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Rocha Vulcânica Ígnea

Overview

Fonte: Laboratório de Alan Lester - Universidade de Colorado Boulder

Rochas ígneas são produtos de resfriamento e cristalização de magma. Rochas vulcânicas são uma variedade particular de rocha ígnea, formando-se como consequência do magma rompendo a superfície, depois resfriando e cristalizando no ambiente subaerial.

Magma é rocha líquida que normalmente varia em temperatura de aproximadamente 800 °C a 1.200 °C(Figura 1). O magma em si é produzido dentro da Terra através de três mecanismos primários de fusão, a adição de calor, adição de voláteis e descompressão. Cada modo de geração de derretimento tende a produzir tipos específicos de magma e, portanto, estilos e estruturas eruptivas distintas.

Figure 1
Figura 1. Fuga de lava fresca em Kilauea, Havaí. Lava é o termo para magma que está na superfície da Terra.

Principles

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A adição de calor, muitas vezes ligada a pontos quentes ou ao lago de derretimentos de alta temperatura na crosta, gerará magmas felsicos (ricos em sílica) em ambientes continentais e magmas mafic (pobres em sílica) em ambientes oceânicos. A adição volátil é o mecanismo mais comum para a geração de derretimento em zonas de subdução e produz magmas intermediários (abundância de sílica intermediária), tipicamente levando a arcos insulares ou faixas vulcânicas lineares (exemplos são as Ilhas Aleutas, as Montanhas Cascatas(Figura 2)e as Montanhas dos Andes). O derretimento da descompressão gera magmas mafic e ocorre em zonas de fenda. Embora a fenda possa e ocorra em cenários continentais (por exemplo, o Vale do Rift da África Oriental), este é o principal mecanismo de derretimento para as cristas do meio do oceano que circundam o globo e se estendem pelas principais bacias oceânicas (Atlântico, Pacífico, Indiano), sendo estas, de longe, as zonas dominantes da geração de magma em nosso planeta.

Figure 2
Figura 2. Pluma a vapor de 3.000 pés do Monte St. Helens em 19 de maio de 1982.
Plumas de vapor, gás e cinzas frequentemente ocorvam no Monte St. Helens no início da década de 1980. Em dias claros, eles podiam ser vistos de Portland, Oregon, 80 km ao sul. A pluma fotografada aqui subiu quase 3.000 pés acima da borda do vulcão. A vista é de Harry's Ridge, 8 km ao norte da montanha.

O tipo de magma formado nesses diferentes cenários está ligado à profundidade do derretimento, à composição do manto em derretimento e ao grau de fusão.
Em geral, ambientes oceânicos e zonas de fenda continental geram derretimentos basálticos (mafic) devido ao derretimento do manto astésférico.

Tipicamente, magmas felsicos formam-se como resultado de um derretimento percentual elevado da crosta continental ou da litosfera continental; magmas mafic formam-se durante o derretimento da litosfera oceânica ou manto asthenosférico.

Magma Viscosidade e Explosividade

Viscosidade e conteúdo volátil são os principais controles sobre explosividade magmática. Magmas felsicos altamente viscosos com alto conteúdo volátil provavelmente produzirão as erupções mais explosivas. Em contraste, magmas mafic de baixo teor volátil(por exemplo, basalto) geralmente produzirão as erupções mais quiescentes.

Produtos Vulcânicos

Quando o magma escapa de um edifício vulcânico, há uma variedade de produtos possíveis, incluindo lava e piroclásticos.

Erupções quiescentes permitem que o magma despeje do lado do vulcão, ou para fora de fissuras. São chamados fluxos de lava. Os fluxos de lava raramente viajam a velocidades maiores que alguns quilômetros por hora. Como tal, eles podem resultar em danos estruturais, mas raramente causam perda de vidas.

Mais erupções explosivas resultarão em misturas de magma, rocha e gás a serem ejetados do vulcão. Coletivamente, este material ejetado é chamado de "piroclástico". Piroclastas podem vir em uma variedade de tamanhos desde cinzas (material muito fino em grãos, <2 mm, e muitas vezes de tamanhos de grãos submicroscópicos) até lapilli (2-64 mm), até tephra, e bombas (>64 mm).

Em alguns casos, uma erupção piroclástica altamente fluidificada, contendo fragmentos quentes, gotículas líquidas e gases espessos, mobilizará e se moverá como uma massa rápida ao lado de um vulcão. Estes eventos são denominados fluxos piroclásticos(Figura 3). Eles podem estar na ordem de 1.000 °C, e viajar em velocidades na faixa de 100-600 km/h. Estes são, sem dúvida, um dos produtos vulcânicos mais perigosos.

Dois experimentos são apresentados que se relacionam com os princípios da formação rochosa vulcânica. O primeiro experimento demonstra um princípio fundamental da camada vulcânica: a deposição subsequente da lava e o princípio da superposição. O segundo experimento é uma variante do bicarbonato de sódio e vinagre frequentemente usados em uma explosão de garrafa. Embora muito simples de executar, mostra vários aspectos importantes das erupções vulcânicas.

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Procedure

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1. Vulcão CO2

  1. Encha um recipiente de plástico com um pescoço fino (uma garrafa de refrigerante de 16 oz. por exemplo) cerca de meio cheio com água morna.
  2. Enterre a garrafa sob modelagem de argila ou massa, deixando apenas o pescoço (abertura) da garrafa exposta, simulando a estrutura de um vulcão.
  3. Adicione algumas gotas de líquido de lavagem de louça (a fim de tornar o líquido espumoso e provável que produza bolhas).
  4. Usando um pedaço de papel dobrado como funil, adicione 4 colheres de chá (aproximadamente 15-20 mL) de bicarbonato de sódio.
  5. Adicione gradualmente vinagre vermelho ao recipiente de plástico. Se usar uma garrafa de refrigerante de 16 oz. Adicione o vinagre ao recipiente até que comece a efervescer.
  6. Se desejar, cortiça o recipiente para uma "erupção violenta" ou deixe-o desprotelaçado para uma erupção mais quiescente.

2. Camadas de Lava

  1. Parafina quente em um prato quente por isso torna-se um fluido viscoso.
  2. Pegue uma fina seção de papelão, e dobre para formar curvas e cochos de várias formas. Despeje a parafina líquida na superfície inclinada do papelão. À medida que a parafina flui sobre a superfície irregular, ela formará uma camada de espessura variada, como seria visto em um fluxo real de lava.
  3. Depois que a parafina esfriar e solidificar, repita o processo duas ou três vezes, a fim de simular sucessivos fluxos de lava.

A rocha vulcânica é um tipo específico de rocha ígnea que é formada quando a magma rompe a superfície e se solidifica no ambiente subaerial. Seu estudo fornece insights sobre a atividade vulcânica passada e possivelmente futura.

Magma é rocha líquida, que é produzida dentro da Terra e atinge temperaturas de 800 a 1.200 °C. Existem três mecanismos primários de produção de magma: adição de calor, adição de voláteis ou descompressão. Cada um desses diferentes tipos de derretimento produz tipos específicos de magma e, portanto, gera vulcões com diferentes estilos e estrutura eruptiva. Este vídeo ilustrará as diferenças entre os tipos de deposição de lava em pequena escala usando cera de parafina, e diferentes tipos de erupção usando uma demonstração baseada em CO2.

Magmas altamente viscosos com alto conteúdo volátil tendem a produzir as erupções mais explosivas, em comparação com a baixa viscosidade e magmas de baixo teor volátil, que geralmente produzem as erupções mais quiescentes.

Em erupções quiescentes, a lava flui para fora do lado do vulcão ou para fora de fissuras. Os fluxos de lava são tipicamente lentos e, como tal, podem causar danos materiais, mas raramente perda de vidas. Em contraste, reações mais explosivas resultam em magma, rocha e gás, coletivamente conhecido como "material piroclástico", a serem ejetados do vulcão.

O tipo de manto sendo derretido, e o grau de derretimento, podem afetar tanto a composição do magma. O magma resultante formado afetará então o vulcão resultante produzido, e o tipo de erupção observado.

Geralmente, o magma viscoso é mais felsico na composição e forma como resultado do derretimento da crosta continental ou da litosfera continental. Em contraste, o magma menos viscoso é tipicamente mafic, e se forma durante o derretimento da litosfera oceânica ou do derretimento do manto astoférico. Para obter mais informações sobre felsic e mafic rock, veja o outro vídeo desta coleção em Igneous Rock.

Vulcões são tipicamente gerados por sucessivas deposições de lava ao longo do tempo. Lava altamente viscosa cria edifícios altos e íngremes, conhecidos como estratovulcões. Em contraste, a lava de fluxo livre viaja ainda mais antes de se solidificar, criando estruturas curtas e de baixo perfil conhecidas como vulcões escudo.

Agora que estamos familiarizados com os conceitos por trás da produção de magma, deposição e erupção vulcânica, vamos dar uma olhada em como estes podem ser simulados em laboratório.

O primeiro procedimento demonstra erupções quiescentes e explosivas. Para começar, encha um recipiente de plástico com um pescoço fino para cerca de meio cheio com água morna. Para simular a estrutura de um vulcão, enterre a garrafa sob a modelagem de argila ou massa, deixando apenas a abertura do pescoço da garrafa exposta. Em seguida, adicione cerca de 4 colheres de chá de bicarbonato de sódio.

Adicione vinagre à garrafa até começar a efervescer. Incluir corante pode ajudar com a visibilidade. Para uma erupção quiescente deixe a garrafa aberta. Se a simulação de uma erupção violenta for desejada, cortiça a garrafa.

Na erupção quiescente, parte do material fluiu para fora como um fluxo de lava. A natureza espumosa do fluxo é uma reminiscência da lava que é carregada de voláteis.

A maioria das erupções vulcânicas estão ligadas à perda volátil. Aqueles que são particularmente explosivos terão emanações voláteis consideráveis. No recipiente de cortiça, a erupção inicial envolve material do tipo piroclástico que é ejetado no ar acima do edifício vulcânico. Isso também indica o que pode acontecer em vulcões naturalmente bloqueados.

A próxima demonstração diz respeito a lava camadas. Para demonstrar isso, a parafina quente em um prato quente até se tornar um fluido viscoso. Despeje a parafina líquida sobre uma superfície de papelão fina inclinada com curvas de várias formas. Este gradiente variado simula o fluxo de lava na superfície irregular de vulcões reais. À medida que a parafina flui sobre a superfície irregular, ela formará uma camada de espessura variada, que simula o que seria visto na superfície de um vulcão real. Deixe a primeira camada de parafina esfriar e despeje uma segunda camada sobre a primeira, começando a partir do mesmo ponto. Repita este processo várias vezes para simular sucessivos fluxos de lava.

Observe como as camadas finas com distância da fonte de magma. Observe também que camadas ou erupções quentes subsequentes podem derreter parcialmente camadas subjacentes.

A camada demonstra o princípio da superposição. Camadas mais antigas são encontradas na parte inferior, com depósitos de erupções mais recentes estratificadas acima.

Além disso, a superfície dobrada da placa simula a superfície irregular vista na maioria dos vulcões. Diferentes espessuras de magma se coletarão nas partes mais íngremes ou mais rasas da superfície do vulcão, mudando a paisagem do vulcão a cada erupção sucessiva.

Compreender a composição, a formação das rochas vulcânicas e as propriedades que levam a diferentes fenômenos de erupção tem vastas aplicações para geólogos e populações humanas como um todo.

Reconhecer tipos de rocha vulcânica no campo e ligá-los a estilos eruptivos específicos pode informar os geólogos do tipo de ameaças feitas às comunidades próximas. Essas informações podem ajudar na implementação de planos de emergência de erupção, ou com a construção de segurança direcionada ou planejamento urbano.

Tipos de rocha vulcânica também podem ser estudados para avaliar a gravidade ou explosividade de erupções passadas. Essas informações podem ser úteis ao planejar o uso da terra. Como a deposição vulcânica também pode influenciar positivamente o solo e a agricultura, essas áreas podem ser economicamente frutíferas se o risco de erupção grave for considerado baixo.

Camadas vulcânicas podem ser uma janela para a história geológica de uma região. As camadas podem conter informações sobre clima, ambiente e vida passados, e são fáceis de data, fornecendo marcadores de tempo úteis em investigações geológicas. Vulcões também podem criar paisagens cênicas, incluindo a icônica Arthur's Seat, que tem vista para a cidade de Edimburgo, na Escócia. Esta é a maior parte remanescente de um vulcão extinto que remonta ao período Carbonífero, e é designado um Local de Especial Interesse Científico.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE a rochas ígneas vulcânicas. Agora você deve entender os diferentes tipos de magma e sua deposição, princípios de erupções quiescentes e explosivas, e como simular isso em laboratório ou em casa. Obrigado por assistir! Obrigado por assistir!

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Results

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1. Vulcão CO2

Durante o experimento de CO2, parte do material fluirá para fora como um fluxo de lava. A natureza espumosa do fluxo é uma reminiscência da lava que é carregada de voláteis. A maioria das erupções vulcânicas estão ligadas à perda volátil. Aqueles que são particularmente explosivos terão emanações voláteis consideráveis. Se o recipiente for rolhado, então a erupção inicial envolverá material tipo piroclástico que é ejetado no ar acima do edifício vulcânico.

2. Camadas Vulcânicas

Com o experimento de camadas vulcânicas completo, note que as camadas finas com distância da fonte de magma. Este é um fenômeno que seria comumente visto em vulcões. Também pode ser visto que camadas subsequentes podem derreter parcialmente a camada subjacente. O princípio da superposição também pode ser observado na demonstração, onde camadas mais antigas são encontradas na parte inferior, camadas mais jovens no topo.

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Applications and Summary

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O volcanismo e as rochas associadas são de grande interesse para os geólogos. Não só as erupções vulcânicas representam uma ameaça para as comunidades próximas, como é importante reconhecer que elas também podem levar a paisagens cênicas e influenciar positivamente o solo e a produtividade agrícola.

Reconhecer rochas vulcânicas no campo, vinculá-las a estilos eruptivos específicos e verificar regiões de atividade passada fazem parte de avaliações geológicas fundamentais para regiões em que as pessoas vivem e/ou trabalham. Rochas vulcânicas podem ser indicadores de atividade eruptiva passada. Os tipos de rochas vulcânicas presentes também podem ser usados para avaliar a gravidade e a explosividade das erupções passadas. Compreender os tipos potenciais de erupções (por exemplo, fluxos de lava(Figura 1),cinzas, fluxos piroclásticos(Figura 3)) que podem ocorrer em uma região vulcânica são uma parte crucial do desenvolvimento de estratégias de mitigação.

Figure 5
Figura 3. Fluxos piroclásticos varrem os flancos do Vulcão Mayon, Filipinas, 1984.

Camadas vulcânicas também podem ser uma janela para um histórico "página por página" de uma região. As camadas vulcânicas podem conter informações sobre clima passado, ambiente e até mesmo vida. Em particular, as camadas vulcânicas são relativamente fáceis de datar (ao contrário das camadas sedimentares) usando técnicas de datação isotópicas. Portanto, as camadas vulcânicas são marcadores de tempo úteis em investigações geológicas.

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Transcript

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