حوادث فوران آتشفشان نشان می‌دهد که این پدیده می‌تواند باعث تخریب گسترده شهرها و جنگل‌ها شود. از طرفی فعالیتهای آتشفشانها تأثیراتی در کره زمین دارد که ما قادر به دیدن آن‌ها نیستیم و تنها نتایج آن‌ها را مشاهده می‌کنیم.
ماگما و ساختمان لایه‌های زمین
اولین سوالی که در مورد آتشفشانها وجود دارد این است: "موادی که از آتشفشان بیرون می‌زند چیست؟" پاسخ این سوال ساده است.
در کره زمین، این مواد یا ماگماها، سنگ‌های مذاب هستند. ماگما خود از مایعات، جامدات و گازها تشکیل می‌شود که سیلیکات بیشترین بخش آن را تشکیل می‌دهد.
برای اینکه ببینیم این مواد از کجا می‌آیند باید کمی با ساختار کره زمین آشنا شویم.
زمین از چندین لایه تشکیل شده‌است که در این میان سه لایه اصلی وجود دارد: هسته، گوشته و پوسته خارجی
ما بر روی پوسته سخت خارجی زندگی می‌کنیم. این پوسته در زیر اقیانوس‌های 5 تا 10 کیلومتر و در زیر خشکی‌ها بین 32 تا 70 کیلومتر ضخامت دارد. این ضخامت شاید زیاد به نظر برسد ولی در مقایسه با شعاع کره زمین و ضخامت لایه‌های دیگر ناچیز است.
دقیقاً در زیر پوسته، گوشته قرار دارد که ضخیم‌ترین لایه کره زمین است. گوشته شدیداً داغ است ولی به علت فشار زیادی که به آن وارد می‌شود، به طور جامد می‌ماند.
این گوشته‌ها در شرایط خاصی، مخصوصاً عدم وجود فشار به موادی مایع یا همان ماگما تبدیل می‌شود و به پوسته راه می‌یابد.
در دهه 60 میلادی، دانشمندان تئوری به نام "تکتونیک لایه‌های زمین" را معرفی کردند. این تئوری بیان می‌کند که "سنگ کره/lithosphere" زمین که قسمت سخت گوشته و پوسته بیرونی را شامل می‌شود، خود به هقت لایه اصلی و چند لایه کوچک‌تر تقسیم می‌شود.
این لایه‌ها بر روی گوشته و به دلیل وجود یک لایه نرم به نام "سست کره / asthenosphere" به راحتی می‌لغزند. فعالیتهای بین مرز‌های این لایه‌ها، شرایط اولیه تشکیل ماگما را مهیا می‌کند.
معمولاً در مرز لایه‌ها یکی از چهار اتفاق زیر رخ می‌دهد:
- اگر دو لایه از یکدیگر دور شوند، بسته به محل وقوع (زیر دریا و یا در خشکی) "پشته اقیانوس" یا "پشته قاره‌ای" ایجاد می‌شود. با جدا شدن دو لایه، سنگ‌های گوشته از سست‌کره زیرین به فضای بین لایه نفوذ می‌کند. به دلیل کم بودن فشار، سنگ گوشته در این محل ذوب می‌شود و ماگما تشکیل می‌شود. وقتی ماگما به سمت بیرون جاری می‌شود، همزمان سرد می‌شود و یک پوسته جدید تشکیل می‌دهد. این پوسته فضای خالی بین لایه‌ها را پوشش می‌دهد. به این نوع تولید ماگما، "فعالیت آتشفشانی مرکز گستر" گفته می‌شود.
- وقتی لبه دو لایه با یکدیگر برخورد می‌کنند، این احتمال وجود دارد که یکی به زیر دیگری نفوذ کند. این فرآیند "فرورانش /subduction" نام دارد و باعث ایجاد ترانشه یا یک گودال در سطح اقیانوس‌ها می‌شود. همزمان با نفوذ سنگ‌کره سخت به درون گوشته داغ و پرفشار، مواد آن مذاب می‌شوند. البته بیشتر دانشمندان معتقدند که سنگ‌کره در این عمق نمی‌تواند ذوب شود ولی فشار و گرما باعث می‌شود تا آبی که در این لایه وجود دارد از آن بیرون بزند و به گوشته برسد. نفوذ آب باعث کاهش نقطه دوب گوشته می‌شود و باعث می‌شود که زودتر ذوب شود.
- اگر لبه لایه‌ها با هم برخورد کنند ولی هیچ‌کدام به زیر دیگری نلغزد، هر دو لایه چین می‌خورند و کوه‌ها را تشکیل می‌دهند. این فرآیند به تشکیل آتشفشان منجر نمی‌شوند. این چین‌خوردگی‌ها می‌توانند با فرورانش ترکیب شوند.
- بعضی صفحات بدون اینکه با یکدیگر برخورد کنند، بر روی هم می‌لغزند. در این شرایط به ندرت فعالیتهای آتشفشان مشاهده می‌شود.
تشکیل آتشفشان
ماگما می‌تواند به زیر سنگ‌کره فشار وارد کند، البته این پدیده نادرتر از تشکیل ماگما در اطراف محدوده لایه‌هاست. این فعالیت آتشفشانی بین لایه‌ای، حاصل تشکیل مواد داغ گوشنه در گوشته زیرین و فشار آوردن به گوشته بالایی است.
این مواد که تنوره گوشته را تشکیل می‌دهند، یک "نقطه داغ/Hot spot" ایجاد می‌کنند. این مواد به دلیل داغ بودن، در زیر پوسته زمین تبدیل به ماگما می‌شود. نقطه داغ به خودی خود ثابت است ولی با حرکت لایه‌های قاره‌ای به سمت آن، ماگمای داخل نقطه داغ یک رشته آتشفشان درست می‌کند که به محض دور شدن از نقطه داغ از بین می‌رود.
آتشفشانی هاوایی که گمان می‌رود 70 میلیون سال قدمت دارند، از همین نقطات داغ به وجود آمده‌اند.
تا اینجا دیدیم که ماگمای تشکیل شده در پشته‌های اقیانوس سرد می‌شوند و تشکیل لایه‌های جدیدی می‌دهند. همین امر آن‌ها را از ایجاد آتش‌فشان‌هایی که روی زمین فوران می‌کنند، باز می‌دارد. از طرفی چند پشته قاره‌ای وجود دارد که ماگما از آنجا به زمین راه پیدا می‌کند ولی اکثر آتش‌فشان‌هایی که روی زمین مشاهده می‌کنیم از فعالیتهای فرورانش و نقطه داغ ایجاد می‌شود.
زمانی که سنگ جامد به سنگ مایع تبدیل می‌شود، قطعاً چگالی کمتری پیدا می‌کند. همین امر باعث می‌شود تا ماگما با شدت زیاد در حرکت باشد. با حرکت این ماگمای داغ، سنگ‌هایی که در مسیر قرار دارند نیز ذوب می‌شوند و به مخلوط ماگما اضافه می‌شوند.
ماگمایی که به پوسته راه پیدا کرده، تا زمانی که فشار به سمت بالای آن بیشتر از فشار سنگ‌های جامد پوسته است، به مسیر خود ادامه می‌دهد.
سپس ماگما در "اتاقک ماگما" زیر پوسته ذخیره می‌شود و اگر بخش از زمین ترک بخورد و یا فشار کافی پیدا کند، با فشار از پوسته زمین بیرون می‌زند و فوران می‌کند.
اگر این اتفاق بیافتد، ماگمایی که اکنون به آن لاوا گفته می‌شود، آتشفشان را تشکیل می‌دهد. ساختار آتشفشان و شدت فوران آن به فاکتورهای متعددی بستگی دارد. یکی از این فاکتورها، جنس ماگما است. در ادامه به چند نوع ماگما و چگونگی فوران آن‌ها می‌پردازیم.
فوران ماگما
قدرت تخریب آتشفشانها با یکدیگر تفاوت دارد. بعضی به شدت فوران می‌کنند و همه چیز را در اطراف خود تا کیلومترها نابود می‌کنند. بعضی هم آنقدر آرام هستند که می‌توان به راحتی در کنار آن‌ها قدم زد. قدرت فوران ماگما و حرکت لاوا بیشتر به ترکیبات ماگما بستگی دارد.
اصلاً چرا ماگما فوران می‌کند؟ جواب ساده‌است: به دلیل قدرت شگفت‌انگیز گازهای داخل آتشفشان.
مواد تشکیل دهنده ماگما دارای مقدار زیادی گازهای حل نشده‌ای هستند که در داخل محلول ماگما شناورند.
تا زمانی که فشار سنگ‌های اطراف ماگما بیشتر از فشار گازهاست، این گازها در داخل ماگما به طور حل نشده محبوس می‌مانند. زمانی که از شدت فشار سنگ‌ها کاسته می‌شود، این گازها اجازه حرکت می‌یابند و حباب‌هایی به نام "حفره" در درون ماگما ایجاد می‌کنند.
تشکیل این حفره‌ها به یکی از عوامل زیر بستگی دارد:
- فشار سنگ‌های اطراف به دلیل آزاد شدن ماگما و حرکت آن از یک نقطه پر فشار به نقطه کم‌فشار، کاهش یابد
- فشار گاز به دلیل سرد شدن ماگما افزایش یاید، که این امر باعث شروع فرآیند کریستالیزه شدنی می‌شود که مواد گازی ماگما را غنی می‌کند
در هر دو حالت، محصول این واکنش فیزیکی، ماگمایی است که دارای حفره‌های زیادی است و طبعاً چگالی کمتری نسبت به ماگمای خالی گاز دارد و به راحتی به سمت خارج پوسته حرکت می‌کند.
این دقیقاً اتفاقی است که زمان باز کردن نوشابه رخ می‌دهد. وقتی شیشه یا قوطی نوشابه گاز دار را باز می‌کنید، فشار محفظه کاهش می‌یابد و گاز داخل آن برای پیدا کردن محیط بزرگ‌تر از آن فرار می‌کنند.
حال اگر قوطی نوشابه را تکان دهید، گازهای داخل قوطی در مایع نوشابه حل می‌شوند. به این ترتیب در زمان بازکردن درب نوشابه گاز به همراه مایع از محفظه خارج می‌شود. همین اتفاق در آتشفشان باعث می‌شود تا گاز مخلوط با ماگما به شدت بیرون بزند.
شدت این فوران نیز به جنس گاز و گرانروی (ویسکوزیته) ماگما بستگی دارد. گرانروی توانایی یک مایع در مقابله با سیلان پیدا کردن و جاری شدن است.
اگر ماگما گرانروی بالایی داشته باشد، یعنی به راحتی جاری نمی‌شود و گازهای جمع شده در حفره‌ها به راحتی نمی‌توانند از آن خارج شوند و بعد از مقاومت زیاد و افزایش متقابل فشار و دما، باعث می‌شوند تا لاوا با شدت خیلی زیاد به یکباره فوران کنند. عکس این فرآیند نیز اتفاق می‌افتد.
علاوه بر این، میزان گاز مخلوط نیز با شدت فوران رابطه مستقیم دارد. هرچه گاز مخلوط بیشتر باشد، شدت فوران نیز بیشتر خواهد بود.
هر دو عامل گاز و گرانروی ماگما به جنس ماگما بستگی دارد. گرانروی به میزان سیلیکون مخلوط و گاز نیز به جنس مواد زیر پوسته بستگی دارد.
اگر گرانوری و میزان و فشار گاز بالا باشد، آتشفشان با شدت فوران می‌کند و علاوه بر پرتاب لاوا، مقدار زیادی خاک و گاز را به هوا پرتاب می‌کند. در غیر این صورت لاوا به آرامی در سطح زمین جاری می‌شود.
اشکال آتشفشانها
آتش‌فشان‌های سطح زمین اشکال مختلفی دارند. شکل یک آتشفشان به شکل سه بخش اصلی آن بستگی دارد:
- دهانه: نوک آتشفشان که لاوا از آن بیرون می‌زند
- اتاقک ماگما: محلی که قبل از فوران لاوا در زیر زمین در آن جمع می‌شود
- مجرای مرکزی: محل اتصال اتاقک به دهانه
شکل آتشفشان را می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم کرد:
چینه‌ای شکل: این معمول‌ترین شکل ظاهری یک آتشفشان است. قدرتمندترین آتش‌فشان‌های تاریخ از این نوع هستند. شاخصه اصلی آن‌ها شکل متقارن کلیسا مانند (قله نوک تیز) آن‌ها با شیب زیاد است. شدت فوران در این آتشفشانها زیاد است و به محض وقوع باعث بزرگ‌تر شدن ساختار کلیسا مانند آتشفشان می‌شود.
آتشفشان کاناگا در آلاسکا؛ نمونه یک آتشفشان چینه‌ای
گنبدی: این آتشفشان دارای شیب زیاد در اطراف دهانه‌ای بزرگ هستند. این آتشفشانها معمولاً حاصل یک فوران هستند و چندین فوران در آن‌ها اتفاق نمی‌افتد.
دهانه خورشید در آریزونا؛ نمونه آتشفشان گنبدی
سپر شکل: وسعت این آتشفشانها زیاد است ولی ارتفاع کمی دارند. این آتش فشان‌ها معمولاً حاصل جریان‌های آرام لاوا حاصل از فوران‌های ضعیف است.
ماونا لوا در هاوایی؛ یک آتشفشان سپر شکل
