Na época em que ele estava trabalhando em seu doutorado. em geofísica na Universidade de Chicago na década de 1980, Certo dia, Dork Sahagian fez uma pausa no estudo dos fluxos de lava para assistir a uma palestra sobre como as gotas de chuva se formam nas nuvens.

O que ele aprendeu deu-lhe uma nova perspectiva sobre a lava e o inspirou a desenvolver um novo método de estimar a elevação histórica das superfícies terrestres da Terra.

"Na palestra, "diz Sahagian, que agora é professor de ciências terrestres e ambientais em Lehigh, "um físico atmosférico mostrou como gotas de chuva maiores caem mais rápido porque têm uma proporção maior de volume para área de superfície e, portanto, uma velocidade terminal mais alta do que gotas de chuva menores.

"Por causa disso, as gotas maiores alcançam as menores e se aglutinam com elas. As gotas de chuva aumentam de tamanho, fazendo com que a distribuição de tamanhos aumente. "

No momento, Sahagian estava estudando as vesículas, ou bolhas de ar, que ficam suspensos nos fluxos endurecidos de lava basáltica, uma forma altamente fluida de rocha derretida expelida por vulcões. As vesículas se formam e ficam presas nas camadas superior e inferior do fluxo de lava; a camada do meio, o último a se solidificar, permanece livre de bolhas.

A palestra do físico levou a um momento Eureka para Sahagian.

"Virei os céus de cabeça para baixo, por assim dizer, "ele lembra." Eu imaginei as bolhas de lava maiores fluindo para cima, como as bolhas de champanhe ou refrigerante, e alcançar as bolhas menores e, em seguida, coalescer e subir ainda mais rápido. "

As camadas superior e inferior da lava, Sahagian assumiu, deve conter aproximadamente o mesmo tamanho de bolhas e a mesma distribuição de tamanhos de bolhas. Ele fez alguns cálculos matemáticos e escreveu um modelo que descreve a ascensão, crescimento e coalescência de bolhas em um fluxo de lava.

"Mas então um dia percebi que a distribuição do tamanho das bolhas no topo do fluxo deveria ser diferente da distribuição no fundo, embora a lava venha do mesmo magma vulcânico, "disse ele." Isso porque no topo, as bolhas são submetidas apenas à pressão atmosférica, enquanto na parte inferior, eles estão sujeitos à pressão atmosférica, bem como à pressão hidrostática do peso da lava acima. "

Assim, Sahagian raciocinou, calculando a proporção entre o tamanho da bolha modal nas camadas superior e inferior da lava, e relacionando isso com a espessura e a idade do fluxo de lava, ele poderia determinar a pressão atmosférica que prevalecia quando a lava foi colocada, ou endurecido em sua posição final. (O tamanho modal é a faixa de tamanho com a maior população de bolhas.)

"Em outras palavras, a proporção dos volumes das bolhas deve ser igual à proporção das pressões. Se pudermos medir os volumes das bolhas e a espessura da lava, podemos resolver para a pressão atmosférica. "

E dado que a pressão atmosférica diminui em função do aumento da elevação, Sahagian deduziu ainda que deveria ser possível determinar em que altitude a lava se posicionou.

Vários anos depois, Sahagian, a essa altura, um membro do corpo docente da Ohio State University, foi ao Havaí para testar a fórmula em fluxos de lava basáltica que se endureceram durante a erupção do vulcão Mauna Loa em 1959.

"Quando em dúvida, " ele diz, "ir para o Havaí."

Sahagian e seu aluno, Joe Maus, mediu os tamanhos das bolhas e a distribuição em amostras retiradas da base de Mauna Loa ao nível do mar e de seu cume em 12, Elevação de 000 pés. Para evitar resultados distorcidos, eles amostraram apenas simplesmente colocados, fluxos de lava bem preservados e expostos que não foram alterados - por inflação ou drenagem - depois que as partes superior e inferior dos fluxos se solidificaram.

"Fizemos muitas pesquisas antes de encontrar o tipo certo de fluxo, "Sahagian disse." Queríamos ter certeza de que a vesicularidade que medimos era realmente uma função da posição estratigráfica no fluxo. "

Os pesquisadores calcularam a proporção entre o tamanho médio da bolha nas camadas superior e inferior da lava na base do Mauna Loa e, em seguida, determinaram a mesma proporção para a lava no cume do vulcão. A diferença entre as duas proporções foi significativa, e correspondia aproximadamente à diferença na pressão atmosférica entre o cume e a base do Mauna Loa. Sahagian e Maus relataram seus resultados na revista Nature em 1994 em um artigo intitulado "Vesicularidade do basalto como medida de pressão atmosférica e paleoelevação".

"Se a pressão atmosférica ao nível do mar for conhecida (ou presumida), " eles escreveram, "As distribuições de tamanho de vesícula em fluxos de basalto podem, portanto, ser usadas como um indicador da paleoelevação de colocação. Análise da distribuição de tamanho de vesícula de amostras de basalto coletadas do cume e da base do vulcão Mauna Loa no Havaí [mostram] que a técnica fornece estimativas de pressão ambiente que forneceu estimativas de elevação com uma resolução de cerca de 400 metros. "

"Estávamos entusiasmados com isso, "diz Sahagian." Não havia realmente nenhum paleoaltimômetro geológico bom para dizer a você a altura de uma feição terrestre, a menos que estivesse ao nível do mar. Poderíamos medir a profundidade da água melhor do que a elevação.

"Mas agora eu tinha feito um paleoalímetro a partir de uma fórmula matemática trivial, e funcionou. "

Em seguida, Sahagian levou sua nova técnica para o Planalto do Colorado, que cobre grandes porções de Utah, Colorado, Arizona e Novo México. Cientistas, usando métodos diferentes para medir o aumento geologicamente recente da elevação do planalto, chegaram a conclusões aparentemente contraditórias sobre quando - e, portanto, por que - a elevação estava ocorrendo.

"Tentamos resolver uma disputa entre aqueles que disseram que isso foi uma elevação recente e aqueles que disseram que era antigo. Descobrimos que ambos os grupos estavam certos. O planalto tem sido elevado há pelo menos 30 milhões de anos, mas tem aumentado mais rapidamente em nos últimos cinco a dez milhões de anos do que antes. "

Mais recentemente, Sahagian viajou para as montanhas Hangay, na Mongólia central, para resolver outro quebra-cabeça geológico:como surgiu uma região relativamente alta - o Hangay é um planalto com picos que chegam a 13, 000 pés de altitude - ocorrem em um interior continental onde as elevações são geralmente baixas? Também, o Hangay está localizado perto de grandes zonas de fenda que estão se estendendo e que pode ter um efeito de achatamento na topografia.

Sahagian e seu colaborador, Alex Proussevitch, da University of New Hampshire e ex-membro da Siberian Academy of Sciences em Novosibirsk, Rússia, fazem parte de uma equipe interdisciplinar de duas dezenas de pesquisadores que passou sete anos estudando o Hangay com uma bolsa da National Science Foundation. A equipe inclui membros do corpo docente da Lehigh, Peter Zeitler, um geocronologista, Anne Meltzer, um sismologista, e Bruce Idleman, um cientista pesquisador sênior. Os pesquisadores esperam lançar luz sobre a história geológica da Terra e sobre as conexões que ligam a deformação continental, o desenvolvimento da topografia e do clima global.

Na Mongólia, a primeira ordem do dia para Sahagian e Proussevitch e seus colegas foi procurar amostras de amostras bem expostas, lava inalterada cuja espessura pode ser medida com precisão. Como as Montanhas Hangay são uma região de topografia acidentada com poucas estradas e pouca ou nenhuma infraestrutura, o grupo considerou-se afortunado por encontrar um motorista que falava russo com uma van todo-o-terreno.

"Fizemos muitas pesquisas e coletamos amostras, "diz Sahagian." Tentamos garantir que esses locais de lava tivessem uma boa exposição e que pudéssemos ver o topo e o fundo de um fluxo de lava. Percorremos todo o Platô Hangay e arredores, incluindo o deserto de Gobi, onde também havia fluxos de lava. "

O grupo coletou amostras de perfuração de núcleos de 1 polegada de diâmetro. Os espécimes foram datados por Zeitler e seus alunos no Laboratório de Geocronologia de Lehigh e encontrados na faixa de 100 anos de idade, 000 anos a 3-4 milhões de anos a 9,5 milhões de anos.

"Tivemos a sorte de obter uma boa distribuição das idades, "diz Sahagian.

Em seguida, os pesquisadores usaram tomografia computadorizada de raios-x de alta resolução para medir os tamanhos e distribuições das bolhas nas camadas superior e inferior de cada espécime de lava. Eles então determinaram a proporção dos tamanhos médios das vesículas entre as camadas e, subseqüentemente, a pressão atmosférica no momento da colocação.

O grupo relatou seus resultados no ano passado em um artigo no Journal of Geology intitulado "Elevação de Mongola Central registrada em basaltos vesiculares". Sua principal conclusão:as montanhas Hangay aumentaram em cerca de 1 quilômetro, mais ou menos algumas centenas de metros, nos últimos 10 milhões de anos. Quando essa elevação ocorreu, e se aconteceu tudo de uma vez, gradualmente ou aos trancos e barrancos, ainda não foi determinado.

Sahagian diz que ainda há muito trabalho a ser feito nas montanhas Hangay.

"Este é um dos nossos primeiros resultados. Muitas hipóteses diferentes foram sugeridas sobre o motivo pelo qual a região de Hangay é alta e edificante. Esperamos testá-los e desenvolver uma hipótese própria. Estamos aguardando o resultados de trabalhos sísmicos que nos dirão mais sobre a estrutura profunda do manto e da litosfera superior e inferior.

"Mas, no que diz respeito ao nosso trabalho de vesicularidade basáltica, nosso resultado é robusto. Um quilômetro em 10 milhões de anos não é uma taxa anormal de elevação. É muito consistente com o que os outros estão descobrindo. Como interpretamos esse resultado? Essa é a imagem maior, e ainda precisa ser resolvido. "