O poder de uma erupção vulcânica está intimamente ligado ao número de bolhas de gás que aparecem no magma ascendente, bem como ao tempo de sua formação. Durante muitos anos, os cientistas acreditaram que a maioria das bolhas se desenvolvia quando o magma subia e a pressão circundante caía. Em níveis mais profundos, a alta pressão mantém os gases dissolvidos na rocha derretida, mas quando a pressão cai, esses gases escapam e formam bolhas. À medida que as bolhas se acumulam, o magma torna-se mais flutuante e sobe rapidamente, por vezes rompendo-se e entrando em erupção explosiva.
Este conceito é frequentemente comparado a abrir uma garrafa de champanhe. Quando a garrafa é selada, o dióxido de carbono se mistura com o líquido sob pressão. A remoção da rolha reduz essa pressão, permitindo que o gás se separe em bolhas. Essas bolhas sobem rapidamente, movendo o líquido para cima e formando um spray repentino.
Contudo, esta explicação clássica não dá conta do comportamento de certos vulcões. Alguns vulcões, incluindo o Monte Santa Helena, no estado de Washington, e Quezapu, no Chile, emitiram ocasionalmente fluxos de lava lentos e suaves, mesmo quando o seu magma é considerado rico em gás e altamente explosivo. Uma equipa internacional de investigadores, incluindo 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 ciênciaOs pesquisadores relatam que bolhas de gás também podem aparecer no magma ascendente devido a forças de cisalhamento, e não apenas a quedas de pressão. Quando as bolhas se formam nas profundezas de uma abertura e começam a crescer, elas podem se aglutinar em passagens maiores que atuam como canais de escape. Esta liberação inicial de gás permite que o magma suba silenciosamente à 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 nas aberturas vulcânicas: o magma próximo às paredes viaja mais lentamente do que o magma no centro. Este movimento irregular retém eficazmente a rocha derretida e ajuda a criar bolhas.
“Nossas experiências mostram que o movimento do magma devido à força de cisalhamento é suficiente para gerar bolhas de gás – mesmo sem queda de pressão”, disse Olivier Bachmann, professor de vulcanologia e petrologia magmática na ETH Zurique e um dos coautores do estudo. Segundo a equipe, as bolhas se formam mais facilmente perto das paredes do duto, onde o cisalhamento é mais forte. Uma vez formadas algumas bolhas, elas facilitam o aparecimento de bolhas adicionais. “Quanto mais gás houver no magma, menos cisalhamento será necessário para a formação e crescimento de bolhas”, explica Bachmann.
Por que alguns vulcões explosivos liberam fluxos mais suaves?
As novas descobertas mostram que mesmo o magma com relativamente pouco gás dissolvido pode produzir uma explosão poderosa se o cisalhamento criar uma bolha repentina que empurra o magma para cima rapidamente.
Por outro lado, o cisalhamento pode causar a formação de bolhas no início do magma que já contém grandes quantidades de gás. Quando essas bolhas se fundem em canais largos, o gás escapa antes que a pressão aumente. “Assim, podemos explicar porque é que alguns magmas viscosos fluem lentamente em vez de entrar em erupção, apesar do seu elevado teor de gás – um enigma que nos intriga há muito tempo,” disse Bachmann.
O Monte Santa Helena em 1980 ilustra esse processo. Embora seu magma contivesse grandes quantidades 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 cria bolhas adicionais, permitindo uma rápida desgaseificação. O vulcão liberou sua famosa fase explosiva somente depois que um deslizamento de terra abriu a abertura e iniciou uma rápida queda de pressão. 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 evoluem, a equipe de pesquisa projetou um laboratório usando um líquido espesso como rocha derretida e misturou-o com dióxido de carbono.
Quando o fluido é acelerado por cisalhamento, bolhas aparecem repentinamente após a força exceder um certo limite. Líquidos com maior saturação inicial de gás requerem ainda menos cisalhamento para produzir mais bolhas. A equipe também notou que as bolhas existentes encorajavam a formação de bolhas adicionais nas proximidades.
Os cientistas combinaram estes resultados experimentais com simulações computacionais do comportamento do vulcão. 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 a previsão 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 são iniciadas. “Para prever melhor o potencial de perigo vulcânico, precisamos de atualizar os nossos modelos vulcânicos e ter em conta as forças de cisalhamento nas condutas”, disse Bachmann.
Ao incorporar a formação de bolhas provocada pelo cisalhamento nos modelos de previsão, os cientistas poderão ser capazes de avaliar com mais precisão os riscos de erupção e compreender por que alguns vulcões entram em erupção violentamente, enquanto outros expelem lava de forma muito mais silenciosa.
