آتشفشان چیست و چگونه تشکیل میشود: انواع آتشفشانها
آتشفشان چیست؟
آتشفشان چیست و چگونه تشکیل میشود: آتشفشان، حفره‌ای در پوسته زمین است که مواد داغ جامد، مایع یا گاز موجود در لایه‌های زیرین زمین از طریق آن به بیرون فوران یا نشت می‌کنند. مرکز زمین داغ است. هرچه به پوسته زمین نزدیک‌تر می‌شوبم، دما کاهش می‌یابد. آتشفشانها از پایین به مرکز زمین راه دارند و مانند کانال‌هایی هستند که گاهی بخشی از مواد مذاب لایه‌های درونی زمین را بیرون می‌پاشند. آنچه بشکل کوه آتشفشان می‌بینیم، واقعا کوه نیست بلکه مخروطی است که طی هزاران سال تدریجا تشکیل شده و ارتفاع آن افزایش یافته و نهایتا به شکل کوه درآمده است. ضمنا آتشفشانها فقط در خشکی‌ها نیستند. بسیاری از آتشفشانهای بزرگ و فعال زمین زیر اقیانوس‌ها جای دارند و سالانه حجم عظیمی از مواد مذاب را از زیر زمین بیرون می‌ریزند و آنها را در سطح اقیانوس پخش می‌کنند. علاوه بر زمین، برخی از دیگر اجرام آسمانی از جمله سیاره زهره و نیز برخی از قمرهای منظومه شمسی مثل آیو از قمرهای اصلی مشتری نیز آتشفشانهای متعددی دارند. آیو آتشفشان‌خیزترین جرم منظومه شمسی است و بسیاری از آتشفشانهای آن هنوز هم فعال است.
این مقاله در ادامه با جزییات بیشتری توضیح می‌دهد که آتشفشان چیست و چگونه تشکیل میشود. همچنین به انواع آتشفشان و ساختار و اجزای آتشفشان اشاره می‌کند.
مطلب مرتبط: حرکت زمین در کلام امام علی علیه السلام در نهج البلاغه
ساختار آتشفشان: نام قسمت‌های مختلف آتشفشان چیست
آتشفشان قسمت‌های مختلفی دارد که برخی از مهم‌ترین آنها چنین هستند:
- مخزن تفتال (مخزن ماگما)
- مجرای اصلی
- مجرا(های) فرعی
- دودکش
- گلو (گلوگاه)
- دهانه
تصویر ۱. ساختار و اجزای آتشفشان
مطلب مرتبط: جو زمین یا هواکره چیست و کجاست
آتشفشانها معمولا در سطوح سست و ضعیف زمین و یا در مناطقی که زلزله‌خیزترند پدید می‌آیند. مثلا در مناطقی از فلات‌های قاره‌ای که زمین‌ها از هم می‌گسلند یا به‌هم برخورد می‌کنند، احتمال فوران آتشفشان بیشتر است. ضمنا در مناطقی که پوسته زمین مدام ذوب میشود، احتمال وقوع آتشفشان بیشتر است.
گاهی دهانه آتشفشانی شبیه کوه است، اما واقعا کوه نیست. کوه نوعی برجستگی طبیعی روی سطح زمین است. اما دهانه آتشفشانی ترکیبی از مواد سردشده آتشفشانی، خاکستر، گرد و غبار و ترکیباتی است که طی سال‌های طولانی از درون زمین به بیرون نشت کرده و سپس سرد و سخت شده است.
گدازه‌های زیر زمین پس از آنکه از حفره آتشفشانی به سطح زمین تراوش می‌کنند، دایره‌وار اطراف حفره را می‌پوشانند و تدریجا سرد و سخت می‌شوند. با انباشته شدن تدریجی این گدازه‌ها طی سال‌های طولانی نهایتا کوهی مخروطی‌شکل پدید می‌آید که درونش تهی است.
آتشفشانها فواید متعددی دارند. از جمله این‌که فشار درونی زمین را تنظیم می‌کنند. اگر مواد داغ و مذاب درون زمین نمی‌توانستند به بیرون راه پیدا کنند، فشار درونی زمین بیش از اندازه افزایش می‌یافت و زلزله‌های مهیب و متعددی را موجب می‌شد. ضمنا فوران گدازه‌ها به بیرون، پوسته زمین را نوسازی می‌کند.
مطلب مرتبط: لایه‌های مختلف جو زمین (اتمسفر) و ترتیب و ویژگی آنها
آتشفشان چگونه تشکیل میشود؟
زمین از ۳ لایه اصلی تشکیل شده است: بیرونی‌ترین و خنک‌ترین لایه زمین، پوسته نام دارد که ما و سایر موجودات روی آن زندگی می‌کنیم. کوه‌ها، جنگل‌ها، اقیانوس‌ها و شهرها و روستاها همگی روی پوسته زمین جای دارند. دانشمندان عمق پوسته زمین را حدود ۳۰۰۰ کیلومتر تخمین زده‌اند. لایه بعدی گوشته نام دارد که زیر پوسته جای گرفته است. گوشته زمین از گازها و مواد مذاب تشکیل شده است. این مواد در دمای عادی باید جامد می‌بودند اما گرمای شدید زمین آنها را به حالت مذاب درآورده است. به گازها و سنگ‌های مذاب درون زمین تقتال یا ماگما (magma) می‌گویند. تقتال‌هایی که به سطح زمین راه پیدا کنند را گدازه (lava) می‌نامند.
تفتال یا ماگمای مذاب از اجزا، بلورها و گازهای مختلفی تشکیل شده است که سیلیکون، اکسیژن، آلومینیوم، منگنز، آهن و منیزیم از آن جمله‌اند. وقتی این مواد مذاب به پوسته زمین راه می‌یابند، سرد و به سنگ‌های آذرین یا مغناطیسی تبدیل می‌شوند.
سومین و درونی‌ترین قسمت زمین، هسته آن است که میتوان آن‌را به توپی آتشین تشبیه کرد که دمای آن حدود ۵۴۰۰ درجه سانتی‌گراد است. البته هسته زمین دو بخش دارد: هسته داخلی و هسته بیرونی. هسته داخلی زمین، جامد است اما هسته بیرونی مثل گوشته، مذاب و مایع است. اما مواد مذاب هسته بیرونی نسبت به مواد مذاب گوشته غلظت بسیار بیشتری دارند یعنی غلیظ‌ترند. شاید بپرسید که اگر هسته زمین چنین داغ است چرا جامد است و مذاب نیست؟ در پاسخ باید گفت فشار شدیدی که بر هسته وارد میشود، اجازه نمی‌دهد که آهن و نیکل موجود در آن ذوب شود. لذا با این‌که هسته زمین از گوشته آن داغ‌تر است اما حالت جامد خود را حفظ کرده و ذوب نشده است.
نقش صفحه‌های زمین‌ساختی در تشکیل آتشفشان
گفتیم که گوشته زمین، مذاب است اما پوسته آن جامد است. پس پوسته زمین و اصطلاحا صفحه‌های زمین‌ساختیِ آن، روی گوشته مذاب، شناورند. البته حرکت و جابه‌جایی پوسته جامد روی گوشته مذاب، بسیار آهسته است اما در هر حال، صفحه‌های زمین‌ساختی پیوسته در حرکتند. آنها نه از هم جدا و نه در هم ادغام می‌شوند.
حرکت غیرقابل پیش‌بینی صفحه‌های زمین‌ساختی ممکن است گاهی به تشکیل آتشفشان منجر شود. باریکه آتلانتیک میانی یک نمونه از آتشفشان‌هایی است که در اثر فاصله گرفتنِ صفحه‌های زمین‌ساختی از هم پدید آمده است.
تصویر ۲. فروریزش بخش میانی آتشفشان و عمیق‌تر شدن کاسه آتشفشانی در گذر زمان
مطلب مرتبط: چگالی ماده چیست و چگونه محاسبه میشود؟
آتشفشان چرا و چگونه اتفاق می‌افتد؟
وقتی فشار موجود در گوشته زمین از حد معینی فراتر می‌رود، بخشی از مواد آن که گفتیم مذاب است، از دهانه آتشفشانی به بیرون فوران می‌کند. این مواد تدریجا دور دهانه انباشته می‌شوند و ارتفاع‌شان به‌مرور افزایش می‌یابد. لذا اطراف دهانه در گذر زمان تدریجا بهشکل مخروط درمی‌آید. ضمنا تفتال داغی که تا گلوگاه بالا آمده است، اطراف دهانه را سست می‌کند و نتیجتا صخره‌های درون دهانه فرومی‌ریزند و پایین می‌روند (تصویر ۲، ب). اگر چنین شود، بخش کاسه‌ای آتشفشان رفته‌رفته عمیق‌تر میشود.
برخی فوران‌های آتشفشانی چنان شدید هستند که گدازه‌ها و خاکسترها را تا ارتفاع صدها کیلومتر در جو زمین بالا می‌اندازند که نتیجتا ابر ضخیمی از گدازه فضای اطراف را می‌پوشاند. خاکسترهایی که در جو زمین پراکنده می‌شوند، چون سبک هستند در صورت وزش باد شدید، در نواحی وسیعی از زمین پخش می‌شوند. بعضی از آتشفشانها اما بسیار خفیف‌ترند، لذا گدازه‌ها به‌آرامی از حفره به بیرون نشت می‌کنند و در زمین‌های اطراف دهانه پیش می‌روند.
دمای گدازه‌های آتشفشانی که به پوسته زمین راه یافته‌اند حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد است. وقتی این گدازه‌ها از دهانه آتشفشانی به بیرون فوران می‌کنند معمولا داغ و سرخ هستند اما به‌تدریج که خنک شدند رنگ‌شان تیره میشود. گدازه‌های حاوی سیلیکون مثل عسل غلیظ هستند و آهسته در زمین‌های اطراف جاری می‌شوند.
کدام لایه زمین منشا بیشتر آتشفشانها و زمین‌لرزه‌ها است؟
«خمیرکره» منشا بیشتر آتشفشانها و زلزله‌های زمین است. گفتیم که پوسته زمین سخت است اما هرچه در عمق زمین پایین‌تر می‌رویم، دما افزایش می‌یابد. لایه میانی زمین، گوشته نام دارد که به دو بخش اصلی تقسیم میشود: گوشته بالایی و گوشته پایینی. گوشته بالایی، سخت و جامد است اما گوشته پایینی چون دمای بیشتری دارد، مثل خمیر منعطف است و به‌همین سبب به‌آن خمیرکره (asthenosphere) می‌گویند که ضخامتش حدود ۱۸۰ کیلومتر است. پوسته و گوشته بالایی زمین را نیز در مجموع سنگ‌کره (lithosphere) می‌نامند که سخت و جامد اما شکننده است. حالا باتوجه به‌آنچه گفته شد می‌توانیم تصور کنیم که لایه فوقانی زمین (سنگ‌کره) در واقع روی لایه نسبتا نرمی موسوم به خمیرکره، شناور است. پس وارد شدن فشار به سنگ‌کره ممکن است، به شکستگی آن منجر شود و نهایتا به وقوع زمین لرزه یا آتشفشان بیانجامد.
انواع آتشفشان
آتشفشانها را براساس ویژگی‌های مختلف مثلا میزان فعالیت آنها و شکل یا محل جای‌گیری دهانه میتوان به انواع مختلفی تقسیم کرد.
انواع آتشفشان از نظر میزان فعالیت
آتشفشانها را از نظر میزان فعالیتشان به سه دسته تقسیم می‌کنند:
- آتشفشان فعال
- آتشفشان خفته (نیمه‌فعال)
- و آتشفشان خاموش (غیرفعال)
آتشفشان فعال، آتشفشانی است که پیوسته لرزش دارد و گاهی فعالیتش چنان تشدید میشود که گدازه‌ها از آن به بیرون فوران می‌کنند. برخی از آتشفشانها نیمه‌فعال هستند و اصطلاحا آنها را آتشفشان خفته می‌نامند. آتشفشانهای خفته مدت‌های مدید فعالیتی از خود نشان نمی‌دهند اما هنوز کاملا خاموش نشده‌اند و ممکن است در آینده فعال شوند. دسته سوم آتشفشانهای خاموش هستند. آتشفشانهای خاموش یا غیرفعال آن‌هایی هستند که بیش از ۲۰۰۰ سال خفته‌اند و طی این مدت هیچ فعالیتی نداشته‌اند و اثری از بیداری نیز در آنها مشاهده نمی‌شود.
تصویر ۳. عکس هوایی از آتشفشان دماوند ایران: دماوند، آتشفشانی خفته (نیمه‌فعال) و از نظر ساختاری، «ترکیبی» است.
مطلب مرتبط: تبدیل اورانیوم به سوخت هسته‌ای چه مراحلی دارد و چگونه انجام میشود؟
انواع آتشفشان از نظر شکل و ساختار
آتشفشانها را از نظر ساختار و شکل دهانه‌شان میتوان به چهار دسته اصلی تقسیم کرد که در ادامه به‌آن‌ها اشاره میشود.
-
آتشفشان ترکیبی (composite volcano) چیست و چگونه تشکیل میشود
به آتشفشانهای ترکیبی، stratovolcano هم می‌گویند. برخی از معروف‌ترین کوه‌های آتشفشانی جهان از این نوع هستند که کوه دماوند در ایران و کوه فوجی در ژاپن از آن جمله‌اند. دماوند با ارتفاع ۵۶۲۸ متر مرتفع‌ترین آتشفشان ایران و غرب آسیاست. آتشفشانهای ترکیبی معمولا مرتفع هستند و دهانه آنها کاملا از سطح زمین بالاتر است. برخی از آنها نیز چند دهانه دارند که گدازه‌ها از دیواره‌های‌شان به بیرون سرازیر می‌شوند. لذا هرچه مواد بیشتری از آنها فوران کند، مواد بیشتری دور دهانه انباشته و سرد و سخت می‌شوند و لذا ممکن است ارتفاع این آتشفشانها به‌مرور افزایش یابد. آتشفشانهای ترکیبی ممکن است فوران‌های شدیدی داشته باشند.
تصویر ۴. عکس هوایی از آتشفشان بَزمان ایران: بزمان نیز مثل دماوند، آتشفشانی خفته و ترکیبی است.
-
آتشفشان مخروط گدازه‌ای (cinder cone volcano) چیست و چگونه تشکیل میشود
آتشفشانهای مخروط گدازه‌ای، ساده‌ترین نوع آتشفشان هستند که با بیرون پاشیدن توده‌ها و ذرات گدازه شکل می‌گیرند. این نوع آتشفشانها گدازه‌ها را با قدرت به هوا می‌پاشند. ذرات سبک با وزش باد جابه‌جا می‌شوند. اما ذرات سنگین‌تر دوباره در اثر جاذبه زمین در اطراف دهانه آتشفشان فرود می‌آیند. با تداوم این فرآیند، مخروطی گرد یا بیضی‌شکل پدید می‌آید. نوک مخروط، دهانه‌ای بهشکل کاسه تشکیل می‌دهد. این نوع آتشفشانها خیلی مرتفع نیستند و ارتفاع‌شان به‌ندرت از ۳۰۰ متر فراتر می‌رود.
-
آتشفشان سپری (shield volcano) چیست و چگونه تشکیل میشود
آتشفشانهای سپری همانگونه که از نام‌شان پیداست، از بالا شبیه سپر به‌نظر می‌رسند، یعنی به‌جای آنکه مرتفع باشند، پهن و کم‌شیب هستند. گدازه‌هایی که از این نوع آتشفشانها بیرون می‌پاشند، بهشکل لایه‌های نازک به اطراف سرازیر می‌شوند و چون مسافت طولانی‌تری را می‌پیمایند، در پهنه وسیع‌تری پخش می‌شوند. آتشفشانهای سپری به‌تدریج و طی مدت‌های طولانی پدید می‌آیند؛ یعنی بارها و بارها فوران می کنند تا لایه‌ها طی دوره زمانی طولانی انباشته شوند و نهایتا بهشکل سپر درآیند. آتشفشانهای سپری طبیعتا ارتفاع کمتری دارند اما در عوض وسیع‌ترند. ضمنا فوران آنها شدید نیست. آتشفشان «ارتا آلی» از معروف‌ترین آتشفشانهای سپری است.
-
گنبد آتشفشانی یا گنبد گدازه (Lava dome) چیست و چگونه تشکیل میشود
گنبد گدازه که به آن گنبد آتشفشانی (volcanoc dome) نیز می‌گویند، از تجمع مقادیر اندک گدازه‌هایی پدید می‌آید که ضخیم هستند و لذا مسافت کمی طی می‌کنند. گدازه‌هایی که از گنبدهای آتشفشانی به بیرون نشت می‌کنند، عمدتا بهشکل طولی و در اطراف دهانه آتشفشانی روی هم تلنبار می‌شوند و نهایتا گنبد پدید می‌آورند. هرچه گدازه‌های بیشتری از درون حفره بیرون بیایند و از دیواره‌های بیرونی کوه سرازیر شوند، طبیعتا گنبد آتشفشانی بزرگتر میشود. بررسی تاریخچه گنبدهای آتشفشانی نشان می‌دهد که آنها در گذشته فوران‌های شدیدی داشته‌اند و خاکستر و سنگ‌های داغ انبوهی را بیرون پاشیده‌اند.
مطلب مرتبط: منظومه شمسی چیست و چگونه تشکیل شده است؟
اثرات آتشفشان
فوران‌های آتشفشانی آثار مختلفی در طبیعت به‌جای می‌نهند که در ادامه به برخی از آنها اشاره میشود.
غنی‌سازی خاک و زمین
خاکستر و گدازه‌هایی که هنگام فوران آتشفشان به پوسته زمین راه می‌یابند، سرانجام تجزیه می‌شوند و به مواد مغذی و مفیدی تبدیل می‌شوند و خاک‌های اطراف آتشفشان را غنی می‌کنند. خاک غنی از ملزومات کشاورزی است.
فرصتی برای تامین انرژی
از گرما و فعالیت شدید در زیر پوسته زمین و اطراف آتشفشان میتوان انرژی گرمازمینی چشمگیری جذب کرد و آن‌را به برق تبدیل کرد.
آیا مواد آتشفشانی خطرناکند؟
آتشفشانها در جو زمین گازهای مختلفی مثل دی‌اکسید کربن، مونوکسید کربن، دی‌اکسید گوگرد، سولفید هیدروژن، فلوراین و… پخش می‌کنند. استنشاق این گازها برای انسان و اکثر موجودات زمین مضر است. لذا افرادی که نزدیک آتشفشانهای فعال ساکن هستند در معرض بیمارهای تنفسی، آلودگی هوا و حتی خطرات ناشی از فوران آتشفشان هستند.
مطلب مرتبط: ویژگی‌های آیو قمر مشتری
نشانه‌های فوران آتشفشان چیست؟
یکی از نشانه‌های فوران آتشفشان انتشار گاز دی‌اکسید گوگرد (SO۲) است. دی‌اکسید گوگرد یکی از گازهای حاوی گوگرد است که نشان می‌دهد تفتال‌های آتشفشانی (ماگما) به سطح زمین نزدیک هستند. حتی اگر آتشفشان موقتا آرام باشد، انتشار دی‌اکسید گوگرد از آن می‌تواند نشانه‌ای باشد دال بر این‌که آشتفشان به‌زودی فوران خواهدکرد.
خلاصه: آتشفشان چیست و چگونه تشکیل میشود
آتشفشان، حفره‌ای در پوسته زمین است که مواد داغ یا مذاب موجود در لایه‌های زیرین زمین از طریق آن به بیرون فوران یا نشت می‌کند. مخزن تفتال (مخزن ماگما)، مجرای اصلی، مجرا(های) فرعی، دودکش، گلو (گلوگاه) و دهانه برخی از مهم‌ترین قسمت‌های آتشفشان هستند. آتشفشانها انواع مختلفی دارند. مثلا آتشفشانها از نظر میزان فعالیتشان سه نوعند: فعال، خفته (نیمه‌فعال) و خاموش (غیرفعال). از نظر شکل و ساختار نیز میتوان آنها را دستکم به چهار دسته ترکیبی، مخروط گدازه، سپری و گنبد گدازه تقسیم کرد. آتشفشانها برای زمین فواید مهمی دارند، و برای بخاطر برخورداری از مواد معدنی مختلف، خاک را غنی می‌کنند و ضمنا میتوان با استفاده از فناوری، گرمای آنها را به انرژی تبدیل کرد.
عنوان مطلب: آتشفشان چیست و چگونه تشکیل میشود: انواع آتشفشانها
عبارات موضوعی: آتشفشان چیست؟ آتشفشان چگونه تشکیل می شود؟ آتشفشان چگونه بوجود می آید؟ انواع آتشفشان
