نتایج تحقیقات "الهام یوسف‌زاده" پژوهشگر ایرانی مقیم استرالیا ، درباره انفجار بزرگ آتشفشان نیوزیلند
یک میلیون و 200 هزار سال قبل در شمال جزیره نیوزیلند یک سوپر فوران ناشی از فعالیت آتشفشانی رخ داده است ، این اطلاعات می‌تواند محققان را در مدل‌سازی جریان‌های فوران‌های آتشفشانی عظیم به منظور کاهش خسارات جانی یاری دهد.
به گزارش رادیو نشاط ، نتایج تحقیقات محقق ایرانی دانشگاه وایکانو نیوزیلند در زمینه سنگ‌های تشکیل شده از یک فوران آتشفشانی نشان می‌دهد در یک میلیون و 200 هزار سال قبل در شمال جزیره نیوزیلند یک سوپر فوران ناشی از فعالیت آتشفشانی رخ داده است و به گفته وی، این اطلاعات می‌تواند محققان را در مدل‌سازی جریان‌های فوران‌های آتشفشانی عظیم به منظور کاهش خسارات جانی یاری دهد.
نیوزیلند درون یک حلقه جغرافیایی از زلزله‌های متناوب و انفجارهای آتشفشانی قرار دارد که حاشیه اقیانوس آرام را در برگرفته و به "حلقه آتش" معروف است. از این رو هر سال حدود ۱۵ هزار زلزله در نیوزیلند اتفاق می‌افتد، اما فقط حدود ۱۵۰ مورد آنها قدرت کافی برای ایجاد لرزشی قابل احساس دارند.
"حلقه آتش" منطقه‌ای با بیش از 452 آتشفشان است که بیش از 75 درصد از آتشفشان‌های فعال و خاموش دنیا را در خود جای داده است. این منطقه از کانادا، شیلی و مکزیک تا روسیه و نیوزیلند کشیده شده است.
حلقه آتش در اقیانوس آرام
در نیوزیلند تمرکز زیاد آتشفشان‌ها دیده می‌شود، به گونه‌ای که بیشتر مناطق شمالی نیوزیلند در جزایر شمالی از کوه‌های دریایی و جزایر کوچک حاصل از 16 آتشفشان زیر دریایی ساخته شده‌اند. باتوجه به موقعیت این کشور، محققان آتشفشان بسیاری در این منطقه تحقیقات گسترده‌ای را اجرایی کرده‌اند.
الهام یوسف‌زاده، دانشجوی دکتری رشته آتشفشان‌شناسی فیزیکی دانشگاه وایکاتو نیوزیلند (University Of Waikato) نیز مطالعاتی را در زمینه "ایگنمبریت"(سنگ‌هایی که در نتیجه سرد و سخت شدن یک جریان گاز و ذرات جامد آتشفشانی شکل گرفته‌اند) اجرایی کرده است.
به جریان گاز و ذرات جامد آتشفشان "پیروکلستی" می‌گویند. ذرات پیروکلاستیکی شامل خرده‌سنگ‌ها، کریستال‌های منفرد و قطعات شیشه‌های ولکانیکی می‌شوند. خرده‌سنگ‌ها می‌توانند از سنگ‌های منجمد شده در دهانه آتشفشان یا هر نوع سنگ دیگری که بوسیله گازها به سطح زمین آورده شده‌اند، تشکیل شوند.
وی در این مطالعات دریافت که جریان پیروکلستی ناشی از انفجار آتشفشانی تا 90 کیلومتر دورتر از محل آتشفشان پراکنده شده است که نشان از یک سوپر انفجار دارد.
این محقق ایرانی دانشگاه نیوزیلند معتقد است فعالیت آتشفشان‌ها منوط به حجره‌های ماگمایی است که در زیر آتشفشان قرار دارد. تا زمانی که این حجره ماگمایی مواد، حاوی مواد ماگمایی باشد و سایر شرایط لازم برای فوران نیز ایجاد شود، می‌تواند فعال باقی بماند. ممکن است آتشفشانی فعالیتی بر روی سطح زمین از خود نشان ندهد، ولی حجره ماگمایی در زیر آن حاوی مواد ماگمایی باشد؛ اما برای فعال شدن این آتشفشان باید شرایط لازم مانند افزایش فشار گازهای آتشفشانی فراهم باشد تا شروع به فوران کند. این امر همانند شرایط آتشفشان دماوند است.
جزئیات کامل گفت‌وگوی "الهام یوسف‌زاده" پژوهشگر ایرانی مقیم استرالیا با خبرگزاری ایسنا:
لطفا درباره فعالیت پدیده آتشفشان توضیح دهید؟
به زبان ساده هر منفذ و یا شکافی که در سطح پوسته زمین و یا سیارات دیگر که باعث شود مواد مذاب، گازها و مواد جامد به سطح زمین برسند، "آتشفشان" نامیده می‌شود. بر این اساس آتشفشان‌ها دارای انواع مختلفی هستند و بر اساس نوع و فرم، محصولات فورانی متفاوتی دارند.
معمولا هر کدام از آتشفشان‌ها دارای بازه زمانی فوران مخصوص به خود هستند؛ از این رو با بررسی تاریخ‌های فوران‌های گذشته آتشفشان‌ها می‌توان حدود زمانی فوران آنها را تخمین زد. هر چند که امروزه با استفاده از ابزارهای خاص امکان پیش‌بینی برای آتشفشان‌ها به خوبی فراهم شده است.
مطالعات شما در دانشگاه وایکاتو نیوزیلند بر روی چه موضوعی بوده است؟
موضوع تحقیق من درباره "ایگنمبریت"ها (Ignimbrite) است. ایگنمریت‌ها در واقع سنگ‌هایی هستند که در نتیجه سرد و سخت شدن یک جریان پیروکلستی (Pyroclastic flow) عظیم تشکیل می‌شوند.
یک جریان "پیروکلستی"، جریانی از گازها و ذرات جامد آتشفشانی است که با سرعت بسیار بالا حرکت می‌کنند. این جریان از طرق مختلف شکل می‌گیرند. مثال ملموس این جریان‌ها، توده‌هایی هستند که در هنگام فوران‌ها به رنگ خاکستری بر روی دامنه آتشفشان‌ها به سمت پایین شیب آتشفشان حرکت می‌کنند.
اندازه این جریان بسته به شدت فوران متفاوت است، به گونه‌ای که آتشفشان‌های بزرگتر معمولا جریان‌های پیروکلستیکی بزرگتری ایجاد می‌کنند. بطور مثال برخی سوپرفوران‌ها جریان‌های پیروکلستیکی بسیار عظیمی ایجاد کرده‌اند.
ایگنمبریتی که انواع مختلف پومیس به خوبی در زمینه سنگ قابل مشاهده و تفکیک هستند
مطالعات شما مربوط به کدام بخش از آتشفشان می‌شود؟
مطالعه من بر روی ایگنمبریت‌ها و فیزیک آنها متمرکز شده. این مطالعات شامل فرایندهای مرتبط با جریان پیروکلستی در زمان حرکت، ته‌نشین شدن و در نهایت فرآیندهای بعد از ته‌نشینی است.
مطالعات دیرینه‌شناسی شما مربوط به چند سال گذشته و چه منطقه‌ای است؟
مطالعات من در زمینه ایگنمبریت‌هایی است که در طی یک یا چند سوپر فوران در یک میلیون و 200 هزار سال پیش، جزیره شمالی نیوزیلند را پوشانده است.
ایگنمبریت‌های مورد مطالعه من به نام "انگاتیتی ایگنمبریت" (Ongatiti Ignimbrite) است. انگاتیتی نام منطقه و رودخانه‌ای در جزیره شمالی نیوزیلند است. این ایگنمبریت نتیجه فوران از یک "کالدرا" (Caldera) آتشفشانی بزرگ است.
"کالدرا" به زبان ساده یک دهانه گرد تا بیضوی شکل با منشا آتشفشانی و با قطر زیاد است. وقتی یک حجره ماگمایی در اثر فوران لایه‌ها خالی می‌شود، لایه‌های سنگی بالایی به داخل فرونشست می‌کند که این فرونشست شکل گودال مانند به سطح زمین می‌دهد.
یافته‌های شما در این مطالعات دیرینه‌شناسی چه بوده است؟
این مطالعات بر روی لایه‌های سطحی زمین انجام شده است. در تحقیقات مربوط به بستر اقیانوس‌ها مغزه‌هایی از رسوبات اعماق اقیانوس آرام گرفته شد که نشان می‌دهد Pyroclastic Flow (جریان پیروکلستی) تا مسافت زیادی حرکت کردند، ولی ما در این مطالعات به این داده‌ها و یافته‌ها استناد نکردیم؛ چرا که ممکن است جریان‌های آبی، این فوران‌ها را به دور دست‌ها برده باشند.
همچنین با توجه به محدودیت زمانی پروژه امکان بررسی مغزه‌ها وجود نداشت. البته نکته جالب در مورد این جریان‌ها این است که با توجه به ماهیتشان امکان حرکت بر روی آب را هم دارند.
مطالعات من نشان داد جریان پیروکلستی تا فاصله 90 کیلومتری از مبدا فوران، حرکت کرده است. این وسعت و همچنین ضخامت ایگنمبریت‌ها نشان داد که یک سوپر فوران عامل تشکیل ایگنمبریت انگاتیتی بوده است.
لایه‌های خاکستر آتشفشانی در بین ایگنمبریت انگاتیتی
یک لایه خاکستر آتشفشانی در بین ایگنمبریت انگاتیتی حدود 4 سانتی‌متر
این یافته برای اولین بار است که مطرح می‌شود؟
نه کاملا، قسمت‌هایی برای اولین بار مطالعه شده بود و بخش‌هایی هم در ادامه مطالعات قبلی بوده است. آتشفشان‌شناسان قدیمی پیشنهاد یک سوپرفوران را در این منطقه داده بودند، اما مطالعه دقیق و کمی بر روی این ایگنمبریت و فوران مربوط به آن انجام نشده بود و بیشتر مطالعات مربوط به سن‌سنجی بوده است.
آیا سوپرفوران‌ها در عصر ما رخ داده است؟
خوشبختانه این سوپرفوران‌ها در زمان ما رخ نداده است؛ اما در چند هزار و یا چندین میلیون سال پیش آثار این فوران‌های عظیم در برخی از مناطق دنیا مانند آمریکا و نیوزیلند دیده می‌شوند.
یکی از این سوپرفوران‌ها که در حدود یک میلیون سال قبل در نیوزیلند رخ داده، "ایگنمبریت" وسیعی را برجای گذاشته که پروژه دکتری من راجع به آن است و با حمایت دانشگاه نیوزیلند در حال تکمیل آن هستم.
جریان‌های پیروکلستی بعد از فوران گذاره‌ها رخ می‌دهد یا قبل از آن؟
جریان‌های پیروکلستی با توجه به نحوه شکل‌گیری، همزمان و یا بعد از جریان گدازه می‌توانند بوجود آیند. اما با توجه به ماهیتشان که حاوی گاز فراوان هستند، معمولا سرعت بسیار بالاتری نسبت به گدازه‌ها با ماهیت مایع دارند.
آیا موادی که در جریان‌های پیروکلستی از آتشفشان خارج می‌شود، برای سلامتی انسان مضر است؟
قطعا خطرناک هستند. یکی از بخش‌هایی که در مبحث فیزیک آتشفشان‌ها مورد توجه قرار دارد، اندازه ذرات است. ذرات جامد بسیار ریزی که در اثر جریان‌های پیروکلستی تشکیل می‌شوند، با توجه به اندازه میکرونی‌شان می‌توانند در ریه‌های انسان ته‌نشین و سبب بروز مشکلات تنفسی و حتی خفگی شوند.
از طرف دیگر این ذرات دارای دمای بسیار بالایی هستند و با ورود به ریه‌ها می‌توانند باعث از بین رفتن ریه‌ها شوند. از دیگر خطرات این ذرات می‌توان به پوشیده شدن سطح بسیار زیاد از یک منطقه و در واقع دفن یک منطقه توسط این جریان‌ها اشاره کرد.
اینها از جمله خطراتی هستند که می‌توان به آنها اشاره کرد، هر چند که موارد دیگر خطر هم در این رابطه وجود دارد.
فوران خاکستر برای همه فوران‌های آتشفشانی رخ می‌دهد؟
همانطور که قبلا گفته شد، آتشفشان‌ها بر اساس معیارهای مختلف، انواع گوناگونی دارند؛ خاکسترها و جریان‌های پیروکلستی معمولا در فوران‌های بزرگ رخ می‌دهند، ولی در برخی از آتشفشان‌ها مانند فوران‌هایی که در منطقه هاوایی رخ می‌دهند، بسیار آرام هستند.
خروج ماگما در این منطقه که از جنس "بازالت" است، بطور مدوام و آرام صورت می‌گیرد؛ بطوری که حتی در کنار گدازه‌ها می‌توان قدم برداشت (البته با لباس‌های مخصوص که دمای بالای 1000 درجه را تحمل کنند.)
Pyroclastic Flow چه اهمیتی دارد که در قالب تز دکتری دنبال می‌شود؟
اهمیت جریان‌های پیروکلستی با توجه به خطراتی که برای جوامع انسانی دارند، بسیار زیاداست. به طور مثال حرکت این مواد بر روی دامنه و در نهایت حرکت به سمت مناطق مسکونی پایین دامنه می‌تواند باعث آسیب‌های فراوان و حتی دفن مناطق در زیر حجم انبوه مواد آتشفشانی شود.
از جمله موارد تاریخی می‌توان به شهر "پمپئی" ایتالیا اشاره کرد که توسط جریان پیروکلستیکی و فوران‌های آتشفشانی کوه"وزوو" دفن شد؛ وقتی این مواد از روی دامنه آتشفشان شروع به حرکت می‌کند، قادر هستند یک منطقه را به طور کلی بپوشانند و یک منطقه مسکونی را به طور کلی از بین ببرند.
همچنین در زمین‌شناسی شعاری وجود دارد که گفته می‌شود "گذشته کلیدی برای آینده است". از عمر زمین بیش از 4 میلیارد سال می‌گذرد و ما باید گذشته زمینمان را مطالعه کنیم تا بتوانیم درک بهتری از رخدادهای آینده به دست آوریم. بر این اساس این مطالعات تاریخی صورت می‌گیرد تا داده‌های به دست آمده بتواند محققان را به سمت کسب حقایق و یا فرضیه‌های بیشتر هدایت کند.
یافته‌های به دست آمده چه کمکی به آیندگان خواهد کرد؟
یکی از موارد استفاده یافته‌های این تحقیق استفاده از آنها در مدل‌سازی برای فوران‌های بعدی و یا دیگر فوران‌ها است که به طور مثال می‌توان به نحوه حرکت جریان‌های پیروکلستیکی باتوجه به توپوگرافی زمین اشاره کرد.
آیا فعالیت آتشفشان‌ها قابل پیش‌بینی است؟
بله با توسعه فناوری‌ها در این حوزه فعالیت آتشفشان‌ها قابل پیش‌بینی است.
برای بررسی آتشفشان‌ها، دستگاه‌های مختلفی عرضه شده است که می‌توان بر اساس آنالیزهای شیمیایی، تغییرات گازی آتشفشان‌ها و یا ثبت حرکات نزدیک آتشفشان‌ها زمان فوران را تخمین زد.
بر این اساس است که در سال‌های اخیر فعالیت‌های آتشفشانی تلفات جانی زیادی مانند آنچه در صدها سال قبل رخ می‌داد، ندارند.
در کشورهایی چون ژاپن، اندونزی، فیلیپین، مکزیک و کشورهایی که آتشفشان‌های فعال دارند، اطلاع‌رسانی در این زمینه صورت می‌گیرد؛ چون وضعیت این آتشفشان‌ها دائما در حال رصد است و به محض مشاهده تغییرات در آنها، اطلاع رسانی می‌شود تا نسبت به تخلیه منطقه خطر اقدام شود.
این مطالعات در این حد باقی می‌ماند و یا ادامه‌دار خواهد بود؟
مطالعات مربوط به زمین‌شناسی صحرایی و آزمایشگاهی این پروژه تمام شده و در ادامه آنالیز اطلاعات شیمیایی انجام خواهد شد.
خانم یوسف‌زاده این درست است که یک آتشفشان برای همیشه فعال باقی می‌ماند؟
فعالیت آتشفشان‌ها منوط به حجره‌های ماگمایی است که در زیر آتشفشان قرار دارد. تا زمانی که این حجره ماگمایی مواد، حاوی مواد ماگمایی باشد و سایر شرایط لازم برای فوران نیز ایجاد شود، می‌تواند فعال باقی بماند.
از سوی دیگر ممکن است آتشفشانی فعالیتی بر روی سطح زمین از خود نشان ندهد، ولی حجره ماگمایی در زیر آن حاوی مواد ماگمایی باشد و سایر شرایط لازم برای فوران میز ایجاد شود، در این صورت می‌تواند فعال باقی بماند.
از سوی دیگر ممکن است آتشفشانی فعالیتی بر روی سطح زمین از خود نشان ندهد، ولی حجره ماگمایی در زیر آن حاوی مواد ماگمایی باشد اما برای فعال شدن این آتشفشان باید شرایط لازم مانند افزایش فشار گازهای آتشفشانی فراهم باشد تا شروع به فوران کند.
مثل آتشفشان دماوند؟
احتمالا.
من در ایران در این زمینه مطالعه‌ای انجام ندادم، ولی می‌دانیم که این آتشفشان کاملا خاموش نیست و معمولا از آن به عنوان یک آتشفشان نیمه‌خاموش یاد می‌شود؛ چون یکسری گازهای آتشفشانی از آن خارج می‌شود، ضمن آنکه آب‌های گرمی که در اطراف آن است، نشان می‌دهد که فعالیتی در این منطقه وجود دارد؛ ولی اینکه آیا حجره ماگمایی شرایط لازم برای فوران را دارد یا خیر، نیاز به مطالعات مرتبط ژئوفیزیکی، ژئوشیمیایی و رصد شدت فعالیت‌های گازی مربوط به دماوند است تا بتوانیم درک بهتری از این کوه داشته باشیم.
همانطور که می‌دانید دماوند بلندترین آتشفشان آسیا است و می‌تواند مورد مطالعاتی خاص باشد. اما تا جایی که من اطلاع دارم، تاریخچه دقیق فوران‌های آتشفشانی، چینه‌شناسی این فوران‌ها و همچنین "تفرا"های مرتبط به اندازه کافی مورد بررسی قرار نگرفته است. کسب این اطلاعات، داده‌های اولیه‌ای هستند که برای همه آتشفشان‌ها باید مورد بررسی قرار گیرند و مطمئنا دماوند هم از این امر مسثنی نیست.
مورد دیگر در مورد آتشفشان‌ها اهمیت یافتن نزدیکی آنها به شهرها است. با توجه به نزدیکی دماوند به مناطق پرجمعیت نیاز است مطالعات بیشتری در این رابطه صورت گیرد و مطمئنا تعاملات علمی با سایر کشورها و استفاده از تجربیات آنها بسیار مفید خواهد بود.
این اطلاعات را ما نداریم یا همه دنیا نسبت به آتشفشان دماوند بی‌اطلاع هستند؟
روزهای اولی که در دانشگاه وایکائو نیوزیلند شروع به تحصیل کردم و با اساتید و آتشفشان شناسان نیوزیلند صحبت می‌کردم، آنها شناختی نسبت به کوه دماوند نداشتند، حتی عده‌ای می‌گفتند اسم این آتشفشان را هم نشنیده‌اند.
از این رو یکسری تصاویر این کوه و منشورهای بازالتی اطراف این کوه را به اساتید مربوط ارائه دادم که این تصاویر و توضیحات مختصری راجع به دماوند در مجله انجمن زمین‌شناسی نیوزیلند منتشر شد.
بعداز کمی جستجوی اینترنتی، آتشفشان دماوند برای آنها به لحاظ ارتفاع با توجه به اینکه دماوند یک آتشفشان چینه‌ای (Stratovolcano) مرتفع و متقارن است، بسیار جالب بود.
آتشفشان‌ها دارای انواع مختلفی هستند و یکی از انواع آن "استراتوولکانو"ها هستند و دماوند می‌تواند یکی از بهترین نمونه‌های این نوع آتشفشان‌ها باشد که نیاز به مطالعه و معرفی بیشتر دارد.
استراتوولکانو ها چه ویژگی‌هایی دارند؟
این نوع آتشفشان‌ها که "آتشفشان مرکب" نیز نامیده می‌شوند، مخروطی شکل هستند و از لایه‌های مختلف گدازه، "تفرا"، "پومیس" و "خاکستر" تشکیل شده‌اند. این آتشفشان‌ها مرتفع و مخروطی شکل هستند و آنچه که برای محققان نیوزیلندی جالب بود، ارتفاع و توازن دماوند بود که اغلب می‌گفتند استراتولکان با این ارتفاع ندیده‌اند!
البته عده‌ای می‌گفتند ما هرگز نمی‌دانستیم ایران چنین آتشفشانی دارد.
از یافته‌هایی که از این مطالعات به دست می‌آید، می‌توان برای بررسی آتشفشان‌های سایر کشورها بهره برد؟
یکی از اهدافی که برای پژوهش‌های دوره دکتری دنبال می‌شود، این است که بتوان نتیجه‌ای را به دست آورد که کاربرد جهانی داشته باشد. بنابراین مطمئنا بخش‌هایی از این تحقیق توسط محققان سایرکشورها مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
تجربه جالبی که در این مطالعه به دست آوردم، این بود که پروپوزالی جهت استفاده از امکانات سنکروترون کشور استرالیا ارائه کردم. درواقع ما در نظر داشتیم مطالعات میکروتوموگرافی اشعه ایکس را جهت بررسی سه‌بعدی ساختار داخلی ایگنمبریت‌ها انجام دهیم.
در صورتی که این پروپوزال مورد تایید کمیته داوری سنکروترون استرالیا قرار می‌گرفت، سفر، اقامت و استفاده از دستگاه‌های موردنیاز رایگان می‌بود که خوشبختانه این پروپوزال مورد تایید قرار گرفت و توانستیم با استفاده از این دستگاه به صورت 3بعدی ساختار سنگ را مورد ارزیابی و بررسی قرار دهیم. نتایج این بررسی‌ها طی مقاله علمی ارائه خواهد شد.
چرا مطالعه سنگ با روش‌های میکروسکوپی انجام نشد؟
در واقع مطالعات میکروسکوپی دوبعدی بر روی سنگ‌ها قبلا انجام شده بود، اما مطالعات سه‌بعدی جهت بالا بردن کیفیت داده‌ها و کسب اطلاعات جدیدتر انجام می‌شد. بطور مثال زمینه سنگ، شکل کریستال‌های درون زمینه، فراوانی و شکل آنها بررسی می‌شود، همچنین اختصاصات فیزیکی تخلخل‌های درون سنگ‌ها که از موارد مهم در مطالعات فیزیکی آتشفشان‌ها است نیز در مطالعات سه‌بعدی مورد توجه قرار گرفت.
اینها را گفتم که به این برسم که یافته‌های چنین مطالعاتی بسیار مهم است، به گونه‌ای که حتی کشور ثانی حاضر است هزینه‌های آن را قبول کند. ضمن آنکه این یافته‌ها برای سایر تحقیقات آتشفشان شناسان قابل استفاده است.
به نظر من همه رشته‌های مرتبط با زمین‌شناسی همانند یک زنجیر به یکدیگر متصل هستند و با اتصال حلقه‌های این زنجیر است که می‌توان داستان زمین‌شناسی مناطق را نوشت و به یافته‌های جدید دست یافت.