Os cientistas que se esforçam para entender como e quando os vulcões podem entrar em erupção enfrentam um desafio:muitos dos processos ocorrem nas profundezas do solo em tubos de lava agitados com a perigosa Terra derretida. Após a erupção, quaisquer marcadores subterrâneos que poderiam ter oferecido pistas que levaram a uma explosão são frequentemente destruídos.

Mas, ao aproveitar as observações de minúsculos cristais do mineral olivina formados durante uma violenta erupção que ocorreu no Havaí, há mais de meio século, Pesquisadores da Universidade de Stanford descobriram uma maneira de testar modelos de computador de fluxo de magma, que, segundo eles, pode revelar novos insights sobre erupções passadas e possivelmente ajudar a prever as futuras.

"Podemos realmente inferir atributos quantitativos do fluxo antes da erupção a partir desses dados de cristal e aprender sobre os processos que levaram à erupção sem perfurar o vulcão, "disse Jenny Suckale, professor assistente de geofísica na Escola da Terra de Stanford, Energia e Ciências Ambientais (Stanford Earth). "Isso para mim é o Santo Graal da vulcanologia."

Os cristais de tamanho milimétrico foram descobertos enterrados na lava após a erupção do vulcão Kilauea em 1959, no Havaí. Uma análise dos cristais revelou que eles estavam orientados de forma ímpar, mas um padrão surpreendentemente consistente, que os pesquisadores de Stanford hipotetizaram foi formado por uma onda dentro do magma subsuperficial que afetou a direção dos cristais no fluxo. Eles simularam este processo físico pela primeira vez em um estudo publicado em Avanços da Ciência 4 de dezembro.

"Sempre suspeitei que esses cristais são muito mais interessantes e importantes do que acreditamos, "disse Suckale, quem é o autor sênior do estudo.

Trabalho de detetive

Foi um encontro casual que levou Suckale a agir de acordo com sua suspeita. Ela teve uma ideia enquanto ouvia a apresentação de um aluno de pós-graduação de Stanford sobre microplásticos no oceano, onde as ondas podem fazer com que as partículas não esféricas assumam um padrão consistente de desorientação. Suckale recrutou o palestrante, então-Ph.D. estudante Michelle DiBenedetto, para ver se a teoria poderia ser aplicada às orientações estranhas do cristal de Kilauea.

“Este é o resultado do trabalho de detetive de apreciar o detalhe como a prova mais importante, "Suckale disse.

Junto com Zhipeng Qin, um cientista pesquisador em geofísica, a equipe analisou cristais de escória, um escuro, rocha porosa que se forma com o resfriamento de magma contendo gases dissolvidos. Quando um vulcão entra em erupção, o magma líquido - conhecido como lava, uma vez que atinge a superfície - é chocado pela temperatura atmosférica mais fria, aprisionando rapidamente os cristais e bolhas de olivina que ocorrem naturalmente. O processo acontece tão rapidamente que os cristais não podem crescer, capturando efetivamente o que aconteceu durante a erupção.

A nova simulação é baseada nas orientações do cristal de Kilauea Iki, uma cratera próxima à cratera principal do vulcão Kilauea. Ele fornece uma linha de base para a compreensão do fluxo do conduíte de Kilauea, a passagem tubular através da qual o magma quente sob o solo sobe para a superfície da Terra. Como a escória pode ser soprada a centenas de metros do vulcão, essas amostras são relativamente fáceis de coletar. "É empolgante podermos usar esses processos realmente de pequena escala para entender este sistema enorme, "disse DiBenedetto, o principal autor do estudo, agora um pós-doutorado na Woods Hole Oceanographic Institution.

Pegando uma onda

Para permanecer líquido, o material dentro de um vulcão precisa estar em constante movimento. A análise da equipe indica que o alinhamento estranho dos cristais foi causado pelo magma movendo-se em duas direções ao mesmo tempo, com um fluxo diretamente sobre o outro, em vez de derramar pelo conduíte em um fluxo constante. Os pesquisadores já haviam especulado que isso poderia acontecer, mas a falta de acesso direto ao conduíte derretido barrou evidências conclusivas, de acordo com Suckale.

"Esses dados são importantes para o avanço de nossas pesquisas futuras sobre esses perigos porque, se eu puder medir a onda, Eu posso restringir o fluxo de magma - e esses cristais me permitem chegar a essa onda, "Suckale disse.

Monitorar o Kilauea de uma perspectiva de perigo é um desafio constante por causa das erupções imprevisíveis do vulcão ativo. Em vez de vazar lava continuamente, tem explosões periódicas que resultam em fluxos de lava que colocam em perigo os residentes no lado sudeste da Ilha Grande do Havaí.

O rastreamento da desorientação do cristal ao longo dos diferentes estágios das futuras erupções do Kilauea pode permitir aos cientistas deduzir as condições do fluxo do conduto ao longo do tempo, dizem os pesquisadores.

"Ninguém sabe quando o próximo episódio vai começar ou quão ruim vai ser - e que tudo depende dos detalhes da dinâmica do conduíte, "Suckale disse.