يعد النشاط الحراري في البراكين أحد الظواهر الطبيعية الأكثر إثارة وإثارة للاهتمام على كوكبنا. من الينابيع الساخنة المتدفقة إلى السخانات التي تطلق أعمدة من الماء والبخار إلى السماء، توفر لنا هذه العمليات نافذة على الطاقة الداخلية للأرض، وهي انعكاس مرئي للحرارة الشديدة تحت الأرض والتي تتدفق تحت أقدامنا.
عندما نتحدث عن مصطلحات مثل الينابيع الساخنة، والسخانات، والعمليات الجيولوجية البركانية، فإننا نشير إلى مجموعة من المظاهر السطحية التي، بالإضافة إلى جمالها الأخّاذ، لها قيمة علمية وتعليمية وطاقية هائلة. ستكتشفون في هذه المقالة كيفية تشكلها، وأسرار عملها، وأهميتها البيئية، وكيف استغلها البشر، بالإضافة إلى المخاطر المرتبطة باستخدامها أو زيارتها.
النقاط الساخنة: لماذا تحدث الأحداث الحرارية؟
مصدر النشاط الحراري البركاني يكمن في الأرض، حيث تنتج الطاقة الحرارية الأرضية من تحلل العناصر المشعة والحرارة المتبقية من تكوين الكوكب. تنتقل هذه الطاقة إلى السطح عبر عمليتي التوصيل والحمل الحراري عبر طبقات الصخور. مع ذلك، لا تتشابه الخصائص الحرارية في جميع مناطق العالم. وتكثر هذه المظاهر بشكل خاص في المناطق التي تكون فيها قشرة الأرض متصدعة أو قريبة من الصهارة، أي في المناطق التي شهدت نشاطاً بركانياً حديثاً، وحدود الصفائح التكتونية، والبقع الساخنة.
يكشف سطح الأرض عن الحرارة الجوفية من خلال تعبيرات مختلفة: السخانات المائية، والينابيع الساخنة، والفتحات البركانية، وحمامات الطين، والأرضيات المتبخرة. يشترك جميعها في وجود مصدر حرارة داخلي، وهو الماء، وشبكة من الشقوق المنفذة التي تسمح للسوائل الساخنة أو الأبخرة بالارتفاع. ومن الأمثلة النموذجية لهذه المناطق متنزه يلوستون الوطني (الولايات المتحدة)، ومتنزه إل تاتيو (تشيلي)، وأيسلندا، ونيوزيلندا، ومنطقة المحيط الهادئ المعروفة باسم حلقة النار.
الينابيع الساخنة: المظهر الأكثر انتشارًا
تمثل الينابيع الساخنة، المعروفة أيضًا باسم الينابيع الحرارية، المظهر الحراري الأكثر شيوعًا في جميع أنحاء العالم. وهذه هي النقاط التي ترتفع فيها المياه الجوفية، بعد تسخينها على عمق عدة كيلومترات (إما عن طريق الاتصال بالماغما، أو الصخور النارية الساخنة، أو التدرج الحراري الأرضي الطبيعي)، وتظهر على السطح، وتفرغ في درجات حرارة أعلى من المتوسط المحلي.
ينص التعريف الحديث للينابيع الساخنة على أن درجة حرارتها يجب أن تكون أعلى بخمس درجات مئوية على الأقل من متوسط درجة الحرارة السنوية للموقع. ومع ذلك، يمكن أن تختلف درجة الحرارة بشكل كبير: من خفيفة إلى حارقة، وقد تتجاوز 90 درجة مئوية في بعض الحالات القصوى.بالإضافة إلى ذلك، تختلف التركيبات الكيميائية أيضًا: فهناك ينابيع حمضية أو قلوية أو محايدة، اعتمادًا على درجة حموضة الماء، ويمكن تصنيفها وفقًا للمركبات السائدة (البيكربونات، والكبريتات، والكلوريدات، وما إلى ذلك).
الميزة الرائعة للينابيع الساخنة هي مجموعة واسعة من المعادن المذابة التي تحملها. تترسب هذه المعادن في المنطقة المحيطة، وتشكل مصاطب من السيليكا والكربونات وغيرها من التكوينات المذهلة، مثل ينابيع جراند بريزماتيك الشهيرة في يلوستون أو المنتجعات الطبيعية في باموكالي في تركيا.
ولعبت الينابيع الساخنة أيضًا دورًا بارزًا في الثقافة والصحة البشرية. وقد تم استخدام مياهها الغنية بالمعادن منذ العصور القديمة في الحمامات العلاجية والعلاجية، وحتى يومنا هذا فهي عامل الجذب الرئيسي للعديد من المنتجعات الصحية والمراكز السياحية في جميع أنحاء العالم.
السخانات: مشهد جيولوجي في الثوران
من بين جميع المظاهر الحرارية، تحتل السخانات المائية مكانة مميزة بفضل طبيعتها المذهلة. السخان هو ينبوع ساخن خاص قادر على إطلاق نفثات من الماء الساخن والبخار بشكل دوري إلى ارتفاعات شاهقة. ومع ذلك، فإن وجوده نادر حقًا: إذ لا يُعرف عنه سوى أقل من ألف نبع ماء ساخن في العالم، وتشترك جميعها في مجموعة من الظروف الجيولوجية والهيدروجيولوجية المحددة للغاية.
كيف تعمل السخانات؟ ويكمن المفتاح في مزيج دقيق من الحرارة الجوفية، والمياه الوفيرة، وشبكة من القنوات الضيقة والمعقدة تحت الأرض. تتسرب المياه من السطح وتنزل إلى مناطق ساخنة حيث يتم حبسها في تجاويف تحت الضغط ويتم تسخينها عن طريق ملامستها للماغما أو الصخور الساخنة. عندما تتجاوز درجة الحرارة نقطة الغليان تحت ظروف الضغط العالي، يتحول جزء من الماء فجأة إلى بخار، مما يدفع الباقي إلى السطح في ثوران عنيف يمكن أن يصل ارتفاعه إلى عشرات الأمتار.
الدورة البركانية دورية: بعد كل ثوران، يجب أن يمتلئ السخان بالماء، ويتزايد الضغط والحرارة حتى الانفجار التالي. يمكن تكرار هذه العملية كل بضع دقائق أو ساعات أو حتى أيام، حسب نوع السخان.
أنواع السخانات
- السخانات المخروطية: إنها تطلق نفثات من الماء والبخار بشكل متكرر نسبيًا وتشكل كومة مخروطية من الرواسب المعدنية، وخاصة السيليكا، حول فمها.
- نافورة المياه الساخنة: إنها تظهر ثورات أكثر انفجارًا وأقل انتظامًا، حيث تنفجر في برك المياه المحيطة بدلاً من الانفجار من خلال مخروط.
وتشمل الأمثلة الشهيرة متنزه أولد فيثفول في يلوستون، الذي يشتهر بانتظامه، وبحيرة ستيمبوت (الأطول في العالم بارتفاع 91 متراً)، وحقل السخانات إل تاتيو في تشيلي. وتشمل البلدان الأخرى التي تحتوي على السخانات المائية الكبيرة أيسلندا وروسيا ونيوزيلندا واليابان.
السخانات خارج الأرض: من المثير للدهشة أن ينابيع المياه الحارة الفضائية رُصدت أيضًا على أقمار مثل تريتون (نبتون) وإنسيلادوس (زحل). في هذه الحالات، لا تطرد هذه الينابيع الماء السائل، بل النيتروجين أو بخار الماء عبر البراكين الجليدية، مدفوعةً بآليات أخرى غير الحرارة البركانية، ولكنها مثيرة للاهتمام بنفس القدر.
الفومارولات والسولفاتارا والمظاهر الغازية الأخرى
بالإضافة إلى الماء والبخار، تظهر المناطق البركانية تسربات مباشرة للغازات من خلال الفتحات البركانية. وتشمل هذه الطفرات البخارية والغازية ليس فقط بخار الماء، بل أيضًا ثاني أكسيد الكبريت وكبريتيد الهيدروجين (H2O).2س)، CO2 والمركبات المتطايرة الأخرى. إن أكسدة كبريتيد الهيدروجين هي المسؤولة عن الألوان المكثفة ورواسب الكبريت الصفراء التي تحيط بالعديد من الفتحات البركانية، مثل تلك الموجودة في أيسلندا أو في حقول السولفاتارا الإيطالية.
في بعض الأحيان، إذا كانت أحماض البوريك وكبريتيد الهيدروجين هي السائدة، فقد يتم إعطاء الفتحات البخارية أسماء محددة وهي sofioni وsolfataras على التوالي. يؤدي النشاط الكيميائي المكثف للفتحات البركانية إلى تعديل البيئة الصخرية، مما يؤدي إلى توليد مناظر طبيعية سريالية وتغيير التركيب المعدني للسطح.
برك الطين والأرضيات المتبخرة: طين الطاقة
تشكل برك الطين والأرضيات المتبخرة تعبيرات رائعة عن النشاط الحراري المائي. عندما تكون المياه الحرارية نادرة، ولكن البخار الساخن تحت الأرض وفير، يرتفع هذا البخار، مما يؤدي إلى إذابة الصخور المحيطة وتحويلها إلى طين وسيليكا. يتم خلط الماء والمعادن الدقيقة لتشكيل حمأة عالية أو منخفضة اللزوجة، ويعتمد قوامها ولونها على محتوى الماء والكبريت وأكسيد الحديد. في بعض الحالات، تؤدي فقاعات الطين إلى ظهور براكين طينية صغيرة.
ومن ناحية أخرى، فإن التربة المتبخرة هي التربة المشبعة بالبخار من الرواسب العميقة. إنها خطيرة بشكل محتمل، إذ قد يكون سطحها هشًا وسهل الانهيار، وقد تتجاوز درجات الحرارة على بُعد بضعة سنتيمترات من الأرض 90 درجة مئوية. لذلك، يتطلب استكشاف هذه المناطق احتياطات صارمة ووجود مرشدين متخصصين في كثير من الأحيان.
العمليات الجيولوجية والظروف اللازمة
لكي يظهر المظهر الحراري السطحي، يجب أن تكون هناك سلسلة من العوامل الجيولوجية الأساسية:
- مصدر الحرارة: عادةً ما تكون عبارة عن صهارة أو صخور نارية ساخنة مرتبطة بنشاط بركاني حديث أو تدرج حراري أرضي شاذ.
- وجود الماء: يتم توفيرها عن طريق ترشيح مياه الأمطار أو الأنهار أو الخزانات الجوفية.
- أنظمة القنوات والشقوق النفاذة: وهي تسمح بتداول المياه وتراكمها في المناطق الساخنة، وكذلك عودتها إلى السطح.
- الضغط المناسب والظروف الهيدروديناميكية: ضروري لحدوث الغليان المفاجئ والانفجار في حالة السخانات المائية.
تشكل طبقات المياه الجوفية المحصورة بين طبقات الصخور غير المنفذة للمياه عنصرا أساسيا في تراكم الضغط الذي يؤدي إلى ثورات السخانات المائية الدورية. إن التغيرات في أي من هذه العوامل، سواء كانت نتيجة لأسباب طبيعية أو بشرية، يمكن أن تؤدي إلى تغيير جذري في السلوك أو حتى إخماد المظاهر الحرارية.
العلاقة بين النشاط البركاني ومصادر الطاقة الحرارية الأرضية
تعتبر المناطق البركانية عرضة بشكل خاص لفتحات الطاقة الحرارية الأرضية والنشاط الحراري بسبب وجود غرف الصهارة الشابة أو المبردة. الحرارة المنبعثة تُسخّن المياه الجوفية، التي ترتفع على شكل بخار أو ماء سائل. وهكذا، بالإضافة إلى توليد الانفجارات والمناظر الطبيعية الجديدة، تعمل النشاطات البركانية الأخيرة على تغذية هذه الأنظمة الحرارية المائية الغنية بالمعادن والطاقة بشكل مستمر.
التوزيع العالمي: أين تجد هذه العجائب؟
توزيع هذه الظواهر ليس موحدًا، إذ تتركز بشكل رئيسي في:
- مناطق الاندساس وحدود الصفائح المدمرة: مثل حلقة النار في المحيط الهادئ، وجبال الأنديز، واليابان، وغرب أمريكا الشمالية، وما إلى ذلك.
- النقاط الساخنة والتلال الوسطى للمحيط: وتقدم أيسلندا وهاواي وقاع البحر في خليج كاليفورنيا أمثلة مذهلة.
- الأنظمة القارية الرئيسية: ومن الأمثلة الأكثر شهرة على ذلك متنزه يلوستون في الولايات المتحدة الأمريكية، وحقل الطاقة الحرارية الأرضية إل تاتيو في تشيلي، والسخانات المائية في نيوزيلندا.
في قاع المحيط، يؤدي النشاط الحراري المائي إلى إنشاء مداخن تحت الماء تصل درجة حرارتها إلى أكثر من 300 درجة مئوية، مما يؤدي إلى إنشاء أنظمة بيئية فريدة من نوعها على أعماق كبيرة.
التأثير البيئي والتنوع البيولوجي المرتبط به
تشكل البيئات الحرارية بؤرًا مثيرة للدهشة للتنوع البيولوجي، والتي غالبًا ما تهيمن عليها البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة المتطرفة التي تتكيف مع درجات الحرارة القصوى والتراكيب الكيميائية. تشكل هذه المجتمعات الدعم الأساسي لسلاسل الغذاء المعقدة، سواء على السطح (مثل الحواف الملونة للينابيع) أو في المناطق العميقة من المحيط (ديدان الأنبوب، والرخويات، والأسماك، والبكتيريا التي تستقلب الهيدروكربونات أو المعادن).
إن المركبات المعدنية المترسبة ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة تحدد الحياة، وتحدد من يستطيع البقاء على قيد الحياة ومن لا يستطيع. على سبيل المثال، الألوان الحمراء والبرتقالية والخضراء في ينابيع يلوستون الساخنة هي نتيجة لأصباغ بكتيرية وطحالب متخصصة.
السخانات والينابيع الساخنة كمصدر للطاقة
ومن أهم الاهتمامات الحديثة في النشاط الحراري هو استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لتوليد الكهرباء والتدفئة بشكل مستدام. تستخرج محطات الطاقة الحرارية الأرضية الماء الساخن والبخار من هذه الأنظمة الجوفية لتشغيل التوربينات أو لتوفير الحرارة المباشرة. وقد طورت دول مثل أيسلندا وإيطاليا ونيوزيلندا والمكسيك وتشيلي والولايات المتحدة وكينيا بنية تحتية هامة للطاقة الحرارية الأرضية، وخاصة في المناطق البركانية النشطة.
مزايا الطاقة الحرارية الأرضية البركانية:
- فهو متجدد ولا يعتمد على الطقس.
- فهو يصدر كميات قليلة جدًا من الغازات المسببة للاحتباس الحراري، مما يساعد في مكافحة تغير المناخ.
- ويسمح بتوليد الكهرباء بشكل مستقر ومستمر.
- يقلل من البصمة الكربونية مقارنة بالوقود الأحفوري.
ومع ذلك، فإن الأمر ليس خاليا من المخاطر: الانفجارات البركانية غير المتوقعة، والزلازل المستحثة، وانبعاثات الغازات السامة، أو التغيرات في المناظر الطبيعية.
الفوائد الاجتماعية والثقافية والطبية
بالإضافة إلى قيمتها العلمية، تم استخدام الينابيع الساخنة تاريخيًا لأغراض طبية وترفيهية. تقع العديد من المنتجعات الصحية في أوروبا وآسيا وأمريكا بالقرب من الينابيع الساخنة الطبيعية، مستفيدة من الثروة المعدنية للحمامات العلاجية لعلاج أمراض المفاصل والجلد والعضلات.
إن الجذب السياحي لهذه الأماكن هائل. تستقبل المتنزهات الوطنية مثل يلوستون، والمتنزهات الحرارية الأرضية في أيسلندا، وينابيع المياه الساخنة اليابانية ملايين الزوار سنويًا. وتشكل قيمتها الثقافية والروحية أيضًا جزءًا من الإرث غير المادي للعديد من الشعوب.
المخاطر والمحافظة والتهديدات
يمكن أن تكون المظاهر الحرارية خطيرة بقدر ما هي جميلة. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة والمياه الحمضية والتربة غير المستقرة إلى وقوع حوادث خطيرة أو مميتة. من الضروري اتباع تعليمات السلامة في المتنزهات والبقاء في المسارات المخصصة.
هذه العجائب الطبيعية مهددة بالاستغلال المفرط، وتغير المناخ، والتلوث. قد يؤدي استخراج المياه الجوفية بكميات كبيرة إلى انقراض السخانات المائية (كما حدث في أجزاء من نيوزيلندا أو نيفادا بالولايات المتحدة الأمريكية). كما أن مشاريع الطاقة الكهرومائية الضخمة، وحفر الآبار الحرارية الأرضية، والأنشطة السياحية غير المنضبطة قد تُخل بالتوازن الدقيق الذي يدعم هذه الأنظمة.
ولهذا السبب، منحت العديد من البلدان حماية خاصة لهذه المناطق، وأعلنتها منتزهات وطنية أو محميات علمية. إن المراقبة المستمرة وتنظيم السياحة والإدارة المستدامة أمر ضروري لضمان بقائها على المدى الطويل.
التغيرات والتطور عبر الزمن
النشاط الحراري ليس ثابتًا. يمكن أن تتغير وتيرة ومدة وشدة ثوران السخانات المائية نتيجةً للتغيرات الطبيعية في النظام الهيدروجيولوجي أو للتأثيرات البشرية. بل إنها قد تنقرض وتعاود الظهور بعد عقود من الخمول، وذلك تبعًا لتغيرات إمدادات المياه، أو ضغط المياه الجوفية، أو كمية الحرارة المنصهرة.
وتوفر الدراسة طويلة الأمد لهذه الأنظمة بيانات قيمة عن العمليات الجيولوجية العميقة، والتغيرات المناخية المحلية، وتأثيرات الأحداث الزلزالية أو البركانية على الديناميكيات الحرارية.
الأسئلة الشائعة حول النشاط الحراري في البراكين
ما هو السخان؟ وهو عبارة عن ينبوع ساخن يقوم، بفضل تراكم الضغط والحرارة، بإخراج دفعات من الماء والبخار بشكل دوري من خلال فتحة في السطح.
أين توجد السخانات الأكثر نشاطا؟ تعد حديقة يلوستون موطنًا لأكبر تجمع للأنهار الجليدية في العالم، ولكن أيسلندا وتشيلي وروسيا واليابان ونيوزيلندا تعد أيضًا موطنًا لها.
هل السخانات والينابيع الساخنة خطيرة؟ نعم، قد تُسبب درجات الحرارة المرتفعة، وحموضتها، وتربتها غير المستقرة إصابات خطيرة. من الضروري احترام اللافتات واتباع قواعد السلامة.
كيف يتم تسخير طاقة هذه الظواهر؟ من خلال محطات الطاقة الحرارية الأرضية، التي تستخرج البخار والماء الساخن من طبقات المياه الجوفية العميقة لتوليد الكهرباء والتدفئة المركزية.
هل يمكن أن تنقرض السخانات المائية؟ يمكن أن تختفي هذه المياه بسبب التغيرات الطبيعية في الأنظمة الجوفية أو بسبب النشاط البشري، مثل الإفراط في استغلال طبقات المياه الجوفية أو التغيرات في تدفق المياه.
هل يمكن العثور عليهم على كواكب أخرى؟ نعم، على الرغم من أن هذه الظاهرة مدفوعة بآليات أخرى، فقد تم اكتشاف "السخانات" على الأقمار الجليدية في النظام الشمسي مثل إنسيلادوس وتريتون.
المؤشرات الجيولوجية والهيدروجيولوجية: ما تكشفه السخانات المائية
يكشف وجود السخانات والينابيع الساخنة عن عمليات جيولوجية عميقة ونشطة. وهي تسمح للجيولوجيين بما يلي:
- تحديد مناطق النشاط البركاني أو التكتوني الأخير.
- تحديد مصادر الحرارة التي يمكن استغلالها للحصول على الطاقة الحرارية الأرضية.
- دراسة تغير الصخور وتكوين المعادن الجديدة.
- مراقبة التغيرات البيئية، لأنها حساسة للتغيرات في هطول الأمطار، والحركات الزلزالية، والتغيرات المناخية المحلية.
أمثلة وتفاصيل تقنية وحقائق مثيرة للاهتمام
توجد في جميع أنحاء العالم العديد من النقاط المثيرة للاهتمام المرتبطة بالنشاط الحراري الأرضي:
- يلوستون، الولايات المتحدة الأمريكية: أكثر من 500 نافورة مياه حارة نشطة وآلاف الينابيع الساخنة.
- إل تاتيو، تشيلي: أكبر حقل للسخانات المائية في نصف الكرة الجنوبي، على ارتفاع يزيد عن 4.000 متر.
- دولينا جيزيروف، روسيا: وادي به مائة نافورة مياه حارة في قلب شبه جزيرة كامتشاتكا.
- أيسلندا: منطقة مليئة بالينابيع الساخنة، والسخانات الأسطورية مثل تلك التي أعطت اسمها لجميعها (جيسير)، وشبكة ضخمة من الطاقة الحرارية الأرضية على المستوى الوطني.
- نيوزيلندا (تاوبو/روتوروا): وجهة لا بد من زيارتها لمن يرغب في رؤية حقول البخار والطين المتدفق والنوافير الملونة والانفجارات المنتظمة.
إن تشغيل هذه الأنظمة حساس للغاية لدرجة أن التغييرات الصغيرة في إمدادات المياه أو بنية القنوات قد تتسبب في إغلاق السخان، أو تغيير معدل تدفقه، أو التحول إلى نافورة دافئة بسيطة.
الاستخدام المسؤول ومستقبل النشاط الحراري البركاني
إن الالتزام بالطاقة الحرارية الأرضية كمصدر للطاقة المستدامة يتزايد سنة بعد سنة. ولتحقيق التنمية المتوازنة، لا بد من الجمع بين الاستغلال الاقتصادي للموارد والحفاظ على البيئات الطبيعية والبحث العلمي.
إن التحدي يكمن في ضمان استمرار هذه المناظر الطبيعية الفريدة في العمل دون تغيير وإلهام الأجيال القادمة، وتوفير الصحة والطاقة النظيفة، والرؤية الثاقبة لأعمق العمليات في كوكبنا.
يعد النشاط الحراري في المناطق البركانية مثالاً واضحاً على العلاقة بين العمليات الداخلية للأرض والحياة على السطح. من الينابيع الساخنة إلى السخانات المائية المذهلة واستكشاف الطاقة الحرارية الأرضية، إلى أهميتها البيئية والمخاطر المرتبطة بها، تذكرنا هذه الظواهر بأن كوكبنا حي وأن الاحترام والفضول هما أفضل الأدوات لاستكشافه والعناية به.