Ciência

No drama climático, o vulcão não é um vilão

No drama climático, o vulcão não é um vilão

Uma nova análise das nuvens de cinza criadas a partir de grandes erupções vulcânicas mostra que os efeitos do arrefecimento temporário são alterados à medida que o ambiente se torna mais quente.

A 15 de junho de 1991, o vulcão do Monte Pinatubo nas Filipinas entrou em erupção com uma explosão cataclísmica tão violenta que colapsou sobre si mesmo. A nuvem de gás e de cinza atingiu cerca de 40 km no ar e, nas semanas seguintes, a nuvem entrou na estratosfera e espalhou-se por todo o mundo. Durante o ano seguinte, a temperatura média global caiu cerca de 0,5 °C.

Um vulcão é uma abertura na crosta terrestre que permite a fuga de rocha quente e derretida para a superfície. Permite também a fuga de gás e de cinza a partir do interior da terra a altas temperaturas.

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As erupções vulcânicas representam um papel importante no arrefecimento do planeta. Os gases de enxofre das nuvens vulcânicas misturam-se com outros gases na atmosfera, e estes aerossóis dispersam a radiação solar, refletindo-a no Espaço. Mas os cientistas estão preocupados com o facto de as alterações climáticas poderem tornar as erupções vulcânicas menos eficazes na redução das temperaturas globais. Este ciclo de retroalimentação, em que as alterações climáticas podem dificultar ou ampliar a capacidade das erupções vulcânicas de combater o aumento da temperatura, não está atualmente incluído em cenários climáticos futuros. O projeto VOLCPRO propõem-se a investigar dois tipos diferentes de erupções para ver se o aquecimento global comprometeria o seu efeito de arrefecimento.

Thomas Aubry, investigador do programa Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) na Universidade de Cambridge, no Reino Unido, parceiro do projeto VOLCPRO, perguntou-se se uma erupção como a do Monte Pinatubo teria tido o mesmo efeito de arrefecimento se tivesse acontecido cem anos mais tarde, num mundo onde o aumento da temperatura global decorrente das alterações climáticas, continua sem controlo.

Erupção de alta intensidade

O primeiro tipo de erupção, semelhante à do Monte Pinatubo, é conhecido como erupção de alta intensidade. Estas erupções emitem nuvens de cinza e partículas que sobem 25 km ou mais na atmosfera e contêm milhares de milhões de toneladas de gases de enxofre. Relativamente rara, uma erupção desta magnitude surge com intervalos de poucas décadas. O Monte Pinatubo foi uma das maiores erupções a que o mundo assistiu num século.

O segundo tipo consiste em erupções menores, mas mais frequentes. "Estávamos a pensar como é que as alterações climáticas irão afetar estes dois tipos de erupções, pequenas e grandes", disse Aubry.

A equipa do VOLCPRO modelou erupções históricas mostrando a sua influência no clima, e em seguida simulou o que aconteceria se essas mesmas erupções ocorressem no futuro, com diferentes condições climáticas e temperaturas mais quentes. As simulações basearam-se no modelo climático avançado do Instituto de Meteorologia do Reino Unido. "Dentro desse modelo (Instituto de Meteorologia do Reino Unido), adicionamos outro modelo que pode simular a ascensão de uma nuvem vulcânica e a altura que esta coluna pode subir dependendo, por exemplo, das condições do vento no dia da erupção, da temperatura na atmosfera, e por aí adiante", disse Aubry.

Descobriram que o arrefecimento causado pelas grandes erupções seria aumentado pelo aquecimento global, "o que é uma espécie de boa notícia", disse Aubry. "Mais aquecimento global, mais arrefecimento vulcânico".

Numa atmosfera mais quente, as nuvens das erupções de alta intensidade subirão ainda mais, permitindo que as minúsculas partículas vulcânicas viajem para mais longe. Esta névoa de aerossóis irá cobrir uma área mais vasta, refletindo mais radiação solar e aumentando o efeito de arrefecimento temporário destes vulcões.

O oposto era válido para as erupções vulcânicas mais pequenas e mais frequentes. Nestes casos, as temperaturas mais altas impediram os efeitos de arrefecimento das erupções.

No entanto, antes de insistirem na inclusão das suas descobertas nas previsões dos cientistas sobre as alterações climáticas globais, Aubry quer investigar outros vulcões e outros modelos para reforçar os seus resultados.

O VOLCPRO concentrou-se nos vulcões tropicais, uma vez que as erupções à volta do equador tendem a afetar o clima globalmente com as partículas vulcânicas a espalharem-se facilmente para ambos os hemisférios. Ao incluir vulcões mais perto do polos, os investigadores serão capazes de determinar como é que outras erupções reagem às altas temperaturas. Querem também incluir mais modelos climáticos, e não apenas do Reino Unido, para se certificarem de que as suas conclusões são sólidas.

Cinza vulcânica

Entretanto, Elena Maters, ex-membro do programa MSCA, agora na Universidade de Cambridge, no Reino Unido, está a trabalhar para descobrir o que acontece às cinzas vulcânicas na atmosfera, como estas influenciam a formação de nuvens e, em última análise, o clima.

A cinza vulcânica promove a formação de gelo na atmosfera, que acaba por substituir a água nas nuvens. As nuvens são um dos maiores pontos de interrogação e quanto mais sabemos sobre como se formam e se comportam, mais precisos são os nossos modelos.

"A ideia comum é que a água em estado líquido se transforma em gelo, abaixo de zero (graus)", explicou Maters. Nem sempre é esse o caso e as pequenas gotículas podem permanecer como líquido até cerca de 35 °C negativos. Mas as partículas na atmosfera podem criar "superfícies catalíticas que facilitam a formação de um cristal de gelo por parte das moléculas de água".

O pó mineral, proveniente da areia de regiões desérticas de todo o mundo, tais como os desertos do Sara e de Gobi, é a fonte dominante de partículas sólidas na atmosfera. No entanto, existem muitas outras fontes, incluindo a cinza vulcânica. O projeto INoVA procurou determinar até que ponto as cinzas vulcânicas ajudam à formação de gelo.

"Numa média anual, há cerca de 10 vezes menos cinzas vulcânicas (do que pó mineral) na atmosfera", disse Maters. "Mas podem ocorrer grandes erupções capazes de rapidamente, numa questão de horas a dias, libertar enormes quantidades de partículas e isto tem sido negligenciado em muitos modelos climáticos, mesmo quando consideram os impactos dos vulcões".

Formação de gelo

Como membros da INoVA, Maters e os colegas investigaram a eficácia da cinza vulcânica na promoção da formação de gelo. Compararam-na com o pó mineral ubíquo, testando para ver que tipos foram mais bem-sucedidos.

A cinza vulcânica é composta maioritariamente por vidro, com uma pitada de minerais como feldspato e óxido de ferro. A composição da cinza vulcânica depende da constituição do magma presente, da velocidade a que é expelida do vulcão, entre outros fatores.

"Estudos anteriores compararam apenas alguns tipos de cinza", disse Maters, cuja investigação se concentra na reatividade e na composição química da cinza vulcânica. "Não se pode avaliar duas ou três amostras e depois tirar uma conclusão para todas as cinzas e erupções vulcânicas em todo o mundo. Variam bastante na composição do vidro, na proporção do vidro em relação aos minerais, nos tipos de minerais. Por isso, nas experiências que fiz, estava a tentar chegar ao limite inferior da faixa de eficácia das cinzas vulcânicas de diferentes tipos de erupções", afirmou.

Maters recolheu nove amostras de cinzas de várias composições e utilizou-as para criar nove amostras sintéticas através da mistura e arrefecimento rápido. Comparou estas 18 amostras para identificar quais as propriedades que tornam a cinza vulcânica mais ativa na criação de gelo. Noutro estudo com um grupo do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe na Alemanha, Maters e os colegas analisaram 15 amostras vulcânicas para identificar as suas propriedades de criação de gelo.

Maters sugeriu que o componente mais ativo na cinza vulcânica é o feldspato alcalino, um mineral composto em alumínio, silício e oxigénio bastante comum na crosta terrestre. "Agora, com este conhecimento sobre quais os minerais das cinzas que são bons para nuclear (formar) o gelo", disse Maters, "é possível prever quando um vulcão entra em erupção, se esse vulcão, com base na composição do seu magma, pode causar produzir cinzas ativadoras de gelo".

Com um trabalho anteriormente muito baseado no laboratório, a pandemia de covid forçou-a a trabalhar em modelos, disse. Está agora a investigar as erupções vulcânicas do Eyjafjallajökull na Islândia, de 2010, para ver como isso introduziu partículas formadoras de gelo na atmosfera e como essas partículas se comparam com a abundância de pó mineral.

O estudo irá examinar como a cinza vulcânica tem um papel na formação de gelo quando é "ligada" à atmosfera. Vai compara-la com outros tipos de partículas, tais como o pó mineral e colocará a questão: "Será que faz diferença?".

À medida que melhores modelos climáticos são desenvolvidos, "reunimos provas para demonstrar que pode ser importante incluir as erupções explosivas", acrescentou Maters.

A investigação neste artigo foi financiada pela UE. Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE. 

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