Gases vulcânicos são substâncias voláteis liberadas de um vulcão ou área vulcanicamente ativa. Os gases vulcânicos estão sempre envolvidos em erupções vulcânicas, mas muitas vezes também são emitidos por vulcões que desgaseificam passivamente (adormecidos). Substâncias voláteis são elementos químicos ou compostos dissolvidos em magma que formam um gás a relativamente baixa pressão e temperatura3,
Área geotérmica na Islândia perto do Lago Myvatn é um belo lugar com odor desagradável de sulfureto de hidrogénio.
Uma vez acreditou-se que cada vulcão tem o seu tipo particular de gás: dióxido de enxofre no Etna, cloreto de hidrogénio no Vesúvio, dióxido de carbono no Puracé (Colômbia), etc. Em 1850 foi demonstrado por um mineralogista francês Charles Sainte-Claire Deville como sendo falso3. Mas cada vulcão tem o seu próprio carácter (mistura média de diferentes espécies de gases) que é resultado da composição magma, do cenário tectónico, da profundidade de desgaseificação, das interacções com as águas subterrâneas e sistemas hidrotermais, da composição da crosta, etc.
O constituinte mais importante do gás vulcânico é o vapor de água (forma cerca de 90% de todos os gases1) embora a concentração seja menor (cerca de 60%) nos gases provenientes directamente das crateras3. A próxima espécie de gás mais importante é o dióxido de carbono (CO2) que constitui cerca de 10…40% dos gases. Os compostos sulfurados dióxido de enxofre (SO2) e sulfureto de hidrogénio (H2S) também são muito importantes. Os elementos químicos Cl, F e Br ocorrem como ácidos (combinados com hidrogênio da água para formar clorídrico, hidrofluorídrico e ácido hidrobrómico). São também constituintes muito comuns, embora a sua composição seja altamente variável. Hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO), metano (CH4), enxofre (S2), nitrogênio (N2), amônia (NH3), oxigênio (O2), e gases raros ocorrem em quantidades menores. Numerosos metais também estão presentes (Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Bi, Na, K) a níveis vestigiais. Eles são transportados principalmente como cloretos e fluoretos2,
Gases vulcânicos no Havaí são ricos em dióxido de carbono e dióxido de enxofre. Flanco de Kilauea entre Pu’u O’o e a costa.
Desgaseificação do magma na cratera de Halema’uma’u (colapso) dentro da cratera do cume do Kilauea no Havaí.
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Islândia perto do vulcão Krafla. Rochas em primeiro plano são cobertas com minerais (enxofre, gesso) precipitados a partir de gases vulcânicos.
As fontes de gases vulcânicos
Existem três reservatórios principais que fornecem componentes voláteis para formar o gás vulcânico.
- O manto
- A crosta
- A atmosfera &hidrosfera
O material do manto domina se o próprio vulcão for alimentado por um material das profundezas inferiores. Este é o caso do vulcanismo de manchas quentes sob a crosta oceânica. Um bom exemplo é o Havaí. Estes vulcões emitem misturas de gases que são relativamente ricos em enxofre e compostos de carbono mas, o que é importante, contêm pouca água. Esta é a razão pela qual o Havaí e vulcões de ilhas semelhantes distantes das margens continentais não são muito explosivos – eles não emitem muito vapor de água. É a acumulação de gases dentro do edifício vulcânico que resulta em comportamento explosivo.
Gases vulcânicos dos vulcões nas margens continentais (o Anel de Fogo vulcânico que circunda a Bacia do Pacífico, por exemplo) são compostas de forma mais versátil e variável porque também incorporam o material da crosta que pode ter uma composição altamente variável. Estes vulcões são geralmente explosivos na natureza porque o seu magma é espesso (uma composição mais siliciosa impede a libertação de substâncias voláteis) e também contém muita água que se expande mais de 1000 vezes quando passa do estado dissolvido (dentro do magma) para uma fase gasosa separada.
Mudpot é um tipo de fumarole. Os gases vulcânicos ácidos corroem as rochas circundantes, transformando-as em lama aquosa que parece estar a ferver devido ao borbulhar. Este lodaçal está na Islândia perto do vulcão Krafla.
De onde vem essa água? Há duas fontes principais. Este tipo de vulcanismo está associado a zonas de subducção. Placas subduzidas de crosta oceânica transportam minerais hidratados sob a crosta continental onde começam a liberar água por causa da imensa pressão. Esta água adicionalmente ajuda a derreter as rochas que começam a subir como magma líquido e eventualmente criará uma cadeia de vulcões na margem continental (como The Cascades, por exemplo). Esta água era originalmente parte do sistema hidrosfera-atmosfera, mas como passou pelo processo de subducção já não é considerada como parte do mesmo. Outra grande fonte de água em gases vulcânicos é a água meteórica. Esta é basicamente água da chuva, directa ou indirectamente, através de corpos de água que contêm água da chuva. O sistema hidrosfera-atmosfera não fornece apenas água, mas também substâncias que são dissolvidas na água (oxigênio e outros gases atmosféricos). A mistura particular de gases vulcânicos é, portanto, altamente dependente das condições locais.
Também vale a pena mencionar que o gás vulcânico (ou parte dele) não precisa ser um resultado da desgaseificação do magma. Pode ser apenas água subterrânea aquecida por vulcanismo próximo. Os gases vulcânicos podem ser liberados de crateras de cume, mas também de fissuras nos flancos (fumarolas) ou podem ser liberados difusivamente através do solo (especialmente espécies não reativas como CO2 e He3).
Sulphur Springs, Santa Lúcia. Santa Lúcia é uma ilha vulcânica localizada no topo de uma zona de subducção.
A influência dos gases vulcânicos no clima e ambiente
Os cientistas estão obviamente a estudar os gases vulcânicos para obter uma visão do funcionamento interno de um vulcão para estar melhor preparado para futuras erupções. Mas também é muito interessante estudar os gases porque eles influenciaram imensamente a composição da atmosfera terrestre (e também a hidrosfera) no passado e continuam a fazê-lo também no futuro.
Atmosfera terrestre e a hidrosfera influenciam a composição dos gases vulcânicos em grande medida, mas é interessante notar que tanto a atmosfera como a hidrosfera são os resultados da desgaseificação do magma. Todos os principais constituintes (nitrogênio, dióxido de carbono, água) destas geosferas são de origem vulcânica (notável exceção é o oxigênio). A Terra primordial foi provavelmente inteiramente derretida. Assim que arrefeceu, a água começou a acumular-se em áreas mais baixas à medida que a água da chuva se condensou das nuvens vulcânicas de vapor. A atmosfera primordial também era muito rica em dióxido de carbono. O nível atual 0,04% pode parecer muito para nós porque só algumas décadas atrás era 0,035%. É uma mudança importante e muito rápida, muito provavelmente causada pela atividade humana. Mas a Terra tem visto tempos em que o nível de CO2 tem sido muitas dezenas de vezes maior. Mesmo durante a história relativamente recente (recente quando comparado com os 4,5 bilhões de anos de história da Terra) quando os dinossauros governavam a Terra, havia pelo menos cinco vezes mais CO2 no ar. Consequentemente a temperatura média do ar era também significativamente mais elevada (cerca de 22 °C) devido ao efeito estufa mais intenso.
Sulfur precipitado a partir de gases vulcânicos na Islândia, Vulcão Krafla. Os compostos de enxofre (especialmente dióxido de enxofre) têm um potencial de afetar severamente o clima e o meio ambiente.
Gases vulcânicos são, portanto, variáveis altamente influentes modificando o clima da Terra, mas a forma como eles influenciam não é de forma alguma simples e direta. O dióxido de carbono e muitos outros compostos voláteis liberados pelos vulcões (como vapor de água e dióxido de enxofre) são gases potentes de efeito estufa, mas algumas substâncias têm o efeito oposto de resfriamento. O SO2 é especialmente notável tanto para o papel de resfriamento quanto para o de aquecimento. Ele aquece a atmosfera como um gás de efeito estufa, mas também forma aerossóis de ácido sulfúrico que podem permanecer na estratosfera por vários anos e têm um efeito claramente refrescante como uma névoa que faz retroceder a radiação solar recebida.
A grande maioria das erupções vulcânicas tem um efeito muito limitado e local sobre o clima e o ambiente. Isto porque (1) a quantidade de gases libertados é pequena, (2) a erupção não dura o tempo suficiente, (3) a nuvem de erupção não chega suficientemente alta para penetrar na estratosfera. Esta última é muito importante porque os aerossóis troposféricos serão lavados dentro de uma semana. A duração também é muito importante porque, para ter um efeito duradouro no ambiente, o sistema climático oceânico-atmosférico deve chegar ao equilíbrio com perturbações vulcânicas. Isso não vai acontecer se a erupção durar apenas alguns meses, mesmo que seja relativamente poderosa.
Área geotérmica perto de Strokkur (o geiser mais famoso da Islândia) na Islândia.
O efeito mais severo sobre o clima vem de erupções basálticas muito grandes e duradouras que são conhecidas como eventos de basalto de inundação. Porque é que a erupção precisa de ser basáltica? A erupção silícica comum não contém mais gases vulcânicos? Sim, é verdade, mas esses gases que causam erupções silícicas poderosas são em grande parte compostos de vapor de água que não causarão danos ao clima e ao meio ambiente da Terra. As erupções basálticas, por outro lado, contêm mais dióxido de enxofre, que tem muito mais potencial para causar danos ambientais a longo prazo. Os eventos de inundação do basalto são tão influentes devido à sua força, longa duração e muito enxofre.
Agora os cientistas estão cada vez mais a ligar as formações de basalto das cheias aos grandes eventos de extinção na história da Terra. A extinção dos dinossauros há 65 milhões de anos está há muito associada ao evento de impacto na península de Yucatán, que sem dúvida teve um efeito negativo sobre o meio ambiente. Por outro lado, é pouco provável que seja o único culpado porque foi um evento instantâneo que teve efeitos de curta duração. Parece mais provável que precisemos de centenas se não milhares de anos para alterar constantemente a química da atmosfera oceânica para causar extinções em massa. Mais crédito a esta hipótese vem do fato de que enquanto o evento de extinção do Fim-Cretáceo que acabou com a regra dos dinossauros está associado com o evento de basalto de inundação Deccan. Outro evento de extinção muito mais severo há 250 milhões de anos atrás também é coeval com uma grande formação de basalto de inundação na Sibéria.
Embora os vulcões possam ser responsáveis por grandes eventos de extinção eles também provavelmente salvaram vida na Terra pelo menos uma vez. Cerca de 650 milhões de anos atrás. Desta vez na história da Terra é conhecido como o evento “Bola de Neve da Terra”. A maior parte da Terra estava coberta de gelo, o que aumentou significativamente a capacidade de reflexão (albedo) da Terra, o que ajudou a esfriar ainda mais a Terra. Deveria ser uma situação sem retorno às condições normais. No entanto, de alguma forma isso aconteceu. Provavelmente devido à intensificação da atividade vulcânica que bombeou grande quantidade de gases de efeito estufa para a atmosfera.
Volcanos e gases vulcânicos em particular têm um papel significativo e complicado na modificação do clima e da atmosfera. Sabemos que o nível atual do vulcanismo não está contribuindo significativamente para o aquecimento global ou alterando o meio ambiente da Terra. Mas a história da Terra tem demonstrado claramente que eles têm um poder para fazê-lo.
Fumarole no lago de lava Kilauea Iki no Havaí.
Perigos associados aos gases vulcânicos
Gases vulcânicos parecem ser um perigo relativamente menor se contarmos as baixas, mantendo de lado as fatalidades causadas pelas correntes de densidade piroclástica (PDC). Os PDCs são muito mortais, mas este fenómeno é normalmente tratado separadamente porque não é apenas uma nuvem de gás ardente, mas também uma mistura de material rochoso de vários tamanhos. Embora o número total de mortes causadas por gases vulcânicos seja relativamente modesto, a asfixia não é definitivamente uma forma agradável de morrer. Quais são então os perigos e o que pode ser feito para evitá-los?
A maior parte dos constituintes comuns dos gases vulcânicos são perigosos para os seres humanos e outras formas de vida em concentrações elevadas. Os principais culpados que causam mortes ou problemas de saúde são o dióxido de carbono, dióxido de enxofre, sulfureto de hidrogénio, ácido clorídrico, ácido fluorídrico e ácido sulfúrico.
Gases vulcânicos ascendentes do cume da caldeira do Vulcão Kilauea no Hawaii.
Dioxido de carbono
Dioxido de carbono é inofensivo em pequenas quantidades (0,04% do ar é CO2) mas pode causar coma quase instantâneo se concentrado o suficiente. O CO2 é inodoro e incolor e mais denso que o ar. Isso significa que o perigo é difícil de detectar, mas temos que ter certeza de que em áreas vulcanicamente ativas vamos pensar duas vezes antes de ir explorar qualquer tipo de buracos, crateras ou depressões porque eles podem estar cheios desse gás. O dióxido de carbono tem causado um grande número de baixas associadas a gases vulcânicos. Especialmente famoso é o evento do Lago Nyos, que matou 1700 pessoas nos Camarões. Não vou entrar em detalhes porque este evento já está bem descrito em outro lugar e em segundo lugar porque é um evento notável, mas de forma alguma difundido. Existem apenas dois casos (os eventos Nyos e Nearby Monoun Lake em 1986 e 1984, respectivamente) em que uma libertação tão rápida e em grande escala de dióxido de carbono dos lagos é documentada4.
O dióxido de carbono também é letal para a vegetação, embora em quantidades menores todas as plantas verdes precisem dele para a fotossíntese. Mesmo árvores grandes podem ser mortas se houver tanto CO2 no solo que as raízes das árvores não podem mais absorver oxigênio. A área mais famosa é na Floresta Nacional de Inyo, na Califórnia. Minha história pessoal engraçada e triste associada a este lugar é que embora eu me considere um fotógrafo por hobby de tudo o que é geológico, aparentemente não consegui tirar uma foto deste lugar, embora eu tenha visto estas árvores secas lá com meus próprios olhos. Acontece, eu suponho, especialmente se você for estúpido o suficiente para pensar que árvores mortas não têm nada a ver com geologia.
Dioxido de enxofre
Dioxido de enxofre tem um odor distinto e penetrante que é detectável já em concentrações tão baixas quanto 1 ppm (uma parte por milhão). Lembro-me de uma respiração nos flancos do Kilauea perto da lava fluente que era tão aguda e irritante para o meu nariz que me fez virar e correr instantaneamente. Era o cheiro de SO2 em concentração bem acima de 1 ppm. Talvez você também o tenha sentido. Quando acende um fósforo demasiado perto do nariz pode sentir uma sensação ardente e desagradável, causada pelo mesmo composto de enxofre. O dióxido de enxofre reage com a água no ar para formar ácido sulfúrico que se precipita como chuva ácida e também provoca a radiação do Sol, baixando assim a temperatura média.
Gases vulcânicos são frequentemente ricos em enxofre, especialmente lavas de composição mafiosa. O mineral amarelo brilhante é enxofre elementar. O fumarole sulfuroso é conhecido como solfatara. Sulphur Banks, Hawaii.
Sulfureto de hidrogénio
Sulfureto de hidrogénio é outro gás tóxico que também tem um odor distinto e bastante desagradável frequentemente associado a ovos podres. Isso, receio, não é muito útil para a maioria das pessoas porque os ovos podres parecem ser uma curiosidade difícil de encontrar hoje em dia. De qualquer forma, este composto de enxofre e o seu odor são facilmente perceptíveis e muito comuns em áreas vulcanicamente activas. Esse gás também é mais pesado que o ar e tende a se concentrar em áreas mais baixas. Em 1971, seis esquiadores de descida no Japão morreram quase instantaneamente ao passar por uma depressão cheia dele4. Muitas outras fatalidades relacionadas ao gás vulcânico também estão diretamente associadas a este composto de enxofre.
HCl e HF
Os fumos provenientes de áreas vulcânicas são ácidos não só por causa do ácido sulfúrico, mas também por causa do cloreto de hidrogênio e fluoreto de hidrogênio. O primeiro é o principal constituinte do ácido gástrico e transportado também em uma pequena garrafa por cada geólogo de campo sério porque faz um teste fácil para rochas carbonatadas (para determinar se é calcário ou dolostone). O HCl não é realmente uma ameaça muito séria às nossas vidas (embora tenha causado mortes, claro), mas contribui para a chuva ácida, causa problemas respiratórios e é irritante para os olhos. No Havaí, a neblina de lava (ou preguiça) está se formando quando a lava derretida que flui para o mar inicia uma reação química entre íons salgados dissolvidos na água do mar e água, que resulta em ácido clorídrico. O ácido fluorídrico (HF) também é usado por geólogos, mas desta vez em laboratórios em condições cuidadosamente controladas, porque esta substância é realmente desagradável. É extremamente irritante para a pele e as queimaduras cicatrizam lentamente. O contacto com os olhos causa queimaduras graves e cegueira se não for removido imediatamente com água corrente.
Lava laze (lava + névoa) no Hawaii. Esta nuvem de fumo é composta por vapor de água mas também contém muito ácido clorídrico. Ela sobe do local onde a lava flui para o mar a partir de um túnel de lava.
Ácido clorídrico se forma à medida que a água do mar reage com sal (cloreto de sódio) dissolvido dentro dela.
Então o que podemos fazer para evitar os perigos associados aos gases vulcânicos. É realmente fácil. Fique longe dos vulcões e nada de mal acontece. No entanto, se isto não é o que você queria ouvir, então eu recomendo definitivamente evitar áreas mais baixas onde gases densos podem se acumular e também tentar prestar atenção na direção do vento. Tente ficar a barlavento (a favor do vento) das fontes de gases vulcânicos e se você realmente tem que ir para lugares realmente perigosos, então você esperançosamente já sabe o que você está fazendo porque você é um vulcanologista profissional com uma boa máscara de gás e roupas protetoras.
Área geotérmica na Islândia perto de Viti Maar com pontos de lama e enxofre amarelo.
Muddy fumarole (mudpot) na Islândia.
Outro mudpot na Islândia.
1. Jackson, J. A. (1997). Glossário de Geologia
2. Gerlach, T. M. (1999). Gases Vulcânicos. In: Encyclopedia of Geochemistry (Encyclopedia of Earth Sciences Series)
3. Delmelle, Pierre & Stix, John (1999). Gases Vulcânicos. In: Encyclopedia of Volcanoes
4. Williams-Jones, Glyn & Rymer, Hazel (1999). Hazards of Volcanic Gases. In: Encyclopedia of Volcanoes