Melhores previsões de erupções vulcânicas ajudariam a proteger a vida das pessoas que vivem perto delas. Crédito:Jorge Nava - Navart / Wikimedia, licenciado sob CC BY-SA 2.0
Existem cerca de 1, 500 vulcões potencialmente ativos em todo o mundo e cerca de 50 erupções ocorrem a cada ano. Mas ainda é difícil prever quando e como essas erupções acontecerão ou como ocorrerão. Agora, novos insights sobre os processos físicos dentro dos vulcões estão dando aos cientistas uma melhor compreensão de seu comportamento, o que poderia ajudar a proteger 1 bilhão de pessoas que vivem perto de vulcões.
Vulcões que constroem cúpulas, que são frequentemente ativos, estão entre os tipos de vulcões mais perigosos, pois são conhecidos por sua atividade explosiva. Este tipo de vulcão entra em erupção produzindo primeiro silenciosamente uma extrusão em forma de cúpula de lava espessa em seu cume, que é muito viscosa para fluir. Quando eventualmente se desestabiliza, ele se interrompe e produz correntes de gás quente que se movem rapidamente, pedaços de lava solidificada e cinzas vulcânicas, chamadas nuvens piroclásticas, que descem pelas laterais do vulcão na velocidade de um trem rápido.
"Os perigos associados a eles podem ser muito espontâneos e difíceis de prever, "disse o professor Thomas Walter, professor de vulcanologia e riscos geográficos na Universidade de Potsdam, na Alemanha. "É por isso que é tão importante entender esse fenômeno das cúpulas de lava."
Pouco se sabe sobre o comportamento dos domos de lava, em parte porque não há muitos dados disponíveis. O Prof. Walter e seus colegas querem entender melhor como eles se formam, se eles podem variar significativamente em forma e como é sua estrutura interna. Nos últimos cinco anos, por meio de um projeto chamado VOLCAPSE, eles têm usado técnicas inovadoras para monitorar cúpulas de lava usando dados de radar de alta resolução capturados por satélites, bem como visualizações de perto de câmeras instaladas perto de vulcões.
"Pixel a pixel, poderíamos determinar como a forma, a morfologia e a estrutura dessas cúpulas de lava mudaram, "disse o Prof. Walter." Nós comparamos (as imagens da webcam) às observações do radar de satélite. "
Espaço de tempo
O projeto se concentrou em alguns vulcões de construção de cúpulas, como Colima, no México, Monte Merapi na Indonésia, Bezymianny na Rússia, e Monte Lascar e Lastarria no Chile. Em parte, envolvia visitá-los e instalar instrumentos, como câmeras temporizadas alimentadas por painéis solares, que podiam ser controlados remotamente. Se uma cúpula de lava começou a se formar, por exemplo, a equipe pode ajustar as configurações para capturar imagens de resolução mais alta com mais frequência.
Devido a grandes altitudes e condições climáticas adversas, configurar as câmeras foi mais desafiador do que o esperado. "Foi uma curva de aprendizado acentuada, mas também tentativa e erro, porque ninguém poderia nos dizer o que esperar desses vulcões, já que isso nunca foi feito antes, "disse o Prof. Walter.
Durante suas visitas, a equipe também usou drones. Eles voariam sobre uma cúpula de lava e capturariam imagens de alta resolução de diferentes perspectivas, que pode ser usado para criar modelos 3D detalhados. Sensores de temperatura e gás nos drones forneceram informações adicionais.
O Prof. Walter e seus colegas usaram os dados para criar simulações de computador, por exemplo, como o crescimento de cúpulas de lava muda de uma erupção para outra. Eles descobriram que novas cúpulas de lava nem sempre se formam no mesmo local:uma cúpula de lava pode se formar no cume de um vulcão durante uma erupção, enquanto na próxima vez ele se acumula em um de seus flancos. A equipe ficou intrigada, uma vez que um conduto dentro de um vulcão traz magma à superfície durante uma erupção, o que significaria que ele muda sua orientação entre uma erupção e a seguinte. "Isso foi muito surpreendente para nós, "disse o Prof. Walter.
Campo de estresse
Eles foram capazes de explicar como isso acontece examinando a distribuição de forças internas - ou campo de tensão - em um vulcão. Quando o magma é expelido durante uma erupção, muda como as forças são distribuídas internamente e causa uma reorientação do conduíte.
A equipe também descobriu que havia um padrão sistemático de como o campo de estresse mudou, o que significa que, ao estudar a posição das cúpulas de lava, eles poderiam estimar onde se formaram no passado e onde apareceriam no futuro. Isso pode ajudar a determinar quais áreas próximas a um vulcão podem ser mais afetadas pelas erupções que ainda estão por vir.
O projeto VOLCAPSE monitora alguns vulcões em forma de cúpula em todo o mundo usando várias técnicas para entender melhor esse tipo de vulcão explosivo. Crédito:Thomas Walter / VOLCAPSE
"Este é um resultado muito bom para a pesquisa preditiva, se você quiser entender de onde a cúpula de lava irá extrudar (ou colapsar) no futuro, " ele disse.
Saber de onde um vulcão entrará em erupção é uma coisa, mas saber quando isso acontecerá é uma questão diferente e os fatores físicos que governam isso também não são bem compreendidos. Embora haja uma relação entre a frequência com que as erupções ocorrem e seu tamanho, com grandes erupções ocorrendo muito raramente em comparação com as menores, a falta de dados confiáveis torna difícil examinar os processos que controlam a frequência e a magnitude da erupção.
"Quando você volta no registro geológico, (os vestígios de) muitas erupções desaparecem por causa da erosão, "disse o professor Luca Caricchi, professor de petrologia e vulcanologia na Universidade de Genebra, na Suíça.
Além disso, não é possível acessar esses processos diretamente, pois eles ocorrem nas profundezas de um vulcão, em profundidades de 5 a 60 quilômetros. Medir a química e as texturas do magma expelido durante uma erupção pode fornecer algumas pistas sobre os processos internos que levaram ao evento. E as câmaras de magma às vezes podem ser investigadas quando surgem na superfície da Terra devido a processos tectônicos. Extrair informações de períodos de tempo específicos ainda é difícil, pois a 'imagem' que você obtém é como um filme em que todos os quadros são recolhidos em uma única tomada. "É complicado recuperar a evolução no tempo - o que realmente aconteceu durante o filme, "disse o Prof. Caricchi.
O Prof. Caricchi e seus colegas estão usando uma nova abordagem para prever a taxa de recorrência das erupções. As previsões anteriores eram normalmente baseadas em análises estatísticas dos registros geológicos de um vulcão. Mas, por meio de um projeto chamado FEVER, a equipe pretende combinar esse método com a modelagem física dos processos responsáveis pela frequência e tamanho das erupções. Uma abordagem semelhante foi usada para estimar quando terremotos e inundações ocorrerão novamente.
O uso de modelos físicos deve ser especialmente útil para fazer previsões para vulcões onde há poucos dados disponíveis. "Para extrapolar nossas descobertas de um lugar onde sabemos muito, como no Japão, você precisa de um modelo físico que diga por que a relação frequência-magnitude muda, "disse o Prof. Caricchi.
Para criar seu modelo, a equipe incorporou variáveis que afetam a pressão no reservatório de magma ou a taxa de acúmulo de magma na profundidade abaixo do vulcão. A viscosidade da crosta sob o vulcão e o tamanho do reservatório de magma, por exemplo, desempenhar um papel. Eles realizaram mais de um milhão de simulações usando todas as combinações possíveis de valores que podem ocorrer. A relação entre frequência e magnitude que eles obtiveram de seu modelo foi semelhante ao que foi estimado usando registros vulcânicos, então eles pensam que foram capazes de capturar os processos fundamentais envolvidos.
"É uma espécie de luta entre a quantidade de magma e as propriedades da crosta, "disse o Prof Caricchi." Eles são os dois grandes jogadores que lutam entre si para finalmente levar a este relacionamento. "
Placas tectônicas
Contudo, a equipe também descobriu que a relação entre o tamanho e a frequência das mudanças nos vulcões em diferentes regiões. O Prof. Caricchi acha que isso se deve às diferenças na geometria das placas tectônicas em cada área. "Podemos ver que a taxa na qual uma placa se subduz abaixo de outra, e também o ângulo de subducção, parecem desempenhar um papel importante na definição da frequência e magnitude de uma erupção resultante, ", disse ele. A equipe agora está começando a incorporar essas novas informações em seu modelo.
Ser capaz de prever a frequência e magnitude de erupções futuras usando um modelo pode ajudar a avaliar melhor os perigos. No Japão, por exemplo, um dos países com os vulcões mais ativos, conhecer a probabilidade de erupções futuras de vários tamanhos é importante ao decidir onde construir infraestrutura, como usinas nucleares.
Também é inestimável em áreas densamente povoadas, como na Cidade do México, que é cercada por vulcões ativos, incluindo Nevado de Toluca. O Prof. Caricchi e seus colegas estudaram este vulcão, que não entrou em erupção por cerca de 3, 000 anos. Eles descobriram que assim que a atividade magmática for reiniciada, levaria cerca de 10 anos antes que uma grande erupção pudesse potencialmente ocorrer. Esse conhecimento evitaria que a Cidade do México fosse evacuada se os primeiros sinais de atividade fossem detectados.
"Assim que a atividade for reiniciada, você sabe que tem dez anos para acompanhar a evolução da situação, "disse o Prof. Caricchi. '(As pessoas) agora saberão um pouco mais sobre o que esperar."