ديناميكا النظام الحراري المائي في حقل الدفقات البخارية بيسياريلّي (كامبي فليغري): رؤى من النمذجة الجيوفيزيائية والعددية

لماذا يهم هذا الفوهة المضطربة

على الطرف الغربي لمدينة نابولي في إيطاليا، توجد هضبة بركانية واسعة تُسمى كامبي فليغري تشهد ارتعاشًا بطيئًا، وتشققًا، واطلاقًا للغاز تحت منطقة حضرية ذات كثافة سكانية عالية. داخل هذه الحفرة البركانية، أصبح حقل الدفقات البخارية بيسياريلّي الموقع الرئيسي الذي يخرج منه البخار الحار وثاني أكسيد الكربون إلى السطح. فهم كيفية حركة السوائل تحت الأرض هنا ليس مجرد تمرين أكاديمي: فهو يساعد العلماء على تقييم مدى قرب النظام من انفجارات مفاجئة مدفوعة بالبخار قد تهدد المجتمعات المجاورة.

حي بركاني نشط

يمتلك كامبي فليغري تاريخًا طويلًا من الثورات البركانية القوية وحلقات أكثر هدوءًا لكنها مقلقة من ارتفاع الأرض وإطلاق الغاز والهزات الصغيرة. منذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي ارتفعت الأرض بأكثر من متر في بعض المواقع، مع دورات من الانتفاخ والانخفاض. مؤخرًا ازدادت انبعاثات الغاز وتحركت النشاطات باتجاه بيسياريلّي، حيث يطلق منفذ مشهور يدعى السوفيوني الآن أكثر من 600 طن من ثاني أكسيد الكربون يوميًا، وهو معدل يعادل بعض البراكين النشطة. وفي الوقت نفسه تغير المشهد حول الفتحات بسرعة، مع ظهور دفقات بخارية جديدة، وتكوّن أحواض طينية متحركة، وزلزال المنحدرات بفعل الانهيارات الأرضية.

شقوق وأغطية خفية تحت الفتحات

أظهرت أعمال ميدانية سابقة في بيسياريلّي باستخدام التصوير الكهربائي وأدوات جيوفيزيائية أخرى بنية تحتية معقدة تحت السطح. كشفت هذه المسوحات عن شبكة من الصدوع التي تقطع الصخور الضحلة، وقناة رأسية من الصخور المفتتة تسمح بصعود السوائل، وطبقة رقيقة غنية بالصلصال قرب السطح تعمل كغطاء مسرب. يبدو أن صدعًا رئيسيًا يمتد عبر المنطقة يعيق جزئيًا حركة السوائل أفقيًا، مما يتسبب بتراكم الغاز على جانب واحد. معًا تخلق هذه المميزات مسارات مفضلة وفخاخًا للمياه الساخنة والغاز التي تغذي الدفق البخاري الرئيسي والحوض الطيني.

بناء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لما تحت السطح

لتحويل هذه الصورة إلى أداة كمية، بنى المؤلفون نموذجًا رقميًا ثلاثي الأبعاد للصخور والبُنَى تحت بيسياريلّي. جمعوا الصور الجيوفيزيائية مع سجلات جيولوجية وقياسات إنتاج الغاز ودرجات حرارة الأرض لتعيين خصائص واقعية مثل الكثافة، والمسامية، وسهولة تدفق السوائل لكل طبقة، بالإضافة إلى قناة الصعود وغطاء الطين ومنطقة الصدع الرئيسية. باستخدام كود حاسوبي يحاكي كيفية انتقال الحرارة ومزيج ماء–ثاني أكسيد الكربون المكوَّن من مكوّنين عبر الصخور المسامية، حقنوا سائلًا ساخنًا على عمق نحو 100 متر وتركوا النظام يتطور حتى يصل إلى نمط ثابت تطابق تدفق الغاز الملاحظ على السطح.

أين تتراكم الضغوط والحرارة والغاز

تُظهر المحاكاة أن جيبًا مضغوطًا من السائل يتكون تحت غطاء الطين، بضغوط مماثلة لتلك المقدرة للنظام الحراري المائي الأوسع في كامبي فليغري. يميل ثاني أكسيد الكربون إلى التراكم عند قاعدة قناة الصعود، ثم يصعد ويدفع جانبيًا تحت الغطاء بدلًا من التحرك صعودًا مباشرة. ينتشر الحرارة على نطاق أوسع لأنها يمكن أن تنتقل عبر الصخور المحيطة، لذلك تحيط أحرّ منطقة بالسحابة الغازية وتصل أقرب إلى الغطاء. فورًا فوق الغطاء، يتوقع النموذج وجود منطقة حلقيّة حيث يتعايش الماء السائل والبخار، مع إثراء بالبخار حول اللب السائلي المركزي. تتطابق هذه الأنماط جيدًا مع خرائط مستقلة للإشارات الكهربائية ودرجة حرارة التربة في بيسياريلّي، ما يشير إلى أن النموذج الافتراضي يلتقط السلوك الحقيقي للنظام.

صدع يتصرف أشبه بالسدّ أكثر من كونه أنبوبًا

نتيجة رئيسية للدراسة هي دور الصدع الرئيسي الذي يقطع حقل الدفقات البخارية. في النموذج، يتصرف هذا الصدع في الغالب كحاجز بدلًا من أن يكون مصرفًا مفتوحًا. تقلل نفاذيته المنخفضة فروق الضغط العمودية عبره وتوجه السوائل الصاعدة على طول حافته، مركزة الغاز والضغط والحرارة بالقرب من ملامسة الصدع مع قناة الصعود. ثم يخزن غطاء الطين الجزئي الختم الضغط والغاز أكثر بينما يسمح ببعض التسرب إلى السطح. يخلق هذا المزيج من غطاء مسرب، وقناة مركزة، وصدع شبيه بالحاجز توازنًا دقيقًا يمكن لتغيرات متواضعة في الضغط أو الحرارة أو نفاذية الصخور أن تعيد تنظيم مسارات التدفق وتغيّر مواضع تخزين الطاقة.

ما معنى هذا للمخاطر المحلية

بالنسبة للسكان حول كامبي فليغري، لا تتنبأ الدراسة بحدوث ثوران وشيك، لكنها تقدّم صورة أوضح عن حيث من المرجح أن تبدأ المشاكل. تشير النتائج إلى أن منطقة السوفيوني، وغطاء الطين الضحل، والمنطقة التي تلتقي فيها قناة الصعود بالصدع هي أهداف ذات أولوية للرصد. قد تكشف تغيّرات في إنتاج الغاز أو درجة حرارة الأرض أو الإشارات الكهربائية الطفيفة في هذه المناطق عن زيادة في الضغط أو تحولات بين الماء والبخار، وكلاهما عنصران مهمان لانفجارات مفاجئة مدفوعة بالبخار. من خلال ربط القياسات السطحية بنموذج فيزيائي للباطن، يقدم العمل طريقة أوضح لتتبع الحالة المتطورة لهذا النظام الحراري المائي المضطرب.

الاستشهاد: Salone, R., Troiano, A., Di Giuseppe, M.G. et al. Hydrothermal system dynamics at Pisciarelli fumarole field (Campi Flegrei): insights from geophysical and numerical modelling. Sci Rep 16, 15852 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46202-9

الكلمات المفتاحية: كامبي فليغري, دفقات بيسياريلّي البخارية, النظام الحراري المائي, الغاز البركاني, الانفجارات الفراتية