1

در ارتفاعات شمال تانزانیا، زمین اطراف آتشفشانی به نام اول دوینیو لنگای (Ol Doinyo Lengai) بیش از یک ماه است که به‌آرامی می‌لرزد. این لرزش‌ها خفیف‌اند، اما نشانه‌هایی حیاتی از فعالیت‌های عمیق درون زمین را در خود دارند.

لرزش‌های لرزه‌ای، پنجره‌ای زنده به فعالیت‌های آتشفشانی در زیر زمین‌اند. برای ثبت این سیگنال‌ها، دانشمندان به «گوش دادن» به زیر سطح زمین در این آتشفشان خاص پرداخته‌اند؛ جایی که لقب «سردترین آتشفشان جهان» را دارد.

ردیابی لرزش‌های اول دوینیو لنگای

در طول ۱۵ ماه، تیمی به سرپرستی میریام کریستینا ریس از دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتس، فعالیت‌های این آتشفشان را زیر نظر داشت. شبکه‌ای از لرزه‌سنج‌ها در اطراف آتشفشان نصب شد که ارتعاشات زمین را با وضوح چشمگیر ثبت می‌کردند.

تحلیل داده‌های به‌دست‌آمده نشان داد چیزی فراتر از لرزش‌های معمولی در جریان است. برای نخستین بار، پژوهشگران توانستند منبع لرزش‌ها را به‌صورت سه‌بعدی ردیابی کرده، موقعیت و عمق دقیق آن‌ها را زیر آتشفشان مشخص کنند.

این نقاط خاص، دیدی بی‌سابقه از شبکه زیرزمینی ماگما و دینامیک پیچیده آن ارائه دادند.

چرا اول دوینیو لنگای «سرد» نامیده می‌شود؟

واژه «سرد» نباید گمراه‌کننده باشد. دمای گدازه این آتشفشان به ۵۱۰ درجه سانتی‌گراد (۹۵۰ درجه فارنهایت) می‌رسد، که به‌راحتی می‌تواند کفش را ذوب کند. بااین‌حال، این دما از ۹۰٪ گدازه‌های دیگر جهان پایین‌تر است، زیرا معمولاً دمای گدازه‌ها به بیش از ۱,۲۵۰ درجه سانتی‌گراد (۲,۲۸۲ فارنهایت) می‌رسد.

راز این تفاوت در ترکیب شیمیایی منحصربه‌فرد آن نهفته است. بیشتر آتشفشان‌ها بازالت یا ریولیت غنی از سیلیکا فوران می‌کنند، اما اول دوینیو لنگای تنها آتشفشان فعال جهان است که گدازه‌ای از نوع ناتروکربناتیت تولید می‌کند.

این نوع گدازه از کربنات‌های سدیم، پتاسیم و کلسیم تشکیل شده و میزان سیلیکای آن بسیار پایین است. همین ویژگی باعث می‌شود در دمای پایین‌تری ذوب شده، و با چسبندگی‌ای شبیه به آب جریان یابد.

وقتی حرکت می‌کند، به‌سرعت سرد شده، رنگی تیره یا قهوه‌ای به خود می‌گیرد. شاهدان عینی اغلب آن را به «گل روان» تشبیه می‌کنند.

شیمی غیرعادی این آتشفشان سال‌هاست که دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. اکنون پژوهش‌های تازه، توجهات را دوباره به سوی آن جلب کرده‌اند.

این مطالعه، از موقعیت منحصربه‌فرد اول دوینیو لنگای در طولانی‌ترین گسل قاره‌ای جهان – شکاف شرق آفریقا – به‌عنوان آزمایشگاهی طبیعی برای بررسی رفتار ماگما در زیر سطح زمین استفاده کرد.

لرزش‌های آتشفشانی چه می‌گویند؟

در اعماق زمین، سنگ‌های مذاب فوق‌داغ در مسیر صعود به سطح قرار دارند. همان‌طور که ماگما بالا می‌آید، فشار زیادی به پوسته اطراف وارد می‌کند و این تنش، باعث ترک خوردن و جابه‌جایی سنگ‌ها می‌شود که در نتیجه، زلزله‌هایی رخ می‌دهد.

زلزله‌های آتشفشانی معمولاً ضعیف‌تر از زمین‌لرزه‌های ناشی از حرکت صفحات تکتونیکی هستند. اما در نزدیکی آتشفشان‌های فعال، حتی لرزش‌های کوچک می‌توانند خطرناک باشند، چون نشانه حرکت ماگما در زیر زمین‌اند.

چنین حرکاتی ممکن است نشانه نزدیک شدن فوران یا تشکیل ابرهای خاکستر باشند، اما نکته مهم این است که هر لرزشی لزوماً به فوران ختم نمی‌شود.

منشأ لرزش‌های آتشفشانی گوناگون است. گاهی از حرکت ماگما، خروج گاز، یا جریان سیالات در شکاف‌های زیرزمینی ناشی می‌شوند. رمزگشایی از اینکه کدام نوع لرزش مربوط به کدام فرآیند است، به دانشمندان کمک می‌کند فعالیت آتشفشان را بهتر درک کنند.

«برای لرزه‌شناسی آتشفشانی، بررسی این سیگنال‌ها و امواجی که از حرکت ماگما در زیر سطح ناشی می‌شوند، بسیار جالب است.» — میریام ریس

شنیدن صدای زمین: ثبت ۶۷۷ ساعت لرزش

برای شناسایی الگوهای نهفته در این لرزش‌های بی‌پایان، ریس و تیمش داده‌های ۱۵ ماه لرزه‌ای را بررسی کردند و به‌ویژه بر بازه هفت‌هفته‌ای بین فوریه تا آوریل ۲۰۲۰ تمرکز داشتند.

در این مدت، آن‌ها ۶۷۷ ساعت لرزش آتشفشانی شناسایی کردند، که معادل ۴۰٪ کل بازه مشاهده‌شده بود. داده‌ها از شبکه‌ای شامل لرزه‌سنج‌ها، ژئوفون‌ها و حسگرهای امواج فروصوت در اطراف اول دوینیو لنگای به‌دست آمد.

این تجهیزات بخشی از پروژه SEISVOL (شبکه‌های لرزه‌ای و فروصوتی برای مطالعه آتشفشان اول دوینیو لنگای) بودند که حاصل همکاری چندین مؤسسه آلمانی برای مطالعه فعالیت‌های آتشفشانی در حوضه ناترون تانزانیا، در چارچوب گسل شرق آفریقا است.

دو نوع لرزش اصلی: باریک‌باند و شبه‌هارمونیک

ابزارهای حساس SEISVOL توانستند لرزش‌های ظریفی را که از حرکت ماگما در اعماق زمین ایجاد می‌شد، ثبت کنند. پس از تفکیک لرزش‌ها بر اساس بسامد، پژوهشگران دو نوع اصلی را تشخیص دادند:

• لرزش‌های باریک‌باند (Narrow-band): ارتعاشات پیوسته‌ای با بسامد ۲ تا ۴.۵ هرتز که در عمق ۴ تا ۷ کیلومتری زیر شیب شمالی آتشفشان رخ می‌دادند.
• لرزش‌های شبه‌هارمونیک (Quasi-harmonic): لرزش‌هایی با بسامد پایین‌تر ۱.۹ هرتز که احتمالاً از شکاف‌های مسطح در پایه آتشفشان یا از نوسان سیالات در اتاقک‌های متصل به هم ناشی می‌شدند.

رد گازهای آتشفشانی در عمق زمین

لرزش‌های باریک‌باند مسیرهایی لوله‌مانند را نشان دادند که از یک گسل در حوضه ناترون به سطح می‌رسند. این مسیرها همان راهی هستند که ماگمای کربناتیتی در آن حرکت می‌کند، در حالی که گازها را آزاد می‌سازد.

مطالعات پیشین نشان داده‌اند که گاز دی‌اکسیدکربن در عمق حدود ۴ کیلومتری از ماگما جدا می‌شود. بنابراین، این لرزش‌ها ممکن است همان صدای آزاد شدن گازها باشند.

ارتباط میان لرزش‌های کم‌عمق و عمیق

این دو نوع لرزش کاملاً جدا از هم رخ نمی‌دهند. در برخی دوره‌ها، به‌صورت متناوب و هماهنگ بروز می‌کنند، که نشان از ارتباط فیزیکی بین سامانه‌های ماگمایی عمیق و کم‌عمق در آتشفشان دارد.

فنّاوری جدید برای نقشه‌برداری از درون آتشفشان

پژوهشگران از روشی نوین به نام ماتریس کوواریانس شبکه‌ای برای مکان‌یابی لرزش‌ها استفاده کردند. برخلاف روش‌های سنتی، این تکنیک نیازی به ثبت زمان دقیق آغاز هر لرزش ندارد، بلکه با تحلیل الگوهای هم‌زمان در سیگنال‌های چندین حسگر، مکان منبع را تعیین می‌کند.

آن‌ها داده‌ها را به بازه‌های ۱۰ دقیقه‌ای تقسیم کرده، سپس هرکدام را به بخش‌های هم‌پوشان ۴۸ ثانیه‌ای شکافتند. با مقایسه سیگنال‌های میان ایستگاه‌ها، توانستند لرزش‌های واقعی را از نویز پس‌زمینه جدا کنند.

در نهایت، نقشه‌ای سه‌بعدی از منابع لرزش زیر آتشفشان ایجاد شد که دقیق‌ترین تصویر موجود از شبکه زیرسطحی اول دوینیو لنگای را ارائه می‌دهد.

درس‌هایی از اعماق زمین

این مطالعه با ترسیم سامانه پیچیده ماگمایی درون آتشفشان، درک ما از فرآیندهای آتشفشانی را عمیق‌تر می‌کند. چنین دانشی می‌تواند به پیش‌بینی دقیق‌تر فوران‌ها کمک کرده، و جان جوامع نزدیک به آتشفشان‌ها را نجات دهد.

نتایج کامل این پژوهش در نشریه Communications Earth & Environment منتشر شده است.

جمع‌بندی

آتشفشان اول دوینیو لنگای نه‌تنها به دلیل ترکیب شیمیایی خاص و گدازه‌های سردش منحصربه‌فرد است، بلکه اکنون به آزمایشگاهی زنده برای درک رفتار درونی زمین تبدیل شده است. هر لرزش کوچک آن، قطعه‌ای از پازل بزرگ پویا‌ترین سامانه زمین‌شناختی قاره آفریقا را روشن می‌کند.