Vulcões soltam anéis de fumaça, e agora sabemos como isso é possível

Com fluxos piroclásticos atordoantes e rios de lava causticantes, os vulcões são famosos pelas furiosas explosões. Entretanto eles podem ser impressionantes em momentos mais calmos — como quando uma cratera efervescente lança um demorado anel de fumaça nos céus.

Tais aparições efêmeras foram avistadas brevemente sobre diversos vulcões em todo o mundo, mas não se sabe ao certo como se formam. Apesar de poderem alcançar mais de 60 metros transversalmente, os anéis têm curta duração e são imprevisíveis, dificultando seu estudo. Por essa razão, cientistas sob a liderança de Fabio Pulvirenti, pesquisador sênior do Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa, decidiram que a melhor alternativa era simular os anéis em computador.

O vulcão virtual da equipe, apresentado em um encontro da Sociedade de Geociências da Ásia e Oceania em Singapura no início deste mês, demonstra que “o que ocorre na boca de um fumante pode se assemelhar ao que ocorre em um vulcão”, afirma Carmelo Ferlito, coautor do estudo, vulcanólogo da Universidade de Catânia na Itália.

Entre fumaça e espelhos

Apesar do nome, esses anéis de fumaça não são feitos de fumaça, afirma Boris Behncke, vulcanólogo do Instituto Nacional de Geofísica e Vulcanologia da Itália, que não participou da pesquisa. Em vez de fumaça, as variantes vulcânicas são compostas basicamente de gases condensados, com o predomínio de vapor d’água, que escapam do magma e são lançados pela chaminé do vulcão.

Parte inferior do formulário

Ventos fortes podem impedir que os anéis se formem ou durem mais que um breve instante. Por outro lado, anéis formados por um fornecimento considerável de vapor vulcânico — que é mais quente e menos denso que o ar ao redor — deslocam-se em direção ao céu e começam a expandir. Com a dissipação da maior parte do vapor, os anéis desaparecem.

Contudo, ao que parece, somente alguns vulcões emitem anéis de fumaça e apenas em determinados momentos. Quando Pulvirenti tomou conhecimento dos anéis pela primeira vez em 2013, ele não encontrou explicações substanciais na literatura científica. Então, quando não aguentou mais de curiosidade, recrutou alguns colegas para tentar desvendar o mistério.

A equipe examinou inúmeras observações de anéis vulcânicos, analisando a altura alcançada, a velocidade de deslocamento, o ritmo de resfriamento, a variação de suas composições e a frequência em que continham cinzas. Os cientistas ainda estudaram como os  gases magmáticos se movimentavam e saíam dos condutos vulcânicos e investigaram as complexas propriedades físicas da formação de vórtices em fluidos, analisadas em experiências em laboratório.

Em seguida, lançaram todos os resultados obtidos em um modelo de computador. Ao simular os diferentes aumentos de pressão nos condutos, bem como diferentes geometrias da chaminé do vulcão virtual, a equipe decifrou exatamente o que era necessário para produzir anéis de fumaça.

Com a ascensão do magma pelo conduto vulcânico, a pressão ao redor é reduzida, o que permite que os gases dissolvidos sejam expelidos na forma de bolhas. Se o magma não estiver viscoso demais, as bolhas podem se unir em bolsões únicos de gases pressurizados. Ao se aproximar da chaminé, esses bolsões gasosos podem despressurizar violentamente e explodir, lançando vapor quente para o alto, por vezes, a velocidades quase supersônicas.

Nesse ponto, os vulcões são comparáveis a simples canhões de fumaça de brinquedo, que lançam fumaça através de uma abertura circular estreita. Em ambos os casos, é preciso armazenar uma quantidade substancial de vapor e depois expeli-la rapidamente para formar um anel decente.

Na simulação de vulcão, o vapor lançado pela chaminé interagiu com as laterais rochosas, fazendo com que a bola de gás ficasse arredondada nas bordas. Vídeos em câmera lenta mostram que é reproduzido exatamente o mesmo efeito nos canhões de fumaça de brinquedo, afirma Pulvirenti. Em seguida, o anel circular de vapor encontra a atmosfera fria, resfria, desacelera, condensa e torna-se visível, semelhante ao que ocorre com rastros de fumaça deixados por aviões no céu.

Para que os anéis se formem, é imprescindível que a chaminé vulcânica seja razoavelmente circular e suas laterais tenham a mesma altura. Se a chaminé tiver um formato muito irregular ou escarpado, o anel poderá ficar acentuadamente distorcido, instável ou nem sequer se formar.

Sociedade dos anéis

Benjamin Simons, aluno de doutorado em vulcanologia da Universidade de Auckland, observou anéis de fumaça em vários vulcões permanentemente ativos, como o Monte Yasur em Vanuatu. A maioria dos anéis vistos por ele saiu de “skylights” ou claraboias, que são aberturas naturais arredondadas projetadas acima das chaminés vulcânicas que se abrem em um “belo espetáculo noturno de magma” ladeira abaixo.

Quando pequenos sopros de gases vulcânicos eram forçados a atravessar essas estreitas aberturas, surgiam os anéis de fumaça. Ele conta que os gases eram pesados e raramente conseguiam se afastar da cratera antes de se dissipar. Os resultados do novo modelo computadorizado condizem com as próprias observações de Simons; quanto mais circular a abertura, “mais provável é o surgimento de um anel de fumaça”, afirma ele.

Embora o estudo ainda não tenha sido analisado por outros especialistas, ele parece explicar por que os anéis de fumaça não são observados sempre em todos os vulcões, já que os anéis precisam exatamente dessas condições para se formar.

Ainda que satisfeitas essas condições, entretanto, nem sempre aparecem anéis de fumaça, o que sugere existirem mais aspectos ainda desconhecidos a considerar no pandemônio gasoso dos vulcões. Felizmente, a equipe ainda estuda o fenômeno na tentativa de encontrar mais respostas.

As pesquisas não se resumem a satisfazer uma curiosidade científica. Os anéis vulcânicos são formados nas mesmas vias rochosas que transportam o magma até a superfície durante as erupções, então é possível que estudá-los ajude os geólogos a entender melhor o que se passa dentro das gargantas de vulcões cheias de vapor.

Embora o estudo possa não tratar da questão mais urgente da vulcanologia, ele ao menos tenta resolver um mistério divertido e belo de se contemplar, afirma Ferlito.