دانشمندان با مطالعه تغییرات در حیات پوشش گیاهی اطراف آتشفشان‌ها، به روش جدیدی برای پیش‌بینی فوران‌های آتشفشانی دست یافته‌اند. این روش می‌تواند به‌ویژه در مناطق دوردست که نصب تجهیزات پایش دشوار است، کمک بسیاری به پیش‌بینی زودهنگام این پدیده کند.

به گزارش وب‌سایت «اِرث» و بر اساس پژوهشی که در مجله «ژئوشیمی، ژئوفیزیک، ژئوسیستمز» منتشر شده‌ است، همانند سیستم ریشه‌ای گیاهان، بخش عمده فعالیت‌های آتشفشانی پیش از فوران در اعماق زمین رخ می‌دهد.

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد اگرچه استفاده از ابزارهای متداول مانند لرزه‌نگارها و دستگاه‌های سنجش نمونه‌های گازی اهمیت بالایی دارند، اما این تجهیزات در شناسایی برخی نشانه‌های هشداردهنده که در زمین‌های ناهموار پنهان شده‌اند، با محدودیت‎‌هایی روبه‌رو هستند.

ارتباط حیاتی گیاهان با گازهای آتشفشانی

دانشمندان در این پژوهش دریافته‌اند که حرکت ماگما به سمت سطح زمین با آزادسازی گازهای آتشفشانی، به‌ویژه دی‌اکسید کربن، همراه است. تشخیص این گازها به دلیل حضور طبیعی آن‌ها در محیط زندگی روزمره با دشواری‌هایی همراه است.

در همین زمینه، رابرت بوگ و تیم پژوهشی او در دانشگاه مک‌گیل مونترال، مطالعه‌ای دقیق بر روی الگوهای سلامت پوشش گیاهی در نزدیکی مناطق گرمابی کالدرا (گودال آتشفشانی) یلوستون در غرب آمریکا انجام دادند.

نتایج این تحقیق حاکی از آن است که گیاهان نسبت به تغییرات زیرزمینی واکنش‌هایی مشخص و معنادار از خود نشان می‌دهند.

این واکنش‌ها می‌تواند نشانه‌ای از افزایش فعالیت ماگما و احتمال فوران آتشفشان باشد. به عبارت دیگر، گیاهان با تغییر در رفتار رشد خود، پیام‌هایی را درباره فعالیت‌های زیرزمینی آتشفشان به محققان مخابره می‌کنند.

گیاهان، حسگرهای هوشمند طبیعی

بر اساس نتایج این مطالعه، گیاهان با حساسیت فوق‌العاده‌ای نسبت به تغییرات محیطی واکنش نشان می‌دهند و الگوی رشد خود را با شرایط جدید تطبیق می‌دهند که این پدیده در قالب تغییراتی در میزان فتوسنتز و ساختار برگ‌ها نمایان می‌شود.

پژوهشگران دریافته‌اند که تغییرات در میزان دی‌اکسید کربن، گوگرد و دمای خاک که از مشخصه‌های مناطق آتشفشانی است، تاثیری مستقیم بر وضعیت رشد و شکوفایی درختان دارد.

نکته قابل توجه این است که این نشانه‌ها می‌توانند ماه‌ها و حتی سال‌ها پیش از وقوع رویدادهای مهم آتشفشانی در بافت‌های گیاهی ظاهر شوند. به بیان دیگر، گیاهان همچون حسگرهایی دقیق و هوشمند، پیش از آنکه ابزارهای معمول قادر به تشخیص تغییرات باشند، از فعل و انفعالات زیرزمینی خبر می‌دهند.

پایش تغییرات گیاهی

از آنجا که تشخیص تغییرات جزیی در پوشش گیاهی با چشم غیرمسلح غیرممکن است و جنگل‌ها گستره وسیعی دارند، محققان از تصویربرداری ماهواره‌ای برای پایش این تغییرات استفاده می‌کنند.

این فن‌آوری پیشرفته قادر است مناطق وسیع را رصد و کوچک‌ترین نشانه‌های استرس یا رشد غیرعادی گیاهان را که ممکن است از سطح زمین قابل مشاهده نباشد، شناسایی کند.

اهمیت ارزیابی سلامت گیاهان

یکی از تکنیک‌های کلیدی در این پژوهش، استفاده از شاخص نرمال‌سازی شده تفاوت پوشش گیاهی (NDVI) است. این شاخص با اندازه‌گیری سطح کلروفیل، میزان فعالیت فتوسنتزی گیاهان را مشخص می‌کند.

این شاخص طیفی از اعداد منفی تا مثبت یک را در بر می‌گیرد؛ هر چه عدد به یک نزدیک‌تر باشد، نشان‌دهنده شادابی و سلامت بیشتر گیاه است.

محققان با بررسی و مقایسه این اعداد در مکان‌های مختلف و در بازه‌های زمانی متفاوت می‌توانند الگوهایی را شناسایی کنند که با تغییرات زیرزمینی مرتبط است.

مطالعات در مناطق آتشفشانی نشان می‌دهد که انتشار محدود دی‌اکسید کربن و مایعات گرم می‌تواند در ابتدا باعث تقویت گیاهان محلی شود. اما غلظت‌های بالاتر گازهای مضر یا خاک بسیار داغ می‌تواند به گیاهان استرس وارد کند و حتی باعث مرگ آن‌ها شود.

مطالعه موردی دریاچه ترن

منطقه گرمابی دریاچه ترن در کالدرا یلوستون نمونه خوبی از چگونگی واکنش گیاهان به تغییرات زیرزمینی است.

تصاویر ماهواره‌ای لندست از ۱۹۸۴ تا ۲۰۲۲ نشان می‌دهد که درختان این منطقه ابتدا به دلیل افزایش مواد مغذی در خاک، به مدت ۱۶ سال رشد مثبتی داشتند.

اما در اوایل دهه ۲۰۰۰، الگوی تغییرات دگرگون شد. بسیاری از درختان کاج در مرکز منطقه از بین رفتند و داده‌های مادون قرمز نشان داد دمای خاک در برخی مناطق از ۵۰ درجه سانتیگراد فراتر رفته‌ است.

حضور گازهای سمی و مایعات اسیدی نیز به تخریب بافت‌های گیاهی منجر شد.

با گذشت زمان، منطقه آسیب‌دیده گسترش یافت و محدوده‌ی عاری از درخت بیش از پیش نمایان شد. این تغییر مداوم بیانگر آن است که فرآیندی عمیق‌تر در حال گرم کردن زمین و تغییر ترکیب شیمیایی مورد نیاز گیاهان است.

هر آتشفشان منحصر به فرد است؛ برخی با جنگل‌های انبوه احاطه شده‌اند، در حالی که برخی دیگر در مناطق بیابانی یا ارتفاعات بالا قرار دارند.

در مناطقی که شرایط برای رشد گیاهان مناسب است، دانشمندان می‌توانند از شاخص‌های گیاهی برای شناسایی تغییرات احتمالی مرتبط با فعالیت ماگما استفاده کنند.

نظارت بر پوشش گیاهی به‌تنهایی نمی‌تواند برای پیش‌بینی فوران‌های آتشفشانی کافی باشد، اما در کنار سایر روش‌های پایش مانند سنجش زمین‌لرزه‌های کوچک، تورم زمین و تغییرات ترکیب گازها، می‌تواند به درک عمیق‌تری از فعالیت‌های زیرسطحی آتشفشان‌ها منجر شود.

محققان امیدوارند با ترکیب این روش‌ها بتوانند تصویری دقیق‌تر از فعالیت‌های آتشفشانی به دست آورند و هشدارهای زودهنگام‌تری برای فوران‌های احتمالی صادر کنند.