Perigos e monitoramento Vulcânico
Identificar os vários métodos usados para monitorar a atividade vulcânica e seus efeitos potenciais
As erupções vulcânicas são um dos agentes de mudança mais dramáticos e violentos da Terra. Não só as poderosas erupções explosivas podem alterar drasticamente a terra e a água por dezenas de quilômetros ao redor de um vulcão, mas pequenas gotas líquidas de ácido sulfúrico que irrompem na estratosfera podem alterar o clima do nosso planeta temporariamente.
Erupções muitas vezes forçam as pessoas que vivem perto de vulcões a abandonar suas terras e casas, às vezes para sempre.
Aqueles que vivem mais longe provavelmente evitarão a completa destruição, mas suas cidades e vilas, plantações, plantas industriais, sistemas de transporte e redes elétricas ainda podem ser danificadas por tephra, cinzas, lahars e inundações..
Gases Vulcânicos e Seus Efeitos
O magma contém gases dissolvidos que são liberados na atmosfera durante as erupções. Os gases também são liberados do magma que permanece abaixo do solo (por exemplo, como uma intrusão) ou está subindo em direção à superfície.
Em tais casos, os gases podem escapar continuamente para a atmosfera a partir do solo, aberturas vulcânicas, fumarolas e sistemas hidrotérmicos.
Em altas pressões profundas sob a superfície da Terra, gases vulcânicos são dissolvidos na rocha derretida. Mas à medida que o magma sobe em direção à superfície, onde a pressão é menor, os gases retidos no derretimento começam a formar pequenas bolhas.
O volume crescente absorvido pelas bolhas de gás torna o magma menos denso que a rocha circundante, o que pode permitir que o magma continue sua jornada ascendente. Mais perto da superfície, as bolhas aumentam em número e tamanho, de modo que o volume de gás pode exceder o volume de fusão no magma, criando uma espuma de magma.
As bolhas de gás em rápida expansão da espuma podem levar a erupções explosivas nas quais o derretimento é fragmentado em pedaços de rocha vulcânica, conhecida como tephra. Se a rocha derretida não for fragmentada por atividade explosiva, um fluxo de lava será gerado.
Juntamente com o tephra e o ar arrastado, os gases vulcânicos podem subir dezenas de quilômetros na atmosfera da Terra durante grandes erupções explosivas.
Uma vez no ar, os ventos dominantes podem soprar a nuvem de erupção de centenas a milhares de quilômetros de um vulcão.
Os gases se espalham a partir de uma abertura em erupção, principalmente como aerossóis ácidos (minúsculas gotas de ácido), compostos ligados a partículas de tephra e partículas microscópicas de sal.
Os gases vulcânicos sofrem um tremendo aumento no volume quando o magma sobe para a superfície da Terra e entra em erupção.
Por exemplo, considere o que acontece se um metro cúbico de riolito de 900°C contendo 5% em peso de água dissolvida foi subitamente trazido da profundidade para a superfície.
O metro cúbico de magma agora ocuparia um volume de 670 m 3 como uma mistura de vapor de água e magma à pressão atmosférica (Sparks et. Al., 1997)!
O cubo de um metro a profundidade aumentaria para 8,75 m de cada lado na superfície. Essa enorme expansão de gases vulcânicos, principalmente a água, é a principal força motriz das erupções explosivas.
O gás mais abundante normalmente liberado na atmosfera a partir de sistemas vulcânicos é o vapor de água (H 2 O), seguido pelo dióxido de carbono (CO 2 ) e dióxido de enxofre (SO 2 ).
Vulcões também liberam quantidades menores de outros gases, incluindo sulfeto de hidrogênio (H 2 S), hidrogênio (H 2 ), monóxido de carbono (CO), cloreto de hidrogênio (HCL), fluoreto de hidrogênio (HF) e hélio (He).
| Exemplos de composições de gases vulcânicos, em concentrações percentuais volumétricas (de Symonds et al., 1994) |
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|---|---|---|---|
| Temperatura do Estilo Tectônico do Vulcão |
Kilauea Summit Hot Spot 1170 ° C |
Placa Divergente Erta` Ale 1130 ° C |
Placa Convergente Momotombo 820 ° C |
| H 2 0 | 37,1 | 77,2 | 97,1 |
| C0 2 | 48,9 | 11,3 | 1,44 |
| S0 2 | 11,8 | 8,34 | 0,50 |
| H 2 | 0,49 | 1,39 | 0,70 |
| CO | 1,51 | 0,44 | 0,01 |
| H 2 S | 0,04 | 0,68 | 0,23 |
| HCl | 0,08 | 0,42 | 2,89 |
| HF | – | – | 0,26 |
Os gases vulcânicos que representam o maior risco potencial para pessoas, animais, agricultura e propriedade são o dióxido de enxofre, o dióxido de carbono e o fluoreto de hidrogênio.
Localmente, o dióxido de enxofre pode levar a chuva ácida e poluição do ar a favor do vento. Globalmente, grandes erupções explosivas que injetam um tremendo volume de aerossóis de enxofre na estratosfera podem levar a temperaturas de superfície mais baixas e promover o esgotamento da camada de ozônio da Terra.
Como o gás carbônico é mais pesado que o ar, o gás pode fluir para áreas mais baixas e coletar no solo. A concentração de gás carbônico nessas áreas pode ser letal para pessoas, animais e vegetação.
Algumas erupções históricas liberaram compostos de flúor suficientes para deformar ou matar animais que pastavam em vegetação coberta por cinzas vulcânicas;
Veja também:
- Placas tectônicas: o que são, dinâmica, movimentos – Resumo
- O que é Deriva Continental
- Processos Geológicos
- Camadas da Terra – Resumo
- Estruturas Geológicas: tipos, formação
- Deformação Crustal
- Tensão e deformação geológica
- Terremotos: causas, consequências – videos e fotos
- Abalo sísmico e ondas sísmicas
- Vulcões: erupção, como se formam, tipos
- Recursos ígneos e depósitos piroclásticos
- Perigos e monitoramento Vulcânico
Dióxido de enxofre (SO 2 )
Os efeitos do SO 2 nas pessoas e no ambiente variam muito dependendo de: 1) a quantidade de gás que um vulcão emite na atmosfera; (2) se o gás é injetado na troposfera ou na estratosfera; e (3) o padrão regional ou global de vento e clima que dispersa o gás.
O dióxido de enxofre (SO 2 ) é um gás incolor com um odor pungente que irrita a pele e os tecidos e membranas mucosas dos olhos, nariz e garganta.
O dióxido de enxofre afeta principalmente o trato respiratório superior e os brônquios. A Organização Mundial de Saúde recomenda uma concentração não superior a 0,5 ppm durante 24 horas para a exposição máxima.
Uma concentração de 6-12 ppm pode causar irritação imediata do nariz e da garganta; 20 ppm podem causar irritação nos olhos; 10.000 ppm irão irritar a pele úmida em poucos minutos.
As taxas de emissão de SO 2 de um vulcão ativo variam de <20 toneladas / dia a> 10 milhões de toneladas / dia de acordo com o estilo de atividade vulcânica e tipo e volume de magma envolvido.
Por exemplo, a grande erupção explosiva do Monte Pinatubo em 15 de junho de 1991 expulsou 3-5 km 3 de dacita magma e injetou cerca de 20 milhões de toneladas métricas de SO 2 na estratosfera.
Os aerossóis de enxofre resultaram em um resfriamento de 0,5-0,6 ° C da superfície da Terra no Hemisfério Norte.
Os aerossóis de sulfato também aceleraram reações químicas que, juntamente com o aumento dos níveis de cloro estratosférico da poluição de clorofluorcarbono (CFC) feita pelo homem, destruíram o ozônio e levaram a alguns dos menores níveis de ozônio já observados na atmosfera.
No vulcão Kilauea, a recente erupção efusiva de cerca de 0,0005 km 3 / dia (500.000 m 3 ) de magma basáltico libera cerca de 2.000 toneladas de SO 2 na baixa troposfera. A favor do vento, a chuva ácida e a poluição do ar são um problema de saúde persistente quando o vulcão entra em erupção.
- SO 2 causa poluição do ar Poluição vulcânica. Erupções do vulcão Kilauea liberam grandes quantidades de dióxido de enxofre na atmosfera, o que pode levar à poluição vulcânica do ar na ilha de Hawai. O dióxido de enxofre reage quimicamente com a luz do sol, oxigênio, partículas de poeira e água, formando uma fumaça vulcânica conhecida como vog.
- SO 2 efeitos Temperatura da superfície da Terra Resfriamento global e depleção de ozônio. Medições de recentes erupções como Mount St. Helens, Washington (1980), El Chichon, México (1982) e Monte Pinatubo, Filipinas (1991), mostram claramente a importância dos aerossóis de enxofre na modificação do clima, aquecimento da estratosfera e resfriamento. a troposfera. Pesquisas também mostraram que as gotas líquidas de ácido sulfúrico promovem a destruição da camada de ozônio da Terra.
Sulfeto de hidrogênio (H2S)
O sulfeto de hidrogênio (H 2 S) é um gás incolor e inflamável com forte odor ofensivo. É por vezes referido como gás de esgoto.
Em baixas concentrações, pode irritar os olhos e age como um depressor; em altas concentrações, pode causar irritação do trato respiratório superior e, durante longa exposição, edema pulmonar. Uma exposição de 30 minutos a 500 ppm resulta em dor de cabeça, tontura, excitação, marcha cambaleante e diarréia, seguida, às vezes, por bronquite ou broncopneumonia.
Dióxido de carbono (CO 2 )
Os vulcões liberam mais de 130 milhões de toneladas de CO 2 na atmosfera todos os anos. Esse gás incolor e inodoro geralmente não representa um perigo direto para a vida, porque normalmente se dilui a baixas concentrações muito rapidamente, seja liberado continuamente do solo ou durante erupções episódicas.
Mas, em certas circunstâncias, o CO 2 pode se concentrar em níveis letais para pessoas e animais. O dióxido de carbono é mais pesado que o ar e o gás pode fluir para áreas mais baixas; respirar ar com mais de 30% de CO 2 pode rapidamente induzir a inconsciência e causar a morte.
Em áreas vulcânicas ou outras áreas onde ocorrem emissões de CO 2 , é importante evitar pequenas depressões e áreas baixas que possam ser CO 2.armadilhas. O limite entre o ar e o gás letal pode ser extremamente agudo; até mesmo uma única subida pode ser adequada para escapar da morte.
O CO 2 aprisionado em depressões pode ser letal para pessoas e animais. Quando um pedaço de tecido queimado é baixado em um buraco com alta concentração de CO 2 , o fogo se apaga. Tal condição pode ser letal para pessoas e animais.
O ar com 5% de CO 2 causa uma respiração aumentada perceptível; 6-10% resulta em falta de ar, dores de cabeça, tontura, sudorese e inquietação geral; 10-15% causam coordenação deficiente e contrações musculares abruptas; 20-30% causam perda de consciência e convulsões; mais de 30% podem causar a morte ( Hathaway et al., 1991 ).
Consulte o artigo na Web ” Visão geral sobre os gases vulcânicos e as alterações climáticas ” para obter mais informações sobre emissões de CO 2 vulcânicas e antropogênicas .
Aqui está um exemplo histórico dos efeitos do gás carbônico: Mammoth Mountain, em Long Valley Caldera, Califórnia, mata árvores perto de Mammoth Mountain, Califórnia.
Cloreto De Hidrogênio (HCl)
O gás cloro é emitido pelos vulcões na forma de ácido clorídrico (HCl). A exposição ao gás irrita as membranas mucosas dos olhos e do trato respiratório.
Concentrações acima de 35 ppm causam irritação da garganta após exposição curta; > 100 ppm resulta em edema pulmonar e, frequentemente, espasmo laríngeo. Também causa chuva ácida a favor dos ventos, porque o HCl é extremamente solúvel na condensação de gotículas de água e é um “ácido muito forte” (dissocia-se extensivamente para dar íons H + nas gotículas).
Fluoreto De Hidrogênio (HF)
O flúor é um gás amarelo pálido que se liga a finas partículas de cinzas, reveste grama e polui córregos e lagos. A exposição a este poderoso irritante cáustico pode causar conjuntivite, irritação da pele, degeneração óssea e manchas nos dentes.
O excesso de flúor resulta em uma causa significativa de morte e lesão no gado durante as erupções de cinzas. Mesmo em áreas que recebem apenas um milímetro de cinzas, o envenenamento pode ocorrer quando o teor de flúor do capim seco ultrapassa 250 ppm.
Animais que comem grama coberta com cinza contaminada com flúor são envenenados. Pequenas quantidades de flúor podem ser benéficas, mas o excesso de flúor causa fluorose, uma aflição que acaba matando animais destruindo seus ossos. Também promove efeitos de chuva ácida a favor dos vulcões, como o HCl.
Emissões Secundárias de Gases
Outro tipo de liberação de gás ocorre quando os fluxos de lava atingem o oceano. O calor extremo da lava derretida ferve e vaporiza a água do mar, levando a uma série de reações químicas.
A ebulição e as reações produzem uma grande nuvem branca, conhecida localmente como neblina de lava ou laze, contendo uma mistura de ácido clorídrico e água do mar concentrada.
- Laze plumas são muito ácidas. O calor extremo da lava que entra no mar rapidamente ferve e vaporiza a água do mar, levando a uma série de reações químicas. A ebulição e as reações produzem uma grande nuvem branca, conhecida localmente como neblina de lava ou laze, que contém uma mistura de ácido clorídrico (HCl) e água do mar concentrada. Este é um fenômeno local de curta duração que afeta apenas pessoas ou vegetação diretamente sob a pluma.
O ácido clorídrico (HCl) provém da decomposição dos cloretos derivados da água do mar durante a ebulição súbita. Como a lava é amplamente desgaseificada quando chega ao mar, qualquer HCL que venha dela é insignificante em comparação. Amostras analisadas da pluma mostram que é uma salmoura com uma salinidade de cerca de 2,3 vezes a da água do mar e um pH de 1,5-2,0. - Principais reações de quebra de cloreto de água do mar que produzem gás HCl
- MgCl 2 (sal marinho) + H 2 O (vapor) = MgO (periclase) + 2HCl (gás HCl)
- 2 NaCl (sal) + H 2 O (vapor) = Na 2 O (óxido de sódio) + 2 HCl (HCl gasoso)
- CaCl 2 (sal marinho) + H 2 O (vapor) = CaO (cal) + 2 HCl (gás HCl)
- Evite ficar de pé embaixo de uma pluma de laze. Plumas de laze densas, tais como as mostradas aqui (Photograph by CC Heliker, 10 de fevereiro de 1994) contêm tanto quanto 10-15 partes por milhão de ácido clorídrico. Estes valores caem bruscamente à medida que a pluma se afasta das áreas de entrada de lava. Durante os ventos ao longo da costa ou em terra, esta pluma produz chuva ácida que pode cair sobre as pessoas e pousar ao longo da costa. Esta chuva (pH 1,5 a 2), muitas vezes mais ácida que o suco de limão ou o ácido do estômago, é muito corrosiva para a pele e a roupa. Os visitantes das áreas de entrada de lava devem evitar ficar de pé diretamente no, sob ou a favor do vento da pluma de laze.
Fluxos piroclásticos e seus efeitos
Sobre fluxos piroclásticos
Fluxos piroclásticos são misturas de alta densidade de fragmentos de rocha quente e seca e gases quentes que se afastam da ventilação que os expeliu em alta velocidade. Podem resultar da erupção explosiva de fragmentos de rocha fundida ou sólida, ou ambos.
Eles também podem resultar da erupção não explosiva de lava quando partes de uma cúpula ou um fluxo de lava espesso desmoronam em uma encosta íngreme.
A maioria dos fluxos piroclásticos consiste em duas partes: um fluxo basal de fragmentos grosseiros que se move ao longo do solo e uma nuvem turbulenta de cinzas que se eleva acima do fluxo basal. A cinza pode cair desta nuvem sobre uma vasta área a favor do vento a partir do fluxo piroclástico.
Figura 1. Fluxos piroclásticos destruídos por impacto direto.
A Figura 1 mostra um remanescente de um edifício em Francisco Leon que foi destruído por fluxos piroclásticos e ondas durante a erupção do vulcão El Chichon no sudeste do México entre 29 de março e 4 de abril de 1982. Francisco Leon estava localizado a cerca de 5 km SSE do vulcão. As barras de reforço na parede de concreto são dobradas na direção do fluxo (da direita para a esquerda).
Vários surtos piroclásticos varreram todos os lados do vulcão, chegando a 2 a 8 km do vulcão; os fluxos piroclásticos representam apenas cerca de 30% da massa total combinada de surtos e fluxos. Além de Francisco Leon, outras oito aldeias foram destruídas, atingindo a vida de até 2.000 pessoas.
Figura 2. Fluxos Piroclásticos enterram os locais com detritos de rocha quente.
Fluxos piroclásticos erupcionados pelo Monte Pinatubo em 15 de junho de 1991, enterraram o vale do rio Marella (sudoeste de Pinatubo) com pedras-pomes, cinzas e outras rochas vulcânicas a profundidades entre 50 e 200 m (como mostrado na figura 2).
Essa erupção foi uma das maiores do século 20, depositando cerca de 5,5 km 3 de detritos de rocha em quase 400 km 2 . Os fluxos piroclásticos viajaram até 12 a 16 km do vulcão em todas as direções.
Ao contrário dos vales fluviais, as encostas íngremes ao redor do vulcão eram revestidas com depósitos de fluxo piroclástico muito finos e descontínuos.
Uma série de fluxos piroclásticos do vulcão Redoubt, no Alasca, entre dezembro de 1989 e abril de 1990 derretia rapidamente a neve e o gelo que geravam lahars no rio Drift (vale na figura 3).
Figura 3. Fluxos Piroclásticos derretem a neve e o gelo para formar lahares.
Os lahars percorreram 40 km até Cook Inlet. A maioria dos fluxos piroclásticos foi causada pelo colapso repetido de uma cúpula de lava crescendo no flanco norte do vulcão.
Esta vista do vale superior do Drift River é para o SW; o flanco norte fica do lado direito do vulcão, mas a cúpula não é visível.
À medida que cada fluxo piroclástico varria o flanco norte coberto de neve e gelo do vulcão, os fragmentos de lava quente corroeram-se e misturaram-se com a neve e o gelo para formar uma torrente de água que varreu o rio Drift. As ondas súbitas de água corroeram os sedimentos soltos no fundo do vale e transformaram-se em lahares.
Nesta parte do vale do rio Drift, muitos dos lahars cobriam todo o fundo do vale, mas geralmente não tinham mais do que alguns metros de espessura. Os lahars proporcionaram uma excelente oportunidade para testar um novo sistema de detecção de lahar.
Figura 4. Fluxos piroclásticos queimam florestas, plantações e edifícios.
Um fluxo piroclástico pequeno, mas altamente fluidizado, percorreu o estreito canal da corrente de Belham até 5 a 6 km de uma cúpula de lava crescendo no topo do vulcão Soufriere Hills, em Montserrat (mostrado na figura 4).
A parte basal do fluxo piroclástico estava confinada ao fundo do canal, mas a principal nuvem de cinzas queimava e matava a vegetação ao longo do canal. O fluxo piroclástico foi desencadeado por um colapso parcial da cúpula.
Com temperaturas iniciais superiores a 900 ° C, os detritos de rocha e gás transportados por um fluxo piroclástico ou oscilação facilmente permanecem quentes o suficiente para queimar ou chamuscar materiais combustíveis mesmo quando viajam a mais de 20 km de um respiradouro.
Efeitos dos Fluxos Piroclásticos
Um fluxo piroclástico irá destruir quase tudo em seu caminho. Com fragmentos de rocha variando em tamanho, de cinzas a pedregulhos viajando pelo solo a velocidades tipicamente superiores a 80 km por hora, os fluxos piroclásticos derrubam, despedaçam, enterram ou carregam quase todos os objetos e estruturas em seu caminho.
As temperaturas extremas das rochas e do gás dentro dos fluxos piroclásticos, geralmente entre 200 ° C e 700 ° C, podem causar queima de material combustível, especialmente derivados de petróleo, madeira, vegetação e casas.
Fluxos piroclásticos variam consideravelmente em tamanho e velocidade, mas mesmo fluxos relativamente pequenos que se movem a menos de 5 km de um vulcão podem destruir edifícios, florestas e terras agrícolas.
E à margem dos fluxos piroclásticos, morte e ferimentos graves em pessoas e animais podem resultar de queimaduras e inalação de cinzas quentes e gases.
Fluxos piroclásticos geralmente seguem vales ou outras áreas de baixa altitude e, dependendo do volume de detritos carregados pelo fluxo, eles podem depositar camadas de fragmentos de rochas soltas em profundidades que variam de menos de um metro a mais de 200 m.
Tais camadas soltas de cinzas e detritos de rocha vulcânica em vales e encostas podem levar a lahars indiretamente por:
- Damming ou bloqueio de riachos tributários, que podem fazer com que a água forme um lago atrás do bloqueio, cobrir e erodir o bloqueio e misturar com os fragmentos de rocha à medida que desce a jusante (por exemplo, veja este estudo de caso no vulcão Pinatubo, Filipinas)
- Aumentando a taxa de escoamento e erosão durante as tempestades subsequentes. Fluxos e surtos piroclásticos quentes também podem gerar lahars diretamente através da erosão e mistura com a neve e o gelo nos flancos de um vulcão, enviando uma súbita torrente de água pelos vales adjacentes (veja o estudo de caso do vulcão Nevado del Ruiz, Colômbia).
Tefra e seus efeitos
Tephra é um termo geral para fragmentos de rocha vulcânica e lava, independentemente do tamanho que é soprado no ar por explosões ou levado para cima por gases quentes em colunas de erupção ou fontes de lava. Tais fragmentos variam em tamanho de menos de 2 mm (cinza) a mais de 1 m de diâmetro.
A tefra de grande porte tipicamente cai de volta ao solo ou próximo ao vulcão e fragmentos progressivamente menores são levados da ventilação pelo vento. As cinzas vulcânicas, os menores fragmentos de tephra, podem viajar centenas a milhares de quilômetros a jusante de um vulcão.
Tephra consiste de uma ampla gama de partículas rochosas (tamanho, forma, densidade e composição química), incluindo combinações de pomes, fragmentos de vidro, cristais de diferentes tipos de minerais e rochas quebradas de todos os tipos (ígneas, sedimentares e metamórficas).
Uma grande variedade de termos é usada para descrever a gama de fragmentos de rocha lançados no ar por vulcões. Os termos classificam os fragmentos de acordo com o tamanho, a forma ou o modo como se formam e viajam.
| Mount St. Helens Tephra: quarteirão | Monte Santa Helena Tefra: cinzas e pedra-pomes | Kilauea Tephra: reticulite | Kilauea Tephra: o cabelo de Pelé |
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Cinza vulcanica
Até onde vai cair a sotavento de um vulcão em erupção?
Ash geralmente cobre uma área muito maior e interrompe a vida de muito mais pessoas do que os outros tipos mais letais de perigos de vulcões. Infelizmente, o tamanho das partículas de cinzas que caem no solo e a espessura do cinzas a favor do vento a partir de um vulcão em erupção são difíceis de prever antecipadamente.
Não só existe uma ampla variação no tamanho de uma erupção que pode ocorrer e a quantidade de tephra injetada na atmosfera, mas a direção e a força do vento predominante podem variar amplamente.
Histórias de Casos: Distribuição de Tephra Downwind from Eruption
- Tephra Falls do
relatório on-line de Erupções de Monte Pinatubo de 1991 de Fogo e Lama: erupções e lahars do Monte Pinatubo, Filipinas. - Tephra cai de Mount St. Helens, Washington, em 18 de maio de 1980
gráfico, espessura de cinzas e tamanho de partícula a favor do vento do vulcão
Efeitos Potenciais da Cinza Vulcânica
A cinza vulcânica é altamente prejudicial à atividade econômica porque cobre quase tudo, se infiltra na maioria das aberturas e é altamente abrasiva. As cinzas no ar podem obscurecer a luz solar para causar escuridão temporária e reduzir a visibilidade a zero.
Ash é escorregadio, especialmente quando molhado; estradas, rodovias e pistas de aeroportos podem se tornar intransitáveis. Motores a jato e automóveis podem parar de filtros de ar entupidos de cinzas e partes móveis podem ser danificadas pela abrasão, incluindo rolamentos, freios e transmissões.
Mais efeitos incluem o seguinte:
- A luz do dia se transforma em escuridão.
- Os telhados podem colapsar com o peso adicionado.
- Máquinas e veículos serão desgastados.
- Terras agrícolas serão cobertas.
- As estradas estarão escorregadias, bloqueadas ou bloqueadas.
- Os sistemas de energia podem desligar.
- Sistemas de águas residuais podem entupir.
- Calhas podem encher e desmoronar.
Lahars e seus efeitos
Figura 5. Vale do rio Gualí. Fotografia de R. Janda em 18 de dezembro de 1985
Lahar é um termo indonésio que descreve uma mistura quente ou fria de água e fragmentos de rocha que desce pelas encostas de um vulcão e (ou) vales fluviais.
Ao mover-se, um lahar parece uma massa de concreto úmido que transporta detritos de rochas que variam em tamanho, desde argila até pedregulhos com mais de 10 m de diâmetro. Lahars variam em tamanho e velocidade.
Pequenos lahares com menos de alguns metros de largura e vários centímetros de profundidade podem fluir alguns metros por segundo. Grandes lahars de centenas de metros de largura e dezenas de metros de profundidade podem fluir várias dezenas de metros por segundo – rápido demais para as pessoas fugirem.
À medida que um lahar desce a jusante de um vulcão, seu tamanho, velocidade e quantidade de água e detritos de rocha que ele carrega mudam constantemente.
A onda inicial de água e detritos de rochas geralmente erode rochas e vegetação do lado de um vulcão e ao longo do vale do rio que entra.
Este fluxo inicial também pode incorporar a água da neve e do gelo derretido (se houver) e o rio que está saturado. Ao erodir detritos de rocha e incorporando água adicional, os lahars podem facilmente crescer até mais de 10 vezes o tamanho inicial. Mas à medida que o lahar se afasta de um vulcão, ele eventualmente começará a perder sua carga pesada de sedimentos e diminuir de tamanho.
Erupções podem desencadear um ou mais lahars diretamente por derretimento rápido de neve e gelo em um vulcão ou ejetar a água de um lago da cratera. Mais frequentemente, os lahars são formados por chuvas intensas durante ou depois de uma erupção – a água da chuva pode corroer facilmente a rocha vulcânica solta e o solo nas encostas e nos vales dos rios.
Alguns dos maiores lahars começam como deslizamentos de rochas saturadas e hidrotermicamente alteradas no flanco de um vulcão ou encostas adjacentes. Deslizamentos de terra são desencadeados por erupções, terremotos, precipitação ou a atração incessante da gravidade no vulcão.
Lahars quase sempre ocorrem sobre ou perto de estratovulcões porque esses vulcões tendem a explodir explosivamente e seus cones altos e íngremes são cobertos de neve, cobertos por um lago de cratera, construído de detritos de rocha fracamente consolidados que são facilmente erodidos ou enfraquecidos internamente por fluidos hidrotermais quentes.
Os Lahars também são comuns nos vulcões de proteção cobertos de neve e gelo na Islândia, onde erupções de lava de basalto fluida freqüentemente ocorrem sob enormes geleiras.
Os cenários listados abaixo ilustram a maioria dos mecanismos pelos quais os lahars são gerados. Por conveniência, agrupamos os mecanismos conforme o vulcão está em erupção, entrou em erupção ou está silencioso. Cada mecanismo é ilustrado com um ou mais estudos de caso.
Deslizamentos de terra de vulcões e seus efeitos
Os deslizamentos de terra são grandes massas de rocha e solo que caem, escorregam ou fluem muito rapidamente sob a força da gravidade.
Essas misturas de detritos se movem em estado úmido ou seco, ou ambos. Deslizamentos de terra comumente se originam como grandes deslizamentos de rochas ou avalanches que se desintegram durante o movimento em fragmentos que variam em tamanho, desde pequenas partículas até enormes blocos de centenas de metros de diâmetro.
Se os detritos de rocha em movimento forem suficientemente grandes e contiverem um grande conteúdo de água e material fino (normalmente,> 3-5 por cento de partículas do tamanho de argila), o deslizamento de terra pode se transformar em um rio e fluxo abaixo de 100 km de um vulcão !
Os deslizamentos de terra do vulcão variam em tamanho de menos de 1 km3 a mais de 100 km3. A alta velocidade (> 100 km / h) e o grande momento de deslizamentos de terra permitem que eles subam encostas e atravessem divisões de vale até várias centenas de metros de altura.
Por exemplo, o deslizamento de terra em Mount Saint Helens, em 18 de maio de 1980, tinha um volume de 2,5 km3, alcançou velocidades de 50-80 m / s (180-288 km / h) e subiu mais de 400 m de altura. cume localizado a cerca de 5 km do vulcão!
Deslizamentos de terra são comuns em vulcões porque seus cones maciços (1) normalmente sobem centenas a milhares de metros acima do terreno circundante; e (2) são freqüentemente enfraquecidos pelo próprio processo que os criou – o surgimento e a erupção da rocha derretida.
Toda vez que o magma se move em direção à superfície, as rochas sobrepostas são empurradas para o lado enquanto a rocha derretida abre espaço para si mesma, muitas vezes criando zonas internas de cisalhamento ou sobrependendo um ou mais lados do cone.
O magma que permanece dentro do cone libera gases vulcânicos que se dissolvem parcialmente nas águas subterrâneas, resultando em um sistema hidrotermal ácido quente que enfraquece a rocha ao alterar os minerais da rocha para a argila. Além disso,
Essas condições permitem que vários fatores disparem um deslizamento de terra ou permitam que parte do cone de um vulcão simplesmente desmorone sob a influência da gravidade:
- intrusão de magma em um vulcão
- erupções explosivas (explosões magmáticas ou fumáticas a vapor)
- grande terremoto diretamente abaixo de um vulcão ou nas proximidades (normalmente> M5)
- chuvas intensas que saturam um vulcão ou encostas cobertas de tefra adjacentes com água, especialmente antes ou durante um grande terremoto.
Um deslizamento de terra geralmente destrói tudo em seu caminho e pode gerar uma variedade de atividades relacionadas.
Historicamente, deslizamentos de terra causaram erupções explosivas, enterraram vales de rios com dezenas de metros de detritos, geraram lahars, provocaram ondas e tsunamis, e criaram profundas crateras em forma de ferradura.
Removendo uma grande parte do cone de um vulcão, um deslizamento de terra pode reduzir abruptamente a pressão sobre os sistemas hidrático e magmático raso, que podem gerar explosões que variam de uma pequena explosão de vapor a grandes explosões dirigidas por vapor e magma.
Um grande deslizamento de terra geralmente enterra vales com dezenas a centenas de metros de detritos, formando uma paisagem caótica marcada por dezenas de pequenas colinas e depressões fechadas.
Se o depósito for suficientemente espesso, poderá represar os riachos tributários para formar lagos nos dias subsequentes a meses; os lagos podem eventualmente drenar catastroficamente e gerar lahares e inundações a jusante.
Os deslizamentos de terra também geram alguns dos maiores e mais mortíferos lahars, seja transformando-se diretamente em um lahar ou, depois de parar de se mover, da desidratação do depósito.
Historicamente, no entanto, o deslizamento de terra mais vulcânico do vulcão ocorreu em 1792, quando os detritos deslizaram do Monte. Mayuyama, perto do Vulcão Unzen, no Japão, atingiu o Mar de Ariaka e gerou uma onda no lado oposto que matou quase 15.000 pessoas.
Em um vulcão, os deslizamentos de terra esculpem profundos cortes em seu cone ou criam grandes crateras em forma de ferradura com centenas de metros de profundidade e mais de um quilômetro de largura.
Os deslizamentos de terra vulcânicos podem fazer o seguinte:
- Disparar explosões vulcânicas
- Gerar lahars que viajam muito a jusante
- Causa ondas e tsunamis em um lago ou oceano
- Enterrar vales do rio com detritos de rocha
- Correntes tributárias de barragens para formar lagos
- Crie uma cratera ou cicatriz no vulcão
Fluxos de lava e seus efeitos
Fluxos de lava são correntes de rocha derretida que escorrem ou escoam de uma abertura em erupção. A lava entra em erupção durante atividades não explosivas ou fontes de lava explosivas.
Fluxos de lava destroem tudo em seu caminho, mas a maioria se move devagar o suficiente para que as pessoas possam sair do caminho. A velocidade com que a lava se move através do solo depende de vários fatores, incluindo (1) tipo de lava erupcionada e sua viscosidade; (2) inclinação do solo sobre o qual viaja; (3) se a lava flui como uma folha larga, através de um canal confinado, ou abaixo de um tubo de lava; e (4) taxa de produção de lava no respiradouro.
Fluxos de basalto fluidos podem se estender por dezenas de quilômetros a partir de uma abertura em erupção. As bordas de ataque dos fluxos de basalto podem viajar a uma velocidade de 10 km / hora em declives acentuados, mas normalmente avançam menos de 1 km / hora em declives suaves.
Mas quando os fluxos de lava de basalto estão confinados dentro de um canal ou tubo de lava em um declive íngreme, o corpo principal do fluxo pode atingir velocidades> 30 km / hora.
Os fluxos de andesito viscoso se movem apenas alguns quilômetros por hora e raramente se estendem por mais de 8 km de suas aberturas.
Os fluxos viscosos de dacito e riolito geralmente formam montes íngremes chamados cúpulas de lava sobre uma abertura em erupção. As cúpulas de lava geralmente crescem pela extrusão de muitos fluxos individuais> 30 m de espessura ao longo de um período de vários meses ou anos. Esses fluxos se sobrepõem e geralmente se movimentam a menos de alguns metros por hora.
Figura 6. O fluxo de lava ‘A`a se move através de uma interseção na subdivisão do Royal Garderns, no flanco sul do vulcão Kilauea, Hawai’i. Fotografia de JD Griggs em 1984.
Tudo no caminho de um fluxo de lava que avança será derrubado, cercado ou enterrado pela lava, ou inflamado pela temperatura extremamente quente da lava.
Quando a lava entra em erupção sob uma geleira ou flui sobre a neve e o gelo, a água derretida do gelo e da neve pode resultar em lahars de longo alcance.
Se a lava entrar em um corpo de água ou a água entrar em um tubo de lava, a água pode ferver violentamente e causar uma chuva explosiva de respingos derretidos em uma área ampla.
O gás metano, produzido como vegetação de lava, pode migrar em vazios subsuperficiais e explodir quando aquecido. Fluxos de lava espessa e viscosa, especialmente aqueles que constroem uma cúpula, podem colapsar para formar fluxos piroclásticos de movimento rápido.
As mortes causadas diretamente pelos fluxos de lava são incomuns porque a maioria se move devagar o suficiente para que as pessoas possam se mover facilmente e os fluxos normalmente não se afastam muito do respiradouro.
Morte e ferimentos podem ocorrer quando os espectadores se aproximam de um fluxo de lava que avança muito próximo ou o retiro deles é interrompido por outros fluxos.
Mortes atribuídas a fluxos de lava são frequentemente devidas a causas relacionadas, como explosões quando lava interage com a água, o colapso de um delta de lava ativo, asfixia devido a gases tóxicos associados, fluxos piroclásticos de uma cúpula em colapso e lahares de água derretida.
Outros fenômenos naturais, como furacões, tornados, tsunamis, incêndios e terremotos, muitas vezes destroem edifícios, cultivos agrícolas e residências, mas o (s) proprietário (s) geralmente podem reconstruir ou reparar estruturas e seus negócios no mesmo local.
Fluxos de lava, no entanto, podem enterrar casas e terrenos agrícolas sob dezenas de metros de rocha negra endurecida; os marcos e as linhas de propriedade ficam obscurecidos por uma vasta e nova paisagem pantanosa. As pessoas raramente são capazes de usar terras enterradas por fluxos de lava ou vendê-las por mais de uma pequena fração de seu valor anterior.
Figura 7. Lava enterra ou cerca tudo.
A lava que entrou em erupção no vulcão Kilauea cobre parte da rodovia 130, na costa sudeste da ilha de Hawai (veja a figura 7). No final de 1998, a lava da erupção do Pu’u’O’o-Kupaianaha cobria cerca de 13 km da estrada a profundidades de até 25 m. Entre 1983 e 1998, os fluxos de lava cobriam uma área de 99,7 km 2 (38,5 mi 2 ).
Como os fluxos de lava podem bloquear completamente estradas e rodovias que podem servir como a única rota de evacuação para pessoas ameaçadas por um fluxo de avanço, é vital que as comunidades que podem ser inundadas com lava desenvolvam planos de resposta a emergências.
Uma das principais ameaças dos fluxos de lava para os proprietários é que os fluxos podem queimar edifícios e casas, mesmo que o fluxo não atinja a estrutura. Esta casa pegou fogo do calor intenso de um fluxo de avanço ‘a’ (observe o brilho vermelho do fluxo deixado pela casa).
O basalto tem a temperatura mais alta de qualquer lava, tipicamente entre aproximadamente 1170-1100 ° C (~ 2140-2000 ° F). Os outros tipos de lava (andesito, dacito e riólito) formam fluxos mais frios com temperaturas entre cerca de 1000-800 ° C (~ 1800-1500 ° F); alguns fluxos ainda podem se mover lentamente a temperaturas tão baixas quanto cerca de 600 ° C (~ 1100 ° F).
Figura 8. Vista da cratera de erupção e da geleira Vatnajökull coberta de cinzas, cerca de 36 horas após a erupção ter quebrado através do gelo.
A lava derrete a neve e o gelo para formar jökulhlaups e lahars. Por esta altura, a área de subsidência tinha crescido para cerca de 9 km de comprimento e 2-3 km de largura. A erupção continuou por mais 10 dias, e a água derretida da geleira fluiu para a caldeira de Grímsvötn.
Em 1º de outubro, o nível da água no lago subglacial da caldeira era de cerca de 1410 m; em 16 de outubro, o nível da água subiu para 1504 m, um aumento de 94 m!
De acordo com os cientistas que monitoram a atividade, a lava em erupção da fissura foi empilhada no chão sob a geleira, “formando uma cordilheira que, em alguns lugares, deve ter 200 m de altura”.
Em 16 de outubro, os cientistas afirmaram que a água derretida, que se acumulava sob a plataforma de gelo no lago Grímsvötn, poderia começar a drenar a qualquer momento para desencadear um jökulhlaup (inundação glacial). Em 5 de novembro, o esperado jökulhlaup começou.
Fluxos de lava em colapso desencadeiam fluxos piroclásticos.
O fluxo piroclástico de movimento rápido foi causado pelo colapso de um fluxo de lava espesso que estava sendo expelido da área do cume e escorrendo pelo íngreme cone superior do vulcão.
Quando o fluxo de lava desmoronou, a lava quente separou-se em fragmentos que variavam em tamanho, desde pedregulhos até minúsculas partículas de cinzas e varreram o vulcão sob a influência da gravidade para formar o fluxo piroclástico; o fluxo atingiu uma distância máxima de 4,5 km da cimeira.
Monitoramento Vulcânico
Existem várias maneiras diferentes de monitorar vulcões. Vamos dar uma olhada em alguns desses métodos diferentes.
Sinais de uma erupção
Em 2005, o geólogo Chris Newhall, da USGS, fez uma lista dos seis sinais mais importantes de uma iminente erupção vulcânica. Eles são os seguintes:
- Vazamentos de gás – a liberação de gases (principalmente H 2 O, CO 2 e SO 2 ) do magma para a atmosfera através de rachaduras na rocha sobrejacente
- Um pouco de protuberância – a deformação de parte do vulcão, indicando que uma câmara de magma em profundidade está inchando ou se tornando mais pressurizada
- Ficando instável – muitos (centenas a milhares) de pequenos terremotos, indicando que o magma está em movimento. Os terremotos podem ser o resultado do magma forçar as rochas ao redor a racharem, ou uma vibração harmônica que é evidência de fluidos magmáticos se movendo no subsolo.
- Caindo rápido – uma diminuição súbita na taxa de sismicidade, o que pode indicar que o magma parou, o que poderia significar que algo está prestes a ceder
- Grande solavanco – uma protuberância pronunciada na lateral do vulcão (como a do Mt. St. Helens em 1980), o que pode indicar que o magma se moveu próximo à superfície
- Explosão de vapor – erupções de vapor (também conhecidas como erupções freáticas ) que acontecem quando o magma perto da superfície aquece a água subterrânea até o ponto de ebulição. A água eventualmente explode, enviando fragmentos da rocha sobreposta para o ar.
Ferramentas para monitorar vulcões
Aqui está uma lista do equipamento que devemos ter e as ações que podemos tomar para monitorar um vulcão e prever quando ele pode entrar em erupção.
Avaliando a sismicidade
Figura 1. Um sismógrafo instalado em 2007 nas proximidades do Nazco Cone, BC [foto Cathie Hickson, usada com permissão]
A maneira mais simples e barata de monitorar um vulcão é com sismógrafos. Em uma área com vários vulcões que têm o potencial de entrar em erupção (por exemplo, a área de Squamish-Pemberton), alguns sismógrafos bem posicionados podem nos fornecer um aviso prévio de que algo está mudando sob um dos vulcões, e que precisamos Olhe mais de perto.
Existem atualmente sismógrafos suficientes no Lower Mainland e na Ilha de Vancouver para fornecer essas informações.
Se houver evidências sísmicas de que um vulcão está ganhando vida, mais sismômetros devem ser colocados em locais dentro de algumas dezenas de quilômetros da fonte da atividade (Figura 1).
Isso permitirá que os geólogos determinem a localização exata e a profundidade da atividade sísmica, para que possam ver onde o magma está se movendo.
Detectando Gases
O vapor de água rapidamente se transforma em nuvens de gotículas de água líquida e é relativamente fácil de detectar apenas pelo olhar, mas o CO 2 e o SO 2 não são tão óbvios.
É importante poder monitorar as mudanças na composição dos gases vulcânicos e precisamos de instrumentos para isso.
Alguns podem ser monitorados à distância (do solo ou até mesmo do ar) usando dispositivos infravermelhos, mas para obter dados mais precisos, precisamos coletar amostras do ar e fazer análises químicas. Isto pode ser conseguido com instrumentos colocados no chão perto da fonte dos gases, ou recolhendo amostras do ar e analisando-as num laboratório.
Medindo Deformação
Figura 2. Uma unidade de GPS instalada no vulcão Hualalai, no Havaí. A antena em forma de prato à direita é o receptor GPS. A antena à esquerda é para comunicação com uma estação base. [do USGS em: http://hvo.wr.usgs.gov/volcanowatch/view.php?id=173]
Existem duas maneiras principais de medir a deformação do solo em um vulcão. Um é conhecido como um tiltmeter , que é um nível sensível de três direções que pode detectar pequenas mudanças na inclinação do solo em um local específico.
Outra é através do uso da tecnologia GPS (sistema de posicionamento global) (Figura 2). O GPS é mais eficaz do que um tiltmeter porque fornece informações sobre até que ponto o solo realmente se moveu – leste-oeste, norte-sul e de cima para baixo.
Combinando informações desses tipos de fontes, juntamente com observações cuidadosas feitas no solo e no ar, e um conhecimento profundo de como os vulcões funcionam, os geólogos podem ter uma boa ideia do potencial de um vulcão entrar em erupção no futuro próximo ( meses a semanas, mas não dias).
Eles podem, então, fazer recomendações às autoridades sobre a necessidade de evacuações e restringir os corredores de transporte.
Nossa capacidade de prever erupções vulcânicas aumentou dramaticamente nas últimas décadas devido aos avanços em nossa compreensão de como os vulcões se comportam e no monitoramento da tecnologia.
Desde que seja feito um trabalho cuidadoso, não há mais um grande risco de erupção surpresa, e desde que as advertências públicas sejam emitidas e atendidas, é cada vez menos provável que milhares morram de colapso do setor, fluxos piroclásticos, cinzas, ou lahars.
Entretanto, os riscos indiretos ainda são muito reais, e podemos esperar que a próxima erupção, como a de Laki em 1783, tenha um preço ainda maior do que antes, especialmente porque agora há cerca de oito vezes mais pessoas na Terra.
PENSE NISSO: ALERTA DE VULCÃO!
Você é o principal vulcanologista do Serviço Geológico do Canadá (GSC), baseado em Vancouver. Às 10h30 de uma terça-feira, você recebe um relatório de um sismólogo do GSC em Sidney dizendo que houve um aumento repentino no número de pequenos terremotos nas proximidades do Monte. Garibaldi.
Você tem dois técnicos disponíveis, acesso a alguns equipamentos de monitoramento e um veículo com tração nas quatro rodas.
Ao meio-dia, você se encontra com seus técnicos e alguns outros geólogos. No final do dia, você precisa ter um plano para implementar, a partir de amanhã de manhã, e um comunicado para ser divulgado à imprensa. Qual deve ser o trabalho de campo do seu primeiro dia? O que você deve dizer mais tarde hoje em seu comunicado de imprensa?
