Lava vem em dois 'sabores'. Cientistas podem ter finalmente descoberto por que

Durante as férias com a família em 2018, Jenny Suckale estava divagando por um antigo fluxo de lava havaiano quando uma mudança abrupta nas rochas negras chamou sua atenção. De um lado estava o tipo de lava suave e ondulante chamado pahoehoe (pronuncia-se pah-hoy-hoy); do outro, o tipo afiado e irregular conhecido como aa (pronuncia-se ah-ah). Desde aquele dia, uma pergunta enganosamente simples tem incomodado Suckale, um geofísico da Universidade de Stanford: o que causa a dramática transformação na textura, observada em lavas em todo o mundo?

Ao longo dos anos, os cientistas apontaram uma série de possíveis culpados: a velocidade de um fluxo, a inclinação do solo sobre o qual escorre ou a quantidade de lava que entrou em erupção. Mas nenhum fator isolado explicou a mudança. Agora, ao modelar a dinâmica dos fluxos de lava, Suckale e seus colegas ofereceram outra explicação: a transição abrupta pode ser desencadeada por uma agitação caótica dentro da inundação de rocha derretida, informou a equipe no mês passado na Geophysical Research Letters.

Compreender como o pahoehoe se transforma em aa é mais do que apenas curiosidade científica, porque os dois tipos de lava se movem em velocidades diferentes e apresentam riscos distintos. Embora os cientistas sejam bons em prever para onde a lava vai em geral, a velocidade e a distância que a lava viaja é um problema muito mais complicado. “Ser capaz de mapear essa transição entre os tipos de fluxo ajudaria muito a descobrir essas questões”, diz Leif Karlstrom, cientista da Terra da Universidade de Oregon, que não fez parte da equipe de estudo.

Para o novo modelo, Suckale e seus colegas se inspiraram em um experimento conduzido há quase um século pelo geólogo OH Emerson da Universidade do Havaí em Manoa. Emerson pulverizou um pouco de pahoehoe endurecido de uma erupção de 1920 do vulcão Kilauea, no Havaí, e aqueceu o pó de rocha em uma fornalha até que estivesse em brasa e escorresse como mel. Ele então desligou a fornalha e mexeu o material fundido com uma haste de metal.

Em poucos minutos, ele se solidificou em uma textura robusta semelhante a uma aa. Como mexer uma xícara de chá, misturar a lava acelerou o resfriamento – e aparentemente desencadeou a formação de aa, diz o principal autor do estudo, Cansu Culha, pós-doutorado na Universidade de British Columbia.

Os pesquisadores se perguntaram se a mistura também poderia desencadear a transição na natureza, por meio de um fenômeno chamado instabilidade de cisalhamento. Quando duas camadas dentro de uma substância em movimento se movem em velocidades diferentes, a camada mais rápida arrasta a camada mais lenta conforme ela passa. "Eles meio que se esfregam da maneira errada", diz Suckale. O resultado é que quaisquer ondulações ao longo do limite entre as camadas são ampliadas em ondas turbulentas.

Para testar a ideia, os pesquisadores criaram um modelo de dinâmica de fluidos para simular o comportamento de uma lava virtual dividida em duas camadas: um topo mais frio e pegajoso sobre um fundo mais quente e rápido. No limite entre as duas camadas, eles introduziram pequenas ondulações, que inevitavelmente se formam devido a imperfeições comuns na natureza, como saliências subjacentes no solo ou bolhas na lava.

A equipe então testou a estabilidade da lava sob uma variedade de velocidades, viscosidades e espessuras de camada. A análise revelou que, em muitos casos, mudanças no ambiente, como encostas íngremes ou aumento das taxas de erupção, amplificaram as ondulações, o que poderia levar a uma mistura descontrolada – e à provável formação de aa. "Isso pode sair do controle rapidamente", diz Suckale.

O novo modelo pode ajudar a explicar a variedade de condições observadas anteriormente para desencadear a transição de pahoehoe para aa – ou por que às vezes ela nem acontece. “É uma possibilidade muito empolgante”, diz Arianna Soldati, vulcanóloga da North Carolina State University, que não fez parte da equipe de estudo.

Mas mais testes são necessários para mostrar que o modelo reflete a realidade sob a superfície escaldante da lava. Como a lava é difícil de estudar diretamente, uma possibilidade seria testar o modelo em laboratório usando um análogo de rocha derretida como cera, sugere Karlstrom.