ستون فوران
ستون فوران (انگلیسی: Eruption column) یا دودکش آتشفشانی، ابری از خاکستر آتشفشانی و آذرآوارهای فوق‌داغ است که در گاز آتشفشانی معلق بوده و در هنگام فوران انفجاری از دهانهٔ آتشفشان خارج می‌شود. مواد آتشفشانی به‌صورت ستونی عمودی یا تنوره‌ای‌شکل بالا می‌روند که ممکن است تا چندین کیلومتر در بالای دهانهٔ آتشفشان صعود کنند. در فوران‌های بسیار نیرومند، ستون فوران می‌تواند بیش از ۴۰ کیلومتر ارتفاع گیرد و به استراتوسفر نفوذ کند. تزریق ذرات معلق به استراتوسفر از سوی آتشفشان‌ها یکی از دلایل اصلی زمستان آتشفشانی‌های کوتاه‌مدت در مقیاس جهانی است.
در بسیاری از فوران‌های انفجاری، پدیده‌ای موسوم به «فروپاشی ستون» رخ می‌دهد، یعنی زمانی‌که ستون فوران به‌قدری متراکم می‌شود که دیگر جریان همرفت نمی‌تواند آن را در ارتفاع بالا نگه دارد و در نتیجه مواد فرومی‌ریزند و بر دامنه‌های آتشفشان جاری می‌شوند و جریان آذرآواری یا موج آذرآواری پدیدمی‌آورند (دومی رقیق‌تر است). گاهی نیز اگر مواد چندان متراکم نباشند که فروافتند، می‌توانند ابر توفان-آتش ایجاد کنند.
تشکیل
ستون‌های فوران در طی فعالیت‌های انفجاری شکل می‌گیرند، زمانی که غلظت بالای مواد فرّار در ماگمای در حال صعود، موجب خردشدن آن به خاکستر آتشفشانی ریز و آذرآوار درشت‌تر می‌شود. خاکستر و تفرا با سرعت چندصد متر در ثانیه به بیرون پرتاب می‌شوند و به‌وسیلهٔ جریان‌های عظیم همرفت تا چندین کیلومتر به ارتفاع می‌رسند.
ستون‌های فوران ممکن است گذرا باشند، اگر بر اثر یک انفجار منفرد ایجاد شوند، یا پایدار، اگر نتیجهٔ یک فوران پیوسته یا مجموعه‌ای از انفجارهای متوالی باشند.
ساختار
مواد جامد و مایع در ستون فوران به‌وسیلهٔ فرایندهایی بالا برده می‌شوند که با ارتفاع تغییر می‌کند:[۱]
در پایهٔ ستون، مواد به‌صورت خشونت‌آمیز از دهانه به‌سوی بالا رانده می‌شوند، زیرا گازها—به‌ویژه بخار آب—به‌سرعت منبسط می‌شوند. این گازها در اثر کاهش ناگهانی فشار در نزدیکی سطح، انبساط می‌یابند. این ناحیه را «منطقهٔ رانش گازی» می‌نامند و معمولاً تا یک یا دو کیلومتر بالای دهانه گسترش دارد.
«منطقهٔ رانش همرفتی» بیشتر ارتفاع ستون را دربرمی‌گیرد. در این بخش، آشفتگی شدیدی ایجاد می‌شود و هوای پیرامون در ستون آمیخته و گرم می‌شود. با گرم‌شدن، چگالی هوا کاهش می‌یابد و به‌سمت بالا حرکت می‌کند و همهٔ مواد جامد و مایع را با خود می‌برد.
با صعود ستون به لایه‌های کم‌چگال‌تر، در ارتفاعی می‌رسد که چگالی هوای گرمِ در حال صعود با چگالی هوای سردِ پیرامون برابر می‌شود. این ناحیه «منطقهٔ شناوری خنثی» یا «منطقهٔ چترکی» نام دارد. در اینجا، مواد تنها به‌دلیل تکانهٔ خود بالا می‌روند و جریان همرفتی دیگر نقشی ندارد. در این منطقه، ستون معمولاً در بالاترین نقطه پهن می‌شود. بخش پایینِ این ناحیه با چگالی برابر مواد و هوا مشخص می‌شود و بالاترین بخش آن همان بیشینهٔ ارتفاعی است که تکانهٔ پرتاب، مواد را بدانجا می‌برد. از آنجا که در این بخش سرعت‌ها بسیار کم‌اند، بادهای استراتوسفری می‌توانند شکل ستون را دگرگون کنند.
ارتفاع ستون
ستون فوران زمانی از صعود بازمی‌ماند که چگالی آن از هوای پیرامون بیشتر شود. چند عامل بر ارتفاع نهایی ستون اثر می‌گذارند:
عوامل درونی شامل قطر دهانهٔ فوران، میزان گاز در ماگما، و سرعت برداری پرتاب مواد است. عوامل بیرونی مانند باد نیز می‌توانند ارتفاع را محدود کنند و گرادیان دمای محلی جو هم نقش مهمی دارد. در تروپوسفر، دمای هوا معمولاً در هر کیلومتر حدود ۶ تا ۷ کلوین کاهش می‌یابد، اما تغییرات اندک در این گرادیان می‌تواند اثر چشمگیری بر ارتفاع نهایی ستون داشته باشد. از دید نظری، بیشینهٔ ارتفاع قابل دستیابی برای ستون فوران حدود ۵۵ کیلومتر برآورد شده است، هرچند در عمل ستون‌هایی با ارتفاع ۲ تا ۴۵ کیلومتر مشاهده می‌شوند.
ستون‌هایی که ارتفاع آن‌ها بیش از ۲۰ تا ۴۰ کیلومتر باشد از تروپوپاز عبور کرده و ذرات معلق را به استراتوسفر تزریق می‌کنند. خاکستر و ذرات آئروسل در تروپوسفر به‌سرعت به‌وسیلهٔ بارش شسته می‌شوند، اما موادی که به استراتوسفر می‌رسند در نبودِ سامانه‌های جوی، دیرتر پراکنده می‌شوند. تزریق انبوه ذرات به استراتوسفر می‌تواند اثر جهانی داشته باشد: پس از فوران کوه پیناتوبو در سال ۱۹۹۱، میانگین دمای جهانی حدود ۰٫۵ تغییر درجه سلسیوس (۰٫۹۰ تغییر درجه فارنهایت) کاهش یافت. بزرگ‌ترین فوران‌ها می‌توانند افت چند درجه‌ای دما در سطح جهان ایجاد کنند و حتی در برخی رویدادهای انقراضی تاریخی نقش داشته‌اند.
ارتفاع ستون‌های فوران شاخصی مفید برای سنجش شدت فوران به‌شمار می‌رود، زیرا در دمای ثابت جو، ارتفاع ستون با ریشهٔ چهارم از نرخ جرمیِ فوران رابطهٔ مستقیم دارد؛ بنابراین، در شرایط مشابه، دو برابر شدن ارتفاع ستون مستلزم آن است که میزان مواد پرتابی در هر ثانیه شانزده برابر شود. در مورد فوران‌هایی که مستقیماً مشاهده نشده‌اند، ارتفاع ستون را می‌توان به‌طور تقریبی با بررسی «بیشینهٔ» فاصله‌ای که آذرپاره‌هایی با اندازه‌های مختلف از دهانهٔ آتشفشان پرتاب شده‌اند برآورد کرد؛ هرچه ستون بلندتر باشد، مواد با جرم و اندازهٔ مشخص، در فاصلهٔ دورتری فرود می‌آیند.
حداکثر ارتفاع تقریبی ستون فوران را می‌توان با این رابطه بیان کرد:
- H = k(MΔT)1/4
که در آن:
- k* عددی ثابت است که به ویژگی‌های گوناگون از جمله شرایط جوی بستگی دارد.
- M* نرخ جرمیِ فوران است.
- ΔT* اختلاف دمای میان ماگمای فوران‌کننده و جو پیرامون را نشان می‌دهد.
خطرها
فروپاشی ستون
ستون‌های فوران ممکن است چنان آکنده از مواد متراکم شوند که دیگر جریان‌های همرفتی نتوانند وزن آن‌ها را تحمل کنند. این حالت ممکن است ناگهانی رخ دهد، برای مثال وقتی نرخ فوران ماگما چنان بالا می‌رود که هوای کافی برای پشتیبانی از آن وارد جریان نمی‌شود، یا زمانی که چگالی ماگما به‌طور ناگهانی افزایش می‌یابد، مثلاً هنگامی که ماگمای سنگین‌تر از بخش‌های زیرین مخزن ماگما بیرون کشیده شود.
در چنین شرایطی، موادِ رسیده به پایهٔ ناحیهٔ رانش همرفتی دیگر به‌وسیلهٔ جریان‌های همرفت نگه داشته نمی‌شوند و تحت گرانش فرومی‌ریزند و جریان آذرآواری یا موج آذرآواری پدیدمی‌آورند که می‌توانند با سرعتی بیش از ۱۰۰–۲۰۰ کیلومتر بر ساعت (۶۲–۱۲۴ مایل بر ساعت) از دامنه‌های آتشفشان پایین بروند. فروپاشی ستون یکی از شایع‌ترین و خطرناک‌ترین پدیده‌های آتشفشانی در فوران‌هایی است که ستون‌های بلند ایجاد می‌کنند.
خطر برای هواپیماها
چندین فوران آتشفشانی هواپیماهایی را که از نزدیکی ستون فوران عبور کرده‌اند، در معرض خطر جدی قرار داده‌اند. در دو حادثهٔ جداگانه در سال ۱۹۸۲، دو هواپیمای مسافربری وارد بخش بالایی ستون فوران گالونگ‌گونگ شدند و خاکستر، آسیب شدیدی به هر دو هواپیما وارد کرد. خطرهای اصلی شامل ورود خاکستر به درون موتور و از کار افتادن آن، ساییده‌شدن و کدر شدن شیشه‌های کابین، و آلوده‌شدن سوخت در اثر ورود خاکستر از مجراهای فشرده‌سازی هوا بود.
آسیب به موتور به‌ویژه خطرناک است، زیرا دمای درون توربین گازی آن‌قدر زیاد است که خاکستر آتشفشانی در محفظه احتراق ذوب شده و پس از آن، لایه‌ای شیشه‌ای روی اجزای پایین‌دستی مانند تیغه‌های توربین ایجاد می‌کند.
در حادثهٔ پرواز شماره ۹ بریتیش ایرویز، چهار موتور هواپیما هم‌زمان از کار افتادند، و در مورد دوم که نوزده روز بعد رخ داد، سه موتور از چهار موتور بوئینگ ۷۴۷ خطوط هوایی سنگاپور خاموش شدند. در هر دو مورد، موتورها دوباره روشن شدند اما هواپیماها ناچار به فرود اضطراری در جاکارتا شدند.
آسیب مشابهی نیز در اثر ستون فوران کوه ردابت در آلاسکا در سال ۱۹۸۹ گزارش شد. پس از فوران کوه پیناتوبو در سال ۱۹۹۱، مسیرهای پروازی به‌منظور دوری از ستون فوران تغییر یافت، بااین‌حال خاکستر ریزِ پراکنده‌شده در بخش وسیعی از آسیای جنوب شرقی به شانزده هواپیما آسیب زد، حتی تا فاصلهٔ ۱٬۰۰۰ کیلومتر از آتشفشان.
ستون‌های فوران معمولاً در رادار هواشناسی دیده نمی‌شوند و ممکن است در میان ابرهای معمولی یا در شب پنهان بمانند.[۳] به‌سبب خطرهای جدیِ این پدیده برای هوانوردی، شبکه‌ای از نه مرکز مشاوره خاکستر آتشفشانی در سراسر جهان به‌طور پیوسته ستون‌های فوران را با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای، گزارش‌های زمینی، گزارش‌های خلبانان و مدل‌های هواشناسی پایش می‌کنند.[۴]
جستارهای وابسته
منابع
- ↑ [(http://www.sci.sdsu.edu/volcano/) "How volcanoes work – The eruption model (QuickTime movie)"]. San Diego State University. Retrieved 2007-06-30.
{{cite web}}: Check|url=value (help) - ↑ [(http://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=313030#bgvn_199004) "Bulletin of the Global Volcanism Network; volume 15 number 4 (April 1990)"]. Global Volcanism Program. مؤسسه اسمیتسونین. 1990. Retrieved 14 January 2018.
{{cite web}}: Check|url=value (help) - ↑ "Visualization of Volcanic ash clouds". IEEE Computer Graphics and Applications. 15 (4): 34–39. July 1995.
- ↑ [(http://www.bom.gov.au/info/vaac/index.shtml) "Keeping aircraft clear of volcanic ash - Darwin Volcanic Ash Advisory Center"]. Australian Government - Bureau of Meteorology. Retrieved 2007-06-30.
{{cite web}}: Check|url=value (help)
- مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Eruption column». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۷ اکتبر ۲۰۲۵.
پیوند به بیرون
