Pesquisadores usaram aprendizado profundo para mapear a rede de magma do Havaí em detalhes espetaculares

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Três semanas atrás, o Mauna Loa vulcão no Havaí eclodiu após 38 anos. Ele vinha mostrando sinais de atividade desde setembro, principalmente na forma de muitos pequenos terremotos. A erupção de Kīlauea em 2018 também desencadeou uma cascata de terremotos, especialmente na pequena cidade de Pāhala, perto da costa sul do Havaí.

Agora, os pesquisadores vincularam os terremotos de Pāhala a pulsos de magma que se entrelaçam cerca de 22-26 milhas abaixo do solo, lentamente inchando com rocha derretida, conduzindo um dos mais impressionantes estudos de imagens de vulcões da história.

Visão tridimensional da sismicidade colorida pela profundidade. Vulcões são indicados com triângulos vermelhos. Créditos da imagem: Wilding et al, 2022.

Pāhala é atualmente a região mais sismicamente ativa nas ilhas havaianas. Terremotos frequentes atingem a área, e o número de terremotos em Pāhala aumentou 70 vezes desde 2015. Esses terremotos são tipicamente bastante profundos, mais de 12 milhas abaixo do nível do mar, muitas vezes atingindo todo o caminho para o manto.

Como esses terremotos são bastante profundos, grande parte de sua energia é atenuada quando atingem a superfície. Assim, os pesquisadores liderados por John Wilding, do Laboratório Sismológico do Instituto de Tecnologia da Califórnia, usaram algoritmos de aprendizado de máquina para procurar terremotos que podem ter escapado à detecção inicial. Eles descobriram muitos eventos sísmicos que não foram detectados e, com essas informações extras, mapearam o submundo do vulcão.

Mapeando o ponto quente

Os vulcões havaianos não são como a maioria dos vulcões. A maioria dos vulcões está ligada à borda das placas tectônicas, as ‘peças do quebra-cabeça’ que compõem a crosta do nosso planeta, mas os vulcões hotspots estão conectados diretamente ao manto e não ao limite de uma placa, alimentados por magma que é extremamente quente em comparação com o manto circundante. O hotspot permanece no lugar enquanto as placas tectônicas se movem no tempo geológico, criando uma trilha de vulcões. Na verdade, os 15 vulcões do Havaí são apenas os mais jovens de uma cadeia de mais de 129 vulcões que o hotspot criou (a maioria dos quais estão agora sob o mar).

Pāhala é pensado para sentar-se logo acima de uma coluna escaldante com magma anormalmente quente. À medida que esta coluna quente se move e ejeta novo material, ela impulsiona a formação de terremotos – isso era conhecido. Mas exatamente quando e onde esse magma se encontra ainda não era conhecido.

Terremotos vulcânicos geram um tipo específico de sinal que os pesquisadores podem mapear. Basicamente, eles podem isolar quais dos terremotos vêm do movimento do magma e quais vêm de outra coisa. Então, mapeando todos esses pontos em 3D, você pode obter uma imagem de onde o magma se move, basicamente, um mapa do sistema de magma.

“Em profundidades de 36 a 43 km, resolvemos uma coleção de 15 km de estruturas quase horizontais que identificamos como um complexo de soleira”, escrevem os pesquisadores no estudo. Um peitoril é uma intrusão de folha tabular que se intrometeu entre as camadas mais antigas.

“Essas soleiras se conectam às profundezas mais baixas do encanamento de Kīlauea por um cinturão de sismicidade de 25 km de comprimento. Além disso, uma coluna de sismicidade liga o complexo da soleira a um decote raso perto de Mauna Loa. Essas descobertas implicam o complexo do peitoril do manto como um nexo para o transporte de magma sob o Havaí e, além disso, indicam ampla conectividade magmática no sistema vulcânico”.

Erupções e intrusões em Kīlauea fazem com que os gradientes de pressão se propaguem rapidamente através da estrutura de transporte de Kīlauea para o complexo de soleiras de Pāhala. O magma é injetado no complexo da soleira de Pāhala a partir do volume subjacente de magma. Créditos da imagem: Wilding et al, 2022.

A partir desses dados geológicos, eles descobriram que as estruturas magmáticas que alimentam Kīlauea e Mauna Loa estão ligadas a uma fonte comum no manto – uma espécie de caminho magmático que conecta os dois. No entanto, o reservatório de Mauna Kea, outro vulcão da região, parece estar isolado.

“O complexo da soleira de Pāhala pode servir como uma fonte comum de magma a 40 km de profundidade para Kīlauea e Mauna Loa. Esse grau de interconectividade vulcânica é notável à luz dos resultados geoquímicos e sismológicos anteriores que indicam que os vulcões havaianos têm sistemas de encanamento distintos provenientes de regiões distintas da pluma subjacente”, acrescentam os pesquisadores no estudo.

Não é impossível que ainda mais reservatórios vulcânicos sejam interligados, mas, para isso, os pesquisadores precisam de mais estudos e planejam fazer exatamente isso. Neste verão, a equipe implantará uma nova rede de sensores sísmicos em Kīlauea para preencher ainda mais as lacunas e obter uma imagem ainda melhor da imagem subterrânea do Havaí.

O estudo foi publicado no Ciência.



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