Em todo o mundo, entre 40 e 50 vulcões estão atualmente em erupção ou em estado de agitação, e centenas de milhões de pessoas correm o risco de perigos representados por esses vulcões potencialmente ativos. No entanto, apesar dos profundos perigos colocados à vida humana e à propriedade por erupções vulcânicas, a humanidade ainda não pode prevê-los de forma confiável e precisa, e mesmo quando as previsões são feitas com precisão por especialistas, elas podem não dar tempo suficiente para as pessoas evacuarem e fazerem preparativos de emergência.
Previsões precisas e confiáveis continuam sendo um alvo indescritível em grande parte porque os vulcanologistas não entendem completamente a dinâmica e os processos naturais do magma sob um vulcão antes que ele chegue à superfície. Agora, os resultados de um novo estudo liderado pelo vulcanologista Dan Rasmussen, Peter Buck Fellow no Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, pode trazer especialistas um passo mais perto de prever com precisão erupções vulcânicas.
O estudo, publicado em 10 de março na revista Science, descobriu que, para o tipo de vulcão mais comum do mundo, o magma com maior teor de água tende a ser armazenado mais profundamente na crosta terrestre. A descoberta identifica o que alguns cientistas esperam ser o fator mais importante que controla a profundidade em que o magma é armazenado.
“Este estudo conecta a profundidade em que o magma é armazenado à água, o que é significativo porque a água inicia e alimenta erupções em grande parte”, disse Rasmussen. Ele explicou que a água provoca erupções de forma análoga à forma como o dióxido de carbono pode fazer uma garrafa de refrigerante abalada explodir.
“Com a água dissolvida no magma que é armazenado sob um vulcão, se houver uma diminuição repentina na pressão, como quando uma tampa de garrafa de refrigerante é aberta de repente, bolhas de gás se formam e fazem com que o magma suba e ejete o vulcão, semelhante até quando um refrigerante sai da tampa de uma garrafa”, disse Rasmussen. “Mais conteúdo de água no magma significa mais bolhas de gás e potencialmente uma erupção mais violenta.”
“Esses resultados nos aproximam da compreensão da física e das condições de armazenamento de magma sob os vulcões, e isso é um ingrediente essencial para os tipos de modelos detalhados baseados em física necessários para prever erupções com mais precisão”, disse Rasmussen.
O estudo foi concluído por meio de novo trabalho de campo e análises de laboratório, além da reanálise de dados existentes coletados de erupções vulcânicas passadas rastreadas pelo Programa Global de Vulcanismo do Smithsonian.
Rasmussen começou sua pesquisa em 2015 enquanto completava seu doutorado no Observatório Terrestre Lamont-Doherty da Universidade de Columbia com seu conselheiro, o vulcanologista Terry Plank, que sugeriu que ele buscasse a questão ainda em aberto de por que a profundidade de armazenamento de magma varia de um vulcão para outro e o que controla essa profundidade.
Junto com uma equipe que incluía a geofísica Diana Roman, da Carnegie Institution for Science, Rasmussen foi a campo para coletar material vulcânico de oito vulcões localizados nas remotas e acidentadas ilhas Aleutas do Alasca.
Os pesquisadores se concentraram em um cenário geológico específico ao selecionar vulcões para este estudo: os chamados vulcões de arco que ocorrem na interseção de duas placas tectônicas convergentes. Vulcões de arco, como os encontrados nas Aleutas, são o tipo mais numeroso de vulcão na Terra e compreendem a totalidade do infame “Anel de Fogo” que circunda a Placa do Pacífico, tornando-os o alvo mais óbvio para melhorar as capacidades preditivas.
Usando navios e helicópteros, a equipe coletou pedaços de cinzas vulcânicas desses oito vulcões em meio a mares agitados e, na ilha de Unimak, a ameaça de ursos pardos gigantes. As cinzas vulcânicas foram o principal alvo da expedição porque podem conter cristais verdes feitos de olivina – cada um com um diâmetro de cerca de 1 milímetro, mais ou menos a espessura de um cartão de identificação de plástico.
No subsolo, esses cristais de olivina às vezes prendem pequenos pedaços de magma quando se formam. Depois que uma erupção envia esses cristais especiais de olivina para a superfície da Terra, o magma dentro deles esfria e se torna vidro. Ao analisar a composição química desses minúsculos pedaços de magma resfriado do interior de um vulcão, os pesquisadores conseguiram estimar o teor de água do magma.
Depois de estimar o teor de água dos pedaços de magma aprisionados coletados de seis dos oito vulcões das Aleutas, a equipe combinou esses dados com outras estimativas do teor de água magmática retiradas da literatura científica para mais 56 vulcões de todo o mundo. A lista final do conteúdo estimado de água magmática abrangeu 3.856 amostras individuais de 62 vulcões.
Para examinar a relação entre o teor de água estimado desses reservatórios de magma e suas respectivas profundidades de armazenamento, os pesquisadores vasculharam a literatura científica e criaram uma lista de 331 estimativas de profundidade para 112 vulcões.
Rasmussen disse que o banco de dados do Programa Global de Vulcanismo do Smithsonian “foi fundamental na compilação dessas listas porque é um recurso muito bom para a história das erupções, e só queríamos considerar os vulcões que entraram em erupção recentemente”. Rasmussen e a equipe de pesquisa se concentraram em erupções recentes porque os reservatórios de magma não parecem se mover muito após uma erupção e, portanto, quaisquer estimativas de profundidade ou teor de água que foram feitas usando material recentemente erupcionado têm a maior probabilidade de refletir com precisão o estado atual de reservatório de magma do vulcão.
Após anos de trabalho de campo, análise geoquímica e revisão da literatura, a equipe conseguiu traçar as profundidades estimadas de armazenamento de magma para 28 vulcões de todo o mundo em relação aos respectivos teores estimados de água magmática. Os resultados foram surpreendentemente claros: o conteúdo de água de um reservatório de magma está fortemente correlacionado com sua profundidade de armazenamento. Em outras palavras, magmas que continham mais água tendiam a ser armazenados mais profundamente na crosta terrestre.
O estudo também mostra que o teor de água de um magma é responsável por controlar sua profundidade, em vez de apenas correlacionar a ela. A equipe mostrou essa relação causal ao detectar a presença de marcadores químicos associados à formação de magmas contendo água no manto da Terra.
“Se a profundidade de armazenamento determinasse o teor de água no magma, ainda poderia criar a correlação entre o teor de água e a profundidade que observamos, mas não produziria os marcadores químicos do teor inicial de água do magma que encontramos”, disse Rasmussen.
Quanto à forma como o conteúdo de água pode determinar a profundidade de armazenamento do magma, Rasmussen e seus coautores argumentam que isso tem a ver com um processo conhecido como desgaseificação, no qual a água misturada com o magma forma bolhas de gás. Quando o magma subindo pela crosta terrestre começa a desgaseificar, torna-se mais viscoso, o que os pesquisadores sugerem que faz com que a ascensão do magma diminua e pare.
A evidência de que o conteúdo de água controla em grande parte a profundidade de armazenamento de magma derruba a explicação mais amplamente aceita no campo hoje, que afirma que o magma sobe através de rachaduras na crosta terrestre porque a rocha derretida é mais flutuante do que a crosta circundante, estabelecendo-se em sua profundidade de armazenamento porque atinge flutuabilidade neutra onde o magma não é mais flutuante do que seus arredores.
Rasmussen disse que o próximo passo para esta pesquisa é ver se essas descobertas são válidas para vulcões em outras configurações geológicas, como vulcões de pontos quentes como as ilhas havaianas ou vulcões de fenda como os da África Oriental. Além dessa extensão da pesquisa, Rasmussen disse que uma questão ainda maior se aproxima: “Se o conteúdo de água do magma controla a profundidade de armazenamento do magma, o que controla o conteúdo de água do magma?”
Publicado em 12/03/2022 15h40
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