7 de Abril, 2017
Baixo do oceano, as placas tectónicas maciças convergem e moem-se umas contra as outras, o que conduz uma abaixo da outra. Esta poderosa colisão, chamada subducção, é responsável pela formação de arcos vulcânicos que albergam alguns dos acontecimentos geológicos mais dramáticos da Terra, tais como erupções vulcânicas explosivas e mega terramotos.
Um novo estudo publicado na revista Science Advances muda a nossa compreensão de como as lavas de arco vulcânico são formadas, e pode ter implicações no estudo dos terramotos e dos riscos de erupção vulcânica.
Investigadores liderados pelo Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI) descobriram um processo previamente desconhecido envolvendo o derretimento de rochas metamórficas misturadas intensamente – conhecidas como rochas mélange – que se formam através de elevada tensão durante a subducção no limite da laje-mantle.
até agora, foi há muito tempo que a formação de lava começou com uma combinação de fluidos de uma placa tectónica subduzida, ou laje, e sedimentos derretidos que depois percolariam para o manto. Uma vez no manto, misturavam-se e desencadeavam mais fusão, e acabavam por irromper à superfície.
“O nosso estudo mostra claramente que o modelo predominante de fusão fluido/sedimento não pode ser correcto”, diz Sune Nielsen, uma geóloga do WHOI e autora principal do artigo. “Isto é significativo porque quase todas as interpretações de dados geoquímicos e geofísicos sobre zonas de subducção das últimas duas décadas se baseiam nesse modelo”
Em vez disso, o que Nielsen e o seu colega descobriram foi que a mélange já está realmente presente no topo da laje antes de se misturar com o manto.
“Este estudo mostra, pela primeira vez, que a mistura é o principal motor da interacção entre a laje e o manto”, diz Nielsen.
Esta é uma distinção importante porque os cientistas utilizam medições de isótopos e elementos vestigiais para determinar as composições das lavas de arco e compreender melhor esta região crítica das zonas de subducção. Quando e onde ocorre a mistura, fusão e redistribuição de elementos vestigiais gera rácios de assinatura isotópica muito diferentes.
O estudo baseia-se num artigo anterior do colega e co-autor da Nielsen Horst Marschall da Universidade Goethe em Frankfurt, Alemanha. Com base em observações de campo de afloramentos de mélange, Marschall observou que manchas de material de baixa densidade de mélange, chamadas diapirs, podem levantar-se lentamente da superfície da laje subdutora e transportar os materiais bem misturados para o manto sob os vulcões de arco.
“O modelo de mélange-diapir foi inspirado por modelos de computador e pelo trabalho de campo detalhado em várias partes do mundo onde as rochas que vêm da interface profunda laje-mantle foram trazidas à superfície por forças tectónicas”, diz Marschall. “Temos vindo a discutir o modelo há pelo menos cinco anos, mas muitos cientistas pensavam que as rochas mélange não desempenhavam qualquer papel na geração dos magmas. No seu novo trabalho, Nielsen e Marschall compararam as proporções de mistura de ambos os modelos com dados químicos e isotópicos de estudos publicados de oito arcos vulcânicos globalmente representativos: Marianas, Tonga, Antilhas Menores, Aleutianos, Ryukyu, Scotia, Kurile, e Sunda.
“A nossa análise em larga escala mostra que o modelo de mistura de misturas se encaixa quase perfeitamente nos dados da literatura em todos os arcos a nível mundial, enquanto que as linhas de mistura de sedimentos/fluidos prevalecentes traçam muito longe dos dados reais”, diz Nielsen.
A compreensão dos processos que ocorrem nas zonas de subducção é importante por muitas razões. Muitas vezes referidas como o motor do planeta, as zonas de subducção são as principais áreas onde a água e o dióxido de carbono contidos no antigo fundo do mar são reciclados de volta para as profundezas da Terra, desempenhando papéis críticos no controlo do clima a longo prazo e na evolução do orçamento de calor do planeta.
Estes complexos processos ocorrem em escalas de dezenas a milhares de quilómetros durante meses a centenas de milhões de anos, mas podem gerar sismos catastróficos e tsunamis mortais que podem ocorrer em segundos.
“Uma grande fracção dos riscos vulcânicos e sísmicos da Terra estão associados a zonas de subducção, e algumas dessas zonas estão localizadas perto de onde vivem centenas de milhões de pessoas, tal como na Indonésia”, diz Nielsen. “Compreender as razões porquê e onde ocorrem os terramotos, depende de saber ou compreender que tipo de material está realmente presente lá em baixo e que processos ocorrem”
A equipa de investigação diz que os resultados do estudo exigem uma reavaliação dos dados previamente publicados e uma revisão dos conceitos relacionados com os processos das zonas de subducção. Uma vez que as rochas de mélange foram largamente ignoradas, não se sabe quase nada sobre as suas propriedades físicas ou sobre a gama de temperaturas e pressões a que derretem. Estudos futuros para quantificar estes parâmetros permitem uma percepção ainda maior do papel da mélange nas zonas de subducção e do controlo que exerce sobre a geração de terramotos e o vulcanismo da zona de subducção.
Este trabalho foi financiado por uma subvenção da National Science Foundation Division of Earth Sciences.
The Woods Hole Oceanographic Institution é uma organização privada, sem fins lucrativos, em Cape Cod, Mass., dedicada à investigação marinha, engenharia, e ensino superior. Criada em 1930 sob recomendação da National Academy of Sciences, a sua principal missão é compreender o oceano e a sua interacção com a Terra como um todo, e comunicar uma compreensão básica do papel do oceano no ambiente global em mudança. Para mais informações, por favor visite www.whoi.edu.