Vulcões

Sempre que ocorre uma grande erupção vulcânica, jornais e noticiários cobrem o acontecimento enfatizando uma série de palavras: violento, enorme, impressionante. Diante de um vulcão em erupção, as pessoas compartilham sentimentos como o medo diante do poder de destruição da natureza.

Embora os cientistas tenham desvendado muitos mistérios a respeito dos vulcões, o conhecimento sobre eles não os tornou menos fascinantes. Neste artigo, veremos as poderosas e violentas forças que criam as erupções e analisaremos como elas constroem estruturas vulcânicas como as ilhas.

Quando as pessoas pensam em vulcões, a primeira imagem que vem à cabeça é provavelmente uma montanha alta com lava alaranjada sendo expelida. Certamente há vários tipos de vulcões assim. Mas o termo vulcãodescreve, na verdade, uma gama de fenômenos geológicos muito mais ampla.

Em geral, um vulcão é qualquer lugar onde uma certa quantidade de material é expelida de dentro do planeta para a superfície terrestre.

Foto cortesia da USGS Lava pahoehoe (encordoada) escorrendo de um vulcão no Havaí

A primeira pergunta é: o que é exatamente esse material expelido? No nosso planeta é o magma ou rocha fundida. Para entender da onde ele vem, precisamos examinar a estrutura do planeta Terra.

Gráfico cortesia da USGS

A Terra é composta de várias camadas, divididas em três mega-camadas: onúcleo, o manto e a crosta.

• Nós vivemos na crosta rígida que possui de 5 a 10 km de espessura sob os oceanos e de 32 a 70 km sob a terra. Isso pode parecer muito, mas, comparada ao resto do planeta, ela é bem fina como a casca de uma maçã.
• Logo abaixo da crosta encontra-se o manto, a maior camada da Terra. Embora o manto seja extremamente quente, ele é primordialmente sólido, pois a pressão interna do planeta é tão grande que o material não derrete. Em circunstâncias especiais, contudo, o material derrete formando o magma que transborda pela crosta.

Em 1960, cientistas desenvolveram uma teoria revolucionária chamadaTeoria das placas tectônicas. Ela sustenta que a litosfera, camada de material rígido composta pela crosta e pela parte superior do manto, é dividida em sete grandes placas e algumas outras placas menores. Essas placas se movimentam vagarosamente sobre o manto, que está lubrificado por uma leve camada chamada astenosfera. A atividade nos limites entre algumas dessas placas é o catalisador básico para a produção do magma.

Gráfico cortesia da NASA As linhas azuis demarcam os limites das placas, os triângulos vermelhos demarcam a atividade vulcânica e os pontos amarelos apontam os terremotos recentes

Onde diferentes placas se encontram, há uma interação. O modo como elas se deslocam umas em relação às outras estão associados diferentes tipos de fenômenos de superfície.

Extinção Explosão vulcânica colossal pode ter extinto neandertais. Uma catástrofe ecológica na região da Rússia afetou a cadeia alimentar dos neandertais há 40.000 anos. Leia mais em VEJA.com

• Se as placas se afastam umas das outras, uma cordilheira oceânica oucordilheira continental é formada, dependendo de como elas se encontram (se no oceano ou na terra). À medida que as placas se separam, a parte sólida do manto, que se encontra na astenosfera, corre para esse vazio provocado por elas. Como a pressão não é elevada a esse nível, as rochas do manto se derretem, formando o magma. Conforme o magma sobe, ele se resfria formando uma nova crosta que preenche a lacuna deixada pela divergência das placas. Esse tipo de produção do magma é chamado vulcanismo central.
• Quando duas placas colidem, uma pode ser empurrada para baixo da outra de modo a afundar no manto. Esse processo é chamado de subducção, que forma uma vala, um canal muito profundo geralmente no solo oceânico. À medida que a litosfera rígida faz força em direção ao manto quente e sob alta pressão, há um super aquecimento. Muitos cientistas acreditam que a camada da litosfera que afunda não pode derreter a essa profundidade, mas que o aquecimento e a pressão forçam a água (água da superfície e dos minerais hidratados) para fora das placas em direção à camada do manto que está acima. O acúmulo de água reduz o ponto de fusão das rochas provocando o derretimento das rochas dentro do magma. Esse tipo de produção do magma é chamado vulcanismo da zona de subducção.
• Se as placas colidem e nenhuma delas fica embaixo da outra, a crosta irá apenas "enrugar", formando montanhas. Esse processo não dá origem a vulcões. As margens das placas desse tipo podem mais tarde se transformar em zonas de subducção.
• Algumas placas se movimentam umas contra as outras ao invés de empurrá-las ou colidirem. Essas margens de placas dificilmente produzem atividade vulcânica.

Foto cortesia da USGS Erupção do Monte Santa Helena no estado de Washington, em 1980

O magma também pode fazer força debaixo de uma placa da litosfera, embora isso seja menos comum que a produção de magma ao redor das margens das placas. Essa atividade vulcânica intraplaca é causada por um material atípico do manto quente que é formado na parte inferior do manto e levado para a sua parte superior. O material, que adquire a forma de uma pluma de 500 a 1.000 km de largura, emerge para criar um ponto quente debaixo de um determinado lugar da Terra. Devido ao aquecimento incomum desse material, ele se funde formando magma logo abaixo da crosta terrestre. O ponto quente é estacionário, mas à medida que as placas continentais deslizam, o magma cria uma cadeia de vulcões que desaparece assim que as placas passam do ponto quente. Os vulcões do Havaí foram criados por um desses pontos quentes que aparentam ter pelo menos 70 milhões de anos.

Então o que acontece com o magma formado por esses processos? Vimos que o magma produzido na cordilheira oceânica apenas forma um novo material crustoso, logo, não há produção de vulcões terrestres em erupção. Há poucas áreas de cordilheira continental onde o magma transborda pela terra, mas a maioria dos vulcões terrestres são produzidos pelo vulcanismo da zona de subducção e dos pontos quentes.

Quando uma rocha sólida se transforma em um material mais líquido, ela se torna menos densa que as rochas sólidas ao seu redor. Devido a essa diferença de densidade, o magma sobe com muita força (pela mesma razão que o hélio em um balão atravessa o ar mais denso que o cerca e o óleo fica suspenso na água). À medida que vai subindo, o intenso calor funde mais algumas rochas, acrescentando-as à mistura magmática.

O magma continua se movendo pela crosta, a menos que a pressão para subir seja excedida pela pressão exercida pelas rochas sólidas ao redor para descer. Neste ponto, o magma se acumula em câmaras magmáticas abaixo da superfície da Terra. Se a pressão do magma se eleva a um determinado nível ou uma cratera se abre na crosta, as rochas fundidas são extruídas e derramadas pela superfície terrestre.

Foto cortesia da USGS Derramamento de lava do vulcão Kilauea, no Havaí

Se isso acontecer, o magma derretido (agora chamado de lava) forma um vulcão. A estrutura de um vulcão e a intensidade de sua erupção dependem de uma série de fatores, principalmente da composição do magma. Na próxima seção, analisaremos os diferentes tipos de magma e veremos como eles entram em erupção.

Magma em erupção

O poder destrutivo dos vulcões varia bastante: alguns explodem de maneira violenta, destruindo tudo em um raio de 1,5 km em minutos questão de minutos: outros derramam lava tão devagar que se pode caminhar perto deles sem o menor problema. A severidade da erupção depende principalmente da composição do magma.

Foto cortesia da USGS Gases expelidos pelo vulcão Kilauea, no Havaí

Por que o magma entra em erupção? A força de erupção vem geralmente da pressão dos gases internos. O material que origina o magma possui muitosgases liquefeitos que ficaram suspensos na solução magmática. Os gases são mantidos no estado liquefeito até que a pressão confinada das rochas seja maior que a pressão do vapor exercida pelo gás. Quando isso se altera e a pressão do vapor fica maior que a pressão exercida pelas rochas, os gases liquefeitos se expandem formando pequenas bolhas de gás, chamadas vesículas, no magma. Isso acontece se ocorrer uma das situações abaixo:

• a pressão interna exercida pelas rochas diminui devido à descompressão do magma que emerge de um ponto de alta pressão para outro de baixa pressão;
• a pressão do vapor aumenta devido ao resfriamento do magma, dando início ao processo de cristalização, o que faz aumentar o conteúdo de gás no magma.

Em ambos os casos, o magma é saturado de pequenas bolhas de gás que possuem uma densidade menor que a do magma e, por isso, fazem pressão para sair. O mesmo ocorre quando abrimos uma lata de refrigerante, especialmente se acabamos de sacudi-la. Quando descomprimimos o refrigerante (através da abertura da lata), as pequenas bolhas de gás são pressionadas para fora. Se sacudirmos antes a lata, as bolhas se misturam ao refrigerante e, ao saírem, levam consigo uma parte dele. Isso também acontece com os vulcões. Conforme as bolhas escapam, elas empurram o magma para fora, causando a erupção.

A natureza dessa erupção depende basicamente do conteúdo de gás e daviscosidade do material magmático. Viscosidade é a capacidade de resistir ao fluxo, é o oposto da fluidez. Se o magma possui uma alta viscosidade, significando uma forte resistência ao fluxo, as bolhas de gás escaparão com dificuldade levando mais material magmático consigo, causando uma erupção muito maior. Logo, se o magma possui uma viscosidade mais baixa, as bolhas de gás escaparão com mais facilidade e a lava não sairá de forma tão violenta.

Naturalmente, isso é contrabalançado com o gás. Se o magma contém mais bolhas de gás, a erupção será mais violenta e se o magma possui menos gás, a erupção será mais tranqüila. Ambos os fatores são determinados pela composição do magma. Geralmente, a viscosidade é determinada pela proporção de sílica no magma devido à reação do metal ao oxigênio, um elemento encontrado na maioria dos magmas. O conteúdo de gás varia dependendo do tipo de material fundido para formar o magma.

Geralmente, as maiores erupções explosivas resultam do magma que possui níveis elevados de gás e alta viscosidade, enquanto a maioria das erupções menos intensas resultam de magmas com baixo nível de gás e baixa viscosidade. Contudo, as erupções vulcânicas nem sempre se enquadram facilmente em uma categoria. A maioria delas ocorre em diversos estágios, variando o grau de destruição.

Se a viscosidade e a pressão gasosa são muito baixas, a lava se espalhará devagar pela superfície terrestre, quando o vulcão entrar em erupção, com uma explosão mínima. Apesar de essas lavas efusivas causarem danos consideráveis às estruturas da vida selvagem e àquelas criadas pelo homem, elas não oferecem perigo às pessoas, pois se movem lentamente. Há bastante tempo para sair do seu alcance.

Foto cortesia da USGS Lava efusiva escorrendo do cone Pu`u `O`o do vulcão Kilauea, no Havaí

Se há muita pressão, o vulcão começará sua erupção com uma descarga explosiva de material no ar. Essa coluna eruptiva é composta de gases, cinzas e rochas piroclásticas quentes, material vulcânico em forma sólida. Há vários tipos de erupções explosivas, variando significativamente em tamanho, forma e duração.

Dentro dessas duas categorias amplas de erupção, há algumas variações. 

• Erupções plinianas: essas erupções podem causar danos sérios às áreas próximas. A erupção que soterrou Pompéia e Herculano foi uma erupção pliniana. Elas são ocasionadas pelo magma com alta viscosidade e com conteúdo gasoso. O forte empuxo para cima dos gases expandidos, expulsa o material piroclástico em direção ao ar, a uma altura de 48 km e a centenas de metros por segundo. A erupção, que pode levar horas ou dias, produz uma alta e longapluma eruptiva. Isso faz com que um grande volume de tefra, material vulcânico não consolidado, seja derramado nas redondezas. Além disso, a erupção pliniana pode produzir um fluxo de lava que se move extremamente rápido, destruindo tudo que estiver no caminho.

Imagem cedida pela NASA Pluma pliniana alta entrando em erupção no vulcão Klyuchevskaya, na Rússia

• Erupções havaianas: geralmente, elas não são tão destrutivas, nem tão explosivas. Não costumam expelir muito material piroclástico no ar. Ao contrário, produzem um fluxo de lava que se move vagarosamente e com pouca viscosidade e conteúdo gasoso. Esse fluxo pode assumir duas formas distintas. A mais impressionante é a fonte de fogo, uma fonte de lava alaranjada que se precipita a centenas de metros no ar por alguns minutos (às vezes por horas). O tipo mais comum é o fluxo de lava estável que se forma no conduto central, produzindo grandes lagos de lava, poças enormes de lava que se formam nas crateras ou outras depressões. O fluxo de lava e os respingos das fontes de fogo destroem a vegetação ou as árvores ao redor, mas o fluxo é, em geral, tão lento que as pessoas têm bastante tempo para escapar com segurança. As erupções havaianas recebem esse nome porque são mais comuns nos vulcões havaianos.

Foto cortesia da USGS Fonte de fogo em erupção no vulcão Pu'u O'o no Havaí

• Erupções estrombolianas: essas erupções são impressionantes, mas não são perigosas. Elas expelem pequenos volumes de lava de 15 a 90 metros, em explosões bem curtas. A lava possui uma alta viscosidade, então, a pressão gasosa tem que crescer a um nível bem elevado antes que o material seja extrudado. Explosões regulares produzem sons altíssimos, mas as erupções são relativamente pequenas. Elas geralmente não produzem fluxo de lava, mas algum fluxo de lava pode acompanhar a erupção. Essas erupções produzem poucas cinzas de tefra.

Foto cortesia da USGS Erupção estromboliana jorrando do vulcão Stromboli na costa da Itália

• Erupções vulcanianas: assim como as erupções estrombolianas, essas erupções são caracterizadas por várias explosões pequenas. As colunas da erupção vulcaniana são maiores que as colunas estrombolianas e feitas basicamente de cinzas piroclásticas. As explosões são ocasionadas pela alta viscosidade e grande volume gasoso no magma, onde pequenas bolhas exercem pressão e extrudam material em direção ao ar. Além de cinzas de tefra, as erupções vulcanianas lançam bombas piroclásticas do tamanho aproximado de uma bola de futebol. As erupções vulcanianas normalmente não estão associadas ao fluxo de lava.

Foto cortesia da USGS Coluna vulcaniana em erupção no vulcão Tavurvur na costa da Papua Nova Guiné

• Erupções hidrovulcânicas: quando a erupção vulcânica ocorre perto de oceanos, nuvens saturadas ou outras áreas úmidas, a interação da água com o magma pode criar um tipo único de coluna eruptiva. Basicamente, o magma quente aquece a água de modo que esta começa a evaporar. Essa rápida mudança de estado provoca um tipo explosivo de expansão da água, que separa o material piroclástico, criando uma cinza bem fina. As erupções hidrovulcânicas variam de forma considerável: algumas são caracterizadas por explosões breves, enquanto outras criam colunas eruptivas. As erupções vulcânicas também podem derreter partes da neve, causando deslizamentos e inundações.

Foto cortesia da USGS Erupção hidrovulcânica no vulcão Ukinrek na costa do Alasca

• Erupções fissurais: nem todas as erupções são provocadas pela pressão dos gases. As erupções fissurais ocorrem quando o magma corre para fendas no solo e escapam para a superfície. Isso acontece freqüentemente onde o movimento das placas provocou grandes fraturas na crosta terrestre, podendo haver difusão em torno da base do vulcão com um conduto central. As erupções fissurais são caracterizadas por uma cortina de fogo, uma cortina de lava que cospe a uma altura pequena acima do solo. As erupções fissurais chegam a produzir fluxos intensos, apesar do movimento vagaroso do fluxo de lava.

Foto cortesia da USGS Cortina de fogo de uma erupção fissural no vulcão Kilauea, no Havaí

Diferentes tipos de erupção geram diferentes tipos de vulcões ao seu redor. Na próxima seção, veremos os tipos mais comuns de vulcão e como eles são formados.

Formas e tamanhos diferentes

A maioria dos vulcões terrestres possui a mesma estrutura básica, mas a forma e o tamanho variam de maneira considerável. Esses diferentes tipos de vulcões possuem alguns elementos em comum:

• uma cratera no cume - a boca do vulcão, onde existe lava
• uma câmara magmática - onde a lava escorre por debaixo da terra
• um conduto central - que conduz o magma da câmara até a cratera

O que mais varia na estrutura dos vulcões é o edifício, estrutura que envolve o conduto central. O edifício é construído pelo material vulcânico expelido pelo vulcão em erupção. Conseqüentemente, a composição, a forma e a estrutura são todas determinadas pela natureza do material vulcânico e da erupção. Veja abaixo os três principais formatos de vulcão.

• Estratovulcões: esses são o tipo mais conhecido e geralmente têm as maiores histórias de destruição causada pelas erupções. Eles são caracterizados por um grande edifício simétrico que se inclina próximo a uma pequena cratera no cume da montanha. São normalmente construídos pelas erupções plinianas que lançam uma grande quantidade de material piroclástico. À medida que a lava, as cinzas e outros materiais são expelidos, o edifício é rapidamente construído ao redor do conduto. Eles raramente entram em erupção (um intervalo de centenas de anos) e, em geral, são formados em zonas de subducção.

Foto cortesia da USFWS Vulcão Kanaga, estratovulcão no Alasca

• Cones de escórias: esses cones relativamente pequenos são o tipo de vulcão mais comum. Eles são caracterizados por declives acentuados em ambos os lados do edifício que conduzem a uma cratera bem larga no topo. O edifício é composto de cinzas de tefra quase sempre expelidas pelas erupções estrombolianas. Ao contrário dos estratovulcões, os cones de escórias possuem apenas um evento eruptivo.

Foto cortesia da USGS Cratera Sunset, cone de escória no Arizona

• Vulcões-escudo: esses vulcões largos e pequenos aparecem quando a lava com baixa viscosidade jorra com explosões mínimas, como as erupções havaianas. A lava se dispersa por uma superfície bem ampla, às vezes com quilômetros de diâmetro, construindo um domo na forma de escudo. Próximo ao cume, o edifício fica um pouco íngreme, proporcionando ao vulcão um centro ligeiramente mais elevado. Muitos vulcões-escudo entram em erupção com bastante freqüência (normalmente poucos anos).

Foto cortesia da USGS Mauna Loa, vulcão-escudo no Havaí

A atividade vulcânica pode produzir outras estruturas interessantes como ascaldeiras e os domos de lava. As caldeiras, grande crateras em forma de bacias, são formadas quando as erupções drenam a câmara magmática e o edifício vulcânico desaba em um local vazio. Normalmente, a água enche esse espaço, criando lagos arredondados, tais como o Crater Lake no Oregon. Os domos de lava são formados quando a maior parte das vesículas de gás escapam durante a erupção inicial e a lava viscosa reminiscente não faz a pressão necessária para sair, de modo que ela flui muito devagar pelo cume da cratera. Isso cria um domo preso ao topo do vulcão, que pode crescer ao longo do tempo.

Foto cortesia da USGS A caldeira do vulcão Kaguyak no Alasca possui 2,5 km de diâmetro

Há um número muito grande de vulcões na Terra: mais de 500 vulcões no mundo estão ativos, aproximadamente o mesmo número de vulcões estão adormecidos e muitos foram considerados extintos. Essas determinações são muitas vezes baseadas em interpretações subjetivas e padrões um tanto arbitrários. O critério tradicional para a determinação é a data da última erupção. Se esta estiver dentro do período em que as pessoas vêm registrando a história, o vulcão é considerado ativo. Se a última erupção ocorreu antes dos tempos históricos, mas dentro de 10.000 anos, então o vulcão é considerado "adormecido", pois é provável que ele ainda tenha a capacidade de entrar em erupção novamente. Os vulcões que não entram em erupção por mais de 10.000 anos são considerados extintos, pois dificilmente eles entrarão em erupção de novo.

Foto cortesia da USGS Erupção do vulcão Redoubt no Alasca, ocorrida em 1990

Certamente, essa é uma definição imprecisa por um motivo: "tempos históricos" é um conceito muito vago e varia de cultura para cultura. Além disso, diferentes tipos de vulcões entram em erupção a uma freqüência variável. Hoje, os cientistas usam um critério mais lógico, ainda que baseado em uma avaliação subjetiva. Se o vulcão está em erupção ou demonstra atividade na forma de terremotos ou emissões gasosas, ele é considerado ativo. Se o vulcão não demonstra nenhum sinal de atividade, mas entrou em erupção há menos de 10.000 anos e tem potencial para entrar em erupção outra vez, ele é considerado adormecido. Se não entrou em erupção em 10.000 anos ou não há mais produção de magma, o vulcão é considerado extinto.

Dos 500 ou mais vulcões em atividade, cerca de 10 entram em erupção em uma determinada data. Em sua maioria, as erupções são pequenas e bastante contidas, de modo que não oferecem nenhum perigo à vida. De tempos em tempos, entretanto, ocorre uma erupção maior que destrói vidas ou, com maior freqüência, devasta propriedades. Embora não sejam tão catastróficos quanto as erupções que ameaçam vidas, esses eventos destrutivos certamente provocam um grande prejuízo financeiro às vítimas.

Embora seja destrutiva, a atividade vulcânica é um dos processos de construção geológica mais importantes da Terra. Afinal, conforme vimos ao analisar as placas tectônicas, os vulcões estão constantemente reconstruindo o assoalho oceânico. Assim como a maioria das forças naturais, os vulcões possuem uma natureza dual. Eles podem causar uma terrível devastação, mas também são um elemento crucial na contínua regeneração da Terra. Eles, com certeza, são um dos fenômenos mais impressionantes do planeta.