Os pesquisadores da ETH mostram que as câmaras de magma sob supervulcões são mais como esponjas úmidas do que reservatórios de rocha derretida. Antes que um vulcão desse tipo entre em erupção, tal mingau deve ser reativado lentamente pela entrada de calor após uma recarga profunda de magma derivada do manto terrestre.

Os supervulcões são superlativos em todos os aspectos. A erupção da caldeira Toba na Indonésia moderna, aproximadamente 74, 000 anos atrás era tão poderoso que levou a um período de resfriamento global e, possivelmente, uma queda drástica na população da humanidade. Cerca de 2,1 milhões de anos atrás, a primeira das três erupções do supervulcão Yellowstone nos EUA formou uma cratera com uma área de 50 x 80 quilômetros. Aproximadamente 2, 800 quilômetros cúbicos de material foram ejetados no processo - cerca de 10 a 20 vezes mais do que na erupção do Monte Tambora em 1815, na Indonésia. Mesmo esta erupção relativamente pequena, considerado o maior dos últimos tempos, produziu efeitos que puderam ser sentidos em todo o mundo.

Contudo, supervulcões são difíceis de estudar e, portanto, continuam a confundir os pesquisadores até hoje. Por exemplo, os cientistas concordam que deve haver uma câmara de magma a uma profundidade de alguns quilômetros na crosta terrestre, contendo material que escapa durante uma erupção. Contudo, os especialistas não concordam sobre a forma e consistência de tal reservatório.

Piscina vs bloco solidificado

Alguns geólogos presumem que caldeiras, como as crateras do supervulcão são conhecidas, sente-se no topo de um gigantesco reservatório de magma líquido embutido na crosta terrestre. O manto abastece este reservatório com material e calor, e um supervulcão desse tipo pode entrar em erupção explosivamente a qualquer momento.

Outros consideram mais plausível que a câmara magmática tenha esfriado completamente e se solidificado, e que só se torna líquido por um influxo maciço de calor do manto. Só então pode ocorrer uma erupção.

"Provavelmente nenhuma das teorias está correta, "diz Olivier Bachmann, Professor de Vulcanologia na ETH Zurich. Bachmann e seu grupo publicaram dois artigos na revista Nature Geoscience , em que eles demonstram que a verdade pode estar em algum lugar entre esses dois extremos.

A verdade em algum lugar no meio?

"A câmara magmática de um supervulcão não se parece com uma panela de sopa que pode ferver a qualquer momento e à menor provocação, "Bachmann explica. Da mesma forma, ele diz que é errado presumir que o magma resfriou para formar um corpo completamente solidificado, já que reativar um corpo desse tipo exigiria um enorme influxo de calor em um tempo muito curto. Além disso, substâncias voláteis, como água e CO2, escapariam do corpo durante o resfriamento e a solidificação. Contudo, essas substâncias são essenciais para uma erupção, pois servem para aumentar a pressão correspondente na câmara magmática.

Tomando a erupção do supervulcão do "Kneeling Nun Tuff" no Novo México como exemplo, estudos do aluno de doutorado de Bachmann, Dawid Szymanowski, demonstraram que a câmara de magma de um supervulcão contém uma mistura de líquido e cristalino - isto é, solidificado - magma. Mais de 40 a 50 por cento do reservatório está presente na forma cristalina. Na visão do pesquisador ETH, as câmaras podem apresentar uma textura esponjosa, com uma estrutura de malha de rocha cristalizada e poros contendo material fundido - pasta de cristal, como Szymanowski o chama.

Minerais raros como registradores de dados

É provável que esse mingau permaneça na câmara magmática por muito tempo antes de ser lançado à superfície. Szymanowski tira esta conclusão da análise de zircão e titanita, dois minerais que estão presentes no magma. O zircão é o material cristalino das mais antigas amostras de rochas conhecidas na Terra - alguns cristais encontrados na Austrália têm aproximadamente 4,4 bilhões de anos.

Os cristais de zircão e titanita registram não apenas o momento em que foram formados, mas também a temperatura durante sua formação, como esta temperatura influencia a incorporação de elementos químicos na estrutura cristalina. Após a formação do cristal, a composição química desses minerais em uma câmara magmática permanece essencialmente inalterada, mesmo que as condições na câmara magmática mudem significativamente.

Ao analisar a idade e a composição química dos cristais de zircão e titanita de diferentes rochas em laboratório, os pesquisadores obtêm informações sobre como a temperatura de uma câmara magmática mudou ao longo do tempo. A erupção traz esses dois minerais à superfície, onde eles podem ser encontrados em estratos de rocha correspondentes.

A partir dessas análises, os vulcanologistas da ETH concluíram que a temperatura na câmara magmática que alimentou a erupção do Tufo da Freira ajoelhada deve ter permanecido entre 680 e 730 graus Celsius por mais de meio milhão de anos. Dos minerais, os pesquisadores puderam determinar que o supervulcão levou muito tempo para ficar totalmente "carregado" e chegar ao ponto de erupção.

O modelo numérico suporta análises minerais

As análises minerais também são apoiadas por um modelo de computador criado por Ozge Karakas, pós-doutorado no grupo de Bachmann. Este modelo foi publicado em junho - também na revista. Nature Geoscience - e descreve um sistema composto de uma câmara de magma na crosta superior que está conectada a outras câmaras na crosta inferior.

O magma "fonte" quente se forma no manto a uma temperatura de aproximadamente 1, 200 graus antes de subir pelas rachaduras e chaminés até a crosta superior. Uma vez lá, forma um reservatório, que esfria e cristaliza parcialmente, mas pode sobreviver como uma massa de cristal por centenas de milhares de anos.

Usando o modelo, os cientistas conseguiram mostrar que a formação de um reservatório permanente na crosta superior não requer quantidades gigantescas de material do manto em curtos períodos de tempo. "As condições na crosta superior não são adequadas para coletar e armazenar muito material muito rapidamente, "diz Karakas. No entanto, o geólogo diz que o reservatório precisa de uma conexão com o magma do manto inferior para garantir o transporte de calor, e ela enfatiza que, até agora, os pesquisadores não incluíram a crosta inferior em suas considerações. "Sem isso, Contudo, não haveria supervulcões. "

Eventos muito raros

Tanto o modelo quanto a análise mineral, portanto, apontam para a ideia de que os supervulcões se formam e amadurecem ao longo de períodos de tempo muito longos, e que eles só podem irromper em intervalos de dezenas de milhares de anos. "O magma é preservado principalmente como um tipo de cristalino, estrutura esponjosa. E deve sempre ser reativado por um influxo de calor antes que possa entrar em erupção, "diz Olivier Bachmann, resumindo as descobertas.

Não é possível prever quando a próxima erupção do supervulcão está prestes a ocorrer com base nas novas descobertas, como o sistema ainda não é compreendido em detalhes suficientes. Contudo, mecanismos de crescimento e reativação de reservatórios de magma gigantes tornam-se mais claros, e isso pode ajudar a avaliar melhor os sinais de despertar desses sistemas no futuro. "Em qualquer caso - e felizmente para nós - uma erupção de um supervulcão é um evento muito raro, "diz Bachmann.