اَبَرآتشفشان‌های ویرانگر زمین

یک مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که ابرآتشفشان‌های ویرانگر هم چنان که سرد می‌شوند می‌توانند صرفاً به خاطر تغییراتی که در دالان‌های عظیم و محتوی مواد مذابشان رخ می‌دهد فوران نمایند. این اولین باری است که محققین موفق شده‌اند مکانیزم مربوط به فوران‌های بزرگ‌ترین آتشفشان‌های روی زمین را توضیح دهند.
زمین شناسان ریشه‌ی تعدادی از ابرآتشفشان‌های قدیمی و ابرآتشفشان‌هایی که در آینده ممکن است به وجود آیند را در سطح دنیا شناسایی نموده‌اند. هیچ ابرآتشفشانی در تاریخ حیات انسان دچار فوران نشده است، اما تاریخچه‌ی آنها نشان می‌دهد که فوران این آتشفشان‌ها تا چه حد می‌تواند برای تمدن بشری ویرانگر باشد. ابرآتشفشان یلواستون واقع در ایالت وایومینگ شاید مشهورترین ابرآتشفشان موجود بر روی زمین باشد. این ابرآتشفشان در طول دو میلیون سال گذشته سه بار فوران نموده است (آخرین فوران 600000 سال پیش رخ داد).
این بمب‌های ساعتی آتشفشانی به نظر هر چند صد هزار سال یک بار منفجر می‌شوند و هنگامی که این اتفاق رخ می‌دهد حجم عظیمی از خاکستر را به آسمان می‌فرستند. در آتش فشان یلواستون، فورانی که دو میلیون سال پیش رخ داد باعث خروج موادی برابر با 2000 کیلومتر مکعب شد - این مقدار مواد می‌تواند شهر بزرگ لندن را با لایه‌ای از خاکستر به ضخامت یک مایل بپوشاند.
برآورد می‌شود که چنین فورانی باعث شود دمای هوا در سطح دنیا 10 درجه کاهش یافته و این امر تا یک دهه تداوم داشته باشد. درک چنین تغییر شگرفی در وضعیت آب و هوا در سطح دنیا دشوار است. چنین فورانی علاوه بر ویرانگری سریع در سطح محلی آثار نامطلوبی بر محصولات کشاورزی در سطح دنیا گذاشته و به وقوع قحطی گسترده منجر می‌شود.
ابرآتشفشان‌ها علی رغم تهدید بالقوه‌شان، که قابل مقایسه با تهدید برخورد یک خرده سیاره با زمین است، از مکانیزم و منشأ مبهمی برخوردارند. آتش فشان‌های دارای اندازه‌ی متوسط بر مبنای اندازه و مقیاس زمانی متفاوتی فعالیت می‌کنند و فوران‌هایشان به نظر در اثر جهش‌های صخره‌های مذاب (گدازه‌ها) رخ می‌دهد. این جهش‌ها فشار بر دالان‌های زیر زمینی حاوی مواد مذاب که به دهانه‌ی آتش فشان متصلند را افزایش می‌دهند.
دو مقاله که به تازگی در نشریه‌ی Nature Geoscience به چاپ رسیده‌اند تلاش نموده‌اند تا معمای چگونگی شکل گیری و فوران ابرآتشفشان‌ها را حل نمایند.
توضیح تصویر: طرحی از یک هنرمند که دالان حاوی مواد مذاب یک ابرآتشفشان را نشان می‌دهد و در آن گدازه‌های نسبتاً مذاب در بالای این دالان مشاهده می‌شوند. نیروی برآیند آن کافی است تا گدازه‌ها از میان محوطه‌ای به مساحت 10 کیلومتر مربع یا بیشتر از میان پوسته زمین به بالا فوران نمایند.
دانشمندان با استفاده از تجارب پیشین و مدل‌سازی‌های کامپیوتری کشف کرده‌اند که چه چیزی باعث وقوع یک ابرفوران می‌شود. آن‌ها دریافته‌اند که با گذشت زمان گدازه‌ها از نیروی برآیند بیشتری برخوردار می‌شوند. در نهایت گدازه‌ها مانند توپی می‌شوند که در زیر آب نگاه داشته شده است - هنگامی که توپ رها می‌شود در اثر نیروی ناشی از آب متراکم اطراف آن به سمت بالا پرتاب می‌شود.
در مقاله‌ی اول، یک تیم تحقیقاتی به رهبری ویم مالفت و کارمن سانچز- وال از دانشگاه ETH زوریخ از یک سنکروتورن (شتابگری که می‌تواند اشعه‌های ایکس شدید تولید کند) بهره گرفتند تا تراکم، دما، و فشار مواد مذاب در شرایطی مشابه شرایط دالان‌های حاوی مواد مذاب را که چندین کیلومتر در زیر زمین قرار دارند اندازه گیری نمایند. این امر مستلزم آن بود که محققین شرایط موجود در عمق زمین را در آزمایشگاهی واقع در تاسیسات بازتابش سینکروتورن اروپا شبیه سازی کنند، یعنی نمونه‌ها را در دمایی بالاتر از 1700 درجه‌ی سانتیگراد و فشاری برابر با 36000 اتمسفر قرار دهند.
برای هدایت مواد مذاب به سمت ابرآتشفشان به یک دالان نیاز است. نتایج تیم تحقیقاتی روزیخ نشان می‌دهند که با سرد شدن دالان، گدازه‌ی موجود در دالان جامد گردیده و بلورهایی در دالان شکل می‌گیرند که از گدازه‌های آتشفشانی متراکم‌ترند. هنگامی که این بلورها در قسمت پایین دالان قرار می‌گیرند سنگ‌های مذاب موجود از تراکم کمتر و کمتری برخوردار می‌گردند. اگر به میزان کافی از این بلورهای جامد شکل گیرد گدازه‌ها نهایتاً به قدری سبک می‌شوند که قادر می‌گردند در پهنه‌ای به وسعت 10 کیلومتر مربع از پوسته‌ی زمین به سمت بالا فوران کنند.
کارمن سانچز - وال از دانشگاه ETH زوریخ که یکی از نویسندگان مقاله‌ی اول می‌باشد می‌گوید: "تحقیق ما نشان داده است که فشار وارده عملاً به قدری زیاد است که می‌تواند پوسته‌ی زمین را بشکافد. گدازه‌ها هنگامی که به سمت سطح زمین حرکت می‌کنند به سرعت گسترش می‌یابند و این امر یکی از علل شناخته شده‌ی انفجار آتشفشانی می‌باشد."
دومین مقاله توسط لوکا کاریچی و همکارانش از دانشگاه بریستول نگاشته شده است و شبیه سازی‌های کامپیوتری فرآیندهای یکسانی را توصیف می‌نماید. این مقاله دریافته است که نیروی برآیند ذوب در دالان‌های گدازه نیز نقشی کلیدی در وقوع این روی دادهای عظیم ایفا می‌نماید.
این فرآیند در تضاد با فرآیند شناخته شده‌تر فوران در آتشفشان‌های کوچک می‌باشد. در آتشفشان‌های کوچک، انفجارها مستقبماً به دنبال تزریق سریع گدازه یا در اثر روی دادهای بیرونی که باعث برداشته شدن فشار از روی گدازه‌ها می‌شوند رخ می‌دهند. از جمله‌ی این روی دادهای بیرونی می‌توان به وقوع زمین لرزه یا حتی ذوب شدن کوه‌های یخی بر روی زمین اشاره نمود که مورد دوم اخیراً در ایسلند مشاهده گردید.
نتایج نشان می‌دهند که تنها کافی است که مواد مذاب در درون ابرآتشفشان‌ها به طور مداوم انباشت گردیده و به قدری داغ باشند که کاملاً جامد نگردند - در آن صورت وقوع یک فوران عظیم آتش فشانی تنها به زمان بستگی دارد. بنا بر این، فوران ابرآتشفشان‌های عظیم به نظر یکی از بخش‌های غیر قابل اجتناب "چرخه‌ی زندگی" این نوع آتش فشان‌ها است. همان گونه که ستاره‌های بزرگ لزوماً یک ابرنواختر را تشکیل می‌دهند، دالان گدازه نیز بایستی در نهایت به یک فوران عظیم آتش فشانی تبدیل شود.