Que relação é possível ser feita entre grandes erupções vulcânicas e a quantidade de radiação solar que chega à superfície terrestre?

O processo de vulcanismo � resultado das caracter�sticas de press�o e temperatura contidas no subsolo. Al�m disso, os vulc�es se estabelecem, em geral, em regi�es que limitam placas tect�nicas, salvo o vulcanismo ligado ao ponto quente, neste caso esse processo pode ocorrer no interior de uma placa.

Nas profundezas da Terra, entre o centro de ferro fundido e a fina camada na superf�cie, h� uma parte de pedra s�lida chamada de manto, ainda quente por causa da forma��o do nosso planeta h� cerca de 4.6 bilh�es de anos. Como as pedras s�o grandes isolantes, o calor demora para se dissipar.

Quando as pedras do manto se derretem, elas se transformam em magma, que chega � superf�cie atrav�s da crosta externa da terra, e libera os gases contidos. Quando a press�o � muito forte, vulc�es entram em erup��o. A press�o aumenta se a quantidade de magma que vai do manto da terra at� o vulc�o � alta. Por outro lado, a press�o pode aumentar dentro do cone de magma do vulc�o. Isso acontece porque quando o magma no cone come�a a esfriar, ele libera gases que se expandem, aumentando a press�o. Quando a press�o � muito forte, as rochas que formam o vulc�o racham, e o magma escapa pela superf�cie � � a erup��o. Em alguns vulc�es, a quantidade de magma que sai da terra � relativamente constante, ent�o as erup��es s�o frequentes. Em outros casos, o magma sobe em bolhas a cada 100 ou at� mesmo 1000 anos, por isso as erup��es s�o raras.

Quando ainda � subterr�neo, este manto rochoso � chamado de magma. Assim que atinge a superf�cie e se derrama pelos lados de um vulc�o, passa a se chamar lava. Geralmente, quanto mais quente a lava, mais fluida ela �, e mais rapidamente ela escorre. As lavas havaianas tendem a ser as mais quentes da escala. Quando entram em erup��o, elas chegam a 1.175� C.

Os vulc�es s�o respons�veis pela libera��o de magmas acima da superf�cie terrestre e funcionam como v�lvula de escape para magmas e gases existentes nas camadas inferiores da litosfera. Magmas prim�rios prov�m de c�maras magm�ticas posicionadas a profundidades da fonte que normalmente oscilam entre os 50 a 100 km, onde ocorrem concentra��es de calor, fus�es e fluxo de vol�teis, condi��es estas que levam ao aumento da press�o necess�ria � subida do magma atrav�s de condutos, que por sua vez levam � forma��o dos vulc�es.

Exceto pelo Oxigênio livre (O2) gerado pela fotossíntese de plantas, algas e cianobactérias, todos os demais gases presentes na atmosfera foram originados no interior da Terra e exalados por erupções vulcânicas. Assim, os gases são uma parte fundamental da atividade vulcânica e exercem um importante, se não dominante, papel na influência sobre o comportamento de um vulcão.

Os gases vulcânicos quando estão abaixo da superfície terrestre, em grande profundidade, são submetidos a elevadas pressões. Essas forças fazem com que esses gases fiquem dissolvidos no magma. Mas quando o magma ascende em direção à superfície, onde a pressão é menor, os gases contidos no líquido magmático começam a se desprender do magma, formando pequenas bolhas. O aumento de volume provocado pelas bolhas de gases torna o magma menos denso que as rochas encaixantes, permitindo ao líquido magmático continuar a sua jornada para cima. As bolhas aumentam em número e tamanho próximo à superfície. Isso faz com que o volume dos gases exceda o volume do magma e o líquido magmático adquira um aspecto de “espuma”. A rápida expansão das bolhas de gases da espuma pode levar a erupções explosivas, onde o magma é fragmentado em diversas partículas de rochas vulcânicas, conhecidas coletivamente como tefra. Entretanto, se o magma não sofrer expansão das bolhas de gases e, consequentemente, não for fragmentado por atividade explosiva, um fluxo de lava poderá ser gerado.

Gases vulcânicos sofrem um grande aumento no volume quando o magma ascende para a superfície terrestre. Por exemplo, consideremos o que acontece a um metro cúbico de magma riolítico a 900°C de temperatura contendo 5% por peso de água dissolvida se for rapidamente trazido da profundidade para a superfície. O metro cúbico de magma poderá agora ocupar um volume de 670 m3 sendo caracterizado por uma mistura de vapor de água e magma na pressão atmosférica. O metro cúbico em profundidade poderá aumentar para 8,75 metros em cada lado na superfície. Tal enorme expansão dos gases vulcânicos, principalmente vapor de água, é a principal força motora das erupções explosivas.

Geralmente, o aumento na disponibilidade gasosa dentro de um vulcão resulta em um aumento na atividade explosiva. Desse modo, as erupções mais explosivas são provavelmente conseqüência de magmas ricos em gases e no aumento da pressão interna do edifício vulcânico quando o magma ascende para níveis superficiais. Outros vulcões emitem grandes quantidades de gases passivamente. Tipicamente, um vulcão libera gases ácidos de alta temperatura a partir de sua cratera ativa, sendo estes gases liberados tanto difusamente como em vapores altamente concentrados através de condutos e/ou rachaduras fumarólicas. Alguns vulcões também liberam gases de baixa temperatura difusamente através de seus flancos, relativamente distantes da área da cratera ativa. Os gases são também liberados a partir de um magma que permanece abaixo da superfície (uma intrusão) ou quando este está ascendendo em direção à superfície. Em tais casos, os gases podem escapar continuamente para a atmosfera através do solo, condutos vulcânicos, fumarolas e sistemas hidrotermais.

Durante grandes erupções explosivas, os gases vulcânicos podem ascender a dezenas de quilômetros na atmosfera terrestre junto com a tefra. Uma vez na atmosfera, os ventos podem deslocar a nuvem eruptiva por centenas até milhares de quilômetros de distância do vulcão. Os gases são expelidos a partir de um conduto eruptivo primariamente como aerossóis ácidos (pequenas gotas ácidas) ligados a partículas de tefra.

Os vulcanólogos podem obter informações sobre uma série de fenômenos estudando os gases vulcânicos: (1) avaliar se há um magma presente em níveis superficiais dentro de um edifício vulcânico; (2) determinar se um magma é comparativamente rico ou pobre em gases dissolvidos; (3) estimar as várias fontes de gases, isto é, se os gases são produzidos no manto terrestre, em uma placa que está sendo subduzida, desde rochas sedimentares na crosta, ou desde fluídos presentes em níveis superficiais no vulcão, tais como um sistema hidrotermal, água subterrânea ou água da chuva; e (4) pela repetição de medidas em vários anos, os cientistas podem usar os dados para fazer previsões sobre atividades vulcânicas, particularmente quando estas informações são integradas com outros tipos de dados que estão sendo coletados para monitorar o estado de um vulcão, tais como, dados sísmicos e de deformação do terreno.

TIPOS DE GASES VULCÂNICOS

Os gases vulcânicos são constituídos por um número restrito de elementos químicos, mas em várias espécies moleculares. Elementos maiores consistem de Hidrogênio (H), Carbono (C), Oxigênio (O), Enxofre (S), Nitrogênio (N), Cloro (Cl), Flúor (F) e Bromo (Br). Elementos menores incluem os gases nobres Hélio (He), Radônio (Rn), Neônio (Ne), Argônio (Ar), Kriptônio (Kr) e Xenônio (Xe). Quantidades traços de metais (por exemplo, Sódio, Vanádio, Cromo, Bismuto, Cobre, Zinco e Ouro) ocorrem em gases fumarólicos de altas temperaturas.

O Hidrogênio é preferencialmente presente como vapor de água (H2O), com outras espécies à base de Hidrogênio ocorrendo em quantidades menores ou traços, tais como Hidrogênio molecular (H2), Metano (CH4) e Amônia (NH3). Das espécies do Carbono, o Dióxido de Carbono (CO2) é o dominante, ao passo que Metano (CH4) e Monóxido de Carbono (CO) ocorrem em quantidades menores. Dióxido de Enxofre (SO2), Ácido Sulfídrico (H2S) e Enxofre molecular (S2) compõem as principais espécies de Enxofre. Cloro, Flúor e Bromo ocorrem principalmente como ácidos, com o Ácido Clorídrico (HCl) predominando sobre o Ácido Fluorídrico (HF) e o Ácido Bromídrico (HBr). O Nitrogênio existe quase que exclusivamente como Nitrogênio molecular (N2). Quando presentes na fase gasosa, os metais são transportados grandemente como Sais de Enxofre ou de Cloro, e, em menor extensão, como espécies voláteis elementares.

Os gases mais abundantes liberados para a atmosfera a partir de um sistema vulcânico são o vapor de água (H2O, 30-90 mol%), seguido por Dióxido de Carbono (CO2, 5-40 mol%) e Dióxido de Enxofre (SO2, 5-50 mol%). Vulcões também podem liberar pequenas quantidades de outros gases, incluindo Ácido Sulfídrico (H2S, <2 mol%), Hidrogênio (H2, <2 mol%), Monóxido de Carbono (CO, <0,5 mol%). Alguns destes gases, quando emitidos a partir de condutos vulcânicos, reagem na atmosfera ou na pluma vulcânica formando aerossóis, os mais importantes sendo o Ácido Clorídrico (HCl), Ácido Fluorídrico (HF) e o Ácido Sulfúrico (H2SO4).

A tabela abaixo mostra exemplos das composições dos gases vulcânicos, em concentrações percentuais:

EFEITO POTENCIAL DOS GASES VULCÂNICOS

Os gases vulcânicos que possuem o maior potencial de perigo para as pessoas, animais, agricultura e propriedades são o Dióxido de Enxofre, Dióxido de Carbono e Ácido Fluorídrico. Erupções vulcânicas podem produzir quantidades letais de gases tóxicos, mas exposições de longa duração a doses pequenas desses gases também podem se tornar um significante perigo. Localmente, o Dióxido de Enxofre pode provocar chuva ácida e poluição do ar. Devido ao fato que o Dióxido de Carbono é mais pesado do que ar, pode fluir para áreas baixas e concentrar-se no solo. A concentração do CO2 nessas áreas pode ser letal para as pessoas, animais e vegetação. Algumas erupções históricas liberaram componentes de flúor suficientes para deformar e matar animais que pastaram sobre a vegetação coberta com cinzas vulcânicas; os componentes de flúor tendem a tornarem-se concentrados nas partículas de cinzas de pequena granulometria, que podem ser ingeridas por animais. Globalmente, grandes erupções explosivas injetam enormes volumes de aerossóis sulfurosos na atmosfera podendo levar ao rebaixamento da temperatura média global e promover a diminuição da camada de Ozônio.

Ainda que os gases vulcânicos são diretamente responsáveis por aproximadamente 3% das mortes relacionadas com vulcões entre o período de 1900 e 1986, a maioria dessas mortes ocorreu em períodos não eruptivos, eles são todavia perigosos e responsáveis por mortes a cada ano, inclusive de vulcanólogos.

Dióxido de Carbono (CO2)

Vulcões emitem mais de 130 milhões de toneladas de CO2 na atmosfera a cada ano. Esse gás inodoro e incolor normalmente não representa um perigo direto à vida quando liberado em baixas concentrações continuamente a partir do solo ou durante erupções episódicas porque torna-se diluído muito rapidamente na atmosfera. Mas em certas circunstâncias, o CO2 pode tornar-se concentrado em níveis letais para pessoas e animais. O Dióxido de Carbono é mais pesado do que o ar, assim, pode fluir como uma corrente de densidade para áreas de baixo relevo, concentrando-se e asfixiando toda a vida em seu caminho; a respiração de um ar com mais de 30% de CO2 pode rapidamente induzir a inconsciência e provocar a morte. Em áreas vulcânicas ou em outras áreas onde emissões de CO2 ocorrem, é importante não entrar em pequenas depressões e em áreas deprimidas que podem armazenar esse gás. O limite entre o ar e os gases letais pode ser extremamente abrupto; às vezes um único passo para cima pode ser o suficiente para escapar da morte.

Ar com 5% de CO2 provoca um aumento perceptível na respiração; 6-10% resulta em brevidade da respiração, dores de cabeça, tontura, sudorese e agitação; 10-15% provoca danos na coordenação motora e abrupta contração na musculatura; 20-30% provoca perda da consciência em menos de um minuto e convulsão; acima de 30% pode provocar a morte.

Os cientistas têm calculado que os vulcões emitem aproximadamente 130-230 milhões de toneladas de CO2 na atmosfera a cada ano. Esta estimativa inclui tanto os vulcões subaéreos e submarinos, com aproximadamente iguais quantidades. Emissões de CO2 por atividades humanas, incluindo a queima de combustíveis fósseis, produção de cimento e queima de gases, produzem quantidades de aproximadamente 22 bilhões de toneladas por ano. As atividades humanas liberam mais de 150 vezes mais quantidade de CO2 do que as emitidas por vulcões, o equivalente de 17.000 vulcões adicionais do tipo Kilauea (o vulcão havaiano Kilauea emite em torno de 13,2 milhões de toneladas por ano).

Dióxido de Enxofre (SO2)

Os efeitos de SO2 sobre as pessoas e o ambiente variam grandemente dependendo: (1) da quantidade de gases que um vulcão emite para a atmosfera; (2) se os gases são injetados na troposfera ou estratosfera; e (3) os ventos regionais ou globais e o padrão meteorológico que dispersa os gases. O Dióxido de Enxofre (SO2) é um gás ou líquido incolor com um odor forte que irrita a pele e os tecidos e mucosas das membranas dos olhos, nariz e garganta. O Dióxido de Enxofre afeta o sistema respiratório superior e os brônquios. A Organização Mundial de Saúde recomenda a concentração de SO2 não maior que 0,5 ppm sobre 24 horas de máxima exposição. Uma concentração de 6-12 ppm pode provocar irritação imediata do nariz e garganta; 20 ppm podem provocar irritação dos olhos; 10.000 ppm podem produzir irritação na pele em minutos.

Emissões de SO2 a partir de um vulcão ativo variam desde menos que 20 toneladas/dia até >10 milhões de toneladas/dia de acordo com o estilo de atividade vulcânica e o tipo e volume de magma envolvido. Por exemplo, a grande erupção explosiva do Monte Pinatubo no dia 15 de junho de 1991 expeliu 3-5 km3 de magma dacítico e injetou em torno de 17 milhões de toneladas de SO2 na estratosfera. Os aerossóis de Enxofre resultaram em uma diminuição de 0,5-0,6°C na temperatura terrestre no Hemisfério Norte. Os aerossóis de Enxofre também aceleraram reações químicas que, junto com o aumento dos níveis de cloro estratosférico a partir da poluição dos CFCs produzidos pelo homem, destruíram grande parte do Ozônio e levaram a um dos mais baixos níveis de Ozônio observados na atmosfera.

No vulcão havaiano Kilauea, uma recente erupção efusiva de 500.000 m3 de magma basáltico liberou em torno de 2.000 toneladas de SO2 na troposfera inferior. Chuva ácida e poluição do ar são persistentes problemas para a saúde quando o vulcão está erupcionando.

Ácido Sulfídrico (H2S)

O Ácido Sulfídrico (H2S) é um gás incolor e inflamável com um forte e desagradável odor. Esse gás é algumas vezes referido como “gás de cano de esgoto”. Em pequenas concentrações ele pode irritar os olhos e atuar como depressivo; em elevadas concentrações ele pode provocar irritação do sistema respiratório superior e, durante longas exposições, edema pulmonar. Em 30 minutos de exposição a 500 ppm resulta em dor de cabeça, tonturas, excitamento, andar cambaleante e diarréia, seguido algumas vezes por bronquite e bronquiopneumonia. Sendo mais denso que o ar, o H2S pode acumular-se em depressões e cavernas.

Ácido Clorídrico (HCl)

O Ácido Clorídrico (HCl) é um gás incolor ou um líquido incolor fumegante com um odor acre irritante. A exposição a esse gás irrita as membranas mucosas dos olhos e do sistema respiratório. Concentrações acima de 35 ppm provocam irritação da garganta após curtas exposições, provocando queimaduras, asfixia e tosse; concentrações maiores que 100 ppm resultam em edema pulmonar, e muitas vezes espasmos na laringe. Esse gás, por ser um ácido muito forte, pode provocar chuva ácida devido à extrema solubilidade do HCl em gotas de água condensadas.

Ácido Fluorídrico (HF)

O Ácido Fluorídrico é um gás ou líquido fumegante corrosivo amarelo pálido ou incolor, com forte odor irritante.  Exposições podem provocar conjuntivite, irritação da pele, queimaduras, úlceras no trato respiratório superior, degeneração nos ossos e perda de cor nos dentes. Pequenas quantidades de flúor podem ser benéficas, mas o excesso provoca fluorose, que eventualmente mata animais pela destruição dos ossos. O HF liga-se às partículas de cinzas de pequena granulometria, cobrindo as pastagens e poluindo os rios e lagos. Excesso de flúor resulta em uma significante causa de morte e ferimentos nos animais durante erupções de cinzas. Em áreas que recebem apenas um milímetro de cinzas, envenenamento pode ocorrer onde o conteúdo de flúor na grama seca exceder 250 ppm. Animais que comem grama coberta com cinzas contaminadas com flúor são envenenados. O Ácido Fluorídrico também promove chuva ácida como o Ácido Clorídrico.

Ácido Sulfúrico (H2SO4)

O Ácido Sulfúrico é um líquido inodoro, oleoso, incolor até marrom escuro. Exposições a baixas concentrações provocam irritação no nariz, nos olhos e na garganta. Podem ocorrer severas queimaduras com rápida destruição dos tecidos e corrosão dos dentes. Inalação pode também levar a dificuldades na respiração e inflamação no trato respiratório superior. Promove chuva ácida junto com o Acido Clorídrico.

Radônio (Rn)

O Radônio é um gás incolor, inodoro, insípido, e radioativo, formado pelo decaimento do Urânio. Estudos em animais têm mostrado que exposições breves a esse gás podem provocar inflamações nas passagens nasais e danos nos rins. Exposições crônicas provocam no homem doenças no pulmão (câncer).

Emissões Gasosas Secundárias

Outro tipo de liberação de gases ocorre quando os fluxos de lava alcançam o oceano. O grande calor provindo dos fluxos de lava ferve e vaporiza a água do mar, provocando uma série de reações químicas. A ebulição e as reações produzem uma grande pluma branca, conhecida localmente como cerração, contendo uma mistura de Ácido Clorídrico e água do mar concentrada.

CASOS DE EXALAÇÕES MORTÍFERAS DE GASES VULCÂNICOS

Dióxido de Carbono (CO2)

O primeiro incidente registrado com emissões de CO2 ocorreu no Complexo Vulcânico Dieng, Indonésia, um conjunto de centros vulcânicos que formam uma grande depressão com aproximadamente 14 km de comprimento e 6 km de largura. Na manhã de 20 de fevereiro de 1979, os habitantes do povoado de “Batur” sentiram três tremores sísmicos, às 02h, às 03h e às 04h. Às 05h e 15min, os moradores observaram uma erupção freática que formou uma nuvem cinza escura a partir da Cratera Sinila (um pequeno conduto preenchido com água, situado 3 km a nordeste do povoado).

Esta erupção, que formou uma cratera com 100 metros de profundidade e 90 metros de largura, foi acompanhada por ejeção de blocos, lama, vapores e gases, e por um fluxo de lama (lahar) quente que percorreu 3,5 km. Às 06h e 45min, uma segunda e menor erupção ocorreu a 300 metros a oeste da Cratera Sinila que resultou na formação de uma nova cratera, Sigludung. Muitos dos habitantes do vilarejo de “Koputjukan” fugiram na direção do povoado de “Batur” e foram mortos por uma corrente de gravidade gasosa (provavelmente CO2 e H2S) emitida a partir de múltiplos pequenos condutos e fissuras a sul e oeste das duas crateras. Outros habitantes que vinham mais atrás, vendo a morte do primeiro grupo ao longo da rodovia “Koputjukan-Batur”, retiraram-se para uma escola próxima, mas também eles foram mortos. No total, os gases mataram no mínimo 149 pessoas e feriram mais de 1.000 pessoas.

Dois outros incidentes aconteceram no Continente Africano. Os lagos Monoum e Nyos, localizados dentro de crateras vulcânicas ao longo da Linha Vulcânica Camarões, uma grande fratura que delimita uma cadeia de vulcões alcalinos, são os únicos dois exemplos registrados de rápida liberação de CO2 desde o fundo de lagos. O CO2 provavelmente é originado em fontes gasosas no fundo desses lagos, que são termalmente estratificados, permitindo a acumulação gasosa. Ainda que até agora controverso, acredita-se que estes dois eventos foram provocados por terremotos que dispararam deslizamentos de terra no interior dos lagos, fazendo com que a camada rica em gás ascendesse até um ponto próximo à superfície onde a pressão hidrostática foi insuficiente para manter o CO2 em solução. Sendo mais denso que o ar, o CO2 foi liberado formando uma grande corrente de densidade que fluiu sobre a margem da cratera e desceu sobre seus flancos.

No dia 15 de agosto de 1984, em torno das 23h e 30min, uma nuvem letal de CO2 irrompeu desde a cratera no lago Monoum e fluiu várias centenas de metros pelo vale onde concentrou-se ao longo da depressão do rio “Panke”. A emissão foi anunciada por uma explosão, ouvida pelos habitantes do povoado de “Njindoun” (situado 1 km a norte do lago), e por tremores sísmicos sentidos a 6 km ao norte, no povoado de “Mbankouop”. Por volta das 03h da madrugada, a maioria das vítimas (39) tinham deixado o vilarejo de “Njindoun” e estavam se dirigindo para o mercado de “Foumbot”. A localização dos corpos indicou que as vítimas sucumbiram pela nuvem densa de gás próximo das pontes sobre o rio “Panke”. Quando a polícia conseguiu chegar no local por volta das 06h e 30min, uma nuvem esbranquiçada ainda cobria a área, sendo soprada lentamente pelos ventos para longe do lago Monoum. A polícia foi somente capaz de entrar na área em torno das 10h e 30min, quando a nuvem foi finalmente dissipada. Foi então que eles notaram que as vítimas estavam cobertas com queimaduras avermelhadas de primeiro grau e sangue, ainda que as roupas não foram afetadas. A vegetação circundante estava amarelada e murcha. Carcaças de animais domésticos e selvagens foram também encontrados próximos.

Quase dois anos após o evento do lago Monoum, entre as 21h e as 22h do dia 21 de agosto de 1986, uma nuvem concentrada de CO2 foi emitida desde as porções mais inferiores do lago Nyos e espalhou-se pelos vales circunvizinhos, afetando uma área aproximada de 20 km de comprimento e 15 km de largura. A emissão gasosa aparentemente foi precedida pela ascensão de uma coluna de gases às 16h, e uma fraca explosão às 20h, e então por duas ou três violentas explosões entre as 21h e às 22h. Entretanto, nenhum evento sísmico foi registrado. Houve pouco ou nenhum dano à vegetação ou às moradias, ainda que a vegetação mais alta tenha sido achatada em algumas áreas entre o lago e a região conhecida como “Nyos inferior”. Como aconteceu no evento do lago Monoum, carcaças de muitos animais domésticos e selvagens foram encontradas na área afetada. O número exato de atingidos é desconhecido, mas segundo fontes do governo camaronês, no mínimo 1.700 pessoas morreram, ao passo que 5.000 pessoas na área afetada escaparam à exposição ou sobreviveram aos seus efeitos.

É interessante salientar que nesse mesmo dia, 21 de agosto de 1986, ocorreu um terremoto de 4,3° de magnitude na Escala Richter na cidade brasileira de João Câmara (RN). Uma grande falha tectônica passa por essa cidade potiguar, penetrando  no oceano Atlântico, atravessando a Cordilheira Meso-Oceânica e se estendendo até o continente africano, e possuindo, provavelmente, uma conexão com os lagos camaroneses.

Um quarto incidente relacionado com exposição ao Dióxido de Carbono ocorreu no Japão. No dia 12 de julho de 1997, membros de um destacamento militar japonês acidentalmente inalaram o gás próximo ao vulcão Hakkoda, localizado na ilha de Honshu. Os soldados foram levados para hospitais de emergência no anoitecer de 12 de julho, e três deles perderam suas vidas até o meio-dia de 13 de julho. Eles estavam em uma missão de treinamento noturna na base do flanco norte da montanha e não usavam máscaras de gases. Alguns membros do destacamento caíram dentro de uma depressão (com 18 metros de comprimento, 11 metros de largura e 8 metros de profundidade) na escuridão. Não havia plantas dentro da depressão, somente folhas caídas. Fazendeiros locais informaram que algumas vezes viram animais mortos dentro da depressão. O local foi inspecionado no dia seguinte e análises geoquímicas dos gases mostraram que ele continha 15-20% de volume de CO2. Posteriormente foi confirmado por análises isotópicas de Carbono que o CO2 coletado na depressão tinha origem vulcânica.

Ácido Sulfídrico (H2S)

O Ácido Sulfídrico (H2S) é um gás extremamente tóxico que tem sido responsável por numerosas fatalidades, e no caso do Japão acredita-se que é a causa mais comum de acidentes com gases vulcânicos (no mínimo 10 incidentes desde o início do século 20).

Um desses incidentes ocorreu no ano de 1971 sobre os flancos do vulcão Kusatsu-Shirana, localizado na ilha de Honshu, quando seis esquiadores morreram quase instantaneamente após entrarem em uma depressão preenchida com o gás H2S. Um outro incidente mais recente ocorreu no dia 15 de setembro de 1997, quando quatro pessoas, de um grupo de 14, que percorriam os flancos do vulcão Adatara, também localizado na ilha de Honshu, foram mortos após inalarem gases vulcânicos no fundo da Cratera Numano-daira. O grupo se desorientou por causa da cerração e saiu da trilha, que tinha sinais de alerta para o perigo de gases vulcânicos na área. Três pessoas caíram dentro da cratera onde sucumbiram pelos gases nocivos que tinha se acumulado no piso da cratera devido às condições calmas de ventos. A quarta vítima também morreu devido aos gases tóxicos quando tentava resgatar as primeiras três vítimas. Análises químicas de gases fumarólicos da porção sudoeste da cratera revelaram que a composição dos gases era de 0,5% de SO2, 33-37% de CO2 e 60-65% de H2S.

MONITORAMENTO DE GASES VULCÂNICOS

O monitoramento de gases vulcânicos pode ser útil na predição de erupções vulcânicas. Por exemplo, um aumento nas concentrações de CO2 e SO2 emitidos por fumarolas podem indicar um aumento na atividade magmática abaixo da superfície do vulcão. A composição e volumes relativos destes voláteis podem ser medidos por diversos métodos:

Medições Diretas:

Gases liberados pelos vulcões são difíceis de amostrar e medir regularmente, especialmente quando um vulcão torna-se agitado. Amostragem direta de gases requer que os cientistas visitem uma fumarola ou um conduto ativo, normalmente situados no flanco de um vulcão ou mesmo dentro de uma cratera. Em alguns locais, gases são emitidos diretamente dentro de um lago no interior de uma cratera. A locação distante e remota destes locais de amostragens, a intensa e muitas vezes perigosa presença de gases, freqüente mau tempo, e o perigo potencial de erupções repentinas podem fazer com que essas amostragens regulares se tornem impossíveis e perigosas.

Amostragem direta de gases que escapam desde fumarolas são realizadas para (1) a completa caracterização da composição dos gases que estão sendo emitidos pelos vulcões e (2) para colecionar dados necessários para a determinação da origem de gases específicos. Infelizmente, amostragens diretas de gases não fornecem informações sobre as razões de emissão de diferentes gases. O método mais comum de amostragem direta de gases vulcânicos é coletá-los diretamente em fumarolas em frascos, e analisar a mistura posteriormente em laboratório. Ainda que muitos dados úteis tenham sido obtidos por este método, a técnica é muito perigosa, e há uma grande dificuldade em coletar amostras que não sejam contaminadas pelo ar atmosférico.

Medições Automatizadas Contínuas:

Medições automatizadas contínuas de gases podem ser feitas em um vulcão diretamente em fumarolas, no ar próximo a fumarolas ativas e no solo. Em cada local de medição de gás, um ou mais sensores químicos medem a concentração de um gás vulcânico específico, como SO2 ou o CO, e estes dados são transmitidos por remotamente rádio diretamente para um observatório vulcânico. Estes sensores podem fornecer um registro em tempo real das variações na concentração de um gás que pode ocorrer em escala de tempo curta, até de poucos minutos. Um fator negativo desse tipo de medição é que em condições normalmente corrosivas somente uns poucos sensores são disponíveis.

Medições de Gases no Solo:

Medições do fluxo de gases através do solo podem ser feitas em áreas onde gases vulcânicos, tipicamente o CO2, ascendem desde as profundezas da crosta e se espalham nas camadas de solo mais superiores próximo da superfície. Dezenas de medições são necessárias para mapear áreas de concentrações de gases elevadas.

Medições COSPEC:

Essa técnica envolve o sensoriamento remoto de alguns gases por um espectrômetro de correlação, um projeto originalmente desenvolvido nos anos 70 para monitorar o SO2 e outros gases em chaminés de fábricas. Em áreas vulcanicamente ativas, a montagem dos COSPECs em helicópteros ou no solo permite que a concentração de SO2 seja catalogada e monitorada diariamente ou semanalmente. Os mais recentes COSPECs são espectrômetros de infravermelho que medem a quantidade de luz infravermelha absorvida por CO2 e outros gases. A razão pela qual um vulcão emite gases para a atmosfera (normalmente informada em toneladas métricas por dia) é relacionada com o volume de magma dentro de seu reservatório e no seu sistema hidrotermal. Com a medição das variações na razão de emissão de certos tipos de gases, especialmente SO2 e CO2, os cientistas podem inferir variações que podem estar ocorrendo na câmara magmática ou no sistema hidrotermal de um vulcão. Entretanto, medições COSPEC requerem condições boas de tempo e disponibilidade de uma aeronave. Condições de vento favoráveis e consistentes são precisas para concentrar esses gases em plumas vulcânicas para que eles possam ser medidos.

Medições TOMS:

Em uma escala regional, a distribuição e quantidade de Dióxido de Enxofre liberado na atmosfera por grandes erupções vulcânicas podem ser medidas por um espectrômetro de mapeamento de Ozônio total (TOMS), que é um sensor originalmente enviado para o espaço em 1979 a bordo dos satélites Meteoro-3 e Nimbus-7. Instrumentos TOMS colocados em órbitas menores em 1997 tem dramaticamente melhorado a sua capacidade de detecção.

EFEITOS DAS ERUPÇÕES VULCÂNICAS SOBRE O CLIMA

Atualmente, há um considerável debate no papel exercido pelo homem na variação global do clima terrestre, através tanto da queima de combustíveis fósseis como pela liberação para à atmosfera de gases CFC (clorofluorcarbonos). Alguns argumentam que a interação humana exerce uma menor ameaça a nossa atmosfera do que os processos naturais, como as erupções vulcânicas. Por outro lado, debates promovidos principalmente por entidades ambientalistas, advertem que o homem tem aumentado grandemente esse papel. Desse modo, o estudo do papel exercido pelas erupções vulcânicas na variação global do clima torna-se de grande importância. Qual quer que seja a fonte, é aparente que as variações composicionais na atmosfera terrestre geram três principais efeitos climáticos:

Efeito sobre a Camada de Ozônio:

Luz solar intensa na estratosfera (acima de 12 km de altura) produz o gás Ozônio (O3) pela quebra natural das moléculas de Oxigênio (O2) em dois átomos de oxigênio altamente reativos (O). Cada átomo de Oxigênio individual então liga-se rapidamente com uma molécula de Oxigênio (O2) para formar o Ozônio (O3). Esse gás, absorve a radiação ultravioleta, e nesse processo o Ozônio reverte novamente para uma molécula de Oxigênio e um átomo de oxigênio. Existe um balanço na produção e destruição do ozônio, assim que existe um equilíbrio na concentração desse gás na estratosfera. Este equilíbrio tem provavelmente existido através de grande parte do tempo geológico. Recentemente, entretanto, um buraco na camada de Ozônio tem sido detectado na estratosfera sobre a Antártida, presumivelmente devido a produção de gases CFCs pelo homem. A diminuição tem provocado uma maior penetração na radiação ultravioleta na superfície terrestre, que é prejudicial à vida na Terra porque danifica o DNA celular. O Efeito Ozônio aparentemente não tem uma influência direta sobre a temperatura global.

Efeito Estufa:

Certos gases, chamados de gases estufa [principalmente Dióxido de Carbono (CO2) e vapor de água; mas também o Metano, N2O e CFCs], permitem a radiação de pequeno comprimento de onda (luz ultravioleta e luz visível) penetrar através da atmosfera inferior até a superfície terrestre. Estes mesmos gases, entretanto, absorvem a radiação de grande comprimento de onda (infravermelho), que é a energia que a Terra reflete para o espaço. O aprisionamento da radiação infravermelha (isto é, energia térmica) pelos gases estufa resulta em um aquecimento global. O aquecimento global tem ficado evidente desde o começo da Revolução Industrial. Grande parte dos cientistas atribuem o aquecimento global a liberação de gases estufa através da queima de combustíveis fósseis.

Efeito sobre o Bloqueio da Luz Solar:

Partículas suspensas, como poeiras e cinzas, podem bloquear a luz do Sol, reduzindo a radiação solar e a redução da temperatura média global. Esse efeito muitas vezes gera entardeceres vermelhos devido ao espalhamento dos comprimentos de ondas vermelhas por partículas muito pequenas (sub-micron) na estratosfera e troposfera superior.

A INFLUÊNCIA DAS ERUPÇÕES VULCÂNICAS SOBRE A CAMADA DE OZÔNIO, EFEITO ESTUFA E BLOQUEIO DA LUZ SOLAR

As erupções vulcânicas podem intensificar todos os três desses efeitos climáticos em variados níveis. Eles contribuem na depleção da Camada de Ozônio, bem como no resfriamento (bloqueio da luz solar) e no aquecimento (Efeito Estufa) da superfície terrestre.

Influência sobre a Camada de Ozônio:

Ainda que o gás HCl (um componente dos CFCs) pode ser efetivo na destruição do Ozônio, os últimos estudos mostram que a maior parte do HCl vulcânico é confinado a Troposfera (abaixo da Estratosfera), onde ele é “lavado” pelas chuvas. Assim, ele nunca tem a oportunidade de reagir com o Ozônio. Por outro lado, dados de satélites após as erupções de 1991 dos vulcões Pinatubo (Filipinas) e Hudson (Chile) mostraram uma perda de 15-20% de Ozônio em elevadas latitudes, e uma perda de mais de 50% sobre Antártida. Desse modo, aparentemente as erupções vulcânicas podem exercer um papel significante na redução dos níveis de Ozônio. Entretanto, este é um papel indireto, que não pode ser atribuído diretamente ao HCl vulcânico.

Partículas geradas por erupções, ou aerossóis, aparentemente provém superfícies sobre as quais reações químicas podem ser realizadas. As partículas por si só não contribuem para a destruição do Ozônio, mas podem interagir com componentes de Cloro e Bromo dos CFCs feitos pelo homem. Afortunadamente, partículas vulcânicas precipitam da Estratosfera em dois ou três anos, assim que os efeitos das erupções vulcânicas na redução do Ozônio são de curta duração. Ainda que os aerossóis provém um catalisador para a depleção do Ozônio, o real culpado da destruição do Ozônio são os CFCs gerados pelo homem. Cientistas esperam que a camada de Ozônio se recupere devido às restrições sobre os CFcs e outros gases químicos destruidores do Ozônio pelas Nações Unidas. Entretanto, futuras erupções vulcânicas poderão provocar flutuações nos processos de recuperação.

Influência sobre o Efeito Estufa:

Erupções vulcânicas podem aumentar o aquecimento global devido a adição de CO2 na atmosfera. Entretanto, uma quantidade maior de CO2 é adicionado na atmosfera pelas atividades humanas a cada ano do que é gerado pelas erupções vulcânicas. Vulcões contribuem com aproximadamente 110 milhões de toneladas por ano de CO2, enquanto que outras fontes contribuem com aproximadamente 10 bilhões de toneladas por ano. A pequena quantidade de aquecimento global causada pelos gases estufa gerados por erupções é superada de longe pela maior quantidade de partículas geradas por uma erupção na estratosfera, que provocam o efeito contrário, isto é, um resfriamento na temperatura global. O aquecimento estufa da Terra tem sido particularmente evidente desde 1980. Sem a influência do resfriamento gerado pelas erupções dos vulcôes El Chichon (1982 – México) e Pinatubo (1991 – Filipinas), o aquecimento estufa poderia ter sido mais pronunciado.

Influência sobre o Bloqueio da Luz Solar:

Erupções vulcânicas realçam mais os efeitos do bloqueio da luz solar do que os efeitos de aquecimento global (Efeito Estufa), e assim podem rebaixar a temperatura média global. Por muitos anos, tem se pensado que a maior contribuição vulcânica para o efeito de bloqueio da luz solar vem das partículas de cinzas suspensas na atmosfera superior. Entretanto, estas idéias mudaram um pouco a partir da erupção de 1982 do vulcão mexicano, El Chichon. Ainda que a erupção de 1980 do vulcão Santa Helena (Estados Unidos) rebaixou a temperatura média global em 0,1 graus, a erupção muito menor do El Chichon diminuiu a temperatura global de três a cinco vezes esse valor. Se explosão no vulcão Santa Helena emitiu uma maior quantidade de cinzas na estratosfera, a erupção do El Chichon emitiu durante uma explosão um muito maior volume de gases ricos em Enxofre (40 vezes mais). Isso faz com que o volume de partículas vulcânicas emitidos durante uma erupção não seja o melhor critério para medir os efeitos na atmosfera. A quantidade de gases ricos em Enxofre aparentemente são mais importantes. O Enxofre combina com o vapor de água na estratosfera formando nuvens densas contendo minúsculas gotas de ácido sulfúrico. Estas gotas levam alguns anos para precipitarem-se e elas são capazes de decrescer a temperatura na troposfera devido a sua absorção da radiação solar.

Que relação é possível ser feita entre grandes erupções vulcânicas e a quantidade de radiação solar que chega à superfície terrestre?

Qual a relação das erupções vulcânicas com o manto terrestre?

Qual é a relação das erupções vulcânicas?

Como as erupções vulcânicas transformam o relevo terrestre?