עמוד התפרצות

עמוד התפרצות הוא ענן פטרייה המורכב מאפר געשי חם, הנפלט מהר געש במהלך התפרצות געשית ומתנשא מעליו.
את התיאור הראשון של עמוד התפרצות סיפק פליניוס הצעיר במכתבים ששלח להיסטוריון הרומי טקיטוס, לאחר התפרצות וזוב בשנת 79. פליניוס שהה אותה עת עם אמו במיסנום – עיר נמל במחוז קמפניה, בקצה המערבי של מפרץ נאפולי, בבית דודו, פליניוס הזקן. מנקודה זו הייתה לו תצפית טובה על וזוב ועל האירועים שליוו את ההתפרצות ב-24 באוגוסט:
...בערך באחת אחר הצהריים, אמי ביקשה ממנו להתבונן בענן בגודל ובצורה לא רגילים... מיד התרומם וטיפס למקום גבוה שיספק לו תצפית טובה על תופעה לא רגילה זו. ענן, שממרחק זה לא היה ברור מאיזה הר הוא מתנשא (רק לאחר מעשה נודע כי היה זה וזוב) התרומם, ואת צורתו הכללית לא אוכל לתאר לך בדיוק רב לבד מלדמות אותו לעץ אורן, מאחר שהוא התנשא לגובה רב בצורת גזע גבוה מאוד שהתפצל בראשו למעין ענפים, שנגרם, אני משער, או על ידי משב רוח פתאומי שהניע אותו בכוח שהלך ופחת כשהתקדם למעלה, או שהענן עצמו נדחף בחזרה על ידי משקלו-הוא והתפשט באופן שהזכרתי; הוא נראה לעיתים בהיר, לעיתים כהה ומוכתם, בהתאם לכמות הקרקע והאפר שהייתה ספוגה בו. (ספר VI, מכתב 16)

היווצרות

עמוד התפרצות נוצר במהלך התפרצות מתפוצצת, כאשר ריכוז גבוה של חומרים נדיפים המומסים בתוך המאגמה העולה גורמים להתפרקותה לאפר געשי ולחלקיקי טפרה גסים יותר. הטפרה נפלטת מן הלוע במהירות של כמה מאות קילומטרים לשעה ומתרוממת לגובה רב מעל הר הגעש.
העמוד נוצר באותו תהליך היוצר ענני פטרייה: בתנאים של התפרצות מתונה מתרוממת טפרה לוהטת, שצפיפותה נמוכה בתנאי טמפרטורה גבוהה, ומתערבבת עם כמות גדולה של אוויר. האוויר מתחמם, מתרומם, מתערבל עם הטפרה ותורם להתרוממות מהירה של עמוד ההתפרצות.
כאשר נפח ההתפרצות עולה ומגיע לערכים קריטיים, מפסיק עמוד ההתפרצות להתרומם ומתחיל להתמוטט. התמוטטות עמוד ההתפרצות עם העלייה בנפח נראית כפרדוקס, אולם ההסבר נעוץ ביעילות הערבול של האוויר והטפרה, הפוחתת כאשר מתעצמת ההתפרצות: חומרי הטפרה – המצויים בעומק עמוד ההתפרצות – מבודדים מהאוויר הסובב ומתקשים להתערבב עמו. כתוצאה מכך נעצרת התרוממותו של העמוד, הוא הופך צפוף יותר ומתמוטט.
תהליך ההתמוטטות יוצר פאזה געשית הרסנית ביותר בדמות זרמים ונחשולים פירוקלסטיים.

ברקים

בהתפרצויות רבות נצפו בעמוד ההתפרצות ברקים, הנוצרים על ידי חלקיקי אפר טעונים. הברקים מוגבלים לעמוד ההתפרצות, ואינם יוצרים מגע עם האטמוספירה או עם הקרקע.
אף שמדובר בתופעה שכיחה, קיימת אי-בהירות בקרב וולקנולוגים באשר לאופן היווצרותם. ידוע כי חלקיקי האפר יוצרים ביניהם מגע, ובכך מעבירים מטען חשמלי. עם זאת, יצירת מטענים חיוביים ושליליים בחלקיקים אינה מספיקה. על מנת שייווצרו ברקים יש צורך בהתרחקות החלקיקים זה מזה כדי לאפשר הולכה חשמלית – והמנגנון הגורם להתרחקות זו אינו ידוע עדיין.

סכנות

עמודי התפרצות מציבים מגוון של סכנות התלויות בהתנהגותם. שתי הסכנות העיקריות – ענני אפר וזרמים פירוקלסטיים – נובעות מהתנהגותם במצבים שונים. המעבר בין התנהגויות אלה וטבעה של כל אחת מהסכנות תלוי בדינמיקה הפנימית של עמוד ההתפרצות, הנובעת ממאפייני המאגמה וצינור ההזנה.
במהלך הערכת הסיכונים מתקיימת הנחה כי הנוזל הנפלט מתא המאגמה מצוי במוליך בלחץ השווה ללחץ אטמוספירי, או משתווה לו במהירות תוך השפעה מזערית על הנתך. לחץ במוליך הגדול מהלחץ האטמוספירי מוביל להתרחבות מהירה של העמוד ולהתפתחות גלי הלם קבועים המשנים את התנהגותו של עמוד ההתפרצות כולו. מחקר שעסק בנושא נעזר בסימולציה של שני עמודי התפרצות שבשניהם התקיימה במוליך זרימת חום (J s-1) זהה ונוצר רדיוס עמוד זהה בשלב שחרור הגזים. בסימולציה הראשונה התקיים במוליך לחץ אטמוספירי, ובשנייה – לחץ הגדול ממנו פי 4. למרות התנאים הראשוניים הזהים, למעט הלחץ – שני העמודים הפגינו התנהגות שונה בתכלית: בעמוד שנוצר בתנאי לחץ גבוה נוצרו גלי הלם והוא התמוטט בהתמדה. ההשוואה בין הסימולציות מצביעה על כך שהדינמיקה בתנאי לחץ גבוה עשויה ליצור עמוד התפרצות הנע בין שלבי התרוממות הנובעת מציפה ושלבי התמוטטות. השוואה זו סיפקה את המנגנון היוצר את התמוטטות העמוד והיווצרות זרמים פירוקלסטיים והיווצרות משקעים געשיים דוגמת טוף ואיגנימבריט.

ענני אפר

עמודי התפרצות עשויים להיות עצומים בגודלם ולצמוח במהירות לגובה רב. חלקם העליון נישא באמצעות הרוח כעננים, העשויים לנוע מהר הגעש למרחקים של מאות קילומטרים ולהמטיר טפרה על אזור נרחב. התפרצותו של הר סנט הלנס במאי 1980 יצרה ענן שהמטיר טפרה על שטח של כ-59,000 קמ"ר במערב ארצות הברית.
לעננים  הנרחבים השפעה מזיקה על תנועה אווירית, מאחר שהאפר הגעשי – שהוא למעשה שברים חדים של סלע לוהט – שוחק מנועי מטוסים ועלול להשביתם לחלוטין ולגרום להתרסקותם על הקרקע. בשני אירועים שמקורם באיסלנד – התפרצות אייאפיאטלאייקוטל באפריל 2010 והתפרצות גרימסווטן במאי 2011 – נוצרו ענני אפר שחדרו למרחב האווירי במערב אירופה וגרמו לסגירתו.

זרמים פירוקלסטיים ולהארים

התמוטטותו של עמוד התפרצות גורם להיווצרותם של זרמים ונחשולים פירוקלסטיים – שחומם עשוי להגיע ל-1,500 מעלות צלזיוס ומהירותם למאות קילומטרים לשעה.

סופרייר הילס

ב-18 ביולי 1995 החלה התפרצות הר הגעש סופרייר הילס בדרום האי הקריבי מונטסראט, לאחר שלא היה פעיל מאז המאה ה-19. התמוטטות עמוד ההתפרצות גרמה להיווצרותם של זרמים ונחשולים פירוקלסטיים, שחלקם הפכו במהרה ללהארים – זרמי מים מעורבים באפר געשי. אזור נרחב בדרום האי פונה מתושביו, כמו גם הבירה פלימות' שכוסתה בכמה מטרים של משקעים געשיים. פעילותו של הר הגעש נמשכה אל תוך העשור השני של המאה ה-21, וסמוך לו הוקם מצפה המופעל על ידי המכון הגאולוגי הבריטי (British Geological Survey).

מאיון

אירועים דומים נרשמו בהר הגעש מאיון בפיליפינים. ב-1984 פונו מבתיהם 73 אלף בני אדם בדרום-מזרח האי לוזון, וכתוצאה מכך לא נרשמו אבידות בנפש במהלך ההתפרצות. ב-1993 גרמו זרמים פירוקלסטיים למותם של 77 בני אדם. באוגוסט 2006 שוב פונו מבתיהם עשרות אלפי בני אדם במהלך התפרצות. ב-30 בנובמבר אותה שנה יצרה סופת הטייפון דוריאן להארים באפר הגעשי שהצטבר במורדות ההר בהתפרצות שהתרחשה אותה שנה בחודש אוגוסט ויותר מ-1,200 בני אדם מצאו בהם את מותם.

וזוב

גם עמוד ההתפרצות שהתנשא מעל וזוב בשנת 79 התמוטט במהלך הלילה שבין ה-24 וה-25 באוגוסט. כתוצאה מהתמוטטותו נוצרו זרמים פירוקלסטיים מהירים שחומם מאות מעלות, וקברו תחתם את הערים פומפיי, הרקולנאום, סטאבייה ואופלונטיס. בני אדם ובעלי חיים שלא נמלטו בשלבי ההתפרצות הראשונים מתו מיד תוך צריבת ריאותיהם וחנק.
פליניוס הצעיר – שהיה עד גם לאירועים אלה – כתב עליהם במכתבו השני לטקטיוס:
ענן שחור, מפחיד, שמתוכו פרצו להבות מפוצלות ורוטטות, והגיחו לשונות אש, כמו הבזקי ברק עצומים בגודלם... ואז הענן שקע על הקרקע וכיסה את הים... האפר החל ליפול עלינו, אם כי לא בכמות רבה. הבטתי לאחור; נראה שערפל דחוס וכהה עוקב אחרינו, משתרע על הארץ כמו ענן... אך זה התיישבנו כאשר ירד הלילה, לא כזה שיש כאשר השמים מעוננים, או כאשר אין ירח, אלא כזה שיש בחדר שחלונותיו הוגפו וכיבו את האור... (ספר VI, מכתב 20)