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Magma sob zonas de colisão tectônica é mais úmido do que se pensava anteriormente
Novas descobertas podem ajudar a explicar como a crosta terrestre se forma, a localização dos depósitos de minério e por que alguns vulcões são mais explosivos do que outros.
Por Jennifer Chu - 28/05/2022


Fotografia microscópica de uma rocha crustal de arco inferior usada no estudo mostrando minerais de granada (vermelho) e clinopiroxênio (verde). Crédito: Cortesia dos pesquisadores

Um novo estudo realizado por geólogos da Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), MIT e de outros lugares descobriu que a colisão de placas continentais pode atrair mais água do que se pensava anteriormente. Os resultados podem ajudar a explicar a explosividade de algumas erupções vulcânicas, bem como a distribuição de depósitos de minérios como cobre, prata e ouro.

As descobertas são baseadas em uma análise de rochas magmáticas antigas recuperadas das montanhas do Himalaia – uma formação geológica que é o produto de uma zona de subducção, onde duas placas tectônicas maciças se esmagaram, uma placa deslizando sob a outra ao longo de milhões de anos. .

As zonas de subducção podem ser encontradas em todo o mundo. À medida que uma placa tectônica desliza sob outra, ela pode levar a água do oceano com ela, arrastando-a para o manto, onde o líquido pode se fundir com o magma ascendente. Quanto mais água o magma contém, mais explosiva pode ser uma erupção. As zonas de subducção, portanto, são os locais de algumas das erupções vulcânicas mais fortes e destrutivas do mundo.

Sua análise, publicada hoje na Nature Geoscience , descobriu que o magma em zonas de subducção, ou “magmas de arco”, pode conter até 20% de teor de água em peso – cerca do dobro do teor máximo de água que foi amplamente assumido. A nova estimativa sugere que as zonas de subducção atraem mais água do que se pensava anteriormente e que os magmas de arco são “super-hidratados” e muito mais úmidos do que os cientistas haviam estimado.

Os autores do estudo incluem o autor principal Ben Urann PhD '21, que era estudante de pós-graduação no Programa Conjunto MIT-WHOI na época do estudo (agora na Universidade de Wyoming); a orientadora de doutorado de Urann, Véronique Le Roux, do WHOI e do Programa Conjunto MIT-WHOI; Oliver Jagoutz, professor de geologia no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT; Othmar Müntener da Universidade de Lausanne na Suíça; Mark Behn, do Boston College; e Emily Chin da Scripps Institution of Oceanography.

Curvas profundas

Anteriormente, a estimativa da quantidade de água retirada em zonas de subducção era feita analisando rochas vulcânicas que surgiram na superfície. Os cientistas mediram assinaturas de água nessas rochas e, em seguida, reconstruíram o conteúdo de água original das rochas, quando elas absorveram o líquido como magma, nas profundezas da crosta terrestre. Essas estimativas sugeriram que o magma contém cerca de 4% de água em peso, em média.

Mas Urann e Le Roux questionaram essas análises: e se houver processos pelos quais o magma ascendente passa e que afetam o conteúdo original de água de uma maneira que os cientistas não previram?

“A questão era: essas rochas que subiram rapidamente e entraram em erupção representam o que realmente está acontecendo nas profundezas, ou existe algum processo de superfície que distorce esses números?” diz Uran.

Adotando uma abordagem diferente, a equipe olhou para rochas magmáticas antigas chamadas plutons, que permaneceram nas profundezas da superfície, nunca tendo entrado em erupção em primeiro lugar. Essas rochas, eles raciocinaram, seriam registros mais puros da água que eles originalmente absorveram.

Urann e Le Roux desenvolveram novos métodos analíticos por espectrometria de massa de íons secundários no WHOI para analisar a água em plutons coletados anteriormente por Jagoutz e Müntener no arco Kohistan - uma região das montanhas ocidentais do Himalaia que compreende uma grande seção geológica de rocha que cristalizou há muito tempo. Este material foi subsquentemente levantado para a superfície, expondo camadas de plutons preservados e não erupcionados, ou rocha magmática.

“Estas são rochas incrivelmente frescas”, diz Urann. “Não há evidências de que os cristais das rochas tenham sido perturbados de alguma forma, então esse foi o motivo do uso dessas amostras.”

Urann e Le Roux selecionaram as amostras mais frescas e as analisaram em busca de sinais de água. Eles combinaram medições de água com a composição de minerais em cada cristal e conectaram esses números em uma equação para calcular a quantidade de água que deve ter sido absorvida originalmente pelo magma, pouco antes de cristalizar em sua forma de rocha.

No final, seus cálculos revelaram que os magmas do arco continham um teor de água original de mais de 8% em peso.

As novas estimativas da equipe podem ajudar a explicar por que as erupções vulcânicas em algumas partes do mundo são mais fortes e mais explosivas do que outras.

“Esse conteúdo de água é fundamental para entender por que os magmas de arco são mais explosivos”, diz Cin-Ty Lee, professor de geologia da Universidade Rice, que não esteve envolvido na pesquisa. “O conteúdo de água dos magmas de arco é um pouco misterioso porque é muito difícil reconstruir o conteúdo de água original. A maioria da comunidade usa [rocha vulcânica em erupção], mas eles estão muito distantes de suas fontes profundas. Então, se você pode ir direto para o manto, esse é o caminho a seguir. As [rochas no estudo atual] são o mais próximo que se pode chegar.”

Os resultados também podem apontar para locais no mundo onde depósitos de minério – e altas concentrações de cobre, prata e ouro – podem ser encontrados.

“Acredita-se que esses depósitos se formam a partir de fluidos magmáticos – fluidos que se separaram do magma inicial, que transportam cobre e outros metais em solução”, diz Urann. “O problema sempre foi que esses depósitos exigem muita água para se formar – mais do que você obtém de magmas com 4% de teor de água. Nosso estudo mostra que os magmas super-hidratados são os principais candidatos para formar depósitos econômicos de minério.”

Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation e pela Woods Hole Oceanographic Institution Ocean Venture Fund.

 

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