مجموعة بيانات الموجات دون السمعية للانفجارات البركانية الحادة في إتنا عام 2021

الاستماع إلى الصوت العميق للبركان

عندما يثور البركان، لا يطلق النار والرماد فحسب—بل يهمس أيضاً بأصوات منخفضة جداً لا تستطيع آذاننا سماعها. تنتقل هذه «الموجات دون السمعية» عبر الهواء لمسافات طويلة ويمكن أن تكشف عما يجري داخل البركان قبل أن يرى الناس الحمم أو الرماد بوقت طويل. في هذه الدراسة، يشارك العلماء سجل وصولي مفتوح المصدر لهذه الأصوات المخفية من جبل إتنا في إيطاليا خلال عام اشتعلت فيه نشاطات بركانية بشكل لافت، مقدّمين مورداً قويًا لتحسين توقعات الثوران وحماية المجتمعات المجاورة.

لماذا تهم الهدير الهادئ

يعد جبل إتنا واحداً من أكثر البراكين نشاطاً في العالم، إذ يطلق كثيراً نوافير الحمم وسحب الرماد التي قد تعطل حركة الطيران وتغطي البلدات القريبة بالغبار. لمراقبة هذا النشاط، يدير العلماء الإيطاليون شبكة كثيفة من الأدوات التي تقيس اهتزازات الأرض والغازات وتشوه السطح. خلال العقود الأخيرة، تعلموا أن الموجات دون السمعية — موجات صوتية ذات تردد منخفض جداً — يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص لكشف بداية الثورات، وتتبع تطورها، وتقدير كمية الرماد والغاز المنبعثة. وكانت المشكلة أن بيانات دون سمعية عالية الجودة ومتاحة للعامة من البراكين النشطة نادرة، مما صعّب على الباحثين عالمياً اختبار أساليب جديدة.

بناء أذن لإتنا

لمعالجة هذه الفجوة، قام الفريق بتركيب «مركز استماع» خاص على تل يُدعى مونتي كونكا، على بُعد نحو ستة كيلومترات من فوهات قمة إتنا. بدلاً من ميكروفون واحد، نصّبوا مصفوفة من ستة حسّاسات دون سمعية مرتبة حول نقطة مركزية، تماماً مثل الميكروفونات في نظام صوت محيطي. يتيح هذا التصميم مقارنة الفروق الطفيفة في أوقات وصول الموجات الصوتية إلى كل حسّاس، مما يعزز الإشارات الضعيفة ويحدد مصدرها بدقة. الحساسات، المصممة خصيصاً لأعمال البراكين، صغيرة ومنخفضة الاستهلاك للطاقة ويمكنها تسجيل تغيرات ضئيلة في الضغط الجوي عبر نطاق واسع من الترددات.

الحفاظ على الأجهزة على جبل قاسٍ

تشغيل إلكترونيات حساسة على بركان ثلجي لفترة عام كامل ليس بالأمر السهل. وُضع كل حسّاس داخل صندوق مُصنَّع خصيصاً يعمل كنظام دعم حياة مصغر. الصندوق مقاوم للماء ومعزول حرارياً ويحتوي الحساس ومسجل رقمي وبطارية كبيرة، تعلوه لوحة شمسية لتغذية النظام حتى خلال الشتاء. يساعد بطانة من الرغوة ومرشح ميكانيكي على حماية الحساس من هبات الرياح التي قد تُشبه الإشارات البركانية. مكن هذا التصميم الصلب المصفوفة من العمل بشكل شبه متواصل من مايو 2021 حتى أبريل 2022، مع فواصل طفيفة للصيانة وحساس واحد واجه مشكلات متكررة في المسجل.

تتبّع عشرات الثورات بتفصيل دقيق

أثناء التشغيل، دخل إتنا مرحلة نشاط خاصة. من أواخر 2020 وحتى 2021، أنتج البركان أكثر من 60 اندلاعاً قوياً تُعرف بالباروكسيزمات—حلقات من نوافير الحمم الشديدة والسحب الرمادية التي ارتفعت أحياناً حتى 10 كيلومترات في السماء. سجّلت المصفوفة الجديدة 39 حدثاً من هذا النوع بين مايو وأكتوبر 2021، إلى جانب إطلاق غازات أكثر هدوءاً وانفجارات أصغر من عدة فوهات. من خلال التعامل مع الحساسات الستة كنظام استماعي واحد واستخدام معالجة متقدمة، تمكن العلماء من تنقية ضوضاء الرياح العشوائية وعزل موجات الضغط المترابطة المرتبطة بالنشاط البركاني. وأظهروا أن أنماط السلوك المختلفة—كإطلاق الغازات الخلفي الهادئ، ونوبات الانفجارات سترومبوليانية، ونوافير الحمم المستمرة—لها أنماط صوتية وتوقيعات ترددية مميزة.

فصل الأصوات القادمة من فوهات مختلفة

إحدى أقوى النتائج هي قدرة المصفوفة على تمييز أي فوهة «تتحدث» في أي لحظة. من خلال قياس الاتجاه الذي تصل منه الموجات دون السمعية، حدّد الفريق مجموعات ثابتة من الإشارات القادمة من منطقتين رئيسيتين: الفوهات الجنوبية الشرقية والجنوبية الشرقية الجديدة، التي أنتجت معظم نوافير الحمم الدرامية، وفوهتا بوكّا نوفا وفوراجين، واللتان كانتا غالباً ما تطلقان غازات بشكل هادئ. عرضت الأحداث الانفجارية من الفوهات الجنوبية الشرقية أشكال موجية حادة ونبضية تهيمن عليها ترددات حول 1–2 هرتز، نموذجية لانفجارات غازية عنيفة. بالمقابل، أظهرت إشارات بوكّا نوفا وفوراجين نغمات رنينية عند عدة ترددات مميزة، تشكلت بفعل هندسة الفوهات وجدران الحفرة. تعني هذه الاختلافات أنه باستخدام الموجات دون السمعية فقط، يمكن للعلماء تمييز نشاط متداخل من منافذ متعددة حتى عندما تكون الرؤية ضعيفة.

ماذا يعني هذا لسكان المناطق القريبة من البراكين

بالنسبة لغير المتخصصين، النتيجة الأساسية هي أن إتنا يمتلك الآن نظام «مراقبة صوتية» مثبت، وأن سجل العام الكامل من التسجيلات متاح مجاناً لأي شخص لدراسته. تبرهن الدراسة أن مصفوفات دون سمعية متينة يمكن أن تعمل على مدار السنة على بركان عالٍ ومثلج وتلتقط بثقة توقيعات تغيّر ضغط الهواء لكل من الثورات الكبرى وإطلاق الغازات الأكثر هدوءاً. ستساعد مجموعة البيانات هذه الباحثين على صقل أدوات التحذير المبكر التي تكشف تلقائياً عن النشاط الانفجاري وتحدد موقعه في الزمن الحقيقي، داعمةً إصدار تنبيهات أسرع للملاحة الجوية والمجتمعات الواقعة في ممر الريح. باختصار، بالاستماع بعناية إلى أعمق هدير للبركان، يتعلم العلماء توقع اندلاعاته الصاخبة التالية.

الاستشهاد: Zuccarello, L., Gheri, D., De Angelis, S. et al. Infrasound Array Dataset of the 2021 Eruptive Paroxysms of Etna Volcano. Sci Data 13, 296 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06638-0

الكلمات المفتاحية: الموجات دون السمعية, جبل إتنا, مراقبة البراكين, التحذير المبكر من الثوران, الاهتزازات الصوتية الزلزالية