O mistério dos vulcões que não explodem finalmente tem uma resposta

Esta ideia é frequentemente comparada a abrir uma garrafa de champanhe. Quando a garrafa é selada, o dióxido de carbono permanece misturado ao líquido porque está sob pressão. A remoção da rolha reduz essa pressão, permitindo que o gás se separe em bolhas. Estas bolhas sobem rapidamente, transportando o líquido para cima e produzindo um spray repentino.

No entanto, esta explicação clássica não dá conta de certo comportamento vulcânico. Alguns vulcões, incluindo o Monte Santa Helena, no estado de Washington, e Quizapu, no Chile, libertaram ocasionalmente fluxos de lava lentos e suaves, mesmo quando o seu magma era rico em gás e considerado altamente explosivo. Uma equipa internacional de investigadores que inclui um cientista da ETH Zurique identificou agora um novo factor que ajuda a explicar este enigma de longa data.

Forças de cisalhamento como um segundo mecanismo de formação de bolhas

Em um artigo recente em Ciênciaos pesquisadores relatam que bolhas de gás também podem aparecer no magma ascendente devido a forças de cisalhamento, não apenas a partir de quedas de pressão. Quando as bolhas se formam nas profundezas de um conduto vulcânico e começam a crescer, elas podem se fundir em caminhos maiores que atuam como canais de escape. Esta libertação precoce de gás pode permitir que o magma emerja silenciosamente na superfície.

Para visualizar o cisalhamento, imagine mexer um pote grosso de mel. O mel mais próximo da colher se move mais rápido, enquanto o mel que toca as paredes do pote se move mais lentamente devido ao atrito. Algo comparável acontece num conduto vulcânico: o magma próximo às paredes viaja mais lentamente do que o magma no centro. Este movimento irregular amassa efetivamente a rocha derretida e ajuda a gerar bolhas.

“As nossas experiências mostraram que o movimento no magma devido às forças de cisalhamento é suficiente para formar bolhas de gás – mesmo sem queda de pressão”, diz Olivier Bachmann, Professor de Vulcanologia e Petrologia Magmática na ETH Zurique e um dos co-autores do estudo. De acordo com a equipe, as bolhas se formam mais facilmente perto das paredes dos conduítes, onde o cisalhamento é mais forte. Depois que algumas bolhas se formam, elas facilitam o aparecimento de bolhas adicionais. “Quanto mais gás o magma contém, menos cisalhamento é necessário para a formação e crescimento de bolhas”, explica Bachmann.

Por que alguns vulcões explosivos liberam fluxos suaves

As novas descobertas mostram que mesmo o magma com relativamente pouco gás dissolvido pode produzir uma explosão poderosa se o cisalhamento produzir uma onda repentina de bolhas que empurra o magma para cima rapidamente.

Por outro lado, o cisalhamento também pode criar bolhas no início do magma que já contém grandes quantidades de gás. Quando essas bolhas se fundem em canais mais largos, o gás escapa antes que a pressão possa aumentar. “Podemos, portanto, explicar porque é que alguns magmas viscosos fluem suavemente em vez de explodirem, apesar do seu elevado teor de gás – um enigma que nos intriga há muito tempo,” diz Bachmann.

O Monte Santa Helena em 1980 ilustra esse processo. Embora seu magma contivesse uma grande quantidade de gás e fosse capaz de causar uma grande explosão, a erupção inicialmente produziu um fluxo lento de lava dentro do cone. O forte cisalhamento no magma ascendente gerou bolhas extras, permitindo a desgaseificação precoce. Somente depois que um deslizamento de terra abriu a abertura e provocou uma rápida queda de pressão é que o vulcão liberou sua famosa fase explosiva. Estes resultados indicam que muitos vulcões contendo magma viscoso podem liberar gás de forma mais eficaz do que se supunha anteriormente.

Experimentos de laboratório revelam como o cisalhamento cria bolhas

Para explorar como esses processos internos se desenvolvem, a equipe de pesquisa projetou uma configuração de laboratório usando um líquido espesso semelhante à rocha derretida e infundiu-o com dióxido de carbono.

Quando o líquido foi colocado em movimento por cisalhamento, bolhas apareceram repentinamente quando a força ultrapassou um limite específico. Líquidos com maior saturação inicial de gás necessitaram de ainda menos cisalhamento para criar mais bolhas. A equipe também observou que as bolhas existentes encorajavam a formação de bolhas adicionais nas proximidades.

Os cientistas combinaram estes resultados experimentais com simulações computacionais do comportamento vulcânico. A sua análise mostrou que este efeito de formação de bolhas é particularmente ativo onde o magma viscoso esfrega contra as paredes do conduto e sofre forte cisalhamento.

Melhorando as previsões de vulcões com novos insights

Juntas, essas descobertas fornecem uma nova perspectiva importante sobre como os vulcões ativos se comportam internamente e como as erupções começam. “Para prever melhor o potencial de perigo dos vulcões, precisamos de atualizar os nossos modelos de vulcões e ter em conta as forças de cisalhamento nas condutas”, diz Bachmann.

Ao incorporar a formação de bolhas provocada pelo cisalhamento nos modelos de previsão, os cientistas poderão ser capazes de avaliar os riscos de erupção com mais precisão e compreender por que alguns vulcões entram em erupção violentamente, enquanto outros libertam lava de forma muito mais silenciosa.