رازهای پنهان آتشفشان‌های زیر آب: از فوران تا منشأ حیات

چرا بیشتر آتشفشان‌ها زیر آب هستند؟

در حالی که حدود ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ آتشفشان روی خشکی وجود دارد، تخمین زده می‌شود که تعداد آتشفشان‌های زیر اقیانوس‌ها چهار برابر این رقم باشد. این آمار ممکن است به دلیل پوشش ۷۰ درصدی زمین با آب، منطقی به نظر برسد، اما دلیل اصلی چیز دیگری است.

آتشفشان‌ها به طور یکنواخت در زمین پخش نشده‌اند؛ آن‌ها معمولاً در امتداد گسل‌های تکتونیکی ظاهر می‌شوند. به عنوان مثال، سه چهارم آتشفشان‌های جهان در امتداد حلقه آتشین اقیانوس آرام قرار دارند و ۱۰ درصد فعالیت‌های آتشفشانی جهان تنها در ژاپن رخ می‌دهد. بنابراین، پرسش اصلی این است که چرا بخش عمده‌ای از مرزهای صفحات تکتونیکی در بستر اقیانوس‌ها شکل گرفته است؟

پدیده فرورانش

یکی از دلایل اصلی، پدیده فرورانش است. در این پدیده، هنگام برخورد دو صفحه تکتونیکی، یکی از آن‌ها به زیر دیگری فرو می‌رود. این عامل اصلی شکل‌گیری بسیاری از آتشفشان‌ها در حلقه آتش اقیانوس آرام است. برای وقوع فرورانش، وجود آب ضروری است؛ زیرا آب دمای ذوب سنگ‌ها را کاهش داده و بخش بالایی گوشته را نرم‌تر می‌کند تا صفحه جدید را در خود جای دهد. به همین دلیل، بیشتر مناطق فرورانش در مرزهای اقیانوسی دیده می‌شوند و وقوع آن در میانه قاره‌ها تقریباً غیرممکن است.

چرخه ویلسون

دلیل مهم دیگر، چرخه ویلسون است؛ مدلی که توضیح می‌دهد چگونه ابرقاره‌ها توسط حرکت صفحات تکتونیکی شکل گرفته و سپس شکسته می‌شوند. بر اساس این نظریه، وقتی دو صفحه از هم دور می‌شوند، حوضه‌ای بزرگ ایجاد می‌کنند که حتی اگر در ابتدا جزو خشکی بوده باشند، به تدریج به دریا تبدیل می‌شود. شکاف‌ها و فضاهایی که بین صفحات ایجاد می‌شود، معمولاً به آب راه پیدا کرده و دریا یا اقیانوس را تشکیل می‌دهند. هرجا صفحات تکتونیکی حرکت کنند یا با هم برخورد کنند، آتشفشان شکل می‌گیرد، حتی اگر هزاران کیلومتر زیر سطح دریا باشند.

وقتی آتشفشانی زیر آب فوران می‌کند، چه اتفاقی می‌افتد؟

آتشفشان‌های کف اقیانوس ظاهری کاملاً متفاوت از نمونه‌های روی خشکی دارند. در حالی که آتشفشان‌های خشکی معمولاً به شکل کوه‌های بزرگ و انفجاری یا شیب‌های ملایم دیده می‌شوند، فوران‌های زیر آب در اعماق دریا، جایی که دما اغلب به حدود ۴ درجه سانتی‌گراد می‌رسد، به گونه‌ای دیگر رخ می‌دهند.

مرکز اقیانوس‌شناسی مؤسسه اسمیتسونیان اذعان دارد که «اغلب نمی‌دانیم آتشفشان‌های زیر آب چگونه عمل می‌کنند»، زیرا فوران آن‌ها زیر عمق زیادی از آب پنهان است و دانشمندان نمی‌توانند آن‌ها را به طور مستقیم مشاهده کنند.

با این حال، سرنخ‌هایی وجود دارد. هنگام فوران آتشفشان وست ماتا، که پایه‌اش حدود ۳ کیلومتر زیر اقیانوس آرام و نزدیک فیجی قرار دارد، جرقه‌ای درخشان از ماگمای داغ به داخل آب پرتاب شده و سپس به کف دریا بازمی‌گردد. این انفجار، خاکستر و قطعات سنگ را به داخل آب می‌فرستد و گدازه داغ در زیر آن می‌درخشد.

اکثر آتشفشان‌های زیر آب فوران‌های بزرگ و انفجاری ندارند و فوران آن‌ها معمولاً آرام‌تر و کوچک‌تر است. گاهی فوران این آتشفشان‌ها روی سطح آب به شکل حباب‌ها یا فوران‌های کوچک دیده می‌شود که شبیه حباب‌های نوشابه است. اما زیر آب، ماگما با فشار شدید آب اقیانوس روبه‌روست، بنابراین رفتار آن با فوران‌های روی خشکی متفاوت است.

در شرایط فشار و سرمای زیاد آب، گدازه نمی‌تواند مانند هوا در همه‌جا فوران کند و به جای آن، سریعاً سرد شده و به شیشه آتشفشانی یا گدازه‌های بالشتکی شکل تبدیل می‌شود. در عمق حدود ۲۲۰۰ متر، فشار آب آن‌قدر زیاد است که آب نمی‌تواند بجوشد؛ در عوض، وقتی آب با ماگمای داغ حدود ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد برخورد می‌کند، فوراً به بخار تبدیل می‌شود. این انبساط می‌تواند آن‌قدر قوی باشد که ماگما را خرد یا از هم جدا کند. همچنین، تغییر دمای زیاد بین آب سرد و ماگمای داغ باعث می‌شود ماگما سریعاً سرد و سفت شود.

انفجار زندگی

آتشفشان‌های زیر آب، مانند همتایان خشکی خود، هنگام فوران می‌توانند بسیار ویرانگر باشند. اما پس از فروکش کردن فوران، آن‌ها محیطی بسیار غنی و پربار برای زندگی ایجاد می‌کنند.

دبورا کلی، استاد دانشگاه واشنگتن، توضیح می‌دهد: «بیشتر کف اقیانوس نسبتاً هموار است، اما وقتی به مناطق فعال فوران یا دهانه‌های آتشفشانی می‌رسید، متوجه می‌شوید این آتشفشان‌ها نقاطی سرشار از حیات هستند.»

موجودات اعماق دریا، اطراف آتشفشان‌های زیر آب را به دلیل وجود منابع غذایی و شرایط مساعد برای زندگی انتخاب می‌کنند. ترک‌ها و شکاف‌های کف دریا که به دلیل فعالیت‌های آتشفشانی ایجاد شده‌اند، چاه‌های گرمابی را تشکیل می‌دهند. این دهانه‌ها آب گرم و غنی از مواد معدنی و شیمیایی آزاد می‌کنند که باعث رشد باکتری‌ها می‌شود.

کلی می‌گوید مشاهدات آن‌ها نشان می‌دهد که حتی اگر آب در دهانه‌های مختلف آتشفشان زیر آب از نظر مواد شیمیایی شبیه هم باشد، نوع و ترکیب موجودات میکروسکوپی که در آنجا زندگی می‌کنند می‌تواند کاملاً متفاوت باشد.

آتشفشان‌های زیر آب فراتر از مجموعه‌ای از داده‌ها برای مطالعه زمین‌شناسان و اقیانوس‌شناسان هستند. این آتشفشان‌ها چنان در ایجاد و افزایش تنوع زیستی مؤثرند که برخی کارشناسان معتقدند شاید باید بابت تمام حیات روی زمین از آن‌ها قدردانی کنیم.

تام گرنون، استاد علوم زمین در دانشگاه ساوت‌همپتون، در سال ۲۰۱۶ توضیح داد: «آتشفشان‌های زیر آب در دوران زمین گوی برفی نقش حیاتی داشتند. آن‌ها به تبدیل سیاره ما از سیاره‌ای یخ‌زده به سیاره‌ای پر از حیات کمک کردند. وقتی رسوبات ماگما روی کف دریا انباشته می‌شد، واکنش‌های شیمیایی بین سنگ‌ها و اقیانوسی که بیشتر آن با یخ پوشیده شده بود، باعث آزاد شدن مقدار زیادی مواد شیمیایی از قبیل کلسیم، منیزیم، سیلیکا و شاید مهم‌تر از همه فسفر شد. این مواد برای شکل‌گیری رسوبات کربنات ضخیم کافی بود.»

گرنون افزود: «این فرآیند به توضیح اینکه چگونه زمین توانست اکسیژن را در جو و اقیانوس‌های خود داشته باشد کمک می‌کند و به این ترتیب، حیات توانست از موجودات تک‌سلولی تکامل یافته و به حیوانات پیچیده برسد. وقتی دوران زمین گوی برفی به پایان رسید، زمین یکی از شگفت‌انگیزترین تغییرات خود از شرایط یخ‌زده به شرایط گرمسیری را تجربه کرد.»