Por que a erupção de Tonga entrará na história da vulcanologia
A explosão Hunga Tonga-Hunga Ha'apai foi capturada por vários satélites de observação da Terra. Crédito: Visible Earth/NASA
A erupção que devastou Tonga em 15 de janeiro durou apenas 11 horas, mas levará anos para os cientistas descobrirem exatamente o que aconteceu durante a explosão cataclísmica – e o que isso significa para futuros riscos vulcânicos.
O vulcão, chamado Hunga Tonga–Hunga Ha'apai, enviou uma nuvem de cinzas para a atmosfera superior e desencadeou um tsunami que destruiu casas nas ilhas próximas de Tonga. As reverberações da erupção circularam o globo várias vezes.
O extraordinário poder da explosão, capturado por uma série de sofisticados satélites de observação da Terra, está desafiando as ideias sobre a física das erupções. Os pesquisadores estão achando difícil explicar por que o vulcão enviou uma nuvem a tais alturas, mas emitiu menos cinzas do que seria esperado para uma erupção de tal magnitude. E as ondas de choque que se espalharam pela atmosfera e oceanos são diferentes de tudo o que foi visto na era científica moderna.
A erupção do Hunga Tonga-Hunga Ha'apai está forçando os cientistas a repensar suas ideias sobre os perigos representados pelos muitos vulcões submarinos que espreitam sob as ondas do Oceano Pacífico.
“Isso basicamente acaba com o Band-Aid em nossa falta de compreensão do que está acontecendo debaixo d'água”, diz Nico Fournier, vulcanologista da GNS Science em Taupo, Nova Zelândia.
Cientistas tonganeses observaram uma erupção do vulcão um dia antes da explosão principal. Crédito: Tonga Geological Services/ZUMA Press
Novo perigo
A erupção, que aconteceu a apenas 65 quilômetros da capital tonganesa de Nuku'alofa, foi um desastre para as mais de 100.000 pessoas que vivem em Tonga. Eles estão trabalhando para remover a espessa camada de cinzas que cobria tudo, para estabelecer suprimentos de água potável e se recuperar dos danos às plantações, estimados em cerca de 39 milhões de pa'anga tonganeses (US$ 17 milhões). Pelo menos três pessoas morreram em Tonga como resultado da erupção. A crise está sendo agravada pelo COVID-19, com os tonganeses enfrentando sua primeira onda de casos, que começou após a chegada de navios de socorro de outros países.
Mas os terremotos continuam a abalar a região, e o perigo vulcânico pode não ter acabado. Estudos preliminares de cinzas da erupção de 15 de janeiro sugerem que ela foi alimentada por um novo lote de magma subindo de dentro da Terra. Hunga Tonga–Hunga Ha'apai pode permanecer ativo por algum tempo, com efeitos incertos sobre o povo de Tonga.
Os geocientistas têm capacidade limitada para fornecer às pessoas da região uma boa noção dos riscos futuros. “É uma situação muito difícil desejar que a vulcanologia possa dar mais à população local”, diz Janine Krippner, vulcanóloga do Programa Global de Vulcanismo da Smithsonian Institution em Washington DC, com sede na Nova Zelândia. “Mas agora, esse não é o caso.”
A maior parte de Hunga Tonga–Hunga Ha'apai fica debaixo d'água. Eleva-se a mais de 2.000 metros do fundo do mar e faz parte do arco vulcânico Tonga-Kermadec. Esta cadeia de vulcões principalmente subaquáticos fica acima de uma enorme zona de colisão geológica, onde a borda ocidental da placa do Pacífico da crosta terrestre mergulha sob a placa indo-australiana. A borda da placa do Pacífico aquece à medida que afunda nas profundezas do planeta, e a rocha derretida sobe para alimentar os vulcões do arco Tonga-Kermadec.
Evidências geológicas mostram que grandes erupções convulsionaram Hunga Tonga–Hunga Ha'apai cerca de uma vez a cada milênio, com grandes explosões que ocorreram por volta de . 200 e 1100 dC O século passado trouxe outras menores, em 1937 e 1988. A essa altura, o topo do vulcão espreitava acima das ondas na forma de duas pequenas ilhas, chamadas Hunga Tonga e Hunga Ha'apai.
Então, em 2009, o vulcão começou a cuspir cinzas e vapor em uma erupção em Hunga Ha'apai. Em dezembro de 2014 e janeiro de 2015, outra erupção formou novos terrenos que ligaram as duas ilhas, formando uma única massa 1 , 2 .
Várias equipes de pesquisa visitaram a nova ilha logo após sua formação e coletaram amostras de cinzas e rochas vulcânicas. A análise geoquímica desse material, descrita em um artigo no Lithos 3 , descobriu que as erupções de 2009 e 2014-15 envolveram rocha derretida que não havia subido recentemente das grandes profundezas do manto da Terra.
Em vez disso, passou algum tempo em uma estação geológica, uma câmara de magma localizada a 5 a 8 quilômetros de profundidade na crosta terrestre. Enquanto estava lá, o magma passou por algumas mudanças químicas reveladoras, quase como o envelhecimento do vinho em um barril, antes de finalmente entrar em erupção na superfície.
O magma que entrou em erupção em janeiro foi diferente. Shane Cronin, vulcanologista da Universidade de Auckland, na Nova Zelândia, e seus colegas analisaram as cinzas da erupção que trabalhadores militares recolheram perto do aeroporto na maior ilha de Tonga. A análise química mostra que difere da das erupções de 2014-15. Cronin diz que o magma fresco subiu rapidamente, sem gastar muito tempo passando por mudanças químicas na câmara de magma enterrada.
A ilha de Tongatapu em Tonga antes de Tonga-Hunga Ha'apai explodir e depois, coberta de cinzas. Crédito: Maxar via Getty
A geóloga Taaniela Kula e seus colegas dos Serviços Geológicos de Tonga em Nuku'alofa estão coletando amostras de cinzas de ilhas em Tonga que Cronin e outros estão analisando. Ao estudar as cinzas de diferentes ilhas, inclusive observando quão densamente e quão amplamente elas são distribuídas, os pesquisadores poderão construir uma imagem melhor de como a erupção se desenrolou.
Surpreendentemente, parece ter havido relativamente pouca emissão de cinzas, dado o tamanho da explosão. Isso pode ser resultado do ambiente em que o Hunga Tonga-Hunga Ha'apai entrou em erupção: debaixo d'água, mas a uma profundidade relativamente rasa.
O fator água
Vulcões em águas profundas raramente entram em erupção na superfície do oceano em grandes explosões, porque a pressão da água sobrejacente impede que bolhas de gás se formem e cresçam com força explosiva. Mas o respiradouro vulcânico que entrou em erupção em Hunga Tonga-Hunga Ha'apai em 15 de janeiro tinha apenas dezenas a 250 metros de profundidade. Isso é raso o suficiente para que a água não suprimisse o poder da explosão, mas profundo o suficiente para o magma em erupção encontrar muita água.
A água pode alimentar erupções explosivas por aquecimento instantâneo para formar vapor, que se expande rapidamente. Desta forma, transforma eficientemente a energia térmica do magma na energia cinética de uma erupção, diz Michael Manga, geocientista da Universidade da Califórnia, Berkeley. “Algumas das erupções mais poderosas foram através da água”, diz ele.
Outro fator importante é a quantidade de gás vulcânico misturado ao magma antes de entrar em erupção. Uma ressurgência de magma rica em gás pode ter alimentado a erupção de 15 de janeiro, fornecendo um grande número de bolhas para alimentar a explosão, diz Raymond Cas, vulcanologista e professor emérito da Universidade Monash em Melbourne, Austrália.
A erupção do Hunga Tonga-Hunga Ha'apai é incomum, pois combina características que geralmente não são vistas juntas, diz Cas. Os vulcanologistas conhecem outros exemplos de erupções que ocorreram debaixo d'água, ou sob neve e gelo, e, portanto, incorporaram água. Os cientistas também viram plumas de erupção extremamente altas que se elevavam na atmosfera. Mas Hunga Tonga–Hunga Ha'apai é um exemplo único de ambas as coisas acontecendo juntas. Pode vir a servir como protótipo de um tipo de estilo de erupção recém-reconhecido, diz ele.
A maioria das erupções submarinas não produz plumas particularmente altas. Por exemplo, em 2012, a massiva erupção em alto mar do vulcão Havre, ao norte da Nova Zelândia, produziu principalmente uma enorme coleção flutuante de pedras-pomes leves 4 . Essa erupção ocorreu a uma profundidade de mais de 900 metros. “Temos relativamente poucos casos em que vemos grandes plumas que rompem a superfície do oceano”, diz Kristen Fauria, cientista de vulcões da Universidade Vanderbilt em Nashville, Tennessee.
No entanto, a pluma de erupção Hunga Tonga-Hunga Ha'apai subiu a uma altura de pelo menos 30 quilômetros, bem na atmosfera superior, ou estratosfera. Isso é tão alto que os pesquisadores estão lutando para entender o impacto a longo prazo que isso pode ter. Imagens de satélite de alta resolução estão permitindo que eles rastreiem como cinzas, gás e certas espécies químicas estão flutuando na atmosfera – com muito mais detalhes do que poderiam em 1991, quando o Monte Pinatubo nas Filipinas entrou em erupção ainda mais poderosa do que Hunga Tonga–Hunga Ha 'apai. “Nunca vimos nada assim”, diz Anja Schmidt, vulcanologista do Centro Aeroespacial Alemão em Oberpfaffenhofen.
A gigantesca nuvem de cinzas que irrompeu de Hunga Tonga–Hunga Ha'apai, tomada pelo satélite japonês Himawari-8. Crédito: EyePress News/Shutterstock
O vulcão Tonga não emitiu dióxido de enxofre suficiente para mudar o clima global, como as erupções de alguns outros vulcões fizeram. Ele expeliu cerca de 400.000 toneladas de SO 2 , enquanto a erupção de 1991 do Pinatubo ejetou quase 20 milhões de toneladas. Essa explosão resfriou temporariamente o planeta em quase 0,5 ° C, pois o enxofre formou partículas de sulfato que refletiram parte da radiação do Sol de volta ao espaço.
Uma possível explicação para a discrepância é que muito do SO 2 de Hunga Tonga–Hunga Ha'apai pode ter 'caído' da pluma em baixas altitudes, antes que a pluma ficasse muito alta. Mas Hunga Tonga-Hunga Ha'apai jogou cinzas na estratosfera, e os pesquisadores estarão procurando por sinais de qualquer impacto no clima, diz Schmidt. Eles também estarão observando para ver se o material vulcânico causa alguma destruição do ozônio estratosférico e se as ondas atmosféricas desencadeadas pela erupção afetam os padrões de circulação atmosférica nos próximos meses.
As primeiras descobertas podem vir de experimentos com balões lançados na pluma de erupção de Tonga. Várias equipes de pesquisa já lançaram balões com instrumentos da ilha de La Réunion, no Oceano Índico. Um desses esforços, liderado pela Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos EUA, foi capaz de medir partículas vulcânicas até uma altura de 28 quilômetros enquanto a pluma flutuava sobre La Réunion, diz a integrante da equipe Elizabeth Asher, cientista atmosférica do Instituto Cooperativo de Pesquisa. em Ciências Ambientais em Boulder, Colorado. Isso é tão alto que ela espera ver os efeitos atmosféricos da erupção persistirem por mais tempo do que após erupções menos poderosas.
Efeitos de ondulação
Outro aspecto que pode remodelar a vulcanologia é a maneira como Hunga Tonga–Hunga Ha'apai desencadeou uma rica variedade de ondas que ondularam pelos oceanos e pela atmosfera. As reverberações que enviou ao redor do mundo lembram as observadas após a erupção do Krakatau, na Indonésia, em 1883, diz Alan Robock, cientista climático da Universidade Rutgers em New Brunswick, Nova Jersey. A erupção no mês passado desencadeou ondas de pressão e ondas de gravidade na atmosfera e ondas de tsunami em todo o Oceano Pacífico – mesmo em bacias oceânicas distantes. Os satélites GPS também detectaram distúrbios na ionosfera, a camada da atmosfera que fica acima da estratosfera, começando a uma altura de 80 a 90 quilômetros.
“Há peças enormes desse quebra-cabeça que ainda não conseguimos juntar”, diz Fournier.
O desafio agora é coletar dados suficientes para completar o quebra-cabeça. Os vulcanologistas normalmente monitorariam um vulcão ativo usando sismógrafos para estudar terremotos na área circundante. Atualmente, não há sismógrafos ativos em Tonga, portanto, os grandes terremotos que ocorreram em torno de Hunga Tonga–Hunga Ha'apai desde a erupção de 15 de janeiro não foram rastreados com muitos detalhes. Os dados que existem, no entanto, sugerem que os terremotos são gerados pelo magma fresco subindo para a crosta para reabastecer o reservatório que foi esvaziado pela grande erupção, diz Cronin.
Outra prioridade é pesquisar o fundo do mar ao redor do vulcão para ver quais partes de sua estrutura submarina explodiram ou mudaram de outra forma desde as pesquisas anteriores. Imagens de radar de satélite sugerem que a parte superior do vulcão diminuiu em pelo menos 10 metros, diz Cronin. Mas é muito perigoso aproximar-se do vulcão para fazer uma pesquisa científica ainda.
Alguns dados iniciais podem vir de navios de socorro que viajam para e ao redor de Tonga, como o encarregado de reparar o cabo submarino que conecta Tonga a Fiji. Isso foi cortado durante a erupção, cortando as comunicações internacionais. O cabo pode ter sido enterrado por um deslizamento de terra vindo do lado do vulcão, ou cortado em vários lugares.
Em primeiro lugar na mente de todos está o que Hunga Tonga–Hunga Ha'apai pode fazer a seguir. Um grupo de especialistas internacionais está fornecendo informações aos Serviços Geológicos de Tonga para ajudar o governo tonganês a avaliar o risco e decidir o que fazer. Os pesquisadores estão avaliando três cenários possíveis: a erupção pode terminar, pode continuar em um nível baixo ou pode haver outra explosão maciça. “Todos esses cenários ainda estão vivos”, diz Cronin.
Independentemente do que o futuro imediato reserva para este vulcão em particular, a erupção fez os vulcanologistas repensarem os perigos dos vulcões submarinos de forma mais ampla, diz Schmidt. “É um lembrete gritante de que esses tipos de vulcões existem, que representam um perigo e que são pouco estudados”.
Natureza 602 , 376-378 (2022)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-00394-y
Referências
Cronin, SJ et ai. Eos https://doi.org/10.1029/2017EO076589 (2017).
Garvin, JB et ai. Geophys. Nenhuma coisa. Lett. 45, 3445-3452 (2018).
Brenna, M. et ai. Lithos 412-413 , 106614 (2022).
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