Aula 5

Vulcanismo Mecanismos eruptivos

Mecanismos eruptivos - Propriedades dos magma - Mecanismos de ascensão dos magmas -Modificações das propriedades dos magmas (viscosidade e conteúdo em voláteis) durante o ascenso - Principais processos físicos no magma durante o ascenso (vesiculação e fragmentação) - Tipo de erupções

Propriedades dos magmas - Densidade - Temperatura - Viscosidade - Conteúdo em voláteis

Viscosidade Viscosidade: a medida da resistência interna de uma substância ao fluxo quando es submetida a uma tensão. Essa propriedade é medida por um coeficiente que depende do atrito interno em função da coesão das partículas de seus componentes. Quanto mais viscosa uma fusão, mais difícil de fluir e maior o seu coeficiente de viscosidade. A viscosidade depende de: - Composição dum magma (conteúdo em Si e Al, responsáveis da construção das cadeias silicáticas - Conteúdo dos voláteis (H2O) dissolvidos num magma (responsáveis de interromper cadeias silicaticas - Cristalinidade (proporção de cristais num magma)

Os magmas ácidos são mais viscosos e fluem com mais dificuldade do que os magmas básicos que tem um menor coeficiente de viscosidade.

A viscosidade diminui com o aumento do conteúdo em voláteis. Essa diminuição es mais importante em magmas ácidos.

Voláteis O conteúdo em voláteis dum magma es a quantidade de gases dissolvidas num fundido silicático

A solubilidade (conteúdo) de H2O num magma depende principalmente de: - Pressão a que um magma encontre-se no interior da crosta terrestre .

Maior a pressão, maior es a solubilidade de H2O e a quantidade que pode ficar no magma.

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Ascenso dos magmas a superfície Os magmas formam-se nas regiões fontes (manto o crosta) e ascendem por contraste de densidade. Quando encontram uma zona da crosta com a mesma densidade, os magmas estacionam e esfriam em reservatórios, chamados câmaras magmáticas.

Condições para que um magma chegue a superfície; 2) Existência de uma fratura que conecte diretamente a fonte, o reservatório, do magma com a superfície 3) Capacidade do magma de mover-se a traves desta fratura

Esquema de um sistema vulcânico Vulcão: Estrutura supracrustal caracterizada

V u lc ã o

C o n d u to

pela efusão de material magmático (lava, cinzas, gases) derramado ou ejetado a partir de um conduto de forma cilíndrica na crosta (conduto) junto a boca do qual se acumula, construindo um depósito com forma mais ou menos cônica, de complexidade variável que depende do tipo de vulcanismo, se mais ou menos explosivo.

Conduto: Duto cilindriforme verticalizado por onde flui o magma vindo da câmara em um aparelho vulcânico

C á m a r a Câmara magmática: Reservatório de m a g m á t i c a magma que ocorre no interior da crosta desde condições sub-vulcânicas até profundidades mantélicas.

A conexão da câmara magmática com a superfície gera a diminuição imediata da pressão confinante a que o magma está subjeto. - Movimento do magma para zonas de menor pressão - Exsolução y espanção dos gases y formação de bolhas (vesiculação) - Diminuição da densidade do sistema magma+gas y aceleração do ascenso do magma

Processo de vesiculação A diminuição da pressão durante o ascenso do magma causa a diminuição da solubilidade dos voláteis. O magma durante seu ascenso na crosta passa da posição A a posição B. Em A o magma es sobsaturo em gases y todos os voláteis som dissolvido na fusão. Em B o magma es supersaturo em gases e começa o processo de vesiculação com a nucleação de bolhas. O magma pode passar da posição A a posição C por enriquecimento em voláteis conseqüentemente ao processo de cristalização em câmara magmática

Processo de vesiculação Vesiculação: processo de formação de bolhas num magma, que ocorre quando a pressão de vapor dos gases dissolvidos supera a pressão confinante das rochas. O processo de vesiculação depende da composição y viscosidade dos magmas Magmas básicos (baixa viscosidade ): - Exsolução rápida dos gases y rápido movimento das bolhas no magma - O ascenso rápido dos magmas básicos não permite um crecimiento importante das bolhas Magmas ácidos (alta viscosidade ): - Exsolução lenta dos gases y lento desenvolvimento y movimento das bolhas no magma - O ascenso lento dos magmas ácidos facilita o crescimento das bolhas

Processo de fragmentação Quando o volume das bolhas constitui o 60/70% do sistema magmático (magma+gás) se alcança o nível de fragmentação. No processo de fragmentação as bolha explodem y rompem-se. O material (magma) muda suas características físicas passando desde um sistema formado por bolhas num médio continuo de fusão a um sistema formado por partículas de fusão num médio continuo de gás. - O nível de fragmentação se alcança sô nos magmas ácidos onde a alta viscosidade não deixa sair os gases que vão formando borbulhas sempre mais grandes - Os magmas básicos sempre chegam á superfície antes de alcançar o nível de fragmentação Quando um magma alcança estas condições gera uma erupção explosiva

Processo de fragmentação C r a te r Bolhas 60-70% em volumen

C h a m in é Região de fragmentação

M agm a com v o lá te is e x s o lv id o s N ív e l d e e x s o lu ç ã o C á m a r a m a g m á tic a c o m v o lá te is d iss o lv id o s (H 2O , C O 2, S O 2)

Processo de fragmentação O magma no conduto, uma vez que alcança o nível de fragmentação, muda de uma mistura de borbulhas em um fluxo continuo de magma a gotas de magmas dispersada em um fluxo continuo de gás A viscosidade e a densidade da mistura muda drasticamente A mistura acelera no conduto até alcançar velocidade supersônicas A mistura de gás e partículas (vidro vulcânico, cristais, fragmentos líticos) que sae do conduto chama-se coluna eruptiva

Processo de fragmentação

Espanção

Tipos de erupções Os processos de vesiculação e fragmentação controlam as modalidades com as quais os magmas eruptam a superfície e determinam o grado de explosividade das erupções

Vesiculação e fragmentação dependem de: - Viscosidade - Conteúdo em gases do magma

Tipos de erupções As erupções se dividem em - Efusivas: geram-se geralmente nos magmas básicos e básico-intermédios e menos freqüentemente nos magmas intermédios e ácidos - Explosivas: geram-se geralmente nos magmas ácidos e ácido-intermédios

Erupções efusivas As erupções efusiva geram-se quando um magma alcança a superfície antes de alcançar o nível de fragmentação gerando derrames de lava 1- no caso dos magmas ácidos (caracterizados por alta viscosidade y alto conteúdo em voláteis) as erupções efusivas acontecem geralmente depois de uma erupção explosiva que libera a maior parte dos gases do sistema magmático. O magma que fica na câmara magmática fica muito pobre em voláteis e no pode alcançar o nível de fragmentação 2- no caso do magmas básicos (caracterizados por baixa viscosidade y baixo conteúdo em voláteis) sempre acontecem erupções efusivas acompanhadas geralmente por uma muito leve atividade explosiva

Erupções efusivas As coladas de lava geradas por erupções efusivas variam em forma, espessura, largo e longitude, dependendo do tipo de lava derramada, taxa de descarga, pendente da superfície onde escorre y duração da erupção Exemplos: - Lavas básicas (basaltos) fluem em canais profundos y estritos e resfriando-se formam estruturas diferentes (“aa” o “pahoehoe”) dependendo da viscosidade do magma -Lavas intermédias (andesitos) fluem tipicamente em fluxo espesso -- Lavas ácidas (dacitos e riolitos) formam fluxo muito espesso com escasso movimento o estruturas chamada domos e espinhas.

F lu x o d e la v a b a s a ltic o

F lu x o d e la v a a n d e s ític o

F lu x o d e la v a (o d o m o ) r io lític o

E s p in h a rio lític a

A causa da baixa viscosidade, as lavas basálticas podem expandir-se sobre grandes distancias, produzindo derrames de grande volume e baixa relação de aspecto (relação entre espesor e area) Baixo condições particulares magmas ácidos desgasificados podem gerar lavas em erupções não explosivas Os derrames ácidos são mais espessas e tem relação de aspecto maior dos derrames basálticos

Erupções effusivas As grande maioria das erupções efusivas geram-se nos magmas basálticos. Volumetricamente a maioria dos derrames têm composição basáltica. Os magmas basálticos têm conteúdo de gases muito baixo y baixa viscosidade. Quando os gases dissolvem, podem-se mover facilmente na fusão y abandonar o sistema magmático. Este processo gera erupções não explosivas relativamente tranqüilas dominadas por derrames de lava.

Derrame de lava Os derrames de lava são maças de rochas fundidas que fluem sobre a superfície da Terra durante as erupções efusivas. Uma lava em movimento e o depósito solidificado resultante se chamam mesmo derrame de lava. .

Lava basálticas Existe diferente tipo de lava em função da viscosidade

Lava basáltica “pahoehoe” O termo “paoheohe” es uma palavra Hawaiana que indica um derrame com uma superfície lisa. Esses derrames fluem como uma serie de pequenos lobos que continuamente saem de uma crosta anteriormente resfriada. As texturas pahoehoe variam muito e tem forma muito estranhas.

F lu x o d e la v a b a s a ltic o

Lava basáltica “aa” Derrame de lava tipo “aa” movendo-se arriba dum derrame de lava, tipo pahoehoe, já resfriado

F lu x o d e la v a b a s a ltic o

O termo “aa” es também uma palavra Hawaiana (pronuncia-se ah ah, exclamação que se grita quando se caminha com pés desnudos sobre um derrame de lava....resfriado) que indica um derrame com uma superfície rugosa composta por bloques de lava ásperos. A superfície em realidade cobre o núcleo massivo do derrame. O movimento do derrame move os bloques e gera umas camadas de fragmentos de lava na base e no techo do derrame

Lava andesitica Derrame de lava andesiticas (Vulcão Lascar, Chile)

ogivas

F lu x o d e la v a a n d e s ític o

Derrame de lava andesíticos com margens de decenal de metros de altura. As crestas transversais ao derrame chamam-se ogivas e representam dobramentos perpendiculares ao fluxo devido à viscosidade da lava.

Lava andesitica

F lu x o d e la v a a n d e s ític o

Lava andesítica viscosa corta e espessa no vulcão Colima, Mexico

Lava riolítica Derrame de lava riolítica muito viscosa e muito espessa emitida da cratera a esquerda na foto (Mono Crater, California)

F lu x o d e la v a (o d o m o ) rio lític o

Lava riolitica F lu x o d e la v a (o d o m o ) rio lític o

Derrame de lava riolítica (Chao Dacita, Chile). Muitas vezes os derrames riolítico por sua viscosidade muito grande são uma mistura entre um derrame e um domo de lava. Isto derrame têm uma longitude de 14.5 km e os frente entre 350 e 400 metros de altura.

Domo vulcânico Um domo de lava e um corpo vulcânico acima da cratera, formando uma colina de forma dômica ou de bulbo, constituído de lavas muito viscosas, geralmente riolíticas a dacíticas que não chegam a derramar por sua viscosidade muito grande.

Domo dacítico na cratera do vulcão St. Helens, USA)

F lu x o d e la v a (o d o m o ) rio lític o

Domo vulcânico

F lu x o d e la v a (o d o m o ) rio lític o

Domo vulcânico na cratera de Novarupta na vale do “Ten Thousand Smokes” (Alaska). O domo de lava foi eruptado depois duma enorme erupção explosiva em 1912.

Espinhas riolíticas E s p in h a rio lític a

Figura  2.20.  La  spina  riolitica  che  occupa  parte  del  cratere  di  esplosione  Panum (California, USA).

Espinha vulcanica de lava riolítica gerada no final da erupção de 1912 qque causo a destruçaõ da cidade de St. Pierre, Martinica.

Erupções explosivas Classificação das erupções explosivas Basa-se na distribuição dos depósitos de queda que cobrem área de forma eliptica com espessores decrescentes alejandose do vulcão. O gráfico b) tem os parâmetros D e F. D se calcula do gráfico a) mientras F representa o porcentagem no deposito das partículas com tamanho <2mm. Isto gráfico tem defeito porque considera soa a explosividade y os deposito de queda, mais ainda permite visualizar em primeira aproximação os principais tipos de erupção

Erupções explosivas

Erupções Hawaianas Caracterizam-se por emissão de gases en explosãoes ritmicas muito rápidas (cada 1-5 segundos) as que geram uma fontana de lava. Uma fonte de lava representa então um fluxo de gás que pode carregar pedaço de lava fundida de ate 1 m. A emissão da lava com uma velocidade de 50-1000 m3/s, pode alcançar os 500 m de altura. As fontes de lava alimentam coladas de lavas que podem alcançar grande distancia por sua baixa viscosidade

Erupções Hawaianas

Exemplos de erupções hawaianas por fraturas eruptivas, vulcão Kilauea, Hawai

Erupções Hawaianas

Exemplos de erupções hawaianas com fontes de lava do vulcão Kilaues, Hawaai

Erupções Hawaianas

Shield volcano Volcanoes with broad, gentle slopes and built by the eruption of fluid basalt lava are called shield volcanoes. Basalt lava tends to build enormous, low-angle cones because it flows across the ground easily and can form lava tubes that enable lava to flow tens of kilometers from an erupting vent with very little cooling. The largest volcanoes on Earth are shield volcanoes. The name comes from a perceived resemblance to the shape of a warrior's shield. View of the NNW flank of Mauna Loa Volcano from the south side of Mauna Kea Volcano, Hawai`i; both are shield volcanoes.

Erupções explosivas

Erupções Strombolianas Caracterizam-se por explosões o “fontana” de lava intermitentes de lava desde uma cratera singula. Cada explosão fica causada por emissão de gases que acontece cada alguns minutos, a vezes ritmicamente. Os fragmentos de lavas lançado chamam-se bomba vulcanica.

Erupções Strombolianas Vista da Ilha de Stromboli, no Mar Mediterraneo

Erupções Strombolianas

Erupções Strombolianas

Erupções explosivas

Erupções plinianas São as erupções explosivas mais importantes e geram-se quando um magma saturo em gases alcança o nível de fragmentação antes de alcançar a superfície. O nome deriva do histórico da antiga Roma, Plinio il Giovane, que descreveu a erupção do vulcão Vesúvio no ano 79 d.C. As erupções Pliniana caracterizam-se por a formação duma coluna eruptiva sustenida que pode alcançar o 40-50 km de altura. Durante a erupção a coluna volta-se inestavel e colapsa gerando fluxos piroclásticos

Coluna eruptiva O magma no conduto, uma vez que alcança o nível de fragmentação, muda de uma mistura de borbulhas em um fluxo continuo de magma a gotas de magmas dispersada em um fluxo continuo de gás A viscosidade e a densidade da mistura muda drasticamente A mistura acelera no conduto até alcançar velocidade supersônicas A mistura de gás e partículas (vidro vulcânico, cristais, fragmentos líticos) que sae do conduto chama-se coluna eruptiva

Coluna eruptiva •Ao final a densidade da coluna es igual que a da atmosfera

•A coluna incorpora e mistura-se com o ar mais frio. •O ar englobado esquenta-se e a mais baixa •densidade A mistura da es coluna emitidavolta-se do conduto/cratera que a da atmosfera. verticalmente o horizontalmente com uma velocidade de centenas de m/s formando a coluna •Ao começo a coluna tem uma densidade maior da atmosfera.

Colapso coluna eruptiva Quando o empuxe da mistura desde o conduto diminui (por diminuição da explosividade o alargamento do conduto) podem-se alcançar as condições de um colapso da coluna, que pode ser parcial o total. Gera-se assim um fluxo piroclástico em direção radial respeito ao vulcão

Erupções explosivas

Erupções surtseianas A inteiração do magma com agua no conduto, perto da superfície, pode mudar as modalidade duma erupção, em particular pode aumentar a explosividade.

Erupções surtseianas

Quando a quantidade de água é muito grande, no há explosividade e as erupção são de tipo efusivo com derrames de lavas almofadadas.

Erupções surtseianas Quando a relação H2O/magma diminui as erupções aumentam seu caractere explosivo (freatomagmático)

Erupções surtseianas

Erupções surtseianas

magmático Quando a quantidade de água é muito pequena, a explosividade diminui e as erupção voltam a seu caractere tipicamente magmático. freatomagmático

Erupções surtseianas Estádio final da erupção de Heimay com atividades estromboliana e de fontes de lava.

Erupções surtseianas Erupçao freatomagmatica de tipo surtseiano do vulcão Etna, Italia, em correspondencia dum cono de escoria. O magma entrou em contacto com as aguas dum aquifero subterraneo do vulcão.

Erupções surtseianas

Erupções vulcaniana

As erupções vulcanianas são un tipo de erupção explosiva de tamano moderado. Magmas andesíticos e dacíticos são frecuentemente associados com essos tipos de erupção, que emite una grande quantidade de cinza, bloques y típicas bombas a crosta de pão. (Tavurvur Volcano em Rabaul Caldera, Papua New Guinea).

Erupções vulcaniana Vistas do cono e do crater da Ilha de Vulcano, Italia.

Erupções vulcanianas

Erupções vulcanianas

Erupções Peleeanas Essas erupção geram-se por o colapso de domos vulcânicos o espinha riolítica. Um exemplo és a erupção do Mount Peleé na Martinica que geró um fluxo piroclastico (“nueé ardent”) que destruiu a cidade de St. Pierre.

Erupções Peleeanas Vista da cidade de st. Pierre, Martinica, depois passar o fluxo piroclástico.

Erupções Peleeanas

Photo by Olimpio Pena, 1984 (Philippine Institute of Volcanology and Seismology). Ash clouds rise above a pyroclastic flow traveling down the Buang valley on the upper NW flank of Mayon volcano in the Philippines on September 12, 1984. The toe of the advancing pyroclastic flow is visible at the lower right. These pyroclastic flows traveled down to 100 m elevation at rates of about 20 m/sec.

Erupções Peleeanas Co-ignimbrite ash-cloud

Fluxo piroclástico

Block and ash flow gerado por colapso de domo (Soufriere Hills, Ilha de Martinica)

Erupções Peleeanas

Depósito de block and ash flow gerado por colapso de domo (Vulcão Augustine, Alaska)

Calderas vulcânicas Estrutura de colapso desenvolvida em região vulcânica, apresentando forma circular de grandes dimensões, de centenas de metros a dezenas de quilômetros de diâmetro, topograficamente rebaixada com relação às bordas mais elevadas e íngremes que a margeiam. A origem das caldeiras está relacionada à rápida efusão de magma em eventos, geralmente explosivos, provocando esvaziamento da câmara(s) magmática do sistema vulcânico o que provoca o colapso de toda a estrutura acima da câmara.

Long Valley caldera

Borda caldeira

Domos pos-caldeira

Domos pos-caldeira

Estrutura Long Valley caldera

Surtseiana

Freatopliniana

Procesoa freatomagmáticos (interação com agua)

Vulcaniana Hawaianas Strombolianas

Sub Pliniana

Peleeana Pliniana Erupções explosivas

Derrames bas á

lticos

Erupções efusivas

Derrames and e

síticos

Derrames rio lí

ticos

Processo de fragmentação Processo de vesiculação Ascenso do Magma