18 de junho de 2018

As formidáveis pegadas das profundezas mantélicas

por Marco Gonzalez

O vulcanismo predominante na Terra é encontrado nos limites das placas tectônicas, porém há locais característicos de vulcanismo fora desses limites classificados como intraplaca.

Essas regiões são conhecidas como hotspots e podem ser incluídas entre as mais formidáveis (no sentido de excelentes, impressionantes, mas também assustadoras) evidências da movimentação das placas tectônicas na superfície do nosso planeta. Por outro lado, elas também esquentam o debate entre os cientistas em busca de explicações sobre as causas dos polêmicos "pontos quentes". 


Imagem gerada por computador, a partir do satélite Landsat-7, mostrando a cadeia de ilhas do Havaí com a ilha do vulcão Kilauea em primeiro plano (fonte)

O exemplo clássico e didático de hotspot é encontrado na cadeia de ilhas do Havaí onde está o vulcão Kilauea, mas há muitas outras ocorrências no planeta.


Plumas mantélicas

O geofísico canadense J. Tuzo Wilson propôs, em 1963, que as ilhas vulcânicas havaianas haviam se formado pela movimentação da placa tectônica do Pacífico sobre um "ponto quente" ("hot spot" em inglês) do manto. Após, em 1971, o geofísico americano W. Jason Morgan sugeriu que os tais pontos quentes teriam sido alimentados por plumas estreitas de rocha quente que se erguiam das profundezas mantélicas do nosso planeta. Essa "hipótese da pluma" passou a ser estudada e debatida e variações foram elaboradas com o passar dos anos. Como alternativa, alguns pesquisadores propuseram a "hipótese da placa" para o fenômeno: um alongamento litosférico que permitiria que a rocha derretida escapasse do manto para a superfície. Estava criada a polêmica.

Plumas mantélicas (ou seja, do manto) são ressurgências quentes e alongadas que se elevam a partir da base do manto como colunas verticais de rocha quente e flutuante. Elas viriam de perturbações convectivas mais profundas alimentadas pelo calor do núcleo da Terra, sendo geralmente atribuídas à instabilidade térmica de uma fina camada nas proximidades do limite núcleo-manto. 

Dados experimentais sugerem o formato de uma cabeça bulbosa alimentada por uma longa e estreita cauda que, quando chega à base da litosfera, ganha a forma de um cogumelo. Exemplos de belas imagens geradas pelos pesquisadores para sugerir o formato das plumas do manto ressurgentes aos nossos pés podem ser visualizadas a seguir (clique na imagem para acessar a fonte).



Há indícios de que também existam superplumas (ou superswells) que são expansões massivas no manto. Essas ressurgências, quando estudadas em detalhe, parecem ter estrutura complexa e ser heterogêneas quanto à composição. Provavelmente há duas dessas estruturas, uma sob a Polinésia francesa e outra sob a África ocidental, esta última chegando a dimensões de milhares de quilômetros. Há quem levante a possibilidade de uma superpluma ser na verdade um cluster de plumas.

Os teóricos das plumas sustentam que elas são a causa essencial do vulcanismo intraplaca. As hipóteses alternativas apresentadas por teóricos contrários não têm entusiasmado os cientistas da área, ainda que a "hipótese da pluma" se sustente com pontos não muito quentes. Por exemplo, o modelo de plumas tem se tornado flexível demais (incluindo muitas exceções) para ser adequadamente testado. 

Também não colaborou o fato de, após muitos anos de desenvolvimento cada vez mais sofisticado, a tomografia sísmica tenha encontrado dificuldades em obter evidências consistentes para ligar qualquer coisa na base do manto às regiões vulcânicas ativas na superfície da Terra. Uma dessas dificuldades impede a confiável interpretação e localização das plumas do manto considerando apenas a temperatura, pois também diferenças mineralógicas e químicas na composição de uma rocha podem afetar a velocidade das ondas sísmicas.

Porém há notícias promissoras. Mais recentemente, os sismólogos conseguiram produzir uma varredura tridimensional do interior da Terra, através de tomografia computadorizada, e conectaram conclusivamente plumas de rocha quente, que se erguem através do manto, a hotspots na superfície.

Hotspots

Há três regiões principais onde os vulcões se formam: 
  • em limites de placas tectônicas divergentes, com fendas e dorsais oceânicas, 
  • em limites de placas convergentes, na proximidade de zonas de subducção e 
  • em hotspots.
Hotspots são locais onde plumas de magma anormalmente quentes, oriundas do manto inferior, elevam-se por efeito de correntes de convecção. A formação de cadeias de vulcões é o resultado do movimento das placas tectônicas sobre um hotspot fixo (ou aproximadamente fixo). A medida que a placa avança, o último vulcão ativo se torna extinto e um novo é gerado. É notável a progressão etária dessas formações vulcânicas.
Esquema de deslocamento da listosfera sobre a astenosfera (para à esquerda neste caso).
O vulcão A passa de ativo, na figura à direita, a extinto, na figura à esquerda. Um novo vulcão B surge na nova posição da litosfera que agora, na figura à esquerda, está sobre o hotspot (fonte - adaptada)

Fica mais fácil visualizar vendo animação a seguir.



O exemplo clássico e didático

rastro de ilhas no Pacífico Norte, constituído pela cadeia do Imperador seguida pela cadeia Havaiana, é o exemplo clássico e didático de hotspot. Esse rastro foi construído em 80 milhões de anos e estende-se por cerca de 6.000 km.


Esquema (fora de escala) da formação da cadeia de ilhas havaianas (fonte - adaptada)

espectacular curva de 60° dessa cadeia vulcânica Imperador-Havaiana (veja abaixo) era motivo para uma enorme polêmica. Ela era relacionada a uma mudança no movimento da placa tectônica do Pacífico combinada com uma mudança na direção do fluxo no manto superior, enquanto o material do manto inferior permanecia fixo durante centenas de milhões de anos. 


Cadeia vulcânica do Imperador e Havaiana, no Oceano Pacífico (fonte1 e fonte2 - adaptadas)

Entretanto, pesquisa mais recente mostrou que a forma da pluma se alterou fortemente influenciada pelo fluxo rápido e coerente do manto inferior. Entre 50 e 100 milhões de anos atrás, complexos movimentos de inclinação, encurvamento e verticalização resultaram na espetacular curva de 60º. 

conexão dos movimentos de convecção nas profundezas da Terra com o vulcanismo na sua superfície foram deduzidos através do processamento de um supercomputador com simulações tridimensionais em alta resoluçãoOu seja, os hotspots não são tão fixos assim. Veja a animação.

Tipos de hotspots

origem dos hotspots é um tema controverso, mas alguns critérios podem ser utilizados para esclarecer um pouco a questão.

Por exemplo, medições de isótopos de hélio (com ³He/He elevada) no basalto havaiano foram interpretadas como evidência de que a pluma que o formou teria raiz profunda, tendo sido alimentada por material primordial das profundezas do manto. Nas dorsais oceânicas, por outro lado, a razão ³He/He é mais baixa, ou seja, o material formador teria sido reciclado assumindo composição tipica do manto superior com pouco ³He.

Considerando este e outros critérios, é possível classificar os hotspots em três tipos:
  • Tipo 1: hotspots formados a partir de plumas "primárias" originadas em maior profundidade, no limite núcleo-manto, possivelmente associadas à convecção primária no manto inferior. Estes poderiam ser chamados de hotspots "morganianos" (em referência ao modelo de W. Jason Morgan).
  • Tipo 2: hotspots formados a partir de plumas "secundárias" formadas na base do manto superior. Essas plumas nasceriam de superplumas, cujas cúpulas estariam próximas à zona de transição do manto inferior com o manto superior.
  • Tipo 3: hotspots formados a partir da litosfera que poderiam ser chamados de hostspots "andersonianos" (em referência aos trabalhos de Don L. Anderson). Parecem estar ligados à astenosfera, respondendo a rupturas na litosfera. Este tipo, mais que os outros, necessita de maior estudo.
Esquema (fora de escala) com os três tipos de hotspots (fonte1 e fonte2)

Não há consenso sobre a visualização apresentada na figura acima, mas ela é útil para destacar as diferenças entre os três tipos de hotspots. 

Na figura a seguir estão localizados os principais hotspots conhecidos e classificados de acordo com seus tipos quanto a origem do magma.


Principais hotspots da Terra: tipo 1 em vermelho, tipo 2 em amarelo e tipo 3 em verde (fonte)

No Brasil

As formidáveis pegadas no Brasil, ainda que continuem impressionantes, não são tão assustadoras pois ocorreram no Cenozoico, desde cerca de 12 milhões de anos atrás, não tendo vulcões ativos atualmente. Elas são bem representadas pelos rastros vulcânicos de Fernando de Noronha e de Vitória-Trindade.

A ilha de Fernando de Noronha constitui a extremidade leste de uma cadeia vulcânica de mesmo nome da qual faz parte o Atol das Rocas. 

As pegadas na cadeia de ilhas e montes submarinos de Fernando de Noronha. A ilha de Fernando de Noronha está localizada pela Vila dos Remédios.

Na cadeia Vitória-Trindade, a ilha de Trindade e o arquipélago Martin Vaz constituem topos emersos de uma sequência de montes vulcânicos.


As pegadas na cadeia de ilhas e montes submarinos de Vitória-Trindade. Ela é finalizada, à leste, por Trindade e Martin Vaz

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