Novo estudo: gás que regressa ao magma pressuriza câmaras vulcânicas e acelera erupções

Um novo estudo concluiu que o gás que volta a dissolver-se no magma pode aumentar a pressão em grandes sistemas vulcânicos mais depressa do que o gás que deles se liberta.

Essa inversão acelera o caminho para a erupção e reduz o intervalo entre a recarga em profundidade e a ruptura à superfície.

Gás na câmara magmática

Numa reconstrução digital do corpo magmático sob a caldeira de Aso, no Japão, a pressão subiu mais rapidamente quando o gás regressou ao fundido.

A partir das evidências observadas em Aso, Franziska Keller, da Lehigh University e do Trinity College Dublin, explicou por que motivo esta inversão é relevante.

Quando magma novo e mais quente entrou no reservatório, a pressão aumentou e os cristais começaram a derreter, deixando ao gás menos locais onde pudesse permanecer sob a forma de bolhas.

Nessas condições, a câmara tornou-se mais difícil de comprimir; assim, a mesma recarga passou a gerar pressão perigosa mais depressa do que previam modelos anteriores.

Porque é que as bolhas são decisivas

Em geral, as bolhas tornam este tipo de magma viscoso mais compressível, permitindo que a câmara absorva a entrada de magma sem um salto abrupto de pressão.

Com a resorção de voláteis - isto é, com o gás a voltar a dissolver-se no fundido - as bolhas desaparecem e o magma adicional transforma-se de forma mais directa em pressão.

“Volatile resorption can, counterintuitively, promote chamber pressurization faster than volatile exsolution,” escreveu Keller.

Este efeito amortecedor ajuda a perceber por que razão câmaras gigantes podem manter-se estáveis durante longos períodos e, ainda assim, avançar para a erupção após um pulso rápido de recarga.

Pistas nos cristais da caldeira de Aso

Antes de o modelo fazer sentido, minerais microscópicos de Aso já sugeriam que o orçamento de gás do reservatório estava a mudar.

Entre esses minerais estava a apatite, um cristal de fosfato capaz de registar condições de água, além de gotículas de fundido aprisionado.

Em Aso, o reservatório manteve-se maioritariamente pobre em água e só se aproximou da saturação a menos de dez milénios antes de Aso-4, como mostrou um artigo anterior.

Para os novos modelos, esse sinal prévio forneceu às simulações um alvo do mundo real e ligou a química dos cristais ao comportamento da câmara.

A pressão supera a simples mistura

Depois de separar os efeitos da variação de pressão, da fusão de cristais e da mistura simples, nem todos os impactos da recarga tiveram o mesmo peso.

Só a pressurização reduziu o volume de bolhas existente em até 87 percent, tornando-se o factor dominante.

A fusão de cristais também foi importante, diminuindo o volume de bolhas em 47 percent, ao passo que a mistura directa teve apenas um efeito pequeno.

Na prática, pressão e fusão actuaram em conjunto, eliminando bolhas mais depressa do que a química, por si só, conseguiria.

Erupção mais cedo no tempo

Num conjunto de simulações para Aso, a diferença de calendário tornou-se evidente assim que a recarga ultrapassou a gama crítica.

Com a água a cinco percent em peso no ponto de partida, a câmara com resorção entrou em erupção ao fim de cerca de 2,300 anos, muito antes do cenário de comparação.

Entretanto, o caso mais lento não entrou em erupção durante a janela de 5,000 anos, mostrando como a perda de bolhas pode transformar um atraso numa falha.

Para o planeamento de risco, isto implica que a recarga em profundidade pode encurtar tempos de aviso, mesmo quando o reservatório parece grande demais para colapsar.

Porque é que câmaras grandes persistem

Reservatórios magmáticos de grande dimensão são difíceis de levar à erupção, porque o seu volume distribui a pressão por muito material fundido.

À medida que a crosta em redor aquece e relaxa, corpos magmáticos mais superficiais podem crescer até dimensões enormes, como indicou trabalho anterior.

Esse crescimento lento ajuda a explicar por que motivo algumas câmaras podem ultrapassar 100 milhas cúbicas (cerca de 420 km³) e, ainda assim, resistir à erupção por longos períodos.

Nesse contexto, qualquer processo que rigidifique o magma durante a recarga pode ter um impacto desproporcionado face à sua escala.

Sinais à superfície podem denunciar o processo

A utilidade da ideia aumenta se a vigilância conseguir detectá-la antes de a rocha envolvente se fracturar.

A libertação de gases pode diminuir à medida que as bolhas se dissolvem, mesmo enquanto magma fresco continua a alimentar a câmara a partir de baixo.

Ao mesmo tempo, o levantamento do terreno e a sismicidade podem manter-se ou intensificar-se, porque o magma fica menos capaz de amortecer tensões.

Por isso, “Detecting its signatures in monitoring signals could provide early warning of imminent eruption,” escreveu Keller.

Outras caldeiras também podem encaixar

Aso foi o caso de teste, mas poderá não ser o único local onde isto ocorre. Os autores apontaram os supervulcões Bishop Tuff, na Califórnia, Kos, na Grécia, e Campi Flegrei, perto de Nápoles, em Itália.

Cada um apresenta recarga intensa próxima da saturação em água - exactamente a combinação esperada para favorecer a perda de bolhas.

Se este padrão se confirmar, o mecanismo poderá aplicar-se a alguns dos contextos vulcânicos mais perigosos da Terra.

Magma, gás e gatilhos de erupção

Ainda assim, os vulcões reais não seguem à risca todas as simplificações incorporadas num modelo numérico de câmara.

O modelo simplifica a geometria da câmara e não acompanha por completo a evolução da resistência das rochas nem o comportamento de gases ricos em enxofre.

Estas omissões são relevantes, porque a forma, as falhas e a química dos gases podem alterar a forma como a pressão se distribui e o que os instrumentos conseguem detectar.

Mesmo com essas lacunas, o enquadramento é suficientemente concreto para orientar testes no terreno, que constitui o próximo obstáculo.

O que se destaca é uma explicação mais directa para o calendário das erupções: o gás que regressa pode rigidificar o magma precisamente quando a recarga está a acelerar.

Se a monitorização futura conseguir relacionar alterações de gás, deformação e registos em cristais, este gatilho oculto poderá tornar-se muito mais fácil de reconhecer.