Os vulcões: um perigo natural

Nosso planeta enfrenta vários tipos de riscos naturais, incluindo terremotos, erupções vulcânicas, deslizamentos de terra, tsunamis, furacões e tornados. As erupções vulcânicas podem variar em tamanho e as maiores são as mais devastadoras das catástrofes naturais, capazes de impactar todo o planeta (Figura 1). Felizmente, esses eventos destrutivos são raros – geralmente ocorrem uma vez a cada  100.000 anos, mais ou menos –, enquanto os mais frequentes, que ocorrem aproximadamente todas as semanas, são leves e impactam apenas pequenas áreas. 

Existem mais ou menos 600 vulcões ativos na Terra, e se situam principalmente ao longo dos limites das placas tectônicas móveis, que formam a camada externa do nosso planeta. Estima-se que cerca de 800 milhões de pessoas – um décimo da população mundial – vivem perto desses vulcões ativos. A atividade vulcânica ceifou a vida de quase 300.000 vítimas nos últimos quatro séculos [1]. O último evento mais destrutivo foi a erupção do Nevado del Ruiz na Colômbia, em 1985. Essa erupção, embora de tamanho moderado, custou mais de 23.000 vidas em questão de minutos. Mesmo quando não causam mortes humanas, as erupções podem impactar o meio ambiente, incluindo animais, plantas e estruturas feitas pelo homem como prédios, estradas, ferrovias, aeroportos, fábricas e usinas de energia.

Durante a erupção do Eyjafjallajokull na Islândia em 2010, por exemplo, a nuvem de cinzas da erupção espalhou-se pela atmosfera e interrompeu o tráfego aéreo sobre a Europa durante vários dias, deixando 10 milhões de passageiros presos nos aeroportos e resultando na perda de 5 bilhões de dólares. 

Para reduzir o impacto das erupções vulcânicas sobre as pessoas e o meio ambiente, os cientistas que são chamados vulcanólogos precisam prever quando e onde os vulcões entrarão em erupção. A previsão das erupções vulcânicas permite que as pessoas sejam alertadas e evacuem a área, reduzindo assim o impacto negativo desses fenômenos sobre as populações humanas.

Como funcionam os vulcões

Para prever erupções, os vulcanólogos precisam, primeiro, entender como os vulcões funcionam. 

Em geral, os vulcões estão em um estado silencioso e de “repouso”, em que o magma que está abaixo deles não se move ou não se acumula. Às vezes, o magma sobe em direção à superfície e, quando para de subir, acumula-se na rocha que constitui a crosta terrestre. Esse acúmulo de magma forma uma câmara magmática. A câmara magmática pode alterar a forma da rocha circundante e criar fraturas na crosta terrestre que às vezes causam terremotos. A atividade sísmica é chamada de sismicidade. As fraturas também servem como caminhos que permitem aos gases escaparem do magma para o ar. Isso é chamado dedesgaseificação. O magma acumulado aumenta lentamente o vulcão por meio da deformação.

Quando o vulcão passa da fase silenciosa para a fase “excitada”, ocorrendo sismicidade, desgaseificação e deformação, dá-se a isso o nome de agitação. A fase de agitação pode durar de dias a meses e é considerada um aviso do vulcão de que ele está instável e pode haver uma erupção. A maioria das erupções são precedidas pela agitação, mas nem todo episódio de agitação termina em erupção – às vezes, depois da agitação, um vulcão pode ficar silencioso de novo. Desse modo, embora a agitação nem sempre preceda a erupção, seu aparecimento é a principal pista para os vulcanólogos preverem as erupções.

Para fazer uma previsão confiável de uma erupção, os vulcanólogos devem entender o que, exatamente, acontece durante as agitações, analisando os sinais enviados pelo vulcão. A agitação é normalmente detectada e estudada por meio de um sistema de monitoramento preciso, que consiste em um conjunto de instrumentos sensíveis capazes de registrar a atividade interna do vulcão em tempo real, particularmente o movimento do magma. Assim, o monitoramento da sismicidade, da desgaseificação e da deformação produzidas pelo magma em movimento permite aos vulcanólogos compreenderem o que está acontecendo no vulcão durante a agitação (Figura 2). Modelos matemáticos usam essas informações fornecidas pelo monitoramento para definir o tamanho, a forma e a localização do magma que produz a agitação [1]. 

Embora muitos vulcões sejam monitorados, alguns, em especial aqueles que ficam em áreas remotas, são mal acompanhados ( e isso quando são). A previsão de uma erupção depende, obviamente, da disponibilidade de um sistema de monitoramento que possa detectar a agitação. 

Abordagens atuais para a previsão

Os vulcanólogos usaram dois tipos de abordagens para prever as erupções. Primeiro, tentavam prever com certeza (sim ou não) se uma erupção estava por vir: é a chamada abordagem determinística. Mais recentemente, procuram prever se uma erupção é provável ou não, utilizando uma percentagem de probabilidade: é a chamada de abordagem probabilística. 

Somente quando os dados de monitoramento coletados durante as agitações mostram um comportamento linear é que as erupções podem ser previstas por uma abordagem determinística. As grandes erupções do Monte Santa Helena (EUA) em 1980 e do Pinatubo (Filipinas) em 1991foram previstas com dias de antecedência. O comportamento linear pressupõe um aumento nos sinais do vulcão e tanto os episódios de agitação no Monte Santa Helena quanto no Pinatubo mostraram esse comportamento linear. 

Infelizmente, a agitação que precede muitas erupções apresenta um comportamento não linear: o aumento na intensidade dos sinais é seguido por uma ou mais diminuições, e finalmente pela erupção. Nessas condições erráticas, é impossível prever uma erupção de forma determinística.

O comportamento não linear nos mostra a complexidade do sistema vulcânico, no qual muitos processos acontecem ao mesmo tempo, dos quais apenas alguns podem ser detectados pela são detectáveis por monitoramento. Devido a essa complexidade, a previsão de erupções é geralmente feita por meio da abordagem probabilística, na qual a possibilidade de erupção é expressa em percentagem [2, 3]. Essa abordagem, que também é utilizada na previsão do tempo, explica com mais precisão o comportamento errático dos vulcões. Portanto, para evitar erros, um vulcanólogo experiente deveria prognosticar (abordagem probabilística) em vez de prever (abordagem determinística) erupções. 

Nas últimas décadas, algumas erupções foram previstas com sucesso, e outras não. No primeiro caso, houve evacuações bem-sucedidas, ao passo que no segundo aconteceram evacuações que se mostraram desnecessárias, nos eventos em que a erupção não ocorreu, ou inúteis, quando a erupção ocorreu antes da evacuação. Como resultado, a vulcanologia já experimentou sucesso e confiabilidade na previsão de erupções, mas também calamidades e frustrações. Nossa capacidade de prever as erupções ainda é limitada, e menos de 20% se mostraram bem-sucedidas. Apenas alguns aperfeiçoamentos foram alcançados nas últimas décadas, apesar do amplo uso e da melhoria contínua dos instrumentos de monitoramento [4]. 

O tipo de vulcão afeta a previsão

Existem dois tipos de vulcões que afetam a forma como se faz a previsão de erupções: os vulcões de canal fechado e os vulcões de canal aberto (Figura 3). Os vulcões de canal fechado solidificam o magma no caminho pelo qual o magma viaja até o ponto que separa o magma derretido da superfície da Terra. Isso faz com que o magma se acumule dentro do vulcão, aumentando a pressão e rompendo as rochas circundantes, o que gera fraturas e terremotos, além de deformar a superfície do próprio vulcão. Nos vulcões de canal fechado, a agitação consiste em sismicidade e deformação da superfície. Por outro lado, vulcões de canal aberto, que são menos comuns, têm magma derretido preenchendo esse canal e quase chegando à superfície. O fornecimento contínuo de magma oriundo do interior do vulcão impede a solidificação do canal, causando erupções frequentes.

Em vulcões de canal aberto, o magma não se acumula em seu interior e, desse modo, a pressão não aumenta para fraturar a rocha circundante ou deformar o próprio vulcão, embora haja desgaseificação frequente ao longo do canal aberto. Isso resulta em indicadores de agitação mais fracos. Assim, como seus sinais são mais fortes, a previsão de erupções é geralmente mais fácil no caso de vulcões de canal fechado. No entanto, alguns vulcões de canal aberto, bem monitorados e em erupção frequente, ainda podem fornecer dados suficientes para uma previsão confiável, como o Monte Etna (Itália), cujas erupções são atualmente previstas com uma taxa de sucesso de 97%. Uma vez que a taxa de sucesso de previsão global para todos os vulcões é de aproximadamente 20%, vemos que as do Monte Etna são muito bem-sucedidas. 

O futuro

Os vulcanólogos estão constantemente à procura de novos caminhos para melhorar as previsões, combinando dados de monitoramento com conhecimento do processo vulcânico.

Para identificar o início de uma erupção, estudos recentes focam no aparecimento de sinais de monitoramento específicos, diretamente relacionados com a subida do magma e não com sua acumulação. Isso ajudará a melhorar as previsões das próximas erupções. Como alguns vulcões têm múltiplas crateras eruptivas espalhadas por vastas áreas, os pesquisadores também tentam prever as possíveis localizações de futuras crateras, para reduzir o impacto das erupções em áreas habitadas [1]. Esses esforços irão certamente melhorar a previsão de erupções futuras, fornecendo estimativas probabilísticas mais confiáveis e reduzindo o nível de incerteza ou erro. No entanto, devemos lembrar que incerteza é parte de qualquer previsão e, portanto, a de erupções será semelhante à previsão do tempo [5]. 

Em resumo, embora a previsão de erupções seja atualmente uma tarefa difícil, mas não impossível, futuros estudos e pesquisas, assim como a maior disponibilidade de dados de monitoramento, permitirão uma melhor compreensão de como funcionam os vulcões. Isso, por sua vez, permitirá uma previsão de erupções mais confiável, reduzindo o impacto adverso da atividade vulcânica na população e no ambiente. 

Glossário

Sismicidade: Ocorrência de terremotos em uma área. 

Desgaseificação: Liberação de gases, geralmente relacionados ao magma embaixo, da cratera ou de outras porções de um vulcão. 

Deformação: Mudança de forma; a parte do vulcão acima da superfície da Terra ou as rochas embaixo dela podem deformar-se. 

Agitação: Estado de um vulcão com sismicidade, desgaseificação e deformação que podem preceder a erupção.

Abordagem determinística: Previsão exata (sim ou não) sobre se um evento (como uma erupção) ocorrerá. 

Abordagem probabilística: Previsão incerta, definida como uma percentagem que expressa a probabilidade de ocorrência do evento.

Comportamento linear: Quando um sistema (como um vulcão) se comporta da maneira esperada. 

Comportamento não linear: Quando um sistema (como um vulcão) se comporta de maneira inesperada. 

Conflito de interesses

O autor declara que a pesquisa foi realizada sem nenhuma relação financeira ou comercial capaz de gerar um conflito de interesses. 

Referências

[1] Acocella, V. 2021. Volcano-Tectonic Processes. Berlim: Springer.

[2] Sparks, R. S. J. e Aspinall, W. P. 2004. “Volcanic activity: frontiers and challenges in forecasting, prediction and risk assessment.” State Planet Front. Challenges Geophys.Geophys.Monogr. 19:359–73. DOI: 10.1029/150GM28.

[3] Marzocchi, W. e Bebbington, M. S. 2012. “Probabilistic eruption forecasting at short and long time scales.” Bull.Volcanol. 74:1777–805. DOI: 10.1007/s00445-012-0633-x.

[4] Winson, A. E. G., Costa, F., Newhall, C. G. e Woo, G. 2014. “An analysis of the issuance of volcanic alert levels during volcanic crises.” J. Appl.Volcanol. 3:14. DOI: 10.1186/s13617-014-0014-6.

[5] Poland, M. P. e Anderson, K. R. 2020. “Partly cloudy with a chance of lava flows: forecasting volcanic eruptions in the twenty-first century.” J. Geophys. Res. 125: e2018JB016974. DOI: 10.1029/2018JB016974. 

Citação

Acocella, V. (2022). “How scientists forecast volcanic eruptions.” Young Minds. 10:813910. DOI: 10.3389/frym.2022.813910. 

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