يمكن لبركان ثائر أن يولّد صواعق برق أكثر في ساعة واحدة مما تنتجه عاصفة رعدية عادية طوال عمرها بأكمله، وقد يفعل ذلك من سحابة لا تحتوي على أي قطرات ماء إطلاقاً. هذه الحقيقة وحدها تكسر النموذج الذهني الذي يحمله معظم الناس عن عمل البرق، لأن برق العواصف الرعدية مرتبط ارتباطاً وثيقاً بسحب المطر لدرجة أن سحابة مليئة بالبرق مكونة من رماد وشظايا صخور وغازات بركانية تبدو متناقضة تقريباً.
يطلق علماء البراكين على هذه الظاهرة اسم العاصفة الرعدية القذرة، وهو اسم يلتقط دراميته البصرية وحقيقة أنه يعمل بآلية شحن مختلفة تماماً عن اصطدامات بلورات الجليد المسؤولة عن برق الطقس العادي.
فهم كيف يصبح عمود من الرماد والغاز فائق الحرارة مشحوناً كهربائياً بما يكفي لإنتاج صواعق برق مرئية، أحياناً خلال ثوانٍ من بدء الثوران، يعني النظر عن كثب فيما يصطدم فعلياً داخل تلك السحابة المضطربة ولماذا تتضح براعة المادة البركانية بشكل غير عادي في توليد الكهرباء الساكنة.
كما يفسر ذلك سبب بدء العلماء باستخدام اكتشاف البرق نفسه كأداة إنذار مبكر مفيدة فعلياً لتتبع الثورات الجارية، أحياناً حتى عندما يكون البركان نفسه مخفياً بفعل الظلام أو رماده الخاص.
وقد تحوّلت هذه الظاهرة، التي وثّقها شهود العيان لقرون باعتبارها مشهداً مخيفاً ومربكاً، إلى واحدة من أكثر أدوات الرصد البركاني الحديثة إثارة للاهتمام، تجمع بين الجمال البصري الخالص والفائدة العلمية العملية في آن واحد.
لماذا تُسمى هذه الظاهرة عاصفة رعدية قذرة
يتشكل برق العواصف الرعدية العادي عبر اصطدامات بين بلورات الجليد وكريات شبيهة بالبرد الناعم تُسمى الثلج الحبيبي داخل سحابة ركامية شاهقة، وهي عملية تفصل الشحنة الكهربائية بينما يحتك نوعا جزيئات الجليد ببعضهما البعض في ارتفاعات ودرجات حرارة مختلفة داخل العاصفة.
يحقق البرق البركاني نتيجة نهائية مشابهة إلى حد كبير، سحابة عالية الشحنة تُفرغ في النهاية كبرق مرئي، لكنه يبدأ من مجموعة مكونات مختلفة تماماً: جزيئات رماد وشظايا صخور وغازات بركانية تُقذف بعنف من الثوران، لا شيء منها يشبه بلورات الجليد التي تدفع عاصفة رعدية عادية.
يعكس اللقب عاصفة رعدية قذرة هذا التناقض بالضبط، مقراً بأن المشهد المرئي يبدو مشابهاً بشكل ملحوظ للبرق العادي بينما العملية الفيزيائية الفعلية المولّدة للشحنة مبنية من حطام بركاني صلب بدلاً من الماء المتجمد المسؤول عن برق الطقس.
كيف تبني جزيئات الرماد المتصادمة شحنة فعلياً
بينما يثور البركان، تُقذف كميات هائلة من جزيئات الرماد، تتراوح من غبار ناعم إلى شظايا صخرية أكبر، بعنف إلى الأعلى والخارج بسرعة عالية، متصادمة مع بعضها البعض باستمرار داخل العمود الكثيف المضطرب في عملية يسميها العلماء الانبعاث الكسري والشحن الاحتكاكي.
تنزع هذه الاصطدامات المستمرة عالية الطاقة إلكترونات من بعض الجزيئات وتودعها على أخرى، وهي ظاهرة مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بنفس تأثير الكهرباء الساكنة الذي يتراكم عند فرك بالون بشعرك، إلا أنها تحدث على نطاق هائل وباصطدامات أعنف وأسرع بكثير مما يمكن لصدمة كهربائية ساكنة منزلية أن تنتجه.
ولأن جزيئات الرماد الأصغر والأخف تميل لاكتساب شحنة سالبة بينما تميل الشظايا الأكبر والأثقل لاكتساب شحنة موجبة، ولأن هذه الجزيئات المختلفة الحجم تنفصل طبيعياً داخل العمود بينما ترتفع وتسقط بمعدلات مختلفة، تطوّر سحابة الرماد مناطق مشحونة متمايزة تشبه إلى حد كبير بنية الشحنة الطبقية داخل سحابة عاصفة رعدية عادية.
لماذا قد يبدأ الشحن خلال ثوانٍ من الثوران
خلافاً لعاصفة رعدية عادية، التي تحتاج عادة إلى عشرات الدقائق من اصطدامات بلورات الجليد المتراكمة داخل سحابة نامية قبل إنتاج أول صاعقة برق، رُصدت بعض الثورات البركانية وهي تُنتج برقاً خلال ثوانٍ فقط من انفجار عمود الثوران أولاً من الفوهة.
يحدث هذا الشحن شبه الفوري لأن عمود الثوران الأولي غالباً ما يحتوي على مزيج كثيف وعالي السرعة بشكل خاص من الصخور المفتتة حديثاً والغاز، موفراً ظروفاً مثالية لاصطدامات جزيئية سريعة جداً وعالية الطاقة منذ اللحظات الأولى، بدلاً من الحاجة إلى التراكم التدريجي الذي تحتاجه عاصفة رعدية يقودها الطقس.
يدرس الباحثون هذا البرق القريب من الفوهة تحديداً، يُسمى أحياناً تفريغات الفوهة، لأن ظهوره شبه الفوري يجعله إشارة قيّمة محتملة لاكتشاف اللحظة الدقيقة التي يصبح فيها الثوران انفجارياً، حتى في المواقف التي لم تسجل فيها أجهزة رصد أخرى الحدث بوضوح بعد.
الدور الذي لا يزال الجليد يلعبه أعلى العمود
بينما يولّد الجزء الأدنى من العمود البركاني، الأقرب إلى الفوهة، الشحنة بالكامل تقريباً عبر اصطدامات جزيئات الرماد، فإن عمود ثوران قوياً بما يكفي ليرتفع كيلومترات عديدة في الغلاف الجوي يصل في النهاية إلى ارتفاعات باردة بما يكفي لتجميد بخار الماء الجوي على جزيئات الرماد الصاعدة، مكوّناً جليداً.
عند هذه الارتفاعات الأعلى، يمكن لنفس عملية اصطدام بلورات الجليد والثلج الحبيبي المسؤولة عن برق العواصف الرعدية العادي أن تبدأ بالعمل جنباً إلى جنب مع الشحن القائم على الرماد الحادث أسفل منها، مما يعني أن عموداً بركانياً كبيراً واحداً يمكن أن يشغّل فعلياً آليتين مختلفتين لتوليد البرق في آن واحد على ارتفاعات مختلفة.
هذه البنية الطبقية، شحن قائم على الرماد قرب الفوهة وشحن قائم على الجليد أعلى، جزء من سبب ميل أكبر الثورات وأكثرها انفجاراً لإنتاج أكثر عروض البرق غزارة وإثارة بصرياً، لأنها طويلة بما يكفي للجمع بين كلتا آليتي الشحن بدلاً من الاعتماد على واحدة فقط.
لماذا لا تنتج بعض الثورات أي برق تقريباً
لا يولّد كل ثوران بركاني برقاً معتبراً، ووجد الباحثون أن أسلوب الثوران مهم بشكل كبير: تميل الثورات الشديدة الانفجارية التي تفتت كميات كبيرة من الصخور والغاز بعنف وسرعة عالية لإنتاج برق وفير، بينما تولّد الثورات الأبطأ والانبثاقية التي تطلق أساساً حمماً متدفقة بتفتيت انفجاري ضئيل نسبياً نشاطاً شحنياً ضئيلاً جداً وبرقاً قليلاً أو معدوماً بالمقابل.
يؤثر محتوى الماء وتركيب الصهارة الثائرة أيضاً على إنتاج البرق، لأن الصهارة ذات المحتوى الأعلى من الغاز والماء تميل للتفتت بعنف أكبر عند وصولها إلى السطح، منتجة جزيئات رماد ناعمة ووفيرة تدفع أقوى شحن احتكاكي.
هذا الارتباط بين عنف الثوران وتكرار البرق هو تحديداً سبب معاملة علماء البراكين بشكل متزايد لزيادة مفاجئة ودرامية في نشاط البرق عند بركان مراقَب كإشارة ذات معنى بأن الثوران يشتد أو يصبح أكثر انفجاراً في الوقت الفعلي.
لاحظ فريق من الباحثين هذا التباين بوضوح شديد عند مقارنة ثورات متعددة لنفس البركان على مدى سنوات، حيث ارتبطت المراحل الأشد عنفاً باستمرار بأعلى معدلات اكتشاف البرق المسجلة، بينما ارتبطت مراحل التدفق الهادئ الأطول بغياب شبه تام لأي نشاط كهربائي ملحوظ.
كيف يكتشف العلماء البرق البركاني فعلياً من مسافة بعيدة
يُصدر البرق البركاني، كالبرق الجوي العادي، موجات راديوية عبر نطاق واسع من الترددات أثناء تفريغه، وتستطيع شبكات مستشعرات أرضية متخصصة مصممة لاكتشاف هذه البصمات الراديوية تحديد موقع وتوقيت صواعق برق فردية بدقة كبيرة، حتى من مسافة مئات الكيلومترات.
يُعد هذا الاكتشاف المعتمد على الراديو قيّماً بشكل خاص خلال الثورات الليلية أو عندما تحجب سحابة رماد البركان نفسها المراقبة المرئية أو بالأقمار الصناعية المباشرة لعمود الثوران نفسه، لأن البصمة الراديوية للبرق يمكنها المرور عبر ظروف قد تحجب تماماً رؤية الكاميرا.
بدأت بعض وكالات الرصد بدمج شبكات اكتشاف البرق هذه مباشرة في أنظمة استشارة الرماد البركاني الرسمية المستخدمة من قبل صناعة الطيران، لأن سحابة رماد موثقة منتجة للبرق دليل مستقل قوي بحد ذاته على ثوران انفجاري جارٍ قادر على تهديد الطائرات، مفيد حتى عندما تكون صور الأقمار الصناعية متأخرة أو محجوبة.
لماذا يهم البرق البركاني كثيراً لسلامة الطيران
يشكل الرماد البركاني خطراً شديداً على محركات الطائرات، قادراً على التسبب في فشل كارثي للمحرك إذا طارت طائرة عن غير قصد عبر سحابة رماد كثيفة، مما يجعل الاكتشاف السريع والموثوق لموقع ثوران جارٍ وشدته مصدر قلق جدي فعلياً لسلامة الطيران بدلاً من مجرد فضول علمي.
ولأن اكتشاف البرق البركاني يمكنه أحياناً تحديد بداية ثوران وشدته أسرع من صور الأقمار الصناعية، التي تعتمد على ضوء النهار ومسارات رؤية واضحة وتوقيت مرور القمر الصناعي، أصبحت بيانات البرق أداة تكميلية قيّمة لمراكز استشارة الرماد البركاني المسؤولة عن تحذير شركات الطيران لتغيير مساراتها بعيداً عن أعمدة الرماد الخطيرة.
دفع هذا التطبيق في سلامة الطيران استثماراً ملموساً في توسيع تغطية اكتشاف البرق الأرضية حول بعض أكثر البراكين نشاطاً وذات الصلة بالطيران في العالم، محوّلاً ما بدأ كظاهرة طبيعية مذهلة إلى أداة رصد عملية فعلياً.
كيف يبدو البرق نفسه عن قرب
غالباً ما تُظهر الصور ومقاطع الفيديو للبرق البركاني صواعق متفرعة وحادة تقوس عبر عمود رماد مظلم ومضطرب، مشابهة بصرياً للبرق العادي بين السحب أو بين السحابة والأرض لكنها تظهر غالباً بكثافة وتكرار أكبر بكثير ضمن حجم أصغر وأكثر تركيزاً من السحابة.
وثّق المراقبون أيضاً ظواهر كهربائية أصغر حجماً حول البراكين الثائرة تتجاوز الصواعق الكبيرة الدرامية، بما فيها توهج خافت ومستمر حول حواف الصخور الحادة وصواري الأجهزة يُسمى التفريغ الهالي، ناتج عن الهواء المحيط شديد الشحن بدلاً من صاعقة برق مرئية متمايزة.
جعل التأثير البصري الإجمالي، عمود رماد مضطرب مضاء بشكل متقطع من الداخل بتفريغات كهربائية متفرعة، البرق البركاني واحداً من أكثر الظواهر الطبيعية تصويراً ومشاركة على نطاق واسع في علم البراكين، إذ ظهر في توثيق مكثف للثورات الكبرى على مدى العقود القليلة الماضية.
كيف يدرس الباحثون ظاهرة خطيرة فعلياً على الاقتراب منها
دراسة البرق البركاني عن قرب مباشرة خطيرة بوضوح، لأن عمود ثوران نشط يجمع بين خطر البرق وسقوط الصخور والغازات السامة والحرارة الشديدة، لذا يعتمد الباحثون بشكل كبير على أدوات استشعار عن بعد، شبكات اكتشاف راديوية أرضية، وصور أقمار صناعية، ومعدات كاميرا وصوت بعيدة المدى بدلاً من القرب الفعلي المباشر.
استخدمت بعض فرق البحث أيضاً تجارب مخبرية تحاكي اصطدامات الرماد البركاني تحت ظروف مضبوطة، بهز وتصادم عينات رماد بركاني داخل حجرات مغلقة لقياس مقدار الشحنة الكهربائية التي تولّدها فعلياً تركيبات وأحجام جزيئات رماد مختلفة، معزلين الفيزياء عن فوضى ثوران حقيقي.
سمح هذا المزيج من الملاحظة الميدانية عن بعد والتجريب المخبري المضبوط لعلماء البراكين ببناء نموذج فيزيائي مفصل نسبياً للبرق البركاني رغم عدم قدرتهم أبداً على وضع أجهزة بأمان مباشرة داخل الجزء الأكثر نشاطاً كهربائياً من عمود الثوران نفسه.
لماذا وُثِّق البرق البركاني قبل وقت طويل من فهمه
تُظهر الروايات التاريخية والأعمال الفنية المصوّرة لثورات درامية، بما فيها تصويرات معروفة لثورات كبرى من القرن التاسع عشر، برقاً داخل أعمدة الثوران سجله المراقبون بوضوح قبل وقت طويل من امتلاك العلماء أي تفسير فيزيائي حقيقي لكيفية قدرة الرماد وحده، دون مطر أو جليد، على إنتاج صواعق برق مرئية.
طوال معظم القرن العشرين، ظل البرق البركاني ظاهرة مذهلة لكن غير مدروسة علمياً بشكل كافٍ تحديداً لأن قياس الخصائص الكهربائية لعمود رماد نشط مباشرة كان أصعب وأخطر بكثير من دراسة عاصفة رعدية عادية يسهل الوصول إليها باستخدام أدوات أرصاد جوية راسخة.
تقنية الاستشعار عن بعد الحديثة، وتحديداً شبكات اكتشاف البرق القائمة على الراديو المطوّرة أصلاً لتتبع برق الطقس العادي، هي ما سمح أخيراً للعلماء في العقود الأخيرة بدراسة البرق البركاني بشكل منهجي وفي الوقت الفعلي، محوّلاً إياه من فضول تاريخي درامي إلى مجال بحث نشط وقابل للقياس.
وقد أعاد هذا التحول أيضاً تفسير كثير من الروايات التاريخية القديمة عن البراكين، إذ أدرك المؤرخون العلميون أن أوصاف شهود العيان القدامى للبرق داخل أعمدة الرماد لم تكن مبالغات أدبية كما افترض البعض سابقاً، بل ملاحظات دقيقة لظاهرة فيزيائية حقيقية لم يكن هناك إطار علمي كافٍ لتفسيرها في حينها.
لماذا يغيّر تركيب الرماد كمية البرق التي يولّدها بركان
تثور براكين مختلفة بصهارة ذات تركيبات كيميائية مختلفة، ويؤثر هذا التركيب مباشرة على كيفية تفتت الرماد الناتج، ومدى نعومة الجزيئات، ومدى كفاءة تلك الجزيئات في توليد شحنة عبر الاصطدام، مما يعني أن ثورات متشابهة الحجم من براكين مختلفة يمكن أن تنتج كميات مختلفة بشكل ملحوظ من البرق.
تميل الصهارة الغنية بالسيليكا لأن تكون أكثر لزوجة وعرضة لانفجارات عنيفة شديدة التفتيت تنتج رماداً ناعماً وفيراً مثالياً للشحن الاحتكاكي، بينما تميل الصهارة الأقل لزوجة والأقل سيليكا للثوران بشكل أهدأ بجزيئات رماد أكبر وأقل عدداً تولّد شحنة أقل نسبياً عبر الاصطدام.
هذا التباين المعتمد على التركيب أحد أسباب عدم استطاعة علماء البراكين ببساطة استخدام حجم الثوران وحده للتنبؤ بمقدار البرق الذي سينتجه ثوران معين، ولماذا تُعامَل مراقبة البرق كمصدر بيانات مكمّل بدلاً من مقياس مستقل لحجم الثوران.
ما الذي يكشفه البرق البركاني عن عمود الثوران نفسه
ولأن شدة البرق البركاني وارتفاعه وتكراره ترتبط بمدى قوة تفتيت عمود الثوران للصخور ومزجه المضطرب، فإن تتبع خصائص البرق هذه على مدار الثوران يمنح العلماء رؤية غير مباشرة لكنها مفيدة فعلياً حول كيفية تغيّر شدة الثوران دقيقة بدقيقة.
غالباً ما تشير زيادة مفاجئة في تكرار البرق أثناء ثوران جارٍ إلى أن عمود الثوران أصبح أكثر انفجاراً أو أن مرحلة جديدة أكثر عنفاً قد بدأت، وهي معلومة يمكن أن تصل أسرع عبر اكتشاف البرق من بعض طرق الرصد الأخرى، خصوصاً ليلاً أو عندما تكون تغطية الأقمار الصناعية محدودة.
وعلى العكس، يمكن لانخفاض ملحوظ في نشاط البرق أن يشير إلى انتقال الثوران نحو مرحلة أهدأ وأقل انفجاراً، مانحاً علماء البراكين نافذة مفيدة فعلياً، وإن كانت غير مباشرة، في الوقت الفعلي على العنف الداخلي لعملية يستحيل تقريباً ملاحظتها أو قياسها مباشرة من مسافة آمنة بخلاف ذلك.
ماذا يحدث للشحنة بمجرد استقرار الرماد
بمجرد أن يستقر عمود الرماد ويتشتت بعيداً عن البركان أو يسقط على الأرض، تتبدد الشحنة الكهربائية التي حملها بسرعة نسبياً، إذ تفقد الجزيئات المستقرة تلامسها المستمر مع بعضها البعض الذي كان يولّد الاصطدامات المسؤولة عن الشحن في المقام الأول.
هذا يعني أن معظم البرق البركاني يبقى ظاهرة مرتبطة زمنياً بالمرحلة النشطة من الثوران نفسه، بدلاً من استمراره لساعات بعد توقف الانفجار، وهو نمط زمني لاحظه الباحثون بوضوح عبر مقارنة سجلات اكتشاف البرق مع توقيت بدء وانتهاء نبضات الثوران المختلفة عند نفس البركان.
يوفر هذا الارتباط الزمني الوثيق بين النشاط الانفجاري والبرق أداة تشخيصية إضافية للعلماء: توقف مفاجئ في اكتشاف البرق يمكن أن يشير بشكل موثوق نسبياً إلى أن المرحلة الانفجارية الأكثر عنفاً من الثوران قد انتهت فعلياً، حتى قبل أن تؤكد أدوات رصد أخرى ذلك التحول.
المصادر
- ويكيبيديا — نظرة عامة على تشكل البرق البركاني واكتشافه وثورات بارزة
- هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية — خلفية علمية عن ديناميكية الثوران البركاني وسلوك عمود الرماد
- الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي الأمريكية — خلفية عن شبكات اكتشاف البرق والكهرباء الجوية
- مجلة سميثسونيان — تقارير علمية عن أبحاث البرق البركاني ورصد الرماد لسلامة الطيران
الأسئلة الشائعة
هل يحتاج البرق البركاني إلى مطر أو جليد ليتشكل؟
لا، خلافاً لبرق العواصف الرعدية العادي، يتشكل البرق البركاني قرب الفوهة عبر اصطدامات بين جزيئات الرماد وشظايا الصخور، رغم أن الجليد يمكنه أيضاً المساهمة في الشحن أعلى في أعمدة الثوران الطويلة جداً التي تصل إلى ارتفاعات التجمد.
لماذا يُسمى البرق البركاني عاصفة رعدية قذرة؟
يعكس اللقب أن البرق المرئي يبدو مشابهاً للبرق العادي في العواصف الرعدية، لكن الشحنة تُولَّد بواسطة تصادم رماد بركاني وحطام صخري صلب بدلاً من بلورات الجليد، ومن هنا عاصفة رعدية مكونة من تراب لا من ماء.
هل يمكن أن يظهر البرق خلال ثوانٍ من بدء ثوران بركاني؟
نعم، أنتجت بعض الثورات برقاً خلال ثوانٍ من انفجار عمود الثوران من الفوهة، لأن المزيج الكثيف وعالي السرعة من الرماد والغاز الطازجين يوفر ظروفاً مثالية لتراكم شحنة سريع جداً منذ اللحظات الأولى للانفجار.
كيف يكتشف العلماء البرق البركاني من مسافة بعيدة؟
تكتشف شبكات مستشعرات راديوية أرضية موجات الراديو المنبعثة عند تفريغ البرق البركاني، مما يسمح للعلماء بتحديد موقع وتوقيت صواعق فردية بدقة حتى ليلاً أو عندما تحجب سحابة الرماد المراقبة المرئية أو بالأقمار الصناعية المباشرة تماماً.
لماذا يهم البرق البركاني لسلامة شركات الطيران؟
يمكن للرماد البركاني أن يسبب ضرراً شديداً أو كارثياً لمحركات الطائرات، لذا فإن اكتشاف البرق داخل عمود رماد يمنح مراكز سلامة الطيران وسيلة سريعة ومستقلة لتأكيد ثوران نشط وتحذير شركات الطيران لتغيير مسارها بعيداً عنه.
هل تنتج كل الثورات البركانية برقاً؟
لا، تميل الثورات شديدة الانفجارية التي تفتت الصخور بعنف إلى رماد ناعم جداً لإنتاج برق وفير، بينما تولّد الثورات الأبطأ والانبثاقية التي تطلق أساساً حمماً متدفقة نشاطاً شحنياً ضئيلاً جداً وغالباً لا تنتج أي برق على الإطلاق.
هل يستمر البرق البركاني بعد توقف الثوران؟
نادراً، لأن الشحنة الكهربائية تتبدد بسرعة نسبياً بمجرد استقرار جزيئات الرماد وفقدانها التلامس المستمر ببعضها البعض، لذا يبقى معظم البرق البركاني مرتبطاً زمنياً بالمرحلة النشطة من الثوران نفسه فقط، وغالباً ما يتوقف تماماً خلال دقائق من هدوء النشاط الانفجاري.
عن الكاتب
نعتمد على ويكيبيديا ومصادر موثوقة أخرى لشرح خلفية هذا الموضوع والفهم الحالي المتعلق به.
أعجبك المقال؟
شاركه على واتساب → شاركه على واتساب
احصل على المزيد في بريدك — اشترك في نشرتنا البريدية الأسبوعية لقصص مدهشة من مصر والسعودية ودبي والعالم.