Como a água nas profundezas da Terra causa terremotos e tsunamis

Placas tectônicas que afundam são espremidas e suas rochas liberam água, que gera o magma depois expelido por vulcões

Vulcão Quill, na ilha de Statia, uma das ilhas das Pequenas Antilhas pesquisadas no estudo. Crédito: George Cooper

Uma equipe internacional de cientistas forneceu as primeiras evidências conclusivas que vinculam diretamente o ciclo da água na Terra e suas expressões com produtividade magmática e atividade de terremotos. As conclusões de seu estudo foram publicadas na revista “Nature”.

A água (H2O) e outros elementos voláteis (por exemplo, CO2 e enxofre) que circulam nas profundezas da Terra desempenharam um papel fundamental na evolução do nosso planeta, inclusive na formação de continentes, no início da vida, na concentração de recursos minerais e distribuição de vulcões e terremotos.

Zonas de subducção, onde placas tectônicas convergem e uma placa afunda sob outra, são as partes mais importantes do ciclo – com grandes volumes de água entrando e saindo, principalmente por meio de erupções vulcânicas. No entanto, como (e em que volume) a água é transportada por meio de subducção, e seu efeito sobre os riscos naturais e a formação de recursos naturais, tem sido pouco compreendido historicamente.

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O principal autor do estudo, dr. George Cooper, pesquisador honorário da Escola de Geociências da Universidade de Bristol (Reino Unido), disse: “À medida que as placas viajam de onde são feitas inicialmente, nas cordilheiras do meio do oceano, até as zonas de subducção, a água do mar entra nas rochas através de rachaduras, falhas e aderência a minerais. Ao chegar a uma zona de subducção, a placa que afunda se aquece e é espremida, resultando na liberação gradual de parte ou de toda a sua água”.

Estudos no Atlântico

Cooper prosseguiu: “Quando a água é liberada, ela baixa o ponto de fusão das rochas circundantes e gera magma. Esse magma é flutuante e se move para cima, levando a erupções no arco vulcânico sobrejacente. Essas erupções são potencialmente explosivas devido aos elementos voláteis contidos no material fundido. O mesmo processo pode desencadear terremotos e afetar propriedades importantes, como sua magnitude e se provocam tsunamis ou não”.

Exatamente onde e como os elementos voláteis são liberados e como eles modificam a rocha hospedeira continua a ser uma área de intensa pesquisa.

A maioria dos estudos se concentrou na subducção ao longo do Anel de Fogo do Pacífico. No entanto, a pesquisa recente se concentrou na placa do Atlântico e, mais especificamente, no arco vulcânico das Pequenas Antilhas, localizado na borda leste do Mar do Caribe.

“Esta é uma das únicas duas zonas que atualmente subdividem as placas formadas por espalhamento lento. Esperamos que isso seja hidratado de maneira mais difundida e heterogênea do que a placa do Pacífico, que se espalha rapidamente, e que as expressões de liberação de água sejam mais pronunciadas”, disse a professora Saskia Goes, do Imperial College de Londres, coautora do estudo.

Influência rastreada

O projeto Volatile Recycling in the Lesser Antilles (Reciclagem Volátil nas Pequenas Antilhas, ou VoiLA na sigla em inglês) reúne uma grande equipe multidisciplinar de pesquisadores, incluindo geofísicos e geoquímicos. “Coletamos dados sobre dois cruzeiros científicos marinhos no RRS James Cook, implantações temporárias de estações sísmicas que registraram terremotos sob as ilhas, trabalho de campo geológico, análises químicas e minerais de amostras de rochas e modelagem numérica”, disse Cooper.

Para rastrear a influência da água ao longo do comprimento da zona de subducção, os cientistas estudaram composições de boro e isótopos de inclusões fundidas (minúsculos bolsões de magma preso dentro de cristais vulcânicos). As impressões digitais de boro revelaram que a serpentina mineral rica em água, contida na placa que afunda, é um fornecedor dominante de água para a região central do arco das Pequenas Antilhas.

“Ao estudar essas medições em escala micro, é possível entender melhor os processos em larga escala. Nossos dados geoquímicos e geofísicos combinados fornecem a indicação mais clara até o momento de que a estrutura e a quantidade de água da placa que afunda estão diretamente conectadas à evolução vulcânica do arco e aos seus riscos associados”, disse o professor Colin Macpherson, da Universidade de Durham (Reino Unido), outro coautor do texto.

“As partes mais úmidas da placa descendente são onde existem grandes rachaduras (ou zonas de fratura). Ao fazer um modelo numérico da história da subducção da zona de fratura abaixo das ilhas, encontramos uma ligação direta para os locais das taxas mais altas de pequenos terremotos e baixas velocidades de onda de cisalhamento (que indicam fluidos) no subsolo”, disse Saskia Goes.

Vínculo direto

A história da subducção das zonas de fratura ricas em água também pode explicar por que as ilhas centrais do arco são as maiores e por que, ao longo da história geológica, elas produziram mais magma.

“Nosso estudo fornece evidências conclusivas que vinculam diretamente as partes de entrada e saída de água do ciclo e suas expressões em termos de produtividade magmática e atividade de terremotos. Isso pode incentivar estudos em outras zonas de subducção a encontrar essas estruturas de falhas portadoras de água na placa de subducção para ajudar a entender os padrões de riscos de vulcões e terremotos”, afirmou Cooper.

“Nesta pesquisa, descobrimos que as variações na água se correlacionam com a distribuição de terremotos menores, mas gostaríamos realmente de saber como esse padrão de liberação de água pode afetar o potencial – e agir como um sistema de alerta – para terremotos maiores e possíveis tsunamis”, disse Macpherson.

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