A composição química dos gases emitidos por vulcões - que são usados ​​para monitorar mudanças na atividade vulcânica - pode mudar dependendo do tamanho das bolhas de gás subindo para a superfície, e relacionam-se com a forma como surgem. Os resultados, publicado no jornal Nature Geoscience , poderia ser usado para melhorar a previsão de ameaças representadas por certos vulcões.

Uma equipe de cientistas, incluindo um vulcanologista e matemático da Universidade de Cambridge, descobriram o fenômeno por meio de observações detalhadas das emissões de gases do vulcão K? lauea, no Havaí.

Em muitos vulcões ao redor do mundo, as emissões de gases são monitoradas rotineiramente para ajudar na previsão de erupções. Mudanças na produção ou proporções de diferentes gases - como dióxido de carbono e dióxido de enxofre - podem anunciar mudanças na atividade de um vulcão. Vulcanologistas consideraram que essas mudanças químicas refletem a ascensão e queda do magma na crosta terrestre, mas a nova pesquisa revela que a composição dos gases vulcânicos depende também do tamanho das bolhas de gás subindo à superfície.

Até que a última erupção espetacular abriu fissuras no flanco do vulcão, K? Lauea continha um vasto lago de lava em sua cratera. O comportamento deste lago de lava alternou entre fases de 'respingos' de fogo alimentado por grandes bolhas de gás que explodiram através do magma, e liberação de gás mais suave, acompanhado pelo movimento lento e constante da lava.

No passado, gases vulcânicos foram coletados diretamente de respiradouros e aberturas chamadas fumarolas. Mas isso não é possível para as emissões de um lago de lava, 200 metros de diâmetro, e no fundo de uma cratera de lados íngremes. Em vez de, a equipe usou um espectrômetro infravermelho, que é empregado para monitoramento de vulcão de rotina pelos co-autores do estudo, Jeff Sutton e Tamar Elias do Observatório de Vulcões do Havaí (US Geological Survey).

O dispositivo estava localizado na borda da cratera, apontado para o lago de lava, e gravou as composições do gás na atmosfera a cada poucos segundos. As emissões de gases contendo carbono e enxofre foram medidas durante as fases vigorosa e moderada da atividade.

Cada medição individual foi usada para calcular a temperatura do gás vulcânico. O que imediatamente impressionou os cientistas foi que as temperaturas do gás variaram de 1150 graus Celsius - a temperatura da lava - até cerca de 900 graus Celsius. "Nessa temperatura, a lava congelaria, "disse o autor principal, Dr. Clive Oppenheimer, do Departamento de Geografia de Cambridge. "Inicialmente, não conseguíamos entender como os gases podiam emergir muito mais frios do que a lava derretida espirrando no lago. "

A pista para este quebra-cabeça veio da variação nas temperaturas calculadas dos gases - elas eram altas quando o lago de lava estava plácido, e baixo quando borbulhava furiosamente. "Percebemos que poderia ser por causa do tamanho das bolhas de gás, "disse o co-autor Professor Andy Woods, Diretor do Instituto BP de Cambridge. "Bolhas maiores sobem mais rápido através do magma e se expandem rapidamente conforme a pressão reduz, exatamente como bolhas subindo em um copo de refrigerante; o gás esfria devido à expansão. ”Bolhas maiores se formam quando bolhas menores se chocam e se fundem.

Woods e Oppenheimer desenvolveram um modelo matemático para explicar o processo, que mostrou um ajuste muito bom com as observações.

Mas houve ainda outra descoberta surpreendente das observações de gás do Havaí. Além de ser mais legal, as emissões das grandes bolhas de gás foram mais oxidadas do que o esperado - elas tinham proporções mais altas de dióxido de carbono em monóxido de carbono.

O equilíbrio químico de gases vulcânicos, como dióxido de carbono e monóxido de carbono (ou dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio) é geralmente considerado como controlado pela química do magma líquido circundante, mas o que as novas descobertas mostraram é que quando as bolhas ficam grandes o suficiente, a maior parte do gás interno segue seu próprio caminho químico à medida que o gás esfria.

A proporção de dióxido de carbono para monóxido de carbono quando o lago de lava estava em seu estado mais energético era seis vezes maior do que durante a fase mais estável. Os cientistas sugerem que esse efeito deve ser levado em consideração quando as medições de gás estão sendo usadas para prever grandes mudanças na atividade vulcânica.

"As medições de gás são críticas para nosso monitoramento e avaliação de risco; refinar nossa compreensão de como o magma se comporta sob o vulcão nos permite interpretar melhor nossas observações, "disse o co-autor Tamar Elias do Observatório de Vulcões do Havaí.

E há outra implicação dessa descoberta - não para as erupções de hoje, mas para a evolução da atmosfera da Terra bilhões de anos atrás. "As emissões vulcânicas no passado profundo da Terra podem ter tornado a atmosfera mais oxidante do que pensávamos, "disse o co-autor Bruno Scaillet." Uma atmosfera mais rica em oxigênio teria facilitado o surgimento e a viabilidade da vida na terra, gerando uma camada de ozônio, que protege contra os raios ultravioleta prejudiciais do sol. "