Explosão de explosões submarinas provocou erupção do vulcão Tonga

Expedições de pesquisa descobriram que o colapso da caldeira expôs enormes quantidades de magma quente à água.

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A erupção vulcânica Hunga Tonga-Hunga Ha'apai em 15 de janeiro produziu a maior explosão atmosférica na história registrada. Crédito: NASA/GOES/NOAA/NESDIS

Os pesquisadores estão começando a entender por que a erupção de um vulcão submarino em Tonga foi tão explosiva – e o que aconteceu depois. Evidências coletadas por dois grupos sugerem que quando o centro do vulcão entrou em colapso, ele expeliu uma enorme quantidade de magma que reagiu violentamente com a água, alimentando várias grandes explosões e centenas de explosões muito menores.

O vulcão Hunga Tonga-Hunga Ha'apai entrou em erupção em 15 de janeiro de 2022, produzindo a maior explosão atmosférica da história registrada. Ele enviou ondas de choque ao redor do mundo e uma nuvem de cinzas na atmosfera superior.

Em maio, Shane Cronin, vulcanologista da Universidade de Auckland, Nova Zelândia, liderou um grupo que navegou sobre a caldeira do vulcão, a depressão central que se forma quando um vulcão entra em erupção, e usou um sonar para mapear sua estrutura. Eles descobriram que a caldeira de quatro quilômetros de largura caiu de menos de 200 metros abaixo do nível do mar para mais de 850 metros.

“O vulcão produziu esta enorme caldeira nova”, diz Cronin. Ele estima que cerca de 6,5 quilômetros cúbicos de rocha foram jogados fora, aproximadamente o equivalente a uma esfera tão larga quanto a ponte Golden Gate em San Francisco, Califórnia. “Foi uma descoberta incrível”, diz Taaniela Kula, Secretária Adjunta de Terras e Recursos Naturais de Tonga em Nuku'alofa e colaboradora da pesquisa. “Cria uma imagem melhor do mecanismo do vulcão.” O trabalho foi apresentado em uma reunião da União Europeia de Geociências (EGU) em Viena no dia 26 de maio.

Após a erupção, os pesquisadores mapearam a caldeira, a depressão central que se forma quando um vulcão entra em erupção. Crédito: Shane Cronin/Universidade de Auckland e Taaniela Kula Tonga Geological Services

A razão para esta grande explosão foi provavelmente a interação entre grandes quantidades de magma e água quando a erupção começou, diz Cronin. “Você tem água a 20 graus e você tem magma de 1.110 graus entrando em contato direto”, diz ele. Uma diferença de temperatura tão grande significou que, quando a água foi forçada a entrar em contato com o magma pela erupção, ela explodiu. Cada interação empurrou a água mais para dentro das bordas do magma, diz Cronin, aumentando a área de superfície de contato e provocando mais explosões em uma reação em cadeia.

A profundidade inicial da caldeira também era rasa o suficiente para que a pressão da água não suprimisse a explosão, mas profunda o suficiente para que o magma fosse alimentado com enormes quantidades de água para alimentar as interações, resultando em várias grandes explosões e centenas de explosões muito menores a cada minuto. Relatos de testemunhas oculares do dia da erupção relataram “estalos e ruídos como fogo de artilharia” a até 90 quilômetros da erupção, diz Cronin. "Esses não são sons que eu ouvi de vulcões em erupção antes", diz ele.

Grãos de cinzas recuperados de Tonga após a erupção também sugerem que houve uma interação violenta entre magma e água. Quando a água do mar entrou em contato com o magma, produziu ondas de choque poderosas o suficiente para fraturar os grãos, disse Joali Paredes-Mariño, engenheiro geológico da Universidade de Auckland, em trabalho apresentado na EGU.

Destrua

Uma expedição separada por uma equipe do Instituto Nacional de Água e Pesquisa Atmosférica da Nova Zelândia (NIWA) em Auckland viajou para o vulcão em abril, mas não passou pela caldeira. Eles coletaram cinzas do fundo do mar ao redor do vulcão, o que mostrou que a erupção provavelmente foi seguida por fluxos piroclásticos dramáticos, correntes quentes de cinzas e lava que choveram sobre os lados submersos da caldeira. As cinzas quentes que se precipitaram transformaram o fundo do mar ao redor em um deserto branco que “eliminou tudo”, diz o líder da viagem Kevin Mackay, geólogo marinho do NIWA.

Esses fluxos se espalharam debaixo d'água por milhares de quilômetros quadrados a partir da erupção, rasgando os cabos do fundo do mar - incluindo aqueles que fornecem acesso à Internet de Tonga, que ainda não foi totalmente restaurado - e alimentando tsunamis que varreram as ilhas próximas, chegando a 18 metros de altura. No fundo do mar, nada parece ter sobrevivido, embora as amostras ainda estejam sendo analisadas para determinar a extensão dos danos. “Nós nem achamos que as bactérias estão vivendo lá”, diz Mackay. “É assim que pensamos que o sedimento é tóxico.”

Amostras coletadas pela equipe do NIWA estão sendo usadas para estudar os possíveis impactos nos níveis de oxigênio do oceano e na acidificação do oceano, diz Sarah Seabrook, biogeoquímica do NIWA.

Nem tudo, porém, foi dizimado. Dados de satélite mostraram uma grande proliferação de fitoplâncton no oceano após a erupção, que se alimentou de nutrientes liberados pela explosão, diz Seabrook. E nas colinas próximas que se projetavam acima do fundo do mar a apenas 15 quilômetros da erupção, a vida estava florescendo, diz Mackay. “Esperávamos que a vida fosse universalmente destruída.”

Pluma de vapor de água

Outra pesquisa apresentada na EGU por Philippe Heinrich na Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica, perto de Paris, mostrou que a onda de pressão da erupção produziu um tsunami até a costa mediterrânea francesa, a 17.000 quilômetros de distância, com vários centímetros no nível do mar aumento registrado. Luis Millán, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, também descobriu que a erupção enviou uma nuvem de vapor de água que atingiu uma altura de 53 quilômetros, bem na estratosfera. Essa pluma, que agora circundou o globo, aumentou o teor de vapor de água da estratosfera em 146 teragramas (146 trilhões de gramas), ou 10%, e provavelmente permanecerá na atmosfera por pelo menos um ano. “Não vimos nada assim antes em toda a era dos satélites”, diz Millán.

Algumas pesquisas sugerem que havia indícios do que estava por vir. Thomas Walter, do Centro Alemão de Pesquisa em Geociências em Potsdam, diz que as leituras da sismologia apontam para um possível colapso parcial da parede da caldeira horas antes do evento. "É uma dica muito fraca", diz ele. “Mas pode indicar que temos primeiro um colapso e depois a explosão.”

Cronin concorda que pode ter havido algum aviso prévio. Imagens de satélite mostraram parte da borda norte saliente do vulcão caindo no mar no dia anterior à erupção. “Isso pode ter indicado os estágios iniciais do colapso da caldeira”, diz ele. Essa poderia ser uma ferramenta crucial na previsão de futuras erupções submarinas. “Se perdemos a grande pista de que esse grande evento estava chegando, obviamente essa é uma lição que levaremos adiante”, diz Cronin.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-01544-y