O poder de uma erupção vulcânica está intimamente relacionado ao número de bolhas presentes no magma ascendente e ao momento de sua formação. Durante anos, os cientistas pensaram que a maioria das bolhas se formava apenas quando o magma subia e a pressão circundante diminuía. Em formações mais profundas, a alta pressão mantém os gases dissolvidos na rocha fundida, mas uma vez reduzida a pressão, estes gases escapam e criam bolhas. À medida que as bolhas se acumulam, o magma torna-se mais flutuante e sobe mais rapidamente, por vezes rompendo-se e explodindo de forma explosiva.
A ideia costuma ser 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 a pressão, permitindo que o gás se separe em bolhas. Essas bolhas sobem rapidamente, transportando o líquido para cima e criando um spray repentino.
No entanto, esta explicação clássica não explica certos comportamentos vulcânicos. Alguns vulcões, incluindo o Monte Santa Helena, no estado de Washington, e o vulcão Kitzapu, no Chile, ocasionalmente liberam fluxos lentos e suaves de lava, embora seu magma seja rico em gases e considerado altamente explosivo. Uma equipa internacional de investigadores, incluindo cientistas da ETH Zurique, descobriu agora um novo factor que poderá ajudar a explicar este enigma de longa data.
Cisalhamento como segundo mecanismo de formação de bolhas
Em um artigo recente ciênciaBolhas também podem aparecer no magma ascendente devido a forças de cisalhamento, e não apenas a uma queda na pressão, relatam os pesquisadores. Quando as bolhas se formam e começam a crescer profundamente dentro de um tubo vulcânico, elas podem coalescer em canais maiores que atuam como rotas de fuga. A libertação antecipada deste gás permite que o magma emerja silenciosamente na superfície.
Para visualizar as forças de cisalhamento, imagine mexer um pote grosso de mel. O mel mais próximo da colher se move mais rápido, enquanto o mel que toca a parede do pote se move mais devagar devido ao atrito. Uma situação semelhante ocorre em condutos vulcânicos: o magma próximo às paredes viaja mais lentamente do que o magma no centro. Este movimento irregular amassa a lava com eficácia e ajuda a criar bolhas.
“Nossas experiências mostram que o movimento do magma devido ao cisalhamento é suficiente para formar bolhas mesmo sem queda de pressão”, disse Olivier Bachmann, professor de vulcanologia e petrologia magmática na ETH Zurique e um dos coautores do estudo. De acordo com a equipe, é mais provável que bolhas se formem perto das paredes dos tubos, onde o cisalhamento é mais forte. Depois que algumas bolhas se formam, elas se tornam mais suscetíveis a mais bolhas. “Quanto mais gás houver no magma, menor será o cisalhamento necessário para que as bolhas se formem e cresçam”, explica Bachmann.
Por que alguns vulcões em erupção liberam correntes suaves de água
As novas descobertas mostram que mesmo o magma com relativamente pouco gás dissolvido pode produzir explosões poderosas se as forças de cisalhamento criarem uma onda repentina de bolhas que empurram o magma para cima rapidamente.
Por outro lado, o cisalhamento também pode criar bolhas nos estágios iniciais 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 aumente. “Podemos, portanto, explicar porque é que alguns magmas viscosos, apesar do seu elevado teor de gás, fluem suavemente em vez de explodirem – um mistério que há muito nos intriga”, disse Bachmann.
O Monte Santa Helena em 1980 ilustra esse processo. Embora o seu magma contenha grandes quantidades de gás e seja capaz de grandes explosões, a erupção inicialmente produziu fluxos de lava lentos dentro do cone. O forte cisalhamento no magma ascendente cria bolhas de gás adicionais que permitem a desgaseificação precoce. Somente depois que um deslizamento de terra abre a cratera e provoca uma rápida queda na pressão é que o vulcão desencadeia sua famosa fase explosiva. Estes resultados sugerem que muitos vulcões contendo magma viscoso podem expelir gases de forma mais eficiente do que se supunha anteriormente.
Experimento de laboratório revela como o cisalhamento cria bolhas
Para explorar como esses processos internos se desenvolvem, a equipe projetou uma configuração de laboratório usando um líquido viscoso semelhante à lava e injetando dióxido de carbono nele.
Quando um líquido é movido através de forças de cisalhamento, bolhas podem aparecer repentinamente quando a força excede um certo limite. Líquidos com maior saturação inicial de gás requerem menos cisalhamento para produzir mais bolhas. A equipe também observou que as bolhas existentes promovem a formação de bolhas adicionais nas proximidades.
Os cientistas combinaram esses resultados experimentais com simulações computacionais do comportamento dos vulcões. A análise deles mostrou que esse efeito de formação de bolhas é particularmente ativo quando o magma viscoso esfrega contra a parede do tubo e sofre forte cisalhamento.
Melhorando as previsões de vulcões com novos insights
Juntas, essas descobertas fornecem novos insights importantes sobre o comportamento dentro dos vulcões ativos e como as erupções começam. “Para prever melhor o perigo potencial dos vulcões, precisamos atualizar nossos modelos de vulcões e levar em conta as forças de cisalhamento nas tubulações”, disse Bachmann.
Ao incorporar a formação de bolhas provocada pelo cisalhamento em modelos preditivos, os cientistas poderão avaliar com mais precisão o risco de erupção e compreender por que alguns vulcões entram em erupção violentamente, enquanto outros liberam lava silenciosamente.
