آستانه VEI 8: شاخص انفجار آتشفشانی چگونه قدرت فوران را اندازه‌گیری می‌کند

در سال ۱۹۸۲، کریستوفر نیوهال (Christopher Newhall) از سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده و استیون سلف (Stephen Self) از دانشگاه هاوایی، مقاله‌ای منتشر کردند که در تلاش بود یک مسئله بنیادین در زمین‌شناسی را حل کند: چگونه می‌توان چیزی را که غیرقابل اندازه‌گیری است، سنجید.[1][3][4]

برخلاف زلزله‌شناسان که از دهه ۱۹۳۰ از مقیاس ریشتر برای کمیت‌سنجی انرژی زمین‌لرزه‌ها استفاده می‌کردند، آتشفشان‌شناسان فاقد یک معیار استاندارد برای مقایسه ابعاد فوران‌های انفجاری بودند.[3]

نتیجه همکاری آن‌ها، شاخص انفجار آتشفشانی (VEI) بود؛ یک مقیاس لگاریتمی و بدون سقف که از ۰ تا ۸ متغیر است و نیوهال آن را به عنوان «یک مصالحه نیمه‌کمی میان داده‌های ضعیف و نیاز رشته‌های مختلف به ارزیابی سوابق آتشفشانی گذشته» توصیف کرد.[1][3][4]

شاخص VEI عمدتاً بر اساس حجم مواد آذرآواری (پیروکلاستیک) — شامل خاکستر، پوکه معدنی و قطعات گدازه — که در طول یک رویداد انفجاری به بیرون پرتاب می‌شوند، در کنار ارتفاع ستون فوران و مدت زمان انفجار بنا شده است.[3][4]

از آنجا که این مقیاس از VEI 2 به بالا لگاریتمی است، هر یک واحد افزایش در آن نشان‌دهنده جهشی ده‌برابری در حجم مواد فوران‌یافته است.[1][3][4]

در بالاترین حد این مقیاس، آستانه VEI 8 قرار دارد؛ طبقه‌بندی خاصی که به فاجعه‌بارترین رویدادهای زمین‌شناختی روی کره زمین اختصاص یافته و در زبان عامیانه اغلب از آن‌ها به عنوان «ابرفوران» یاد می‌شود.[2][3]

برای قرار گرفتن در دسته VEI 8، یک فوران باید دست‌کم ۱۰۰۰ کیلومتر مکعب (۲۴۰ مایل مکعب) مواد آتشفشانی را به بیرون پرتاب کند.[2][3]

این حجم به شکلی غیرقابل تصور عظیم است. برای مقایسه، فوران ماه مه ۱۹۸۰ در کوه سنت هلن در ایالت واشنگتن که چشم‌انداز اطراف را ویران کرد و جان ۵۷ نفر را گرفت، یک رویداد VEI 5 بود که تقریباً یک کیلومتر مکعب مواد به بیرون پرتاب کرد.[3]

بنابراین، یک فوران VEI 8 دست‌کم هزار برابر بیشتر از انفجار کوه سنت هلن مواد آزاد می‌کند.[3]

هنگام مقایسه دو سر طیف این مقیاس، این ناپیوستگی ریاضی حتی چشمگیرتر می‌شود.[4]

یک فوران پایه VEI 1 به حجم مواد پرتابی معادل تنها ۱۰٬۰۰۰ متر مکعب نیاز دارد.[4]

در نتیجه، یک ابرفوران VEI 8 دست‌کم ۱۰۰ میلیون برابر بیشتر از یک رویداد VEI 1 مواد فیزیکی به بیرون پرتاب می‌کند؛ موضوعی که نشان می‌دهد چگونه این ساختار لگاریتمی، تخریبی در مقیاس سیاره‌ای را در یک شاخص تک‌رقمی فشرده می‌سازد.[3][4]

مکانیک فیزیکی یک فوران VEI 8 به طور بنیادین با رویدادهای آتشفشانی کوچک‌تر تفاوت دارد.[2]

این ابرفوران‌ها معمولاً در آتشفشان‌های چینه‌ای (استراتوولکانو) مخروطی‌شکل کلاسیک که در تصورات عمومی غالب هستند رخ نمی‌دهند، زیرا آن ساختارها نمی‌توانند فشار لازم را در خود نگه دارند.[2]

در عوض، آن‌ها توسط مخازن عظیم ماگمای زیرزمینی ایجاد می‌شوند که طی صدها هزار سال، با بالا آمدن ماگما از گوشته و ناتوانی آن در شکافتن پوسته، فشار را در خود انباشته می‌کنند.[2]

هنگامی که این فشار سرانجام بر یکپارچگی ساختاری سنگ‌های پوششی غلبه می‌کند، سطح زمین با نیرویی شدید می‌شکافد و سقف مخزن ماگما به سمت داخل فرو می‌ریزد.[2]

این فروپاشی، یک فرورفتگی عظیم و دیگ‌مانند را شکل می‌دهد که به عنوان کالدرا (Caldera) شناخته می‌شود.[2]

کالدرای یلوستون (Yellowstone) در ایالات متحده که ابعاد آن تقریباً ۸۵ در ۴۵ کیلومتر است، توسط یک رویداد VEI 8 در ۶۴۰٬۰۰۰ سال پیش شکل گرفت که ۱۰۰۰ کیلومتر مکعب مواد را به بیرون پرتاب کرد.[2][3]

حجم عظیم خاکستر و دی‌اکسید گوگردی که در طول یک فوران VEI 8 به استراتوسفر تزریق می‌شود، پیامدهای عمیقی برای آب‌وهوای جهانی دارد.[1][2]

در حالی که نیوهال و سلف در ابتدا VEI را برای کمک به تخمین تاثیرات اقلیمی فوران‌های تاریخی ابداع کردند، دانشمندان بعداً دریافتند که خروجی دی‌اکسید گوگرد — و نه فقط حجم مواد پرتابی — عامل اصلی سرمایش آتشفشانی است.[1]

نشریه علمی گیزمودو (Gizmodo) در این باره خاطرنشان می‌کند: «به همین دلیل است که VEI به عنوان روشی برای اندازه‌گیری تاثیر بالقوه یک فوران بر آب‌وهوا کنار گذاشته شد»، هرچند مقیاس عظیم یک رویداد VEI 8، فارغ از نسبت‌های شیمیایی خاص، اختلالات شدید اقلیمی را تضمین می‌کند.[1]

جدیدترین فوران VEI 8 حدود ۲۶٬۵۰۰ سال پیش در سیستم آتشفشانی تائوپو (Taupō) در نیوزیلند رخ داد و تخمین زده می‌شود که ۱۲۰۰ کیلومتر مکعب مواد را به بیرون پرتاب کرده باشد.[3]

با وجود کارایی بالا، مقیاس VEI محدودیت‌های ذاتی خود را دارد، به ویژه زمانی که برای فوران‌های پیشاتاریخی به کار می‌رود؛ جایی که زمین‌شناسان باید حجم‌ها را از روی رسوبات خاکستری محاسبه کنند که طی هزاره‌ها فرسایش یافته یا مدفون شده‌اند.[3][4]

علاوه بر این، VEI فوران‌های جریانی (افیوزیو) را در نظر نمی‌گیرد؛ فوران‌هایی که به جای ابرهای خاکستر انفجاری، جریان‌های گدازه روان تولید می‌کنند، مانند فوران‌های مداوم کیلاویا (Kīlauea) در هاوایی.[1][4]

با وجود این محدودیت‌ها، شاخص انفجار آتشفشانی همچنان معیار بنیادین برای درک مقیاس مخاطرات آتشفشانی است و به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا تهدید نادر و سیاره‌ای یک ابرفوران VEI 8 را در بستر مناسب خود ارزیابی کنند.[3][4]