Axial Seamount reescreve o modelo padrão de crosta em dorsal com hotspot

Ao largo da costa do Oregon, um vulcão submarino inquieto chamado Axial Seamount é acompanhado há décadas. Com instrumentos instalados no fundo do mar, cientistas observam quando ele infla, quando treme e até conseguem estimar, de forma aproximada, quando deve entrar em erupção. O que faltava, porém, era ver como ele é por dentro.

Quando uma equipa finalmente conseguiu mapear o interior do vulcão em três dimensões, a anatomia revelada não bateu com o que os livros costumam ensinar. Havia uma ausência - justamente de algo que muitos geólogos tratavam como regra geral.

O modelo padrão

Durante muito tempo, a ideia dominante na geologia seguia um esquema quase “limpo”. Por cima de uma câmara magmática profunda, viriam duas camadas bem definidas: no topo, derrames de lava; abaixo, uma faixa mais espessa composta por fraturas verticais preenchidas por magma solidificado.

A base para esse desenho parecia sólida. Amostras obtidas por perfuração e trechos antigos de fundo oceânico hoje expostos em terra sustentavam a interpretação. As fraturas alimentariam cada erupção, a lava arrefeceria, e a crosta oceânica aumentaria aos poucos, como placas empilhadas.

Em muitas dorsais oceânicas, esse modelo funciona bem. A dúvida surge em locais onde um hotspot - uma fonte persistente de calor que sobe das profundezas da Terra - injeta magma no mesmo segmento por centenas de milhares de anos. A dinâmica aí é outra.

Foi nesse tipo de cenário que Satish C. Singh, Ph.D., do Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), e colegas dos EUA decidiram procurar sinais diretos do que realmente acontece.

Mapeando o Axial Seamount

O Axial Seamount fica a cerca de 480 km da costa do Oregon, no ponto em que a Juan de Fuca Ridge - uma zona de rifte no assoalho do Pacífico - encontra o Cobb hotspot. Ali existe uma cratera em forma de ferradura a 1.400 m de profundidade.

Em tempos recentes, o monte submarino entrou em erupção três vezes: 1998, 2011 e 2015. Em 2019, um navio de pesquisa rebocou cabos receptores de som sobre uma área do fundo marinho de aproximadamente 40 por 16 km acima do Axial. O método consistiu em emitir ondas sonoras através das rochas e registrar os ecos de retorno.

A equipa de Singh voltou aos registos e os reprocessou com técnicas mais refinadas do que as usadas num estudo anterior, construindo um mapa interno do vulcão que chega até a rocha fundida em profundidade.

Uma camada que não aparece

As novas imagens em 3D trouxeram um resultado inesperado. A faixa espessa de fraturas verticais - os chamados diques em folhas (sheeted dikes) - deveria existir entre os derrames de lava e o magma. Só que ela não aparece.

Em vez disso, as camadas de derrames de lava descem por mais de 3.000 m, alcançando diretamente o topo do reservatório magmático. Entre uma coisa e outra, não há a camada intermediária prevista.

Algumas fraturas verticais ainda precisam existir, porque a lava tem de chegar à superfície durante as erupções. Mesmo assim, na maior parte da área analisada, a clássica camada de diques praticamente desaparece.

As próprias camadas de lava também se comportam de maneira incomum. Em vez de permanecerem relativamente horizontais, elas se inclinam para dentro, curvando-se em direção à cratera central. Quanto mais profundas, mais acentuada é a inclinação - chegando a 18 graus perto do magma.

A equipa de Singh atribuiu essa geometria a dois processos prováveis. As fraturas nas laterais do vulcão se afastariam lentamente, abrindo espaço em profundidade. Além disso, grandes erupções podem esvaziar parte do reservatório, fazendo o fundo do mar ceder. Em seguida, lava nova preenche o rebaixamento.

O magma também se desloca para os lados

A surpresa aumenta quando se observa o caminho do magma. As imagens em 3D indicam que a rocha fundida se espalha para fora acompanhando as próprias camadas de lava.

Essas lâminas relativamente planas de magma - chamadas soleiras de magma (melt sills) - avançam lateralmente para dentro de lavas mais antigas, em vez de subir principalmente por fraturas verticais.

Até agora, ninguém tinha observado de forma direta esse tipo de intrusão lateral dentro da crosta superior de um vulcão ativo.

Esse padrão sugere que o “encanamento” do Axial Seamount funciona de um jeito que o modelo padrão não contemplava. A arquitetura interna seria, portanto, diferente.

Quando a crosta passa a se consumir

As camadas de lava mais profundas encostam no reservatório magmático quente - as imagens 3D mostram os dois em contacto direto.

Rocha oceânica impregnada de água pode começar a fundir por volta de 800 °C, bem abaixo da temperatura do magma fresco, que ultrapassa 1.093 °C.

Para a equipa de Singh, esse contacto direto pode ser suficiente para derreter a lava antiga e incorporá-la de volta ao magma abaixo. Nesse ambiente, a crosta não estaria apenas a crescer: ela também pode estar a ser reciclada.

A hipótese não surgiu do nada - geoquímicos já haviam apontado indícios de mistura desse tipo ao encontrar uma química de lava incomum. O diferencial agora é que as imagens em 3D expõem o arranjo físico que tornaria o processo viável.

Ecos vindos da Islândia

Camadas de lava inclinadas como as de Axial Seamount só tinham sido descritas claramente em mais um lugar: a Islândia, que também está sobre um hotspot. Lá, as camadas mergulham para dentro em direção à dorsal em expansão, de modo semelhante ao observado no Axial.

Trabalhos anteriores atribuíram a inclinação ao peso de pilhas sucessivas de lava. Os pesquisadores, porém, levantam a possibilidade de que boa parte da deformação venha sobretudo da deflação do reservatório magmático após cada grande erupção.

Se isso se confirmar, a forma como a crosta se constrói em dorsais alimentadas por hotspot - incluindo a dorsal que formou a própria Islândia - pode ser bem diferente. A camada espessa de diques poderia surgir apenas onde o fornecimento de magma é mais limitado.

Futuro do Axial Seamount

O Axial Seamount já passou do ponto para uma grande erupção. Desde 2015, o vulcão voltou a inflar, e o monitoramento sísmico indica que o sistema avança rumo a um novo evento eruptivo.

Os instrumentos do observatório ligado por cabos deverão registrar o processo em tempo real - magma novo a subir, o reservatório a esvaziar, e o fundo do mar a afundar.

No conjunto, a descoberta muda a ideia do que é a crosta superior numa dorsal abastecida por hotspot. Em vez de um “bolo” organizado em duas camadas, o que aparece é uma pilha de derrames atravessada por intrusões laterais em forma de lâminas, além de uma zona parcialmente derretida onde a lava toca o reservatório.

Com isso, pesquisadores que estudam a Islândia, antigos blocos de fundo oceânico expostos em continentes e outras dorsais alimentadas por hotspot passam a ter um novo padrão de comparação. A explicação dos livros sobre como os oceanos constroem o seu assoalho claramente precisa ser reescrita com cuidado.