Fragmentos piroclásticos podem ser dispersados para longe da coluna eruptiva por duas maneiras distintas dependendo se os piroclastos caem individualmente (queda piroclástica) ou conjuntamente através de fluxos ou correntes (fluxos piroclásticos e/ou surges piroclásticas).
Queda Piroclástica
Queda piroclástica ocorre quando piroclastos que foram temporariamente suspensos caem da coluna eruptiva independente das outras partículas e do meio circundante (gás magmático, vapor d´água, ar quente ou água) e se depositam na terra ou na água formando depósitos de queda piroclástica. Esta definição engloba a queda de piroclastos (lápilis e cinzas) da região do “guarda-sol” da coluna eruptiva, mas também inclui fragmentos maiores (>10 cm) explosivamente ejetados em trajetórias balísticas. A distância em que os fragmentos menores caem da coluna eruptiva é controlada pela velocidade de queda, a expansão lateral da pluma e a velocidade do vento. Queda de cinzas também pode ser gerada a partir da separação e elevação do material fino de fluxos piroclásticos (elutriação) e desde erupções fissurais basálticas de grande escala.
A queda de tefra desde a coluna eruptiva manteia o terreno em uma espessura relativamente uniforme. Os depósitos são lateralmente contínuos e mostram uma relativamente boa seleção que reflete a densidade bem como o tamanho dos piroclastos que foram fracionados durante o transporte pelo ar. Os depósitos decrescem sistematicamente a granulometria com o aumento da distância desde o conduto fonte. As camadas podem ser internamente gradadas (normal ou inversamente) de acordo com a densidade dos clastos. Piroclastos balísticos, densos, pobremente ou não vesiculados, em muitos casos produzem estruturas de impacto nas camadas subjacentes e são restritos a alguns quilômetros do conduto. Depósitos de queda piroclástica podem ser derivados desde erupções magmáticas (secas) ou freatomagmáticas (úmidas) tanto subaéreas como submarinas.
Os depósitos de queda piroclástica podem ser classificados geneticamente em:
- Depósitos de queda de escórias no qual os piroclastos vesiculados possuem composições basálticas até andesíticas, são derivados de erupções do tipo Havaianas ou Estrombolianas em cones de escórias, formam-se próximo do conduto, podem ser muito grossos (com granulometria > 64 mm) e conter grandes bombas balísticas;
- Depósitos de queda púmice são compostos por piroclastos dacíticos ou riolíticos altamente vesiculados, são derivados de erupções do tipo Pliniana em vulcões compostos, podem ser distribuídos por centenas de quilômetros quadrados para longe da fonte, podem ser muito grossos próximos do conduto (partículas > do que 64 mm) e conter grandes bombas e blocos líticos e de púmice;
- Depósitos de queda de cinzas são compostos por partículas muito fragmentadas geradas por erupções altamente explosivas do tipo Vulcaniana ou Hidrovulcânica e podem conter abundantes blocos e bombas balísticas.
Fluxos Gravitacionais Piroclásticos: Fluxo Piroclástico e Surge Piroclástica
Fluxos gravitacionais piroclásticos são dispersões constituídas por partículas piroclásticas e gases quentes cuja densidade geralmente excede a da atmosfera ou hidrosfera no qual eles estão sendo introduzidos. Os gases compreendem voláteis magmáticos exsolvidos antes e durante a erupção, voláteis liberados pela fragmentação dos piroclastos durante o movimento, vapores originados pelo aquecimento e vaporização do terreno e de águas superficiais, ar ingerido e gás gerado a partir da combustão da vegetação. Estas misturas formam fluxos que movem-se talude abaixo sob a influência da gravidade. A acumulação do material desses fluxos pode produzir espessos e extensos depósitos que englobam áreas acima de 20.000 km2.
Estes fluxos são estratigraficamente importantes em seqüências vulcanoclásticas porque:
- São formados em relativamente curtos espaços de tempo (horas até meses);
- Podem ser correlacionados por grandes áreas;
- São os maiores componentes construcionais de áreas com vulcanismo explosivo ativo.
Os fluxos gravitacionais piroclásticos podem possuir velocidades próximas do conduto em torno de 1.000 km/h, mas suas velocidades médias durante seu deslocamento talude abaixo giram em torno de 100-300 km/h em média. Podem se deslocar por mais de 100 km desde sua fonte e ultrapassar barreiras montanhosas de mais de 500 metros de altura. O volume de piroclastos transportados em um único evento pode ser pequeno como 100 m3 ou enorme de mais de 1.000 km3, com a espessura dos depósitos variando de poucos centímetros até alguns quilômetros. As temperaturas das correntes gravitacionais piroclásticas subaéreas variam desde menores que 100°C para fluxos originados em atividades freatomagmáticas até mais de 700°C para correntes formadas em erupções magmáticas. O material piroclástico pode permanecer quente (> 100°C) por meses ou até anos após ter sido depositado.
As três maneiras principais em que fluxos gravitacionais piroclásticos podem ser formados são:
- Colapso de colunas eruptivas explosivas verticais quando a densidade da coluna (ou parte dela) torna-se maior que a atmosfera circundante;
- Colapso gravitacional da frente de um fluxo de lava rico em gases e colapso gravitacional ou explosivo parcial ou total de domos de lava;
- Grande extrusão de misturas de piroclastos e gases em um conduto ou em fontes de lava pequenas.
Durante o transporte, correntes piroclásticas tornam-se segregadas em uma porção basal de alta concentração de partículas (fluxo piroclástico) e uma porção superior turbulenta mais diluída (nuvem de surge). Isto ocorre por causa de: (1) partículas mais densas e pesadas assentam primeiro; (2) o ar torna-se misturado na porção superior do fluxo; (3) as partículas finas são elutriadas e os gases perdidos da porção basal do fluxo; (4) as partículas quentes tendem a agregar-se durante o transporte. Mecanismos de suporte das partículas na porção basal de alta concentração (fluxo piroclástico) da corrente incluem fluidização dos gases, flutuabilidade, colisões mecânicas entre as partículas, mobilização acústica e auto-lubrificação.
Em contraste, fragmentos menores dentro da porção superior da corrente (surge piroclástica) podem ser transportados por tração, saltação ou suspensão devido a ação da turbulência como principal mecanismo de suporte das partículas. Surges piroclásticas que se deslocam a frente do fluxo piroclástico são denominadas de surge de solo.
Por causa que a porção basal e superior do fluxo tem densidades e mecanismos de suporte de partículas diferentes elas possuem comportamento reológico diferente, e normalmente separam-se com uma parte parando antes da outra. Se a parte basal de alta concentração é espessa o suficiente, ela pode ser capaz de se deslocar por grandes distâncias devido ao seu impulso como um fluxo não turbulento denso. Entretanto, a parte basal (fluxo piroclástico) é afetada pela topografia, tornando-se armazenada dentro de vales e bloqueada por pequenos obstáculos topográficos. Em contraste, a parte superior (nuvem de surge piroclástica) pode se deslocar sobre terrenos mais elevados, sobrepujando elevações de até 500 metros de altura, e espessar levemente nas depressões topográficas.
Correntes gravitacionais piroclásticas podem depositar as partículas grão-a-grão ou conjuntamente (em massa), sendo que a fácies resultante vai depender em qualquer local da concentração de partículas na base do fluxo durante a deposição. Dispersões basais de alta concentração de partículas (fluxos piroclásticos) comumente são pobremente selecionadas e pouco estruturadas, e normalmente ocorrem em porções proximais e dentro de vales, sendo esta a fácies dominante em fluxos piroclásticos de grande volume. Na porção com baixa concentração de partículas (surges piroclásticas), a sedimentação ocorre por tração e resultará em fácies estratificadas planarmente ou com estratificações cruzadas unidirecionais.
Fluxos Piroclásticos
Fluxos piroclásticos são dominados por partículas magmáticas juvenis (púmice, escória, fragmentos pouco ou não vesiculados, cristais e fragmentos de vidro vulcânico – shards) derivados da desintegração explosiva do magma, junto com piroclastos líticos cognatos, piroclastos líticos acessórios desde o conduto e fragmentos líticos acessórios recolhidos pelo fluxo. Fluxos piroclásticos são produzidos por um amplo espectro de composições magmáticas, e muitos depósitos são misturas de duas ou mais composições. Os depósitos mais volumosos são de composições dacíticas ou riolíticas, ao passo que, em geral, depósitos de pequeno volume são andesíticos ou basálticos (incomum).
Três tipos principais de depósitos são identificados em fluxos piroclásticos:
- Depósitos de fluxos de blocos e cinzas – compreendem partículas pobremente selecionadas de blocos e lápilis, pouco ou moderadamente vesiculadas, em um arcabouço maciço clasto ou matriz-suportado, mas uma tênue estratificação pode ocorrer. Os constituintes maiores (blocos) podem mostrar gradação normal ou reversa. Estes depósitos são em muitos casos associados com extrusões de domos ou fluxos de lava de composição riolíticas, dacíticas ou andesíticas, especialmente em vulcões compostos ou em ambientes de caldeira, ou ainda através do colapso gravitacional de colunas eruptivas geradas em erupções Vulcanianas;
- Depósitos de fluxos de escória e cinzas – dominados por fragmentos de tamanho lápili, vesiculados, de composição basáltica ou andesítica. Estes depósitos são gerados principalmente erupções explosivas de pequeno volume em vulcões compostos. Por causa que magmas máficos são envolvidos, as temperaturas da erupção e as temperaturas de deposição podem ser muito elevadas;
- Depósitos de fluxo de púmice ou ignimbritos – consistem predominantemente de blocos e lápilis muito vesiculados e fragmentos de vidro vulcânico (shards). Podem conter em pequena quantidade piroclastos líticos acessórios e acidentais, e quando o magma for porfirítico, cristais ou fragmentos de cristais. Os depósitos podem ser composicionalmente misturados ou zonados. Ignimbritos muito comumente envolvem composições de magma dacíticas ou riolíticas. Depósitos de pequeno volume são produzidos pelo colapso intermitente de colunas eruptivas do tipo Pliniana, ao passo que exemplos mais volumosos são associados com formação de caldeiras vulcânicas, possivelmente envolvendo o colapso contínuo de fontes eruptivas.
Surges Piroclásticas
Por outro lado, as surges piroclásticas além de serem formadas em associação com a erupção e deposição de fluxos piroclásticos (nuvens de surge e surges de solo), podem também serem geradas diretamente em erupções explosivas freáticas ou freatomagmáticas (surges de base), dirigidas radialmente, quando condutos vulcânicos são inundados ou saturados por água. Surges de base são mais comumente associadas com pequenos centros vulcânicos basálticos, mas magmas mais silicosos também podem gerar esse tipo de surge. Por outro lado, nuvens de surge e surges de solo são principalmente associadas com magmas dacíticos ou riolíticos, fluxos de púmice e fluxos de bloco e cinzas.
A maior parte dos depósitos de surge piroclástica são melhor selecionados que os depósitos de fluxos piroclásticos, mas pior selecionados que depósitos de queda piroclástica. Próximo do conduto, depósitos de surge de base podem ser perturbados por crateras de impacto originadas por bombas e blocos balísticos, e há uma diminuição na granulometria e espessura dos depósitos quando eles se afastam da fonte. Piroclastos juvenis podem mostrar marcas da interação com a água durante a fragmentação.
A distribuição dos depósitos de surge piroclástica indicam que as surges se estendem desde algumas centenas de metros (erupções em cones hidroclásticos) até em torno de 10 km (erupções Plinianas em vulcões compostos) de seus condutos. Entretanto, alguns depósitos de surge podem se estender por dezenas de quilômetros, até mais do que 100 km, desde suas fontes (p. ex. 35 km – vulcão Sant Helens (1980); ~80 km – vulcão Krakatoa (1883); >100 km Peach Spring Tuff – EUA).
Depósitos de surge de base e de solo e nuvens de surge são distinguidos por sua relação estratigráfica com os depósitos de fluxos piroclásticos associados: depósitos de surges de base e de solo são encontrados abaixo do fluxo piroclástico associado, ao passo que nuvens de surge são identificados acima ou interacamadados ou, ainda, lateralmente aos depósitos de fluxos piroclásticos. Em ambas as situações, os componentes desses depósitos são similares aos depósitos de fluxos piroclásticos, e ambos mostram evidências de terem sido depositados ainda quentes.
Depósitos de surges piroclásticas mostram feições comuns com outros depósitos piroclásticos primários (especialmente depósitos de queda de granulometria fina estratificados) e com sedimentos vulcanogênicos retrabalhados. Retrabalhamento dos piroclastos por água ou vento pode produzir depósitos vulcanogênicos com estratificação planar ou cruzada que lembram superficialmente depósitos de surge. Entretanto, estes depósitos retrabalhados comumente contém clastos arredondados e significante quantidade de fragmentos não vulcânicos e faltam componentes finos (cinzas).
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