مواد خروجی از دهانه‌ی آتشفشان‌ها؛ فعالیت‌های آتشفشانی در ایران

آتشفشان‌ها و فرایندهای آتشفشانی

در سرگذشت زمین، آتشفشان‌ها نقش اساسی بر عهده دارند. آب اقیانوس‌ها، رودها و دریاچه‌ها و بخش بزرگی از هوایی که تنفس می‌کنیم و بخشی خاک‌های سطح زمین در نهایت فوران آتشفشان‌ها به وجود آمده‌اند. بدون آتشفشان نه پوسته‌ی جدید اقیانوسی از طریق گسترش بستر اقیانوس‌ها، به وجود می‌آمد، نه فرورانشی بین دو ورقه تکتونیکی پدیدار می‌شد، نه کوه‌زایی انجام می‌گرفت، نه فرسایشی وجود داشت و نه رسوب‌گذاری.

بدون آتشفشان، زمین تقریبا فاقد ترکیباتی چون سولفیدها، اکسیدها، هالوژن‌ها و هیدروکسید‌های فلزی می‌شد. محیط زیست دریایی و هوا کره که ساخت شیمیایی آن‌ها پایداری حیات را امکان‌پذیر کرده است، آتشفشان به وجود نمی‌آمد.

امروزه مطالعه‌ی آتشفشان‌ها از سه نظر برای ما اهمیت:

۱- استفاده از انرژی حرارتی آن‌ها برای تولید گرما و انرژی الکتریسیته و به دست آوردن مواد شیمیایی با ارزش از گازهای خروجی آن‌ها.

۲- پیشگیری از خطرات اجتماعی و اقتصادی آن.

۳- به دست آوردن اطلاعاتی از ساختمان و ترکیب پوسته و گوشته‌ی فوقانی زمین

مشخصات یک آتشفشان

به طور کلی آتشفشان‌ها، شکاف‌ها یا سوراخ‌هایی در سطح زمین‌اند که مواد آتشفشانی از آن‌ها بیرون می‌ریزد. اگر مواد آتشفشانی تنها از یک مجرای اصلی بیرون بریزند در اطراف مجرای خروج مخروطی به وجود می‌آورند. در قله‌ی مخروط عموم حفره‌ای وجود دارد که به آن دهان می‌گویند (شکل ۱).

شکل ۱- مشخصات یک آتشفشان

قطر دهانه ممکن است از چند متر تا بیشتر از ۱۰۰۰۰ متر باشد. مثلا قطر دهانه مخروط آتشفشان دماوند حدود ۴۰۰ متر است. دهانه معمولاً به وسیله‌ی مجرای که دودکش نامیده می‌شود به منبع مواد مذاب که به آن آشیانه یا اتاق ماگما می گویند، متصل است. در آشیانه‌ی ماگما، مواد مذاب به همراه حباب‌های گاز، قطعه بلورهای در حال رشد و حتی قطعات سنگی کنده شده از کناره‌ی آشیانه وجود دارد. در یک آتشفشان ممکن است چند آشیانه و چند دهانه و دودکش فرعی وجود داشته باشد.

شکل ۲- دریاچه‌ای که در دهانه قدیمی آتشفشان سبلان ایجاد شده است.

مواد خروجی از دهانه‌ی آتشفشان‌ها

موادی که از یک آتشفشان خارج می‌شود به صورت گاز، مایع و جامداند.

گازها: تمام ماگماها مقداری گاز و بخار آب دارند که ممکن است به تنهایی یا همراه با مواد مایع و جامد از آتشفشان خارج شوند. سرعت خروج گاز از ماده مذاب بستگی به میزان گرانروی ماده‌ی روز آب دارند به طوری که گازها از مواد مذاب دارای گرانروی کم با سرعت بیشتری نسبت به مواد مذاب دارای گرانروی زیاد خارج می‌شوند.

در بعضی از آتشفشان ها که گرانروی ماده‌ی مذاب آن زیاد است، فشار حاصل تراکم گاز ها، می‌تواند سبب انفجار شود و قسمتی از مخروط آتشفشان را از جا بکند و مواد جامد مخلوط را به همراه مواد مذاب تا چندین کیلومتر به هوا پرتاب کند (مانند مخلوط کوه وزوو).

ترکیب شیمیایی گازهای خروجی در همه‌ی آتشفشان‌ها یکسان نیست و بسیار متفاوت است حتی گازهای خارج شده در مراحل مختلف یک آتشفشان هم با هم متفاوت‌اند. به طور کلی قسمت اعظم گازهای آتشفشانی را بخار آب تشکیل می‌دهد و پس از آن گازهای دی اکسید کربن، گازهای گوگردی و گازهای نیتروژن دار اهمیت بیشتری دارند. در درجه‌ی بعدی می‌توان از گازهای کلردار، گاز هیدروژن و گاز مونواکسید کربن نام برد.

خروج گاز پس از فعالیت یک آتشفشان ممکن است سال‌ها یا حتی قرن‌ها همچنان ادامه یابد. این مرحله از آتشفشان را مرحله‌ی فومرولی گویند، که دماوند در چنین وضعیتی قرار دارد و از دهانه آن بخار آب و گاز گوگرد خارج می‌شود.

مواد مایع: به ماده‌ی مذابی که از دهانه‌ خارج می‌شود و به سطح زمین می‌رسد گدازه گویند. گدازه‌ها بسته به نوع سنگی که ذوب می شود و درجه‌ی حرارتی که ذوب در آن صورت می‌گیرد ترکیب شیمیایی متفاوتی دارند و دخالت مواد فرّار به ویژه آب، سبب می‌شود که ماگماهایی متفاوت حاصل شود که خروج آن‌ها به همراه از دست دادن گازها، گدازه‌های مختلف را به وجود آورند. در حالت کلی، گدازه‌ها را به انواع اسیدی، بازی و حد واسط تقسیم می کنند. گدازه‌هایی که مقدار فراوانی SiO2 دارند اسیدی خوانده می‌شوند و با کم شدن مقدار SiO2 به ترتیب حد واسط و بازی نام می‌گیرند.

مقدار SiO2 تا حد زیادی تعیین کننده‌ی گرانروی گدازه‌ی خارج شده از دهانه آتشفشان است. گازهای اسیدی نسبت به گدازه‌های حد بازد و بازی مقدار بیشتری سیلیسیم و اکسیژن دارند. (شکل ۶) در نتیجه، در این گدازه‌ها، پیوندهای موقت بیشتری بین یون‌ها ایجاد می‌شود که موجب کاهش تحرک یونی در گودال و گرانروی بیشتر گدازه‌های اسیدی نسبت به گدازه‌های حد واسط می‌شوند. به همین ترتیب گدازه‌های حد واسط نیز گرانروی بیشتری نسبت به گدازه‌های بازی دارند.

سرعت جریان یک گدازه پس از خروج از دهانه‌ی آتشفشان بستگی به گرانروی ماده‌ی مذاب و شیب دهانه‌ی کوه آتشفشان دارد. این سرعت گدازه‌های بازی دارای گرانروی کم و در یک دامنه‌ی پر شیب، به ۵۰ کیلومتر در ساعت بالغ می‌شود و در گدازه‌های اسیدی بر روی سطحی شیب به حدود یک سانتیمتر در روز می‌رسد (شکل ۳- ب)

مواد جامد (تِفرا): آن دسته از مواد آتشفشانی که به صورت ذرات ریز و درشت جامد یا نسبتا انجام متره و بر اثر فعالیت های انفجاری از دهانه به هوا پرتاب می‌شوند، تِفرا (Tephra) نامیده می‌شوند.

اندازه و شکل تفرا‌ها متفاوت است:

ذرات با قطر کمتر از ۲ میلیمتر را خاکستر و ذراتی با قطر بین ۲ تا ۳۲ میلیمتر را لاپیلی وقت تعاطی بزرگتر از ۳۲ میلیمتر را قطعه سنگ واگر دوکی شکل باشند با می‌نامند (شکل ۳- الف). بازگشت تدریجی تف را به زمین و ته نشست آن‌ها در خشکی یا آب حالتی لایه لایه به آن‌ها می‌دهد. از به هم چسبیدن و سخت شدن این ذرات گروهی از سنگ‌های آتشفشانی به نام سنگ‌های آذرآواری ایجاد می‌شوند. این سنگ‌ها برخلاف سایر سنگ‌های آذرین عمدتاً متفرقه و مانند سنگ‌های رسوبی، از روی اندازه ذراتشان دسته‌بندی می‌شوند.

شکل ۳- مواد مختلفی که از دهانه آتشفشان خارج می‌شود. 

شکل ۴- مخروط آتشفشان

شکل ۵ــ مخروط آتشفشان دماوند

شکل ۶- گرانروی زیاد ماگما سبب تشکیل چنین شکلى در یک فعالیت آتشفشانى شده است. 

جغرافیای آتشفشان‌ها

بررسی نقشه نواحی آتشفشان خیز کره زمین نشان می‌دهد، آتشفشان‌های فعال بر نیمه‌فعال تقریباً با مناطق زلزله‌خیز منطبق‌اند و این مناطق هم با حد و مرز ورقه‌های سنگ کره انطباق قابل توجهی دارند (شکل ۷). پس به طور کلی می‌توان مناطق فعالیت آتشفشان‌ها را به سه دسته تقسیم می‌کرد (شکل ۸).

شکل ۷- موقعیت بعضی از  مهمترین کوه‌هاى آتشفشانى زمین 

۱- دسته اول در مناطقی قرار دارند که دو ورقه‌ی تکتونیکی با یکدیگر برخورد کرده و یک ورقه به زیر ورقه‌ی دیگر کشیده شده است. ورقه‌ی فرو رونده شده معمولاً از جنس بازار است و بر اثر فرو رفتن به زیر ورقه‌ی از دیگر ذوب بخشی می‌شود و ماگمایی آندرزیتی را به وجود می‌آورد. این ماگما از قسمت‌های سست ورقه‌ی دیگر بالا می‌آید و آتشفشان‌هایی را در روی قاره‌ها یا داخل اقیانوس‌ها (جزایر قوسی) تشکیل می‌دهد. کمربند آتشفشانی اطراف اقیانوس آرام (معروف به حلقه‌ی آتشین) و کمربندهای مدیترانه، اقیانوس اطلس و اقیانوس هند را می‌توان در این دسته جای داد.

۲- دسته دوم خاص مناطقی است که دو ورقه‌ی تکتونیکی از یکدیگر دور می‌شوند و ماگمای بازالتی به استفاده زمین می‌رسد و ایجاد پشته‌های اقیانوسی می‌کند. فعالیت این گونه آتشفشان‌ها به حالت خطی انجام می‌گیرد. شکاف‌های موجود در اقیانوس اطلس، دریای سرخ و قاره‌ی آفریقا در این دسته جای می‌گیرند. در همین محل‌هاست که پوسته‌ی اقیانوسی جدید تشکیل می‌شود و به اصطلاح و وسعت پوسته زمین اضافه می‌شود.

۳- برخلاف دو دسته‌ی مذکور که در حاشیه‌ی ورقه‌ها قرار دارند، گروه سوم آتشفشان‌ها از وسط ورقه‌ها خارج می‌شوند. آتشفشان‌های هاوایی در این دسته جای می‌گیرند. برای پیدایش این قبیل آتشفشان‌ها فرض می‌شود که در داخل گوشته، نقاطی بسیار گرم (نقطه داغ) وجود دارد که سبب ذوب سنگ‌های عمقی می‌شود و آتشفشان هایی مانند جزایر هاوایی را به وجود می‌آورد. حرکت ورقه در بالای نقطه‌ی داغ، باعث می‌شود که محل فعالیت آتشفشانی در زمان‌های مختلف تغییر کند و به همین دلیل در این مناطق تعدادی کوه آتشفشان با سن‌های مختلف به وجود آید، به طوری که همیشه قدیمی‌ترین آتشفشان فاصله‌ی زیادتری نسبت به نقطه‌ی داغ پیدا می‌کند و جدید ترین آتشفشان روی نقطه داغ قرار می‌گیرد.

شکل ۸- موقعیت‌های آتشفشانى مختلف در روى زمین

خطرات آتشفشان‌ها

اثرات اولیه آتشفشان‌ها مانند جریان گدازه، ریزش خاکستر، انفجار کوه‌ها، عبور ابرهای سوزان، جریان‌های عظیم گِل و امواج حاصل از آتشفشان‌های دریایی می‌توانند و زیان‌های جانی و مالی زیادی را به همراه بیاورند. خوشبختانه پیشرفت‌های اخیر در دانش زلزله‌شناسی و بهبود روش‌های اندازه‌گیری حرکات زمین قبل از وقوع آتشفشان این امکان را به وجود آورده که با جابجا کردن مردم از منطقه‌ی خطر و همچنین جلوگیری از احداث ساختمان‌های جدید در نقاط خطرناک و حفر کانال‌هایی برای هدایت جریان‌های احتمالی گدازه و دور کردن آن از نواحی مسکونی خطرات ناشی از فعالیت‌های آتشفشانی نیز به حداقل برسد.

گذشته از اثرات اولیه، اثرات ثانویه‌ای از قبیل فعالیت‌ها حاصل می‌آید که بر آب و هوا و جانداران تأثیر می‌گذارد. گاهی اثر، بر آب و هوا، جنبه‌ی جهانی به خود می گیرد، مثلاً، گازهای خروجی در حین یک آتشفشان و بعد از آن، ممکن است شامل سولفور دی اکسید (SO2) باشند که به سرعت با بخار آب و اکسیژن موجود در اتمسفر ترکیب می‌شود و اسید سولفوریک پدید می‌آورد. قطره‌های کوچک این اسید ممکن است سال‌ها در اتمسفر باقی بمانند ریزش باران‌های اسیدی، یا اسیدی شدن آب‌ها را باعث شوند.

گازها و خاکسترهای آتشفشانی، بر نوع آب و هوای جهانی هم تأثیر می‌گذارد. چنین مواردی، گاهی تا چهار سال بعد از فوران آتشفشان، همچنان در اتمسفر باقی می‌مانند. این مواد، قسمتی از نور خورشید را دوباره به فضا منعکس می‌کنند و از مقدار تشعشعاتی که به زمین می‌رسد، می‌کاهند. یکی از این موارد، فعالیت کوه تامبورا در سال ۱۸۱۵ در کشور اندونزی بوده است. این فعالیت، دروه‌ی فردی را به دنبال آورد که سال بدون تابستان نامگذاری شد؛ زیرا هوای بهار و تابستان تعدادی از کشورهای آمریکای شمالی را در سال ۱۸۱۶، به طور غیرعادی سرد کرد. نظیر همان اتفاق، در سال ۱۹۹۱ در فعالیت آتشفشان پیناتوبو در فیلیپین رخ داد و باز هم هوا اندکی سرد شد.

البته، هنوز به طور قطعی نمی‌دانیم آیا فعالیت‌های آتشفشانی، چنان تأثیری را در آب و هوا باقی می‌گذارند یا نه؛ این موضوع، نیاز به شواهد و بررسی‌های بیشتری دارد.

استفاده از آتشفشان‌ها

آتشفشان در مواردی می‌توانند سودمند باشند؛ تشکیل سرزمین‌ها و جزایر جدید در اثر آتشفشانی‌های زیردریایی، موادی که اغلب در اثر هوازدگی به خاک کشاورزی مرغوب تبدیل می شوند و بر جای گذارد در برخی کانسارها را می‌تواند فواید آتشفشان دانست.

شاید مهمترین فرآیندهای آتشفشانی این باشد که پنجره‌ای به درون زمین باز کرده و نحوه‌ی عملکرد بعضی از فرآیندهای درونی این کره را برای ما روشن ساخته است.

فعالیت‌های آتشفشانی در ایران

کشور ما دارای تعدادی آتشفشان است که اغلب در گذشته نه چندان دور فعال بوده‌اند و برخی از آن‌ها مانند آتشفشان تفتان و دماوند در در مرحله‌ی فومرولی‌اند. شکل ۵-۹ محل آتشفشان‌هایی را که در زمانی نزدیک فعال بوده اند را از ۶۵ میلیون سال قبل تاکنون نشان می‌دهد بررسی این نقشخ نشان می‌دهد که مجموعه آتشفشانی ایران، تقریباً از نظمی برخوردار است.

شکل ۹- محل گسل‌ها و  آتشفشان‌هاى مهم ایران