التطوّر الريولوجي لتراكيبازالت من جبل إتنا تحت تبريد بطيء

لماذا يهم كيف تتصلّب الحمم

عندما يثور بركان مثل جبل إتنا، لا تقتصر عملية تبريد أنهار الحمم المضيئة على انخفاض درجة حرارتها فحسب؛ بل تتصلّب تدريجيًا وقد تتشقق مع نمو بلورات دقيقة بداخلها. تسرّع هذه العملية يساعد في تحديد المسافة التي ستقطعها الحمم، وسُمكها، والمجتمعات أو البنى التحتية التي تقع في مسارها. تفحص هذه الدراسة، بتفصيل غير مألوف، كيف تتحول حمم من إتنا من سائل سائِل إلى عجينة بطيئة ومشحونة بالبلورات تحت تبريد بطيء وواقعي، موفّرة بيانات يمكن أن تجعل توقعات تدفق الحمم أكثر موثوقية.

نظرة أقرب إلى حمم من جبل إتنا

ركز الباحثون على نوع محدد من الصخور البركانية السائلة، تراكيباسالت اندلع من جبل إتنا عام 2001. قاموا أولًا بسحق وإعادة ذوبان قطع من هذه الحمم للحصول على زجاج خالٍ من الفقاعات يطابق التركيب الأصلي بدقة. أكدت قياسات كيميائية عالية الدقة قبل وبعد التجارب أن المادة بقيت دون تغيير جوهري، لذا يمكن تتبع أي تحولات في سلوك الانسياب إلى درجة الحرارة ونمو البلورات، وليس إلى انحرافات كيميائية غير مرغوبة.

إعادة خلق ظروف تدفق الحمم في المختبر

لمحاكاة ما يحدث أثناء تحرّك الحمم عبر منافذ ضحلة أو انتشارها على الأرض، استخدم الفريق جهازًا دوّارًا يُسمى ريومتر الأسطوانة المتحدة المركز. احتُفظ بقدر صغير من الحمم المذابة عند 1400 °م، وحرِّك حتى أصبح موحَّدًا تمامًا، ثم بُرِّد بمعدلات بطيئة ومتحكَّم بها تبلغ 0.1 أو 0.5 °م في الدقيقة — مماثلة لانخفاض درجات الحرارة الذي قد تتعرّض له الحمم الحقيقية أثناء فقدانها للحرارة إلى المحيط. في الوقت نفسه، خُضِع الذوبان لقصّ بمعدلات ثابتة مختلفة، ممثِّلة التحريك الداخلي والشد الذي تختبره الحمم أثناء تدفّقها. تابع الجهاز باستمرار مدى صعوبة إبقاء الحمم في حال حركة، وهو مقياس مباشر لكيفية تطوّر مقاومتها للانسياب مع بداية تكون البلورات.

كيف تغيّر البلورات الدقيقة الانسياب

عند درجات حرارة عالية، فوق النقطة التي يمكن أن توجد عندها البلورات، تصرفَت الحمم كسائل بسيط: مع التبريد ارتفعت مقاومتها للانسياب بسلاسة وتوقّع. بمجرد أن انزلقت درجة الحرارة دون النقطة التي تبدأ عندها البلورات بالظهور، كان هناك طور حضانة «صامت» تَبِعَت فيه مقاومة الانسياب المقاسة نفس اتجاه السائل النقي. فقط عندما تشكّلت كمية كافية من البلورات — بضع نسب مئوية فقط بالحجم — انحرف سلوك الحمم بشكل حاد، إذ ارتفعت مقاومتها للانسياب بأوامر من الحجم. تحت بعض الظروف، فشلَت المادة في نهاية المطاف بطريقة مطيلة، مع تمركز التدفق في مناطق ضيقة وتصرّف الكتلة كأنها صلبة مشوّهة أكثر من كونها سائلًا بسيطًا.

الأدوار المتنافسة للتبريد والتحريك

من خلال مقارنة تجارب بمعدلات تبريد وقص مختلفة، تُظهر الدراسة أن سرعة تبريد الحمم هي العامل الرئيسي الذي يحدد متى يبدأ التبلور في التأثير على الانسياب. التبريد الأبطأ يسمح بتشكّل البلورات أقرب إلى درجة حرارة التوازن النظرية، لذلك يقترب بدء التصلب من درجة السائلة المحسوبة مع انخفاض معدلات التبريد إلى قيم صغيرة جدًا. يلعب التحريك المفروض دورًا ثانويًا لكنه واضح: القص الأقوى يميل إلى تحفيز آثار البلورات عند درجات حرارة أعلى قليلًا ويمكن أن يشجّع حلقات إعادة تنظيم داخلية، حيث تصطف البلورات الممتدة مع التدفق وتنتج تقلبات قصيرة وصاخبة في المقاومة المقاسة قبل أن تتصلب المادة فجأة أو تتمزق.

من أرقام المختبر إلى توقعات المخاطر

بجمع هذه التجارب الجديدة ذات التبريد البطيء مع بيانات سابقة ذات تبريد أسرع، يُظهر المؤلفون أن درجة الحرارة التي تبدأ عندها الحمم بالتصلب تتبع علاقة منهجية ومنحنية مع معدل التبريد. تعني هذه العلاقة أنه كلما بردت الحمم الواقعية بلطف أكثر، اقترب سلوك تبلورها من الحدود التي تحددها الديناميكا الحرارية الأساسية، مع استمرار انعكاس تأثير التدفق. وبما أن مجموعة البيانات الكاملة — بما في ذلك سلاسل زمنية خام لدرجة الحرارة واللزوجة — مُتاحة بشكل مفتوح، فيمكن إدراجها مباشرة في نماذج حاسوبية لتقدّم حركة تدفق الحمم. بمعنى عملي، تساعد هذه النتائج في تحويل الصور المثالية للحمم «السائلة» إلى أوصاف أكثر واقعية لكيف ومتى تتباطأ الحمم، وتتكاثف، وتتوقف، مما يصقل توقعات المدى الذي قد تبلغُه الحمم المستقبلية من جبل إتنا أو براكين مماثلة.

الاستشهاد: Di Fiore, F., Vona, A. Rheological evolution of a trachybasalt from Mt. Etna under slow cooling. Sci Data 13, 704 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07048-y

الكلمات المفتاحية: تدفق الحمم, لزوجة الصهارة, التبلور, جبل إتنا, المخاطر البركانية