تتشكل البراكين حيث تَشقُ الصخور المنصهرة، المعروفة باسم الصهارة، طريقها إلى سطح الأرض. يحدث هذا غالباً عند حدود الصفائح التكتونية، حيث تتقارب الصفائح، أو تتباعد، أو تنزلق فوق بعضها البعض، مما يَخلِق مساحة يمكن للصهارة العبور من خلالها. وبمرور الوقت، تتراكم هذه الصهارة وتنفجر، مما يؤدي إلى بركان مخروطي الشكل. هناك عدة أنواع من البراكين، بما في ذلك البراكين الدرعية والبراكين الطبقية والبركان البركاني، ويتشكل كل منها من خلال أنماط ثوران فريدة وشروط جيولوجية.

يرتبط انتشار النشاط البركاني على مستوى العالم ارتباطاً وثيقاً بالحركات التكتونية. تحتوي "حلقة النار"، وهي منطقة على شكل حذوة حصان تحيط بالمحيط الهادئ، على حوالي 75٪ من البراكين النشطة في العالم بسبب النشاط التكتوني الكثيف في هذه المنطقة. تشمل المناطق البركانية الأخرى سلسلة جبال وسط المحيط الأطلسي والبقع الساخنة، مثل تلك التي شكّلت جزر هاواي، حيث ترتفع الصهارة عبر قشرة الأرض بعيداً عن حدود الصفائح.

يوجد اليوم ما يقرب من 1500 بركان نشط في جميع أنحاء العالم، ومن الأمثلة البارزة جبل فيزوف (Vesuvius) في إيطاليا، وجبل فوجي (Fuji) في اليابان، وجبل كيلاويا (Kilauea) في هاواي. وتخضع العديد من البراكين النشطة للمراقبة الدقيقة بسبب تهديدها المحتمل للسكان المحيطين بها. فقد ثارت براكين مثل جبل إتنا (Etna) في إيطاليا وجبل ميرابي (Merapi) في إندونيسيا عدة مرات في العقود الأخيرة، مما تسبب في أضرار بالممتلكات وتعريض الأرواح للخطر. والبراكين النشطة ليست فقط مصادر للجمال الطبيعي ولكنها أيضاً مخاطر محتملة، مما يجعل البحث العلمي حولها أمراً بالغ الأهمية.

صورة من wikimedia

يتيح الحفر في البراكين للعلماء استكشاف ما تحت السطح، مما يتيح لهم الوصول إلى عينات الصخور، وقياسات درجة الحرارة، وانبعاثات الغاز من أعماق البنى البركانية. وعلى عكس الملاحظات السطحية، التي لا يمكنها كشف الكثير عن حالة البركان، فإن الحفر يوفر نظرة مباشرة إلى النشاط الداخلي للبركان، مما يسمح للباحثين بالتنبؤ بشكل أفضل بموعد حدوث الثوران. من خلال تحليل تراكيب الغاز، يمكن للعلماء قياس مستويات النشاط البركاني وفهم العمليات التي تسبب ارتفاع الصهارة.

ومن المبادرات العلمية المهمة مشروع الحفر العميق في أيسلندا (Iceland Deep Drilling Project IDDP)، حيث حفر العلماء 2000 متر في بركان لدراسة السوائل فوق الحرجة، وهي حالة من المادة بين السائل والغاز. وتُعدّ هذه السوائل مصدراً محتملاً للطاقة المتجددة نظراً لارتفاع درجة حرارتها وضغطها، مما يوضّح كيف يمكن للأبحاث البركانية أن تفيد المجالات العلمية والصناعية الأخرى.

أسفرت مشاريع الحفر عن بيانات أساسية، مثل الضغط ودرجة الحرارة على أعماق مختلفة، وأنواع الصخور داخل الأنظمة البركانية، وتكوين الغازات البركانية. على سبيل المثال، يساعد مراقبة مستويات ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون العلماء في اكتشاف ارتفاع الصهارة والانفجارات الوشيكة. بالإضافة إلى ذلك، تساهم البيانات من البراكين في فهم الأنظمة الحرارية الأرضية الجوفية، مما يوفر رؤى حول مصادر الطاقة المتجددة.

من خلال فهم الأنماط في انبعاثات الغازات البركانية، يمكن للعلماء تطوير أنظمة تحذير أفضل من الثوران البركاني، مما قد ينقذ الأرواح والممتلكات. تساعد المعلومات المستمدة من الحفر أيضاً في نمذجة السلوك البركاني، والتي يمكن أن تتنبأ بكيفية ثوران البركان وتوقيته بناءً على شروطه الداخلية. هذه النمذجة ضرورية للمناطق عالية الخطورة، حيث يمكن للإخلاء في الوقت المناسب أن يحدث فرقاً كبيراً في النتائج أثناء الأحداث البركانية.

تشمل دراسة البراكين العديد من التخصصات العلمية، بما في ذلك الجيولوجيا والكيمياء والفيزياء وعلوم البيئة. على سبيل المثال، يدرس الجيولوجيون الصخور البركانية لفهم تكوين الأرض وتكوين القشرة، بينما يحلل الكيميائيون الغازات البركانية لدراسة التفاعلات الكيميائية في ظل شروط قاسية.

وعلاوة على ذلك، يمكن للبيانات التي تم الحصول عليها من البراكين تحسين المعرفة بعلم الكواكب. ومن خلال فحص النشاط البركاني على الأرض، يكتسب العلماء رؤى حول البراكين على الأجرام الكوكبية الأخرى، مثل المريخ وقمر المشتري آيو (Io)، وكلاهما يُظهر نشاطاً بركانياً. كما يساعد فهم كيفية سلوك الصهارة في ظل شروط مختلفة على إجراء مقارنات بين الكواكب، مما يُعزّز فهم للنظام الشمسي.

يكمن مستقبل أبحاث البراكين في مشاريع الحفر المتقدمة، وتقنيات المراقبة المُحسّنة، والتعاون بين التخصصات. يستكشف العلماء تقنيات الحفر الأعمق للوصول إلى حجرات الصهارة بشكل مباشر. وفي حين لا يزال الوصول إلى هذه الحجرات يمثل تحدياً تقنياً، إلا أنه قد يوفر بيانات لا مثيل لها حول خصائص الصهارة ومُحفّزات الثوران. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لدمج الذكاء الاصطناعي في أنظمة المراقبة تحليل البيانات الزلزالية والغازية في الوقت الحقيقي، مما يُحسّن دقة توقعات الثوران وسرعتها.

كما يكتسب الحفر في البراكين أهمية متزايدة للطاقة المتجددة. يمكن أن تساعد الطاقة الحرارية الأرضية المخزنة تحت البراكين في الانتقال إلى مصادر طاقة أكثر استدامة. وتُظهر دراسات مثل IDDP إمكانية توفير السوائل البركانية شديدة السخونة للطاقة الحرارية الأرضية الهائلة. ومع تقدم التكنولوجيا، قد تصبح البراكين مساهمة مهمينة في إمدادات الطاقة النظيفة.

صورة من wikimedia

الحفر في البراكين هو أكثر من مجرد تمرين في الفضول العلمي؛ إنه بحث عن إجابات يمكن أن تؤثر على الاستدامة البيئية والسلامة العامة. تُقدّم البراكين لمحة عن باطن الأرض الديناميكي، وتوفّر أدلة حول العمليات الجيولوجية والكيميائية والفيزيائية التي شكّلت هذا الكوكب. ومع تقدم التكنولوجيا، تتقدم أيضاً القدرة على فهم قوة البراكين وتسخيرها. ومن خلال الكشف عن أسرارها، يأمل العلماء في التخفيف من مخاطر الانفجارات، والاستفادة من مصادر الطاقة النظيفة، وتوسيع المعرفة عبر مختلف التخصصات العلمية. وبالتالي فإن دراسة البراكين تمثل جسراً بين فهم ماضي كوكب الأرض، وتأمين مستقبل أكثر أماناً واستدامة.