ثوران ليمني

الأسباب

وفي هذا السياق، لكي تشهد البحيرة ثورانًا ليمنيًا، يجب أن تكون مياهها قريبة من التشبع بالغاز. وكان المكوّن الرئيسي في الحالتين المرصودتين، بحيرتَي نيوس ومونون. أما في حالة بحيرة كيفو، فقد أبدى العلماء، ومنهم فيزيائي البحيرات ألفريد جوني ووست، قلقًا كذلك بشأن تركيزات الميثان. وقد ينشأ من الغازات البركانية المنبعثة من قاع البحيرة، أو من تحلل المواد العضوية.

من جانب آخر، والثورانات الليمنية نادرة جدًا لعدة أسباب. أولًا، يجب أن يوجد مصدر لـ، والمناطق ذات النشاط البركاني هي الأكثر عرضة لذلك. ثانيًا، الغالبية العظمى من البحيرات هي بحيرات متجانسة الاختلاط (تختلط طبقاتها بانتظام)، مما يمنع تراكم الغازات الذائبة. أما البحيرات الجزئية الاختلاط وحدها فهي التي تتطبّق، مما يسمح ببقاء ذائبًا. ويُقدَّر أنه مقابل كل 1000 بحيرة متجانسة الاختلاط، توجد بحيرة جزئية اختلاط واحدة فقط. وأخيرًا، يجب أن تكون البحيرة عميقة جدًا كي تحتوي على مياه مضغوطة بما يكفي لإذابة كميات كبيرة من .

ومن جهة أخرى، قبل أن تصل البحيرة إلى التشبع، تسلك سلوك المشروب الغازي المغلق: يكون ذائبًا في الماء. وفي كل من البحيرات والمشروبات الغازية، يذوب بسهولة أكبر عند الضغط المرتفع بحسب ـقانون هنري. وعندما ينخفض الضغط، يتحرر من المحلول على شكل فقاعات غازية ترتفع إلى السطح. كما يذوب بسهولة أكبر في المياه الأكثر برودة، لذا يمكن للبحيرات العميقة جدًا أن تذيب كميات كبيرة جدًا من ، إذ يزداد الضغط وتنخفض درجة الحرارة مع العمق. وقد يؤدي ارتفاع طفيف في درجة حرارة الماء إلى تحرر كمية كبيرة من .

من جهة ثانية، وبمجرد تشبع البحيرة، تصبح شديدة عدم الاستقرار، لكن يلزم وجود محفز فعلي لإطلاق الثوران. ففي ثوران بحيرة نيوس عام 1986، اعتُقد أن الانهيارات الأرضية كانت المحفز، لكن يمكن كذلك لثوران بركاني أو زلزال أو حتى رياح وعواصف مطرية أن تكون محفزات محتملة. كما يمكن أن تنجم الثورانات الليمنية عن تشبع غازي تدريجي عند أعماق معينة يحفّز تكوّنًا غازيًا تلقائيًا. وأيًا كان السبب، فإن المحفز يدفع المياه المشبعة بالغاز إلى الارتفاع في البحيرة، حيث لا يكفي الضغط المنخفض هناك للإبقاء على الغاز ذائبًا. وترفع قوة الطفو الناتجة عن الفقاعات المتشكلة الماءَ إلى أعلى، محررةً مزيدًا من الفقاعات. وتتشكل بهذه الطريقة عمودٌ من الغاز، وعندها تُسحب المياه من القاع بفعل الشفط، وتفقد بدورها في عملية متسارعة ذاتيًا. ويطلق هذا الثوران الغاز في الهواء، وقد يُزيح كمية كافية من الماء لتكوين موجة تسونامي.

نزع فتيل "القاتل الصامت" للبحيرة

• بحيرة نيوس (1986)
• إزالة الغاز من بحيرة نيوس
• فك شفرة البحيرات القاتلة في الكاميرون

مخاطر بحيرة كيفو

كذلك، ورغم إمكانية إزالة الغاز من البحيرة بطريقة مماثلة لما جرى في بحيرتَي مونون ونيوس، فإن حجم بحيرة كيفو وكمية الغاز التي تحتويها تجعل مثل هذه العملية مكلفة، إذ قد تصل تكلفتها إلى ملايين الدولارات. وأدى مشروع أُطلق عام 2010 لاستخدام الميثان المحتجز في البحيرة كمصدر وقود لتوليد الكهرباء في رواندا إلى درجة من إزالة . وأثناء عملية استخلاص غاز الميثان القابل للاشتعال المستعمل لتشغيل محطات الطاقة على الشاطئ، تُزال بعض كمية عبر عملية تُعرف باسم الغسل الحفزي. ولا يزال من غير الواضح ما إذا كانت كمية الغاز المُزالة كافية لإزالة خطر وقوع ثوران ليمني في بحيرة كيفو.

في هذا الإطار، وقد لفت تغيّران جوهريان في الحالة الفيزيائية لبحيرة كيفو الانتباه إلى احتمال وقوع ثوران ليمني: ارتفاع معدلات تفكك الميثان، وارتفاع درجة حرارة السطح. وتُظهر الأبحاث التي تدرس درجات الحرارة التاريخية والحالية أن درجة حرارة سطح بحيرة كيفو ترتفع بمعدل يقارب 0.12 درجة مئوية لكل عقد. وتقع بحيرة كيفو بالقرب من محفزات محتملة، منها جبل نيراغونغو (البركان النشط الذي ثار في يناير 2002 ومايو 2021)، ومنطقة نشطة زلزاليًا، وبراكين نشطة أخرى.

وفي هذا السياق، لا تُعد بحيرة كيفو أكبر من بحيرة نيوس بنحو 1700 مرة فحسب، بل تقع كذلك في منطقة أكثر كثافة سكانية بكثير، إذ يعيش أكثر من مليوني نسمة على ضفافها. ويقع الجزء الواقع ضمن جمهورية الكونغو الديمقراطية في منطقة نزاع مسلح نشط وضعف في القدرة المؤسسية لحكومة الكونغو الديمقراطية، مما يعرقل كلًا من الدراسات وأي إجراءات تخفيفية لاحقة. ولم تصل بحيرة كيفو بعد إلى مستوى مرتفع من التشبع بـ؛ فإذا أصبحت المياه شديدة التشبع، فإن أي ثوران ليمني سيشكل خطرًا كبيرًا على حياة البشر والحيوان، وقد يودي بحياة ملايين الأشخاص.

• انظر كذلك
• نافورة المياه الباردة
• مازوكو
• أمواج تسونامي في البحيرات
• المراجع
• وصلات خارجية
• صفحة فريق إزالة الغاز من بحيرة نيوس

أصل المصطلح

وفي السياق ذاته، صاغ العالِم الفرنسي جان-كريستوف سابرو مصطلح "الثوران الليمني" (بالإنجليزية: limnic eruption) لأول مرة خلال مؤتمر نظّمته اليونسكو بالتعاون مع الحكومة الكاميرونية في مدينة ياوندي في مارس 1987، خُصص لبحث كارثة بحيرة نيوس التي وقعت في العام السابق. وقد جاء اعتماد هذا المصطلح في أعقاب جدل علمي حاد حول تفسير الحادثة، إذ تنافست فرضيتان رئيسيتان: الأولى ربطت الانبعاث المفاجئ لثاني أكسيد الكربون بعملية بركانية مباشرة أو انفجار حراري مائي، بينما افترضت الثانية أن الغاز كان مختزنًا أصلًا في المياه العميقة المشبعة به، وأن اضطرابًا في استقرار طبقات البحيرة أدى إلى تحرره دفعة واحدة. ومع تقدّم الدراسات الكيميائية والفيزيائية لمياه بحيرة نيوس في السنوات التالية، ترجّح التفسير الليمني بوصفه الأقرب إلى الواقع، واستقر المصطلح في الأدبيات العلمية للتمييز بين هذه الظاهرة والثوران البركاني التقليدي الذي يتضمن قذف الحمم أو الرماد، بخلاف الثوران الليمني الذي يقتصر على تحرر غاز مذاب من مياه البحيرة دون نشاط بركاني مباشر أثناء وقوعه.

وفي هذا الصدد، كما استُخدم تعبير "انقلاب البحيرة" (lake overturn) في وقت مبكر كتسمية بديلة أقل دقة لوصف هذا الحدث، إلا أن هذا التعبير يُستعمل أصلًا في علم البحيرات للدلالة على ظاهرة مختلفة تمامًا، هي الاختلاط الحراري الموسمي الطبيعي الذي يحدث بانتظام في أغلب البحيرات المعتدلة، مما جعل استعماله في سياق كارثتَي مونون ونيوس مصدرًا للالتباس المصطلحي.

القرب من مناطق ذات نشاط بركاني

وفي هذا الصدد، أدت التحقيقات في حادثتَي بحيرة مونون وبحيرة نيوس إلى تصنيف العلماء الثورانات الليمنية كنوع مستقل من الأحداث الخطرة، رغم إمكانية ربطها بشكل غير مباشر بالثورات البركانية.

ماء وارد مشبع بـ

ومن ناحية أخرى، قاع بارد للبحيرة، مما يدل على غياب حرارة بركانية مباشرة في مياه البحيرة

طبقتان حراريتان علوية وسفلية تختلفان في تشبعهما بـ

إزالة الغاز

علاوةً على ذلك، وتشير بعض الأدلة إلى أن بحيرة ميشيغان في الولايات المتحدة تُطلق غازها تلقائيًا وعلى نطاق أصغر بكثير كل خريف.

وفي هذا الصدد، تجري في الوقت الحالي جهود لتطوير حل لإزالة الغاز من هذه البحيرات ومنع تراكمه الذي قد يؤدي إلى كارثة أخرى. وبدأ فريق بقيادة العالم الفرنسي ميشيل هالبواكس تجارب في بحيرة مونون وبحيرة نيوس عام 1990 باستخدام سيفونات لإزالة الغاز من مياه هاتين البحيرتين بطريقة مضبوطة. وقد وضع الفريق أنبوبًا عموديًا في البحيرة بحيث يبرز طرفه العلوي فوق سطح الماء. وتدخل المياه المشبعة بـ من أسفل الأنبوب وترتفع إلى أعلاه، حيث يسمح انخفاض الضغط عند السطح بتحرر الغاز من المحلول. ولا يلزم سوى ضخ كمية صغيرة من الماء آليًا في البداية لبدء التدفق. وبينما ترتفع المياه المشبعة، يتحرر منها ويكوّن فقاعات، وتسحب قوة الطفو الطبيعية للفقاعات الماءَ إلى أعلى الأنبوب بسرعة عالية، مكوّنةً نافورة عند السطح. وتعمل المياه المزالة الغاز كأنها مضخة، تسحب مزيدًا من الماء إلى قاع الأنبوب، فتُنشئ تدفقًا ذاتي الاستمرار. وهذه هي الآلية نفسها التي تؤدي إلى الثوران الطبيعي، إلا أنها هنا مضبوطة بحجم الأنبوب.

في هذا الإطار، وفي يناير 2001، ركّب الفريق الفرنسي-الكاميروني أنبوبًا واحدًا في بحيرة نيوس، وأُضيف أنبوبان آخران عام 2011 بدعم تمويلي من برنامج الأمم المتحدة الإنمائي. كما رُكّب أنبوب في بحيرة مونون عام 2003، وأُضيف أنبوبان آخران عام 2006. ويُعتقد أن هذه الأنابيب الثلاثة كافية لمنع ارتفاع مستويات ، إذ تزيل كمية تقارب ما يدخل طبيعيًا عند قاع البحيرة. وفي يناير 2003، أُقرّ مشروع مدته 18 شهرًا لإزالة الغاز بالكامل من بحيرة مونون، وأصبحت البحيرة منذ ذلك الحين آمنة.

في هذا الإطار، ولكل أنبوب سعة ضخ محدودة، ويلزم عدد منها لكل من بحيرتَي مونون ونيوس كي تُزيل الغاز من جزء معتبر من مياه القاع العميقة وتجعل البحيرتين آمنتين. ومياه القاع العميقة حمضية نوعًا ما بسبب الذائب فيها، مما يسبب تآكل الأنابيب والمعدات الإلكترونية، الأمر الذي يستوجب صيانة مستمرة. كما يُثار بعض القلق من أن يستقر الخارج من الأنابيب على سطح البحيرة مكوّنًا طبقة رقيقة من الهواء غير القابل للتنفس، مما قد يسبب مشكلات للأحياء البرية.

حوادث تاريخية

من جهة ثانية، نظرًا للطابع الخفي إلى حد كبير للسبب الكامن وراء الثورانات الليمنية (غاز )، يصعب تحديد المدى الذي وقعت فيه هذه الثورانات في الماضي، وتوقيتها. يذكر المؤرخ الروماني بلوتارخوس أن بحيرة ألبانو فاضت فوق التلال المحيطة بها عام 406 ق.م، رغم عدم وجود أمطار أو روافد تصب في البحيرة تفسر ارتفاع منسوب مياهها. وقد دمّر الفيضان الناجم عن ذلك الحقول والكروم قبل أن يصب في نهاية المطاف في البحر. ويُعتقد أن هذا الحدث نجم عن غازات بركانية محتجزة في رواسب قاع البحيرة، تراكمت تدريجيًا إلى أن تحررت فجأة، مسببةً فيضان المياه.

إضافةً إلى ذلك، وتوجد بحيرة ثالثة، هي بحيرة كيفو الأكبر بكثير، تقع على الحدود بين جمهورية الكونغو الديمقراطية ورواندا، وتحتوي على كميات هائلة من الذائب. وأظهرت عينات الرواسب المأخوذة من البحيرة وقوع حدث تسبب في انقراض الكائنات الحية في البحيرة كل نحو 1000 عام على وجه التقريب، وفي جرف الغطاء النباتي المجاور إلى داخل البحيرة. ويمكن كشف الثورانات الليمنية وقياس شدتها وفق مقياس تركيز من خلال أخذ عينات هوائية من المنطقة المتأثرة.تُظهر رواسب حفرة ميسل الأحفورية في ميسل بـألمانيا أدلة على وقوع ثوران ليمني هناك في مطلع العصر الإيوسيني. ومن بين الضحايا حشرات وضفادع وسلاحف وتماسيح وطيور وآكلات نمل وآكلات حشرات ورئيسيات بدائية، وحيوانات من فصيلة الباليوثيريات، محفوظة جميعها بحالة شبه تامة.

كذلك، وفي التاريخ الحديث، شُوهدت هذه الظاهرة مرتين. وقع أول ثوران ليمني مسجَّل في الكاميرون عند بحيرة مونون عام 1984، مسببًا اختناق وموت 37 شخصًا من سكان المنطقة المجاورة. ووقع ثوران ثانٍ وأشد فتكًا في بحيرة نيوس المجاورة عام 1986، إذ أطلق أكثر من 80 مليون متر مكعب من ، مما أودى بحياة نحو 1700 شخص و3000 رأس من الماشية، مجددًا عن طريق الاختناق.

بحيرة مونون

استخدام العلم لحل المشكلات: البحيرات القاتلة في الكاميرون

بي بي سي: إزالة الغاز من "البحيرة القاتلة" الكاميرونية

النتائج

ومن جهة أخرى، بمجرد وقوع الثوران، تتشكل سحابة كثيفة من فوق البحيرة وتمتد إلى المنطقة المحيطة. ونظرًا لأن أكثر كثافة من الهواء، فإنه يميل إلى الهبوط نحو الأرض، فيطرد الهواء القابل للتنفس ويسبب الاختناق. ويمكن لـ أن يجعل سوائل الجسم البشري شديدة الحموضة، وقد يسبب تسممًا بثاني أكسيد الكربون. وأثناء محاولة الضحايا التقاط أنفاسهم، فإنهم في الواقع يعجّلون باختناقهم من خلال استنشاق مزيد من .

علاوةً على ذلك، وفي بحيرة نيوس، هبطت السحابة الغازية إلى قرية مجاورة واستقرت فيها، فقتلت جميع سكانها على وجه التقريب؛ وسُجّلت إصابات على بُعد يصل إلى . ودفع تغيّر لون جلد بعض الجثث العلماء إلى افتراض أن السحابة الغازية ربما احتوت على حمض ذائب مثل كلوريد الهيدروجين، رغم أن هذه الفرضية محل خلاف. وعُثر على كثير من الضحايا وقد ظهرت على جلودهم تقرحات، يُعتقد أنها ناجمة عن قرح الضغط، والتي ربما نشأت عن انخفاض مستويات الأكسجين في دم من اختنقوا بثاني أكسيد الكربون. ولم يتأثر الغطاء النباتي المجاور إلى حد كبير، باستثناء ما كان ينمو مباشرة بمحاذاة البحيرة، إذ تضرر أو تدمر بفعل من موجة تسونامي نجمت عن عنف الثوران.