A formação de cristais do tamanho de nanômetros pode – mesmo em baixas concentrações – alterar temporariamente a viscosidade do magma e levar a violentas erupções vulcânicas. Essa é a conclusão de geofísicos no Reino Unido, Alemanha e França, que dizem que sua pesquisa ajuda a explicar como vulcões calmos e previsíveis podem se tornar inesperadamente explosivos.
Existem essencialmente dois tipos de erupção vulcânica: explosiva e efusiva. No primeiro caso, a rocha derretida viscosa com alto teor de sílica tende a reter gases vulcânicos mais facilmente. Isso aumenta a pressão na coluna de magma de tal forma que pode levar a uma explosão. Magmas basálticos, por sua vez, têm baixo teor de sílica e tendem a ser mais runnier. Isso geralmente permite que o gás escape suavemente, levando a erupções efusivas que produzem cúpulas de lava e fluxos do tipo visto no Havaí.
Esta distinção não é clara, no entanto, e magmas basálticos podem às vezes produzir eventos explosivos inesperadamente. Isso aconteceu no Monte Tarawera na Nova Zelândia em junho de 1886, que destruiu dez assentamentos Maori e matou cerca de 120 pessoas.
Fragmentação explosiva
Uma explicação comum para essa explosividade inesperada é o crescimento na rocha derretida de micrólitos, que são pequenos cristais que variam em tamanho de 1 a 100 mícrons. Em volumes suficientes, eles podem bloquear o fluxo de magma, levando à fragmentação explosiva. Isso ocorre quando o fluxo de magma muda de um corpo líquido contínuo contendo gás e cristais para um fluxo turbulento dominado por gases que contêm fragmentos de rocha fundida.
Há um problema com essa teoria, no entanto, em que muitas dessas explosões inesperadas (incluindo o Monte Tambora da Indonésia em 1815 – a erupção mais poderosa da história humana) ocorreram mesmo que suas concentrações de micrólitos não estivessem aparentemente em um nível suficientemente alto de cerca de 30% volume total.
Em um novo estudo, o vulcanologista Danilo Di Genova, da University of Bristol, e colegas consideraram os efeitos das nanolitas, que são cristais menores que são os precursores dos micrólitos. Usando microscopia eletrônica de varredura de transmissão e espectroscopia Raman, a equipe revelou a presença de nanolitas previamente não identificados (20-50 nm de tamanho) em amostras de cinzas de três erupções de baixa viscosidade: Monte Etna na Itália (122 aC); o vulcão Colli Albani (cerca de 37.000 anos atrás); e Monte Tambora.
Resfriamento rápido
A equipe então criou suas próprias nanolitas no laboratório, derretendo e resfriando amostras de rocha vulcânica. A espectroscopia de raios-X baseada em síncrotron revelou como as nanolitas crescem sob regimes de resfriamento rápido de cerca de 10-20 graus por segundo. Esse resfriamento é típico daquele experimentado pelo magma que sobe rapidamente a velocidades de metros por segundo. Outros experimentos com um magma sintético, ao lado da modelagem, sugerem que o efeito posterior do chamado sub-resfriamento (em que um magma, incapaz de se solidificar graças ao seu conteúdo de água dissolvida, cristaliza rapidamente depois de degase) fornece o cenário ideal para o crescimento da nanolita.
Além disso, a equipe descobriu que mesmo em baixas concentrações de nanolita de 5% em volume, o espaçamento entre cada nanolita pode ser muito pequeno. “Já é aceito que mesmo um fundido de baixa viscosidade tem dificuldade para fluir se ficar preso por uma rede de cristais, mas isso geralmente requer uma fração bem acima de 30%”, explicou Di Genova. “As nanolitas também têm a tendência de se aglomerar e formar objetos sólidos novos e maiores. Durante este processo, o líquido vulcânico permanece preso dentro desses aglomerados para aumentar efetivamente a fração de sólidos no magma.”
Juntos, ele explicou, esses processos explicam como as nanolitas podem aumentar a viscosidade do magma por um curto período de tempo à medida que se formam – levando à anteriormente inexplicável “mudança repentina de comportamento”, que pode fazer com que vulcões calmos “ocasionalmente nos apresentem uma surpresa mortal” .
“Nanopartículas suspensas em um fluido de baixíssima viscosidade parecem ter um grande efeito no aumento da viscosidade aparente da suspensão mesmo em baixas concentrações – um fator que poderia, se confirmado para a viscosidade do magma, aumentar a explosividade durante as erupções”, comenta Francisco Cáceres, um experimental vulcanologista da Ludwig-Maximilians-University of Munich. Ele acrescenta: “Este trabalho abre uma janela para novas pesquisas que precisam ser realizadas em magma natural, a fim de testar essa afirmação”.
A vulcanóloga Marie Edmonds, da Universidade de Cambridge, acrescenta: “Este trabalho terá implicações muito importantes para a nossa compreensão das erupções explosivas basálticas, mas também de forma mais ampla para a reologia do magma, nucleação e crescimento de cristais e bolhas; e a resistência do magma sob cisalhamento. Será importante no futuro entender se os magmas úmidos – aqueles que contêm muita água, como nas zonas de subducção – se comportam da mesma maneira que aqueles nos experimentos, que estavam secos.”
Com o estudo inicial concluído, os pesquisadores estão se movendo para modelar o impacto explosivo de nanolitas em configurações vulcânicas de baixo teor de sílica da vida real. Quando as restrições de viagem aumentarem após a pandemia, eles procurarão mais exemplos de nanolitas em rochas vulcânicas de todo o mundo.
Publicado em 12/10/2020 22h28
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