Cientistas investigam gatilhos de erupções vulcânicas explosivas em estudo de simulação de laboratório

Cientistas da Universidade de Manchester simularam com eficiência como bolhas crescem em magma vulcânico graças a um novo recipiente de pressão que pode imitar o processo de erupção em um ambiente de laboratório.

Com a maior parte da atividade vulcânica ocorrendo no subsolo sem ser observada, pela primeira vez os cientistas conseguiram capturar a cinética da vesiculação em magmas basálticos em tempo real. Publicado em 16 de agosto em Avanços da Ciênciao estudo lança nova luz sobre um dos fenômenos mais surpreendentes da natureza.

As erupções vulcânicas diferem drasticamente, variando de suaves fluxos de lava efusiva a eventos altamente explosivos — ou, às vezes, alternando entre os dois a qualquer momento.

No pior extremo da escala, erupções vulcânicas ejetam volumes massivos de magma e gases vulcânicos no ar. Isso causa danos locais catastróficos e frequentemente provoca efeitos globais de amplo alcance também, como fechamento de espaço de tráfego aéreo e mudanças nos padrões climáticos.

Cientistas destacaram que o estilo eruptivo é influenciado por como o gás dissolvido no magma é liberado. Contrastes podem ser traçados entre como um garçom abre uma garrafa de champanhe em um restaurante e como o champanhe estoura quando agitado pelos vencedores do Grand Prix. Apesar de ambas as garrafas terem a mesma quantidade de gás, o champanhe sai das garrafas em velocidades muito diferentes.

Os estilos de erupção vulcânica dependem da facilidade com que o magma se desacopla do gás durante a ascensão, com um acoplamento gás-derretimento mais forte levando a reações mais explosivas. Este estudo permitiu que os cientistas observassem e quantificassem o crescimento de bolhas em tempo real e a coalescência no magma conforme ele atinge a superfície.

O recipiente de pressão usado nos experimentos de laboratório era espesso o suficiente para conter grandes quantidades de energia armazenada, e raios X (a linha de luz síncrotron I12-JEEP da Diamond Light Source) foram usados ​​para ver através da amostra de magma e fazer as observações.

A Dra. Barbara Bonechi, pesquisadora associada do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais da Universidade de Manchester e principal autora do estudo, comentou: “Os resultados experimentais obtidos neste estudo por meio da combinação de nosso novo aparato de embarcação e radiografia síncrotron de raios X oferecem uma melhor compreensão do acoplamento e desacoplamento entre magma e voláteis durante a ascensão no conduto.

“Este estudo fornece insights sobre os processos que levam às transições de estilo eruptivo e, em última análise, tem implicações fundamentais para a avaliação de riscos e mitigação de riscos na área de vulcanismo basáltico ativo.”

A pressão nas câmaras pode ser aumentada ou diminuída de forma controlada, permitindo que os cientistas vejam como as paredes das bolhas em expansão são quebradas durante a coalescência em diferentes pressões e temperaturas, desde 10 km no sistema de encanamento magmático até o conduíte abaixo de um vulcão.

As taxas de crescimento obtidas a partir desta nova técnica confirmam estimativas anteriores que usaram modelagem numérica e teórica. Este estudo contribui para uma melhor compreensão do comportamento do magma e melhorará muito o conhecimento dos processos vulcânicos, além de ajudar na futura avaliação de perigos e mitigação de riscos em áreas de atividade vulcânica ativa.