های نیروگاه زمین گرمایی نیز مشاهده شد. گازهای آتشفشانی مانند دی اکسید گوگرد، فرار از ماگما در اعماق کم و ممکن است علامت فوران قریب الوقوع باشد. دانشمندان آن گاز و تغییر فشار را در داخل گمانه ها مشاهده کردند که نشانه دیگری از حرکت ماگما به سمت شهر بود.

یک پیچک عظیم از ماگما، که به عنوان دایک شناخته می شود، در زیر گرینداویک، با یک تاج فقط 800 متر زیر خیابان ها، جوانه زده بود.

چند ساعت پس از طوفان زلزله 10 نوامبر، دانشمندان بخش 10 مایلی زمین را شناسایی کردند که در آن فوران بسیار محتمل به نظر می رسید. از طریق Grindavík از یک رشته دهانه آتشفشانی قدیمی در شمال شرقی شهر به جنوب غربی آن بریده شد. تا نیمه شب، حفاظت مدنی ایسلند شهر را تخلیه کرد و کارگران ساختمانی با عجله دیوارهای محافظی را در مناطقی که به احتمال زیاد توسط گدازه‌ها سرازیر می‌شوند، ساختند.

طی چند هفته بعد، مشاهدات ژئوفیزیکی نشان داد که ماگما هنوز به منطقه جریان دارد. در 18 دسامبر، بر اساس زمین بالون، دانشمندان محاسبه کردند که حدود 11 میلیون متر مکعب ماگمای تازه در آستانه انباشته شده است. به نظر می‌رسید که تقریباً به اندازه‌ای بود که می‌توانست نگه دارد. آن روز، جریان پر سر و صدا دیگری از ماگما از آستانه خارج شد و دایک را بیش از حد پر کرد. زمین لرزه های سنگ شکن به دانشمندان هشدار دادند که ماگما بالاخره در حال شکستن سطح است و 90 دقیقه پس از شروع آن زمین لرزه ها، "ما فوران را داشتیم." "این یک رویداد واقعا سریع بود." طی چند روز بعد، فوران به اندازه کافی دایک را تخلیه کرد تا تثبیت و ته نشین شود.

این الگو قبل از فوران 14 ژانویه تکرار شد: 12 میلیون متر مکعب ماگما قبل از شروع فوران چهار ساعت بعد، آستانه را پر کرد. این بار، ماده جهنمی از شکافی به طول 3,000 فوت که در نزدیکی یکی از دیوارهای محافظ در شمال شهر ظاهر شد، بیرون آمد و توانست گدازه ها را منحرف کند. اما دومین شکاف کوچکتر درست در لبه شهر، پشت دیوار ظاهر شد و سه خانه را ویران کرد.

پس از آن، آستانه دوباره شروع به باد کردن کرد. در این مرحله، دانشمندان محاسبه کرده بودند که زمانی که آستانه با حداقل 9 میلیون متر مکعب ماده مذاب پر شود، فوران بسیار محتمل خواهد بود. در اوایل فوریه، آستانه از این آستانه فراتر رفته بود و در 8 فوریه، فوران دیگری آغاز شد. شکافی به طول 3 کیلومتر در نزدیکی محل فوران ماه دسامبر باز شد و گدازه ها را از گرینداویک دور کرد اما به سمت لوله ای که آب گرم را به بخش زیادی از شبه جزیره می رساند.

و بنابراین چرخه ادامه می یابد.

مکاشفه های ژئوشیمیایی

تکنیک‌های ژئوفیزیکی که دانشمندان برای گرفتن نبض قلب ماگمایی Svartsengi استفاده می‌کنند، فقط خطر را در زمان واقعی ردیابی نمی‌کنند. آنها همچنین به ساختن تصویری از شریان هایی کمک می کنند که تمام آن ماگما را به سطح قیف می کنند - که برای درک کل شبه جزیره و نحوه رفتار آن در بازه های زمانی طولانی بسیار مهم است.

Fagradalsfjall و Svartsengi - دو سیستم آتشفشانی فعال در حال حاضر - فقط چند مایل از هم فاصله دارند. با وجود نزدیکی آنها، شواهد زمین شناسی قویاً نشان می دهد که آنها سیستم های متمایز هستند. معماری زیرزمینی آنها آشکارا متفاوت است. در Fagradalsfjall، ماگما از گوشته مستقیماً به سطح می رود، در حالی که در Svartsengi، به طور موقت در پوسته کم عمق ذخیره می شود.

و با این حال، به طرز گیج کننده ای، به نظر می رسد که این دو سیستم موادی را از یک منبع در گوشته زمین می کشند که نشان دهنده یک ارتباط عمیق است.

اد مارشالژئوشیمی‌دان دانشگاه ایسلند، گدازه‌های تازه برداشته‌شده از فوران‌های هر دو محل را مورد مطالعه قرار داده است تا مشخص کند این دو سیستم آتشفشانی چگونه به هم متصل شده‌اند و چرا آنها به نوبت فوران می‌کنند. او گفت: "شما می خواهید در مکانی پارک کنید که گاز و گدازه شما را بیرون نبرد." سپس "شما وارد می شوید، نمونه را جمع می کنید، و هک می کنید."

به طور کلی، گدازه های ایسلندی الگوهای شیمیایی مشابهی را نشان می دهند. اما مارشال با اشاره به ترکیب خاصی از عناصر و ترکیباتی که سوپ ماگمایی آن را تشکیل می‌دهند، گفت: «Fagradalsfjall عجیب‌ترین شیمی مذاب جهان را دارد. «در واقع این فقط عجیب نیست. بی نظیره." منحصر به فرد است، به جز اینکه گدازه Svartsengi دارد تقریباً دقیقاً همان اثر انگشت شیمیایی استاگرچه Fagradalsfjall و Svartsengi به ظاهر سیستم های آتشفشانی مستقلی هستند. مارشال گفت: «این کاملاً معنی ندارد. "طبیعت در این مرحله فقط با ما درگیر است."

اما او گفت: «اگر چیزها از نظر فیزیکی در عمق به هم متصل باشند، این یک راه حل بسیار زیبا برای کل مشکل است.»

تجزیه و تحلیل لرزه ای آتشفشان شبه جزیره در حال انجام است. دانشمندان امیدوارند مانند فوران‌های اخیر، بتوانند پیش‌بینی کنند که در ماه‌ها و سال‌های آینده کجا ظهور خواهد کرد. به عنوان شروع، هالدور گیرسونژئوفیزیکدان دانشگاه ایسلند و همکارانش از رادار ماهواره ای برای نقشه برداری از گسل ها و شکستگی های شبه جزیره در این دوره ناآرامی استفاده می کنند که آنها پیشنهاد می کنند. می تواند عیوب پنهان را آشکار کنداز جمله مواردی که ممکن است محل فوران شکاف های آینده باشند.

هیچ تضمینی وجود ندارد که فوران‌های بعدی از همان الگوی فوران‌های اخیر Svartsengi پیروی کنند - قلب ضعیف سیستم لزوماً یک ویژگی ثابت نیست. "هر بار که فوران دارید، سیستم لوله کشی را تغییر می دهید. میچل گفت: این به صفر بر نمی گردد.

قابلیت سکونت گرینداویک در آینده یک سوال باز است و باید دید که آیا سایر شهرهای شبه جزیره با سیلاب های گدازه مواجه خواهند شد یا خیر. عصر جدید ابر آتشفشانی شبه‌جزیره ریکیانس به تازگی آغاز شده است و می‌تواند سال‌ها، دهه‌ها، شاید حتی قرن‌ها طول بکشد.

یونسدوتیر گفت: «متاسفانه خبر خوبی در پیش نیست.