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As erupções vulcânicas são perigosas e difíceis de prever. Uma equipe da Universidade de Tóquio descobriu que a proporção de átomos em gases específicos liberados de fumarolas vulcânicas (lacunas na superfície da Terra) pode fornecer um indicador do que está acontecendo com o magma nas profundezas – semelhante a fazer um exame de sangue para verifique sua saúde. Isso pode indicar quando as coisas podem estar “esquentando”. Especificamente, mudanças na proporção de argônio-40 e hélio-3 podem indicar o quão espumoso é o magma, o que sinaliza o risco de diferentes tipos de erupção. Entender quais proporções de quais gases indicam um certo tipo de atividade do magma é um grande passo. Em seguida, a equipe espera desenvolver equipamentos portáteis que possam fornecer medições em tempo real no local para monitoramento de atividade vulcânica 24 horas por dia, 7 dias por semana e sistema de alerta precoce.
O pensamento de estar em um vulcão faz você tremer de emoção ou medo? Para muitas pessoas, viver à sombra de um vulcão faz parte da vida diária. O Japão tem 111 vulcões ativos e uma média de 15 “eventos” vulcânicos, incluindo erupções, todos os anos. Mas esses eventos são notoriamente difíceis de prever e podem ser mortais. Em 2014, o Monte Ontake, o segundo maior vulcão do Japão e um famoso ponto turístico, entrou em erupção inesperadamente, matando 58 pessoas e deixando cinco desaparecidas. A atividade de terremoto é tipicamente um sinal de alerta precoce, mas algumas erupções (incluindo a de Ontake) podem ocorrer sem sinais claros de terremoto e, portanto, os atenuadores de desastres, como a Agência Meteorológica do Japão, se beneficiariam de outras maneiras confiáveis de alertar os residentes sobre o próximo desastre em potencial. .
Fumarolas são buracos e rachaduras na superfície da Terra (a crosta), que liberam gás e vapor e geralmente ocorrem ao redor de vulcões. O gás ejetado é composto de uma mistura de produtos químicos. Sua composição pode nos fornecer informações sobre o que está acontecendo abaixo da crosta terrestre no manto, onde o magma (rocha derretida) se forma e sobe, eventualmente entrando em erupção como lava. Os pesquisadores já sabem que a proporção de isótopos (átomos de um elemento com as mesmas propriedades químicas, mas massa diferente) de certos gases pode indicar a atividade oculta do magma. “Sabíamos que a razão isotópica do hélio ocasionalmente muda de um valor baixo, semelhante ao hélio encontrado na crosta terrestre, para um valor alto, como no manto terrestre, quando a atividade do magma aumenta. Isso foi baseado em uma observação da proporção de isótopos de hélio do gás de nascente fria na Ilha El Hierro, nas Ilhas Canárias (no Oceano Atlântico, na costa noroeste da África), onde ocorreu uma erupção em 2011”, explicou o professor Hirochika Sumino, do Centro de Pesquisa de Ciência Avançada e Tecnologia. “Mas não sabíamos por que tínhamos mais hélio derivado do manto durante a agitação magmática”.
Para obter mais informações, Sumino e a equipe decidiram monitorar os gases de seis fumarolas ao redor do vulcão ativo Kusatsu-Shirane, que fica a cerca de 150 quilômetros a noroeste de Tóquio, na província de Gunma. A equipe coletou amostras a cada poucos meses durante sete anos entre 2014 e 2021. Após a coleta, eles levaram as amostras de volta ao laboratório e as analisaram usando um equipamento de última geração chamado espectrômetro de massa de gás nobre. Isso permitiu que eles medissem com precisão as composições isotópicas, incluindo a dos isótopos ultratrace (pequenos, mas importantes), como o hélio-3, que é tipicamente mais abundante no manto em comparação com a crosta ou o ar.
“Conseguimos detectar mudanças na proporção argônio-40/hélio-3 derivada do magma, relacionada à agitação magmática. Usando modelos de computador, revelamos que a proporção reflete o quanto o magma subterrâneo está espumando, formando bolhas de gases vulcânicos que separam do magma líquido”, explicou Sumino. “A quantidade de espuma de magma controla quanto gás magmático é fornecido ao sistema hidrotermal abaixo de um vulcão e quão flutuante é o magma. O primeiro está relacionado ao risco de erupção freática, na qual um aumento na pressão da água no sistema hidrotermal causa o Este último aumentaria a taxa de ascensão do magma, resultando em uma erupção magmática.
“Quando você compara um vulcão com um corpo humano, os métodos geofísicos convencionais representados por observações de terremotos e deformações da crosta são semelhantes a ouvir o peito e fazer medições do tamanho do corpo. Nesses casos, é difícil saber qual problema de saúde causa alguns ruído no peito ou um aumento súbito do peso, sem um exame médico detalhado. Por outro lado, analisar a composição química e isotópica dos elementos nos gases fumarólicos é como um exame de respiração ou sangue. Isso significa que estamos analisando o material real diretamente derivados do magma para saber precisamente o que está acontecendo com o magma.”
Por enquanto, as amostras de gás precisam ser coletadas no campo e trazidas de volta ao laboratório para análise, o que é um processo desafiador e demorado. No entanto, Sumino tem experiência em melhorar os espectrômetros de massa de gás nobre e espera desenvolver uma nova ferramenta que lhes permita realizar a mesma análise, mas em tempo real e no campo. “Queremos ser capazes de detectar mudanças na atividade do magma o mais rápido possível”, disse Sumino. “Agora estamos desenvolvendo um espectrômetro de massa portátil para monitoramento local e em tempo real das proporções de isótopos de gases nobres de gases fumarólicos. Nosso próximo passo é estabelecer um protocolo de análise de gases nobres com este novo instrumento, para tornar realidade que todos vulcões ativos – pelo menos aqueles que têm o potencial de causar desastres aos residentes locais – são monitorados 24 horas por dia, sete dias por semana.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Tóquio. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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