p Em 30 de abril, 2018, no flanco oriental do vulcão Kilauea do Havaí, a lava repentinamente foi drenada de uma cratera que expeliu lava por mais de três décadas. Em seguida, o fundo da cratera, chamado Pu'u'ō'ō, desistiu. p Em 48 horas, o lago de lava no cume de Kilauea, 12 milhas a noroeste de Pu'u'ō'ō, começou a cair enquanto o magma era drenado para o encanamento do vulcão. Breve, novas rachaduras abriram 12 milhas a leste de Pu'u'ō'ō e lava derretida jorrou, rastejou sobre estradas, árvores queimadas e postes de energia queimados.

p Mais de três meses, Kilauea cuspiu lava suficiente para preencher 320, 000 piscinas olímpicas, destruiu mais de 700 casas e deslocou milhares de pessoas. A própria paisagem do cume foi transformada quando sua cratera desmoronou em até 1, 500 pés durante todo o verão de uma forma que os cientistas estão apenas começando a entender.

p "Em todos os 60 anos de instrumentação geofísica moderna de vulcões, tivemos apenas meia dúzia de colapsos de caldeira, "disse o geofísico da Universidade de Stanford Paul Segall, autor principal de um novo estudo em Anais da Academia Nacional de Ciências isso ajuda a explicar como esses eventos se desdobram e encontra evidências que confirmam o paradigma científico reinante de como o atrito funciona em falhas de terremoto.

p Os resultados podem ajudar a informar futuras avaliações de risco e esforços de mitigação em torno de erupções vulcânicas. "Melhorar nossa compreensão da física que rege os colapsos da caldeira nos ajudará a entender melhor as condições em que os colapsos são possíveis e a prever a evolução de uma sequência de colapso assim que ela começar, "disse o co-autor Kyle Anderson, Ph.D. '12, um geofísico do U.S. Geological Survey que fazia parte da equipe que trabalhava no local em Kilauea durante a erupção de 2018.

p A natureza do atrito

p Um fator chave que controla o colapso das caldeiras vulcânicas - e a ruptura das falhas dos terremotos em todo o mundo - é o atrito. É onipresente na natureza e em nossa vida cotidiana, entrando em jogo a qualquer momento que duas superfícies se movam em relação uma à outra. Mas as interações entre as superfícies são tão complexas que, apesar de séculos de estudo, os cientistas ainda não entendem completamente como o atrito se comporta em diferentes situações. "Não é algo que possamos prever inteiramente usando apenas equações. Também precisamos de dados de experimentos, "Disse Segall.

p Os cientistas que buscam entender o papel do atrito em terremotos geralmente fazem esses experimentos em laboratórios usando lajes de rocha pouco maiores do que uma porta e muitas vezes mais próximas do tamanho de um baralho de cartas. "Um dos grandes desafios da ciência dos terremotos tem sido aceitar essas leis de atrito e os valores que foram encontrados no laboratório, e aplicá-los a, dizer, a falha de San Andreas, porque é um salto enorme em escala, "disse Segall, o Cecil H. e Ida M. Green Professor de Geofísica na Escola da Terra de Stanford, Energia e Ciências Ambientais (Stanford Earth).

p No novo estudo, publicado em 23 de julho, Segall e Anderson examinam o deslizamento e a aderência do bloco de colapso do vulcão Kilauea - um pedaço de crosta com cerca de cinco milhas ao redor e meia milha de profundidade - para caracterizar o atrito em uma escala muito maior. "Decidimos desenvolver um modelo matemático desse colapso, altamente simplificado, mas usando a compreensão moderna de atrito, "Disse Segall.

p Colapso de Kilauea

p A caldeira de Kilauea não desabou em uma descida suave, mas sim como um pistão pegajoso. Quase todos os dias e meio, o bloco desmoronado caiu quase 2,5 metros em questão de segundos, então parou. Isso porque, conforme o magma na câmara abaixo da caldeira surgiu em fissuras no flanco oriental inferior de Kilauea, tirou o suporte para a rocha sobrejacente. "Eventualmente, a pressão se torna baixa o suficiente para que o chão caia e comece a desmoronar, como um sumidouro, "Disse Segall.

p No momento em que a erupção do Kīlauea de 2018 terminou, os eventos de colapso em forma de pistão do vulcão se repetiram 62 vezes - cada um desencadeando um terremoto e cada movimento rastreado até o milímetro a cada cinco segundos por um conjunto de 20 instrumentos de sistema de posicionamento global (GPS). Durante as primeiras dezenas de eventos de colapso, a geometria das superfícies rochosas mudou, mas eles se mantiveram estáveis ​​nas 30 descidas finais.

p A nova pesquisa mostra que, para este tipo de erupção, quando a abertura eruptiva está em uma elevação inferior, isso leva a uma queda maior na pressão abaixo do bloco da caldeira - o que torna mais provável o início de um evento de colapso. Uma vez que o colapso comece, o peso do bloco maciço da caldeira mantém a pressão sobre o magma, forçando-o para o local da erupção. "Se não fosse pelo colapso, a erupção teria, sem dúvida, terminado muito mais cedo, "Disse Segall.

p Atrito em evolução

p A análise de Segall e Anderson do tesouro de dados do colapso da caldeira de Kilauea confirma que, mesmo na vasta escala deste vulcão, as maneiras como as superfícies de diferentes rochas escorregam e deslizam umas sobre as outras ou se fixam em velocidades e pressões diferentes ao longo do tempo são muito semelhantes ao que os cientistas descobriram em experimentos de laboratório em pequena escala.

p Especificamente, os novos resultados fornecem um limite superior para um fator importante na mecânica de terremotos conhecido como distância de enfraquecimento de escorregamento, que os geofísicos usam para calcular como as falhas se descolam. Esta é a distância na qual a força de atrito de uma falha enfraquece antes de romper - algo que é fundamental para a modelagem precisa da estabilidade e do acúmulo de energia em falhas de terremoto. Experimentos de laboratório sugeriram que essa distância poderia ser tão curta quanto dezenas de mícrons - equivalente à largura de um cabelo emendado em algumas dezenas de mechas - enquanto estimativas de terremotos reais indicam que pode chegar a 20 centímetros.

p A nova modelagem agora mostra que essa evolução ocorre em não mais do que 10 milímetros, e possivelmente muito menos. "As incertezas são maiores do que no laboratório, mas as propriedades de fricção são completamente consistentes com o que é medido em laboratório, e isso é muito confirmatório, "Disse Segall." Isso nos diz que estamos bem tomando essas medidas de amostras realmente pequenas e aplicando-as a grandes falhas tectônicas, porque elas se mantêm verdadeiras no comportamento que observamos no colapso de Kilauea. "

p O novo trabalho também adiciona complexidade realista a um modelo matemático de pistão, proposto há uma década pelo vulcanologista japonês Hiroyuki Kumagai e colegas, para explicar um grande colapso da caldeira na Ilha Miyake, Japão. Embora o modelo de Kumagai amplamente adotado assumisse que as superfícies rochosas do vulcão mudaram como se mudassem de uma posição estacionária em relação à outra para uma deslizando uma pela outra, a nova modelagem reconhece que a transição entre o atrito "estático" e "dinâmico" é mais complexa e gradual. "Nada na natureza ocorre instantaneamente, "Disse Segall.