31 de maio de 2018

As placas tectônicas e a bela e fatal energia dos vulcões

Por Marco Gonzalez

Os vulcões, essas estruturas geológicas encontradas em terra ou nas águas, que extravasam rocha fundida a altas temperaturas, podem ser consideradas o fenômeno mais visível, quente e violento que revela a enorme energia armazenada no interior da Terra. 


Rochas fundidas em alta temperatura no complexo Pacaya, um vulcão da Guatemala (por Greg Willis)

Essa energia que o nosso planeta, um sistema aberto, exibe por 4,5 bilhões de anos ao movimentar placas tectônicas na sua superfície, com efeitos notáveis através de terremotos e vulcões, tem sido responsável pela criação de cordilheiras e vales, continentes e oceanos, belas imagens e danos catastróficos.

As placas tectônicas e os vulcões

As placas tectônicas nos dizem muito a respeito do comportamento dos vulcões. No limite de placas tectônicas convergentes, nas zonas de subducção, são encontrados os vulcões mais explosivos, enquanto os que ocorrem nos limites divergentes entre placas são mais efusivos. Ao longo de limites transformantes não é comum ocorrer vulcanismo.


Esquema com bordas de placas tectônicas e vulcanismo associado
(por USGS com modificação de Eurico Zimbres)
1-Astenosfera; 2-Litosfera; 3-Hot spot; 4-Crosta oceânica; 5-Subducção; 6-Crosta continental;
7-Zona de rifte continental; 8-placa de limite convergente; 9-Placa de limite divergente; 
10-Placa de limite transformante; 11-Estrutura vulcânica em hot spot; 12-Dorsal oceânica;
13-Limite de placa convergente; 14-Estrutura vulcânica em limite convergente;
15-Arco insular; 16-placa; 17-Astenosfera; 18-Trincheira

Na área continental em limite convergente de placas tectônicas (6 na figura acima), o vulcanismo define arcos de margem continental. São exemplos: Cordilheira dos Andes, Cinturão Vulcânico da América Central, Cinturão Vulcânico Mexicano, a parte do arco Aleutiano na crosta continental e a Ilha do Norte da Nova Zelândia. 

No limite convergente entre duas placas oceânicas, o vulcanismo forma cadeias de ilhas (15 na figura acima), conhecidas como arcos insulares. São exemplos: Arco do Caribe, Arco das Aleutas, Arco de Kamachatka Kurile, Arco Sanduíche do Sul, Arco Indonésio, as Marianas, Fiji, Ilhas Salomão, as Filipinas e o Japão.

Apenas 5% dos vulcões conhecidos não se localizam nas margens de placas tectônicas. Estes são classificados como vulcões intraplaca e estão associados a hot spots (3 na figura acima).

Tipos de estruturas vulcânicas

Nosso planeta convive com cerca de 1.500 áreas vulcânicas ou vulcões potencialmente ativos. Esta quantidade aumenta quando são contabilizados gêiseres, fumarolas e fontes termais. Quanto à forma do relevo produzido, as estruturas vulcânicas podem ser generalizadas através dos tipos descritos a seguir.

Estratovulcão

Os vulcões deste tipo (também conhecidos como vulcões compostos) formam as maiores montanhas da Terra. Geralmente têm lados íngremes (até 35º) com camadas repetidas de fluxos de lava e fragmentos piroclásticos. Tais fragmentos podem ser classificados como cinza, menos de 2 mm de diâmetro, ou lapili, entre 2 e 64 mm, ou bomba ou bloco, maior que 64 mm de diâmetro. 

São conhecidos 734 estratovulcões e a maioria deles estão localizados nos limites convergentes de placas tectônicas.  

Exemplos: Fuji no Japão, Pinatubo nas Filipinas, St. Helens nos USA, Cotopaxi no Equador, Etna na Itália e Ol Doinyo Lengai na Tanzânia. 


Fuji e a cidade de Numazu no Japão (Foto: Alpsdake)

Vulcão em escudo

Os vulcões deste tipo exibem uma ampla forma de escudo e são formados quase que inteiramente por fluxos de lava fluída. É construída uma cúpula larga e levemente inclinada (até 6º de inclinação). A lava se espalha amplamente em todas as direções e por grandes distâncias, resfriando-se como folhas finas

São conhecidos 171 vulcões em escudo e os vulcões deste tipo tendem a ser encontrados em limites divergentes entre placas tectônicas 

Exemplos: Mauna Kea e Kilauea no Havaí (EUA), Piton de la Fournaise na França, Nyamulagira no Congo, Tolbachik na Rússia e Tristan da Cunha no Atlântico Sul. 


Mauna Kea (Foto: Nulla666)

Cone de cinza

É o tipo mais simples. São sinônimos: cone piroclástico e cone de escória. As rochas expelidas se resfriam rapidamente no ar e caem com granulometria de cinza. Ela se acumula ao redor da abertura ou é espalhada pelo vento durante a erupção. Forma um cone relativamente íngreme (cerca de 30º). 

São conhecidos 138 cones de cinza. 

Exemplos: Cerro Negro na Nicaragua, Parícutin no Mexico e Craters of the Moon nos EUA. 


Cerro Negro - erupção em 1968 (Foto: William Melson)

Vulcão submarino

A maioria dos vulcões conhecidos desta categoria estão em profundidades rasas sob o mar. Os mais profundos são difíceis de ser encontrados já que a pressão da água reduz a ebulição explosiva. 

São conhecidos 110 vulcões submarinos

Exemplos: Lō'ihi no Havaí (EUA) e Vestmanna Islands na Islândia. 


Imagem 3D do Lō'ihi, após o colapso do pico em 1996 (Imagem: John Smith and Brooks Bays)

Caldeira

É uma grande depressão circular ou oval de mais de 1 km de diâmetro, formada pelo colapso da superfície após terem sido expelidas quantidades de cerca de 10 km³ (ou mais) de magma. Muitas vezes, cratera e caldeira são usadas como sinônimos, mas uma cratera pode ocorrer no interior de uma caldeira, como no Lago Taas, nas Filipinas, e não o contrário. 

São conhecidas 85 caldeiras. 

Exemplos: Ilopango em El Salvador, Aso no Japão, Crater Lake nos EUA e Krakatoa na Indonesia. 

Caldeira de 8 x 11 km de largura do Ilopango - a Formação Tierra Blanca Joven aparece em primeiro plano, associada ao último episódio de geração de caldeira - a cidade de San Salvador fica além do lago (Foto: Lee Sieberg)

Campo vulcânico

Configura uma área com muitos cones de cinza jovens ou onde não foi possível individualizar os vulcões. Se há muitos condutos vulcânicos distribuídos em ampla área podem ser gerados diversos vulcões de curta duração. 

São conhecidos 94 campos vulcânicos. 

Exemplos: Black Rock Desert nos EUA, Duruz na Síria e Sikhote-Alin na Rússia. 

Grupo de pequenos campos vulcânicos próximos aos desertos de Black Rock e Sevier - Na foto, a borda da cratera Crescent aparece à direita, a cratera Pocket à esquerda e Pavant Butte surge à distância (Foto: Lee Siebert).

Complexo vulcânico

Forma-se quando há alteração do hábito eruptivo ou do local do respiradouro principal. 

São conhecidos 67 complexos vulcânicos. 

Exemplos: Somma-Vesúvio na Itália, Three Sisters nos EUA, Ontake no Japão, Marapi na Indonésia. 


Golfo de Nápoles e Vesúvio, o mais famoso vulcão do complexo vulcânico Somma-Vesúvio (Foto: Carlo Raso)

Domo de lava

É constituído por fluxos de lava muito espessa com dificuldade de fluir por longa distância, acumulando-se como pilhas gigantes ao redor da abertura. Quando a abertura é preenchida, são expelidas pedras e gases quentes. 

São conhecidos 42 domos de lava. 

Exemplos: Lassen Peak e Mono nos EUA, El Chichón no México, Mont Pelée na Martinica (França). 

Lassen Peak no Lassen Volcanic National Park, Califórnia (Foto: James St. John)

Aberturas de fissuras

Neste tipo de estrutura vulcânica, as erupções de lava ocorrem geralmente sem explosões através de aberturas lineares com alguns metros de espessura e até muitos quilômetros de comprimento. São extravasamentos de volume de grande amplitude, declive relativamente baixo e com lava de baixa viscosidade. 

Localizam-se normalmente em zonas de rifte ou ao longo de fendas na área circundante a algum vulcão. São conhecidas 26 aberturas de fissuras no mundo. 

Exemplos: Lanzarote nas Ilhas Canárias (Espanha) e Laki na Islândia. 

A estrutura vulcânica Laki se formou de uma fissura de 32 km de extensão e cobriu uma área de 588 km² de lava.

Elevações vulcânicas de Lanzarote nas Ilhas Canárias, Espanha (Foto: Yummifruitbat)

Fumarolas, fontes termais e gêiseres

Essas estruturas também são consequências de atividade vulcânica e ocorrem quando a água subterrânea entra em contato, em profundidade, com um corpo de magma ou um rocha quente e consegue chegar aquecida à superfície ao longo de zonas de fraturas. 

Uma fumarola é constituída por vapor de água que só é visível quando a água condensa. 

Uma fonte termal é uma área de água quente que pode ter minerais dissolvidos e que em geral precipitam quando a água arrefece ao chegar à superfície, como é o caso dos depósitos de travertino. 

Um gêiser é formado por vapor de água fervente que é expulso quando sua pressão é maior que a pressão da água sobreposta. Bactérias que formam tapetes microbianos são responsáveis ​​pela coloração frequentemente vista nesses locais. São conhecidos cerca de 1000 gêiseres no mundo. 

Exemplo de gêiser: Old Faithful, EUA, que entra em erupção a intervalos regulares. 

Old Faithful, no Yellostone Park, EUA (Foto Max Pixel).

Tipos de erupções vulcânicas

Nas erupções vulcânicas efusivas, a lava flui como um líquido espesso e pegajoso. Nas explosivas, a lava explode a partir de um respiradouro, expelindo rocha fragmentada com cinzas e gases. 

Os pesquisadores classificam as erupções vulcânicas através dos seguintes tipos principais:
  • A. Erupção havaiana. A lava basáltica fluida é lançada no ar em jatos (por horas ou dias) de um respiradouro ou linha de aberturas (fissuras) no cume ou no flanco do vulcão. Respingos podem formar fluxos de lava ou cones. Exemplo: Kilauea.
  • B. Erupção estromboliana. Ocorrem pequenas rajadas de lava (geralmente formadoras de basalto ou andesito basáltico) originadas da explosão de grandes bolhas de gás no topo do vulcão. Diversas formas (respingos, scoria, bombas, cinza, ...) podem ser criadas. Exemplo: Vulcão da ilha italiana de Stromboli.
  • C. Erupção vulcaniana. Há explosões relativamente curtas mas violentas de lava viscosa (geralmente andesitica, dacítica ou riolitica) criando colunas de cinzas e gás e ocasionais fluxos piroclásticos. São produzidas nuvens de cinzas. Exemplo: Vulcão Santiaguito, na Guatemala.
  • D. Erupção Pliniana. É a maior e mais violenta erupção explosiva, expelindo colunas de rocha, cinzas e gases pulverizados que sobem por quilômetros até a atmosfera em questão de minutos. São extremamente destrutivas. Exemplo: Mount St. Helens, em Washington, EUA
  • E. Erupção em domo de lava. São formadas pilhas de lava viscosa e quebradiça que não fluem para longe. Pode progredir para erupção pliniana. Exemplo: Chaiten, no Chile 
  • F. Erupção Surtseyana. É uma erupção hidromagmática que cria plumas de escória e nuvens de cinzas e gás. É típica de vulcões submarinos. Exemplo: Vulcão de Surtsey, uma ilha na costa da Islândia.
A. Erupção havaiana - Vulcão Kilauea (por USGS)
B. Erupção stromboliana - Vulcão da ilha de Stromboli (por Max Pixel)
C. Erupção vulcaniana - Vulcão Santiaguito (por Virtanen)
D. Erupção Pliniana - Vulcão Mount St. Helens (por USGS)
E. Erupção em domo de lava - Vulcão Chaiten (por Beebe)
F. Erupção surtseyana - Vulcão Surtsey (por NOAA)

Energia vulcânica...

Nos primeiros 10 km abaixo da superfície, as temperaturas aumentam 30º C a cada quilômetro que se desce. Estima-se que, se conseguíssemos chegar ao núcleo da Terra, encontraríamos uma temperatura de 4.400º C a 6.000º C. Esse calor interno do nosso planeta constitui um imenso estoque de energia que os vulcões tratam de dissipar expelindo lavas que podem atingir 1.250º C ou mais. Há três fatores predominantes para desencadear a liberação dessa energia em uma erupção vulcânica: 
  • Densidade. Quando a densidade do magma é menor que a das rochas sobrepostas, acontece o que se conhece como "flutuação do magma" até ele irromper na superfície.
  • Pressão. À medida que o magma se aproxima da superfície, quando a proporção dos gases dissolvidos nele se aproxima de 75%, a pressão desses gases provoca a fragmentação do magma em partes fundidas e sólidas, os piroclastos, que são expelidos na erupção.
  • Injeção. A injeção de uma nova quantidade de magma, em uma câmara de magma cheia, força-o a subir por algum conduto e entrar em erupção na superfície.
A atividade vulcânica em todo o mundo tem liberado cerca de 95 megatons de energia a cada ano. Uma unidade de megaton, não é bom esquecer, equivale a um milhão de toneladas de TNT.

Em 1980, a erupção do vulcão Mount St. Helens, Washington, EUA, na cordilheira Cascade, liberou 24 megatons de energia térmica (equivalente a 1.600 vezes a potência da bomba atômica lançada em Hiroshima), o suficiente para destruir uma quantidade de árvores cuja madeira daria para construir cerca de 300.000 casas de dois quartos, conforme padrão americano.

... bela e fatal

Há vulcões que são cartões postais associados a promessas de problemas. Por exemplo, o Complexo Somma-Vesúvio, na Itália, é uma estrutura vulcânica com elevado grau de risco, podendo alcançar 800.000 moradores que vivem em suas encostas. Os riscos incluem fluxos piroclásticos, terremotos, lahars (fluxos de lama), fluxos de lava e inundações.

Talvez os vulcões constituam também promessa de fonte de energia para o futuro, energia utilizada em nosso benefício. Porém, atualmente, em média, cerca de 60 vulcões por ano entram em erupção e, enquanto alguns nem enviam aviso, outros são velhos conhecidos por causar danos regularmente.

Eis alguns números (relacionados a danos humanos) que justificam a necessidade tanto de estudá-los quanto de temê-los:
  • Aproximadamente 800 milhões de pessoas (200 milhões apenas na Indonésia) vivem até 100 km (distância potencialmente letal) de um vulcão ativo.
  • Com o crescimento populacional, cada vez mais pessoas passarão a viver nas proximidades das 1.500 áreas vulcânicas ativas em 81 países.
  • No século XXI, cerca de 2.000 pessoas foram mortas e, desde o ano de 1500, este número alcançou aproximadamente 280.000 pessoas, sendo que 170.000 delas em apenas seis erupções.
  • Em 1986, mais 1.500 pessoas morreram por ação do dióxido de carbono que fluiu do lago Nyos até aldeias próximas, em Camarões.
  • Os fluxos piroclásticos e de lahars são os maiores vilões, sendo responsáveis por 120.000 mortes nos últimos 500 anos.
  • Em 79 dC, a cidade romana de Pompeia foi destruída por fluxos piroclásticos.
  • Em 1985, em Nevado del Ruiz, na Colômbia, cerca de 25.000 pessoas foram mortas por lahars .
Como se não fosse o bastante ainda temos terremotos associados a atividades vulcânicas. 

Limites das placas tectônicas e principais terremotos (fonte) e vulcões (Fonte) na Terra

No mapa acima estão localizados os terremotos com magnitude 6,0 ou superior (Richter) que ocorreram de 1900 a 2017. Também estão localizados os limites das placas tectônicas e as principais atividades vulcânicas. É possível notar que as lavas extravasam em locais que coincidem com atividade sísmica e a ligação que há entre esses dois fenômenos é marcada pelos limites das placas tectônicas.

Sob qualquer aspecto que se olhe (placas, terremotos ou vulcões), observar a costa brasileira é bastante tranquilizador. Por outro lado, é de se lamentar que outras regiões não tenham tido a mesma sorte geológica.

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