Vulcões e Tectônica de Placas

Como vimos no texto anterior, a superfície terrestre é dividida em uma série de placas tectônicas, que movem-se umas em relação às outras acima de uma zona mais quente, profunda e mais móvel – o manto – a uma velocidade de alguns centímetros por ano. Vulcões ocorrem tanto nas zonas limítrofes como no interior das placas tectônicas. A maior parte dos vulcões estão localizados ao longo ou perto dos margens das placas tectônicas e por conseqüência são chamados de vulcões de "limites de placas". As áreas periféricas do oceano Pacífico são pontuadas por muitos vulcões de "limites de placas" ativos que formam o assim chamado "Círculo de Fogo". Entretanto, alguns vulcões não estão associados com limites de placas, e sim, são localizados no interior de algumas placas tectônicas oceânicas. Esse vulcões são denominados de vulcões "intra-placa". As ilhas havaianas talvez sejam o melhor exemplo de uma cadeia vulcânica originada no interior de uma placa tectônica.

Os vulcões de limites de placas ocorrem em zonas tanto de divergência como de convergência da crosta terrestre.

Nas zonas de divergência, as placas tectônicas são separadas devido ao movimento convectivo do manto e movimentam-se em sentido contrário nas cordilheiras meso-oceânicas. Quando isto acontece, o magma localizado no manto ascende, descompressiona, funde, erupciona e preenche o espaço formado quando as placas se deslocaram em direções contrárias, como por exemplo na cordilheira meso-Atlântica (uma cadeia de vulcões localizada entre as Placas Sul-Americana e Africana). Estes magmas são armazenados em câmaras magmáticas crustais onde periodicamente ascendem através fraturas verticais que provém os condutos para a rápida subida do magma em direção a superfície. A grande maioria do vulcanismo no planeta Terra – talvez mais de 80% – ocorre em profundidades abaixo das ondas oceânicas. Geralmente, não podemos ver esse tipo de atividade vulcânica no fundo oceânico, mas em certas regiões, tal como a Islândia, a cordilheira meso-oceânica aflora na superfície.

Normalmente, nas cordilheiras meso-oceânicas as erupções são efusivas, devido as elevadas pressões existentes, possuem composições basálticas e criam vastos fluxos de lava. A lava resfria muito rapidamente quando entra em contato com água do mar produzindo caracteristicamente formas de almofada (pillow) no fundo oceânico. Nessas profundidades, a pressão é tão elevada que água do mar não expande explosivamente quando entra em contato com a lava quente.

Surgimento da Ilha de Surtsey na Islândia. Fonte: Desconhecida

Por outro lado, quando a cordilheira meso-oceânica atinge profundidades rasas, como no caso da Islândia, o estilo da atividade eruptiva varia dramaticamente. Quando o magma entra em contato com a água do mar em profundidades superficiais, a água transforma-se rapidamente em vapores superaquecidos provocando explosões violentas que arremessam para o ar grandes quantidades partículas vulcânicas de todos os tamanhos (bombas, lápilis e cinzas) e gases vulcânicos

Vulcanismo em ambientes submarinos de cordilheiras meso-oceânicas gera uma importante atividade hidrotermal (água + calor) próximo aos condutos vulcânicos. Este processo tem deixado a sua marca ao longo do tempo geológico na composição química dos oceanos, resultando na adição e remoção de certos elementos químicos da água do mar. A injeção de magma na crosta vulcânica fraturada coloca em funcionamento um vigoroso sistema hidrotermal, que atua como se fosse um radiador para uma grande máquina chamada magma.

O sistema hidrotermal faz com que a água do mar circule através da crosta fraturada, onde ela encontra rochas vulcânicas quentes em profundidade. Desse modo, a água é aquecida, fazendo com que iniciem trocas químicas entre a água quente e as rochas. A água quente deixa alguns elementos químicos na rocha (por exemplo, o magnésio e sulfatos) e pega outros das rochas (como o cálcio, potássio, ferro e manganês). A água aquecida transporta, então, os elementos químicos retirados da rocha em direção à superfície.

Fluídos hidrotermais também transportam metais em solução para a superfície. Após emergirem no fundo do oceano, as soluções resfriam e precipitam metais, levando a formação de sedimentos ricos em manganês e ferro. Localmente, as soluções hidrotermais emergem em condutos vulcânicos no fundo do oceano a temperaturas muito altas (aproximadamente 350 graus C). Estas soluções carregam elevadas concentrações de metais e precipitam sulfetos, sulfatos e óxidos em torno do conduto, formando chaminés vulcânicas com até mais de 10 m de altura que expelem soluções quentes de cores escuras.

Estas soluções também são muitas ricas em sílica (SiO2), sulfeto de hidrogênio (H2S), manganês (Mn), dióxido de carbono (CO2), hidrogênio (H) e metano (CH4), bem como, potássio (K), lítio (Li), rubídio (Rb) e Bário (Ba). Os minerais precipitados no fundo do oceano por este processo incluem a pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2) e a esfalerita (ZnS). As elevadas concentrações de sulfeto de hidrogênio nestes condutos favorecem o desenvolvimento de uma assembléia biológica incomum, que são a base da cadeia alimentar, incluindo bactérias que alimentam-se de sulfetos.

Por outro lado, zonas de convergência, também chamadas de zonas de subducção, são lugares onde duas ou mais placas tectônicas convergem em uma mesma direção, provocando o choque das placas e fazendo com que a placa mais densa (normalmente uma placa contendo litosfera oceânica) mergulhe por baixo da placa menos densa (uma placa com litosfera continental ou outra placa com litosfera oceânica) adjacente em profundas fossas oceânicas. A grande maioria dos vulcões que estão localizados em arcos vulcânicos estão posicionados acima de zonas de subducção. Ainda que os arcos vulcânicos representem somente em torno de 10-20% do vulcanismo na Terra, eles são muito importantes devido ao seu impacto sobre nossa sociedade, pois como estão localizados na superfície terrestre e, portanto, emitem partículas vulcânicas diretamente na atmosfera, suas erupções podem afetar nossa atmosfera. Além disso, as regiões em torno de arcos vulcânicos são muitas vezes densamente povoadas e assim podem ser regiões de elevado risco para a vida humana.

O processo de subducção é um componente dominante na grande máquina geológica que processa e recicla a crosta oceânica e o manto superior. A placa mergulhante é composta principalmente de crosta oceânica e rochas do manto superior, mas também contém sedimentos e minerais hidratados, como por exemplo argilo-minerais, que possuem água, dióxido de carbono e outros elementos voláteis. A água, ainda que em quantidades muito pequenas, promove o rebaixamento do ponto de começo da fusão das rochas mantélicas e, conseqüentemente, a fusão parcial dessas rochas. A água também decresce a densidade do manto abaixo do arco magmático, incentivando a flutuabilidade do material mantélico parcialmente fundido e assim produzindo vulcanismo na superfície. Quando o magma ascende produz um cinturão linear de vulcões paralelos a fossa oceânica chamado de arco de ilhas (se construído sobre litosfera oceânica) ou arco vulcânico (se formado em cima de crosta continental). O Japão, a Indonésia, as Filipinas e as ilhas Marianas, são exemplos de ilhas vulcânicas formadas em um limite convergente entre placas oceânicas. Os vulcões dos Andes Sul-Americanos são exemplos de atividade vulcânica promovida pelo consumo de uma placa oceânica (Nazca) sob uma placa continental (Sul-Americana).

O magma produzido em zonas de subducção varia em composição desde basaltos até andesitos. Arcos de ilhas tendem a ter composições mais basálticas, ao passo que arcos vulcânicos tendem a possuir composições mais andesíticas.

Diferentemente dos edifícios vulcânicos localizados nos limites de placas tectônicas, os vulcões intra-placa são relacionados a locais anomalamente "quentes" nos interiores das placas. Atualmente não há um entendimento completo desse fenômeno, mas a maioria dos cientistas imaginam esses locais como uma coluna de magma, denominada de pluma mantélica, que eleva-se lentamente por convecção do manto. Dados experimentais sugerem que as plumas mantélicas ascendem como uma massa plástica que possui uma porção superior com forma de um "bulbo" alimentada por uma cauda estreita e comprida. Quando a porção superior atinge a base da litosfera, espalha-se em uma forma de cogumelo. Essas porções superiores da pluma mantélica possui diâmetros entre aproximadamente 500 até 1.000 km. Fusão por alívio de pressão dessa fonte mantélica produz grandes volumes de magmas basálticos.

O magma mantélico que ascende neste "ponto quente" extravasa na superfície (acima ou abaixo do nível do mar) formando um vulcão. Enquanto que o ponto quente é fixo, a placa tectônica está em contínuo movimento. Assim, quando a placa tectônica move-se, o vulcão anteriormente ativo em um determinado local é movimentado junto com a placa e torna-se extinto, devido a falta de conexão entre a montanha vulcânica e o manto terrestre. Entretanto, no local da placa que está no momento acima do ponto quente ocorre novo extravasamento de lava, começando assim a construção de um novo vulcão. Deste modo, ao longo do tempo, com a movimentação da placa tectônica sobre o ponto quente, há formação de uma cadeia linear de vulcões extintos (denominados de montes submarinos) e um (ou mais) vulcões ativos. São exemplos deste tipo de ilhas vulcânicas o arquipélago do Havai no oceano Pacífico e a Ilha de Reunião no oceano Índico.