Essa ideia é frequentemente comparada à abertura de uma garrafa de champanhe. Quando a garrafa está selada, o dióxido de carbono permanece misturado ao líquido devido à pressão. Remover a rolha reduz essa pressão, permitindo que o gás se separe em bolhas. Essas bolhas sobem rapidamente, levando o líquido para cima e produzindo um jato repentino.

No entanto, essa explicação clássica não leva em conta certos comportamentos vulcânicos. Alguns vulcões, como o Monte St. Helens no estado de Washington e o Quizapu no Chile, ocasionalmente liberaram fluxos de lava lentos e suaves, mesmo quando seu magma era rico em gás e considerado altamente explosivo. Uma equipe internacional de pesquisadores, que inclui um cientista do ETH Zurich, agora identificou um novo fator que ajuda a esclarecer esse enigma de longa data.

Forças de Cisalhamento como um Segundo Mecanismo de Formação de Bolhas

Em um artigo recente publicado na Science, os pesquisadores relatam que as bolhas de gás também podem surgir no magma em ascensão devido a forças de cisalhamento, e não apenas pela queda de pressão. Quando as bolhas se formam profundamente dentro de um conduto vulcânico e começam a crescer, elas podem se fundir em caminhos maiores que atuam como canais de escape. Essa liberação precoce de gás pode permitir que o magma emerge silenciosamente na superfície.

Para visualizar o cisalhamento, imagine mexer um jarro de mel espesso. O mel mais próximo da colher se move mais rápido, enquanto o mel que toca as paredes do jarro se move mais lentamente devido ao atrito. Algo semelhante acontece em um conduto vulcânico: o magma próximo às paredes se desloca mais lentamente do que o magma no centro. Esse movimento desigual efetivamente amassa a rocha derretida e ajuda a gerar bolhas.

“Nossos experimentos mostraram que o movimento do magma devido às forças de cisalhamento é suficiente para formar bolhas de gás — mesmo sem uma queda de pressão”, afirma Olivier Bachmann, Professor de Volcanologia e Petrologia Magmática no ETH Zurich e um dos co-autores do estudo. De acordo com a equipe, as bolhas se formam mais facilmente perto das paredes do conduto, onde o cisalhamento é mais forte. Uma vez que algumas bolhas se formam, elas facilitam a aparição de outras bolhas. “Quanto mais gás o magma contém, menos cisalhamento é necessário para a formação e o crescimento das bolhas”, explica Bachmann.

Por que Alguns Vulcões Explosivos Liberam Fluxos Suaves

As novas descobertas mostram que até mesmo um magma com relativamente pouco gás dissolvido pode produzir uma explosão poderosa se o cisalhamento gerar uma súbita onda de bolhas que empurra o magma para cima rapidamente.

Por outro lado, o cisalhamento também pode criar bolhas no início de um magma que já contém grandes quantidades de gás. Quando essas bolhas se fundem em canais mais amplos, o gás escapa antes que a pressão possa aumentar. “Podemos, portanto, explicar por que alguns magmas viscosos fluem suavemente em vez de explodir, apesar de seu alto conteúdo de gás — um enigma que nos intrigou por muito tempo,” diz Bachmann.

O Monte St. Helens em 1980 ilustra esse processo. Embora seu magma continha uma alta quantidade de gás e fosse capaz de provocar uma grande explosão, a erupção inicialmente produziu um fluxo de lava lento dentro do cone. O forte cisalhamento no magma ascendente gerou bolhas extras, permitindo uma desgasificação precoce. Somente após um deslizamento de terra abrir a abertura do vulcão e desencadear uma rápida queda de pressão é que o vulcão liberou sua famosa fase explosiva. Esses resultados indicam que muitos vulcões com magma viscoso podem ventilar gás de forma mais eficaz do que se pensava anteriormente.

Experimentos de Laboratório Revelam Como o Cisalhamento Cria Bolhas

Para investigar como esses processos internos se desenvolvem, a equipe de pesquisa criou uma configuração de laboratório usando um líquido espesso semelhante à rocha derretida e infundido com dióxido de carbono.

Quando o líquido foi colocado em movimento pelo cisalhamento, as bolhas apareceram repentinamente uma vez que a força superou um certo limiar. Líquidos com maior saturação inicial de gás precisaram de ainda menos cisalhamento para criar mais bolhas. A equipe também observou que bolhas existentes encorajavam a formação de bolhas adicionais nas proximidades.

Os cientistas combinaram esses resultados experimentais com simulações computacionais do comportamento vulcânico. Sua análise mostrou que esse efeito de formação de bolhas é particularmente ativo onde o magma viscoso esfrega contra as paredes do conduto e experimenta forte cisalhamento.

Aprimorando Previsões Vulcânicas com Novas Perspectivas

Em conjunto, essas descobertas oferecem uma nova perspectiva importante sobre como os vulcões ativos se comportam internamente e como as erupções começam. “Para prever melhor o potencial de perigo dos vulcões, precisamos atualizar nossos modelos vulcânicos e levar em conta as forças de cisalhamento nos condutos,” diz Bachmann.

Ao incorporar a formação de bolhas impulsionada por cisalhamento em modelos de previsão, os cientistas poderão avaliar riscos de erupção com mais precisão e entender por que alguns vulcões erupto violentamente enquanto outros liberam lava de forma muito mais tranquila.