Exercícios: O magmatismo e as rochas ígneas

Define magma e explica os três fatores suscetíveis de provocar a fusão de uma rocha do interior do planeta: aumento de temperatura, descida de pressão e adição de água.

Explica por que razão a maioria dos vulcões ativos do planeta se alinha com os limites das placas litosféricas, e refere uma região vulcânica associada a um limite divergente e outra a um limite convergente.

Associa cada contexto magmático ao tipo de rochas ígneas que origina — dorsal oceânica, zona de subducção e ponto quente —, escolhendo entre rochas básicas (basalto, gabro) e intermédias ou félsicas (andesito, granito), e refere um arquipélago famoso originado por um ponto quente.

Distingue magma de lava, e rocha plutónica (intrusiva) de vulcânica (extrusiva), apresentando um exemplo de cada uma e explicando em que locais se dá o respetivo arrefecimento.

Explica o que é a viscosidade de um magma, de que três fatores depende (teor de sílica, temperatura e gases dissolvidos) e como a viscosidade condiciona o facto de uma erupção ser efusiva ou explosiva.

Refere os três grandes grupos de produtos emitidos por um vulcão (escoadas de lava, piroclastos e gases) e associa a cada um um risco concreto para as populações vizinhas.

O que é uma caldeira vulcânica e como se forma? Distingue-a de uma cratera e refere um exemplo em Portugal ou no mundo (Sete Cidades, Santorini, Yellowstone).

Explica o que avalia o índice de explosividade vulcânica (IEV), com que parâmetros é calculado (volume de piroclastos emitidos, altura da coluna eruptiva) e por que razão é uma escala aberta semelhante à escala de magnitude dos sismos.

O corte do esquema ilustra três contextos de génese magmática (1 a 3). a) Identifica cada um. b) Explica o mecanismo de fusão que atua em cada contexto: descompressão, adição de água ou anomalia térmica do manto. c) Indica que tipo de rocha ígnea resulta em cada caso.

Um magma com a mesma composição pode dar origem a uma rocha plutónica ou vulcânica. Explica, com base na respetiva história de arrefecimento, a diferença entre um granito e um riólito, e que característica textural permite distingui-los à vista desarmada.

Os pontos quentes geram cadeias de ilhas vulcânicas alinhadas por idade, como o arquipélago do Havai. Explica como se forma essa cadeia à medida que a placa se desloca sobre o ponto quente e por que razão a idade das ilhas funciona como um registo do movimento da placa.

A «disjunção prismática» divide algumas escoadas de basalto em prismas hexagonais regulares (por exemplo, a Calçada dos Gigantes). Explica que fenómeno físico a origina durante o arrefecimento da lava (contração térmica e fraturação) e por que razão a geometria hexagonal é a mais eficiente.

Nas dorsais o magma origina-se por fusão por descompressão e nas zonas de subducção por adição de água. Explica em que consiste cada mecanismo e justifica por que razão a água libertada pela placa subductada provoca a fusão do manto sobrejacente, mesmo sem subida da temperatura.

Durante a ascensão, um magma sofre variações composicionais por cristalização fracionada. Explica em que consiste este processo (que minerais cristalizam primeiro, o que sucede ao magma residual) e por que razão os magmas diferenciados acabam por se enriquecer em sílica.

Em 2021, a lava do vulcão Tajogaite entrou no mar e formou uma nova fajã lávica. Descreve os fenómenos que ocorrem quando a lava contacta com a água do oceano (arrefecimento brusco, nuvens de vapor ácido, fragmentação) e os perigos acrescidos para a população e para a pesca.

Distingue um estratovulcão de um vulcão-escudo: morfologia do cone vulcânico, composição e viscosidade das suas lavas, tipo de erupção predominante e um exemplo de cada um (o Pico ou o Vesúvio em comparação com o Havai).

Uma equipa de vulcanologia analisa amostras de duas erupções submarinas recentes: o vulcão A emite lavas fluidas com 49 % de $\text{SiO}_2$ e menos de 0,5 % de $\text{H}_2\text{O}$; o vulcão B, situado atrás de uma fossa oceânica, expele lavas viscosas e piroclastos com 68 % de $\text{SiO}_2$ e 4,2 % de voláteis. a) Justifica a origem térmica e composicional do magma no vulcão A, deduzindo por que razão a fusão por descompressão adiabática em dorsais quase não gera diferenciação. b) Justifica os dois processos geoquímicos que transformaram o fundido inicial no vulcão B até o converter num magma félsico explosivo, detalhando o papel do manto litosférico sobrejacente e dos fluidos libertados pela placa subductada.

Um relatório de divulgação afirma o seguinte: «O arco insular das Aleutas apresenta um vulcanismo calmo e efusivo porque a água marinha circundante arrefece o magma tornando-o estável; pelo contrário, a Islândia sofre contínuas erupções plinianas devastadoras por estar situada sobre uma dorsal oceânica aberta». a) Rebate de forma fundamentada ambas as afirmações: classifica o contexto tectónico real de cada zona e justifica que tipo de erupção predomina em cada uma de acordo com a viscosidade, o teor de sílica e a desgaseificação do magma. b) Prevê e compara os dois principais perigos vulcânicos diretos (lahars, escoadas lávicas, fluxos piroclásticos, cinzas) que ameaçam a população em cada um destes dois cenários.

Em 2021, a erupção do Tajogaite (La Palma, contexto intraplaca) emitiu lavas basálticas que avançaram encosta abaixo sepultando construções, mas permitindo evacuações ordenadas. Por outro lado, em 2008 o vulcão Chaitén (Chile, zona de subdução) despertou de forma súbita com uma coluna pliniana de mais de 20 km de altura de cinza riolítica e o colapso de domos piroclásticos. a) A partir das condições de fusão do manto e da evolução magmática em cada contexto geodinâmico, justifica por que razão a reologia (viscosidade e gases) de ambos os magmas foi tão díspar. b) Como assessor de Proteção Civil, justifica por que razão as medidas de evacuação e delimitação de zonas de exclusão aplicadas em La Palma teriam sido inúteis e letais perante um evento como o do Chaitén.

Observa a seguinte cronologia sobre o início do vulcanismo em superfície nas Canárias: Fuerteventura (há cerca de 20 Ma), Tenerife (há cerca de 12 Ma), La Palma (há cerca de 2 Ma) e El Hierro (há 1,1 Ma). No entanto, Fuerteventura e Tenerife registaram atividade vulcânica no Holocénico, e o Teide é um estratovulcão ativo. a) Se o arquipélago respondesse com fidelidade a uma pluma mantélica fixa e térmica do tipo Havai sobre uma placa litosférica em movimento, que atividade eruptiva esperarias encontrar hoje em Fuerteventura e Lanzarote? Justifica a discrepância com os dados reais. b) Para resolver esta anomalia foram propostos dois modelos: a tectónica de fraturas propagantes a partir do Atlas e uma pluma mantélica pulsátil sob uma placa quase estacionária. Delineia que observações geofísicas (como tomografia sísmica profunda) ou geoquímicas permitiriam confirmar ou descartar a existência de uma pluma térmica profunda sob as ilhas.

Após uma grande erupção vulcânica, são libertadas para a atmosfera 15 milhões de toneladas de $\text{SO}_2$. Se a coluna eruptiva não superar os 9 km de altitude (troposfera média), o arrefecimento superficial resultante é quase nulo e dissipa-se em semanas; por outro lado, se a coluna atingir os 24 km (estratosfera), a temperatura média planetária desce 0,5 °C durante três anos. a) Justifica, do ponto de vista físico-químico, que transformação sofre o $\text{SO}_2$ na atmosfera, como modifica o balanço radiativo terrestre (albedo versus efeito de estufa) e por que razão a altitude alcançada determina de forma tão crítica a duração do impacto climático. b) Certos planos de geoengenharia climática propõem injetar aerossóis de sulfato na estratosfera para travar o aquecimento global. Avalia criticamente esta proposta, prevendo dois efeitos secundários desfavoráveis sobre a dinâmica climática ou química da atmosfera terrestre.

O Índice de Explosividade Vulcânica (VEI) é uma escala logarítmica relativa ao volume de tefra emitido (a partir do VEI 2, cada incremento de um grau multiplica por 10 o volume emitido). A erupção do Tambora (1815) atingiu um VEI 7 e expeliu cerca de $100\ \text{km}^3$ de piroclastos, provocando o «ano sem verão» de 1816. a) Se um vulcão atual entrar em erupção com um VEI 5, calcula o volume aproximado de tefra emitida e justifica por que razão duas erupções com idêntico VEI podem produzir impactos climáticos globais completamente díspares, tendo em conta a composição química original do magma e a latitude do vulcão. b) Reconstitui a cascata de impactos que o sistema socioeconómico global interligado contemporâneo sofreria se uma erupção de VEI 7 ocorresse hoje numa zona intertropical, analisando o efeito sobre a produção agrícola primária mundial e as cadeias de abastecimento.

Uma estação de vigilância regista durante quatro semanas as seguintes alterações num estratovulcão andesítico: 1) Os inclinómetros mostram um abaulamento acelerado do edifício vulcânico; 2) Os sismos vulcano-tectónicos diminuem ao mesmo tempo que se regista um tremor harmónico superficial contínuo; 3) O fluxo de $\text{SO}_2$ multiplica-se por dez, mas a razão molar $\text{CO}_2/\text{SO}_2$ desce bruscamente; 4) De forma repentina, a emissão de gases cai para níveis basais numa questão de horas, sem que cesse a deformação do terreno. a) Interpreta que processos físicos e de desgaseificação do magma revelam os sinais 1, 2 e 3 (tendo em conta a diferente solubilidade do $\text{CO}_2$ e do $\text{SO}_2$ ao variar a pressão confinante). b) Prevê que fenómeno mecânico provocou a alteração brusca do sinal 4 e justifica que risco iminente de erupção catastrófica o observatório deve alertar à Proteção Civil.

Nas dorsais médio-oceânicas, 99 % das rochas magmáticas são basaltos toleíticos de composição notavelmente constante. Em contraste, no Vale do Rift da África Oriental coexistem basaltos alcalinos com abundantes traquitos, fonólitos e riólitos hiperalcalinos. a) Justifica petrologicamente este bimodalismo no rife continental: deduz como influenciam a espessura da litosfera continental, os tempos de residência em câmaras magmáticas intermédias e a cristalização fracionada com assimilação crustal na diversificação destes magmas face à dorsal oceânica. b) Prevê como evoluirá a longo prazo a composição e variedade petrológica do magmatismo no Corno de África se a separação crustal culminar na oceanização completa da bacia.