Vulcões entram em erupção quando o magma sobe por rachaduras na crosta terrestre, mas os processos exatos que levam ao derretimento das rochas no manto da Terra são difíceis de estudar.

Em nosso jornal, publicado hoje no jornal Natureza , mostramos como é possível usar medições de satélite de movimentos da superfície da Terra para observar o processo de derretimento nas profundezas da Ilha Central do Norte da Nova Zelândia, uma das regiões vulcânicas mais ativas do mundo.

Rifting na zona vulcânica de Taupo

A camada externa sólida da Terra é conhecida como crosta, e isso recobre o manto da Terra. Mas essas camadas não são fixas. Eles são quebrados em placas tectônicas que se movem lentamente em relação umas às outras.

É ao longo dos limites das placas tectônicas que ocorre a maior parte da ação geológica na superfície da Terra, como terremotos, atividade vulcânica e construção de montanha. Isso torna a Nova Zelândia um lugar particularmente dinâmico, geologicamente falando, porque fica na fronteira entre as placas da Austrália e do Pacífico.

A região central da Ilha do Norte é conhecida como zona vulcânica de Taupo, ou TVZ. É o nome do Lago Taupo, a cratera inundada do maior vulcão da região, e está ativo há dois milhões de anos. Vários vulcões continuam a entrar em erupção regularmente.

O TVZ é o extremo sul de uma zona de expansão, ou rachadura, na crosta terrestre que se estende ao largo da costa por milhares de quilômetros, todo o caminho ao norte no Oceano Pacífico até Tonga. No mar, isso ocorre através do fundo do mar que se espalha no Havre Trough, criando uma nova crosta oceânica e uma fatia estreita de uma placa ao longo da borda da placa tectônica australiana. Surpreendentemente, esta propagação está acontecendo ao mesmo tempo que a placa tectônica do Pacífico adjacente está deslizando sob a placa australiana em uma zona de subducção, desencadeando alguns dos maiores terremotos na região.

A propagação do fundo do mar resulta no derretimento do manto da Terra, mas é muito difícil observar esse processo diretamente no fundo do oceano. Contudo, O fundo do mar se espalhando nas transições de Havre Trough abruptamente em terra para a atividade vulcânica no TVZ. Isso fornece uma oportunidade de observar o derretimento do manto da Terra na terra.

Em geral, atividade vulcânica acontece sempre que há rocha derretida em profundidade, e, portanto, o vulcanismo na Ilha do Norte indica grandes volumes de rocha derretida abaixo da superfície. Contudo, tem sido um problema complicado entender exatamente o que está causando o derretimento em primeiro lugar, porque as rochas subjacentes são enterradas por espessas camadas de material vulcânico.

Resolvemos esse problema usando dados de sensores do Sistema de Posicionamento Global (GPS), alguns dos quais fazem parte da rede GeoNet da Nova Zelândia e alguns que têm sido usados ​​em campanhas de medição desde 1995. Os sensores medem deslocamentos horizontais e verticais na superfície da Terra com precisão milimétrica, e nossa pesquisa é baseada em dados coletados nas últimas duas décadas.

Curvatura da superfície da terra

As medições de GPS na zona vulcânica de Taupo revelam que ela está se ampliando de leste a oeste a uma taxa de 6 a 15 milímetros por ano - em outras palavras, a região, geral, está se expandindo, como antecipamos em nosso entendimento geológico anterior. Mas foi surpreendente descobrir que, pelo menos nos últimos 15 anos, um trecho de cerca de 70 quilômetros está passando por forte contração horizontal e também está diminuindo rapidamente, exatamente o oposto do que se poderia antecipar.

Também inesperadamente, a zona de contração é cercada por regiões que estão se expandindo, mas também edificante. Tentar dar sentido a essas observações acabou sendo a chave para nosso novo insight sobre o processo de fusão sob o TVZ.

Descobrimos que o padrão de contração e subsidência, junto com expansão e elevação, no contexto da divisão geral do TVZ, poderia ser explicado por um modelo simples que envolve a flexão e curvatura de uma crosta superior elástica, puxado para baixo ou empurrado para cima por uma força motriz vertical subjacente. O tamanho da região que está se comportando assim, estendendo-se por cerca de 100 quilômetros de largura e 200 quilômetros de comprimento, requer que esta força se origine quase 20 quilômetros no subsolo, no manto da Terra.

Derretendo o manto

Quando as placas tectônicas se separam no fundo do mar, o manto subjacente sobe para preencher a lacuna. Esta ressurgência desencadeia o derretimento, e a razão para isso é tão quente, mas sólido, as rochas do manto sofrem uma redução na pressão à medida que se movem para cima e mais perto da superfície da Terra. Esta queda de pressão, ao invés de uma mudança na temperatura, começa o derretimento do manto.

Mas há outra propriedade desse fluxo do manto de ressurgência, porque também cria uma força de sucção que puxa para baixo a crosta subjacente. Essa força surge porque, como parte do fluxo, as rochas têm que efetivamente "virar uma esquina" perto da superfície de um fluxo predominantemente vertical para um predominantemente horizontal.

Acontece que a força desta força depende de quão rígidas ou pegajosas são as rochas do manto, medido em termos de viscosidade (é difícil conduzir o fluxo de fluidos altamente viscosos ou pegajosos, mas fácil nos que correm).

Estudos experimentais mostraram que a viscosidade das rochas nas profundezas da Terra é muito sensível à quantidade de material fundido que elas contêm, e propomos que mudanças na quantidade de fundido fornecem um poderoso mecanismo para alterar a viscosidade do manto ressurgente. Se as rochas do manto não contêm muito derretimento, eles serão muito mais aderentes, fazendo com que a crosta sobrejacente seja puxada para baixo rapidamente. Se as rochas acabaram de derreter, então isso torna o fluxo das rochas mais rápido, permitindo que a crosta sobrejacente volte a crescer.

Também sabemos que os movimentos que observamos na superfície com GPS devem ter vida relativamente curta, geologicamente falando, durando não mais do que algumas centenas ou alguns milhares de anos. Caso contrário, resultariam em mudanças profundas na paisagem e não temos evidências disso.

Usando GPS, não podemos apenas medir a força da força de sucção, mas podemos "ver" onde, por quanto tempo, e em quanto o manto subjacente está derretendo. Este derretimento acabará por subir através da crosta para alimentar os vulcões sobrejacentes.

Esta pesquisa nos ajuda a entender como os sistemas vulcânicos funcionam em uma variedade de escalas de tempo, de humano a geológico. Na verdade, pode ser que as medições de GPS feitas apenas nas últimas duas décadas tenham capturado uma mudança na quantidade de derretimento do manto em profundidade, que pode anunciar o início de uma atividade vulcânica aumentada e risco associado no futuro. Mas ainda não temos medições em um período de tempo longo o suficiente para fazer previsões confiáveis.

O ponto-chave aqui é, no entanto, que entramos em uma nova era em que medições de satélite podem ser usadas para sondar atividades 20 quilômetros abaixo da superfície da Terra.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.