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 hoje em Avanços da Ciência , o 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.

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

Dra. Barbara Bonechi, Pesquisadora Associada do Departamento de Ciências da Terra e do Meio Ambiente da Universidade de Manchester

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 processos que levam a transições de estilo eruptivo e, em última análise, tem implicações fundamentais para avaliação de perigos e mitigação de riscos em áreas 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.

O estudo é resultado de uma grande bolsa NERC-NFS concedida à Universidade de Manchester, além das universidades de Bristol, Durham, Cambridge e Arizona State nos EUA. Uma bolsa de projeto UKRI FLF também foi concedida a Manchester, e o estudo foi concluído em colaboração com colegas da ESRF em Grenoble, França, que desenvolveram o novo vaso de pressão experimental com janelas usado no estudo.

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.