Eu tenho muitas perguntas aqui no Eruptions, mas um dos temas mais comuns são as propriedades das rochas – e especificamente porque derretem onde derretem para produzir magma? Existem muitos equívocos sobre o interior da Terra, nomeadamente que as placas tectónicas que fazemos a nossa casa (tanto do tipo continental como oceânico) estão sentadas num “mar de magma” que compõe o manto. Como já disse, o manto da Terra, aquela camada de rochas silicato que começa a ~10-70 km de profundidade e desce até ao núcleo exterior a ~2900 km de profundidade que constitui um grande volume do planeta, não é fundido, mas sim um sólido que se pode comportar plasticamente. Isto significa que ele pode fluir e convectar, que é uma das formas que os geólogos teorizaram que o movimento das placas é iniciado e sustentado. No entanto, como sabemos, as rochas são encontradas inteiramente fundidas dentro da Terra, então como pode tanto do planeta ser sólido, mas então algumas partes dele derretem também?
Este esboço ilustra o porquê das rochas derreterem na Terra. O geotermia (linha sólida) sugere que as rochas não devem derreter porque nunca atravessam o manto seco solidus (o ponto onde a rocha do manto derreteria apenas por aquecimento). A adição de água move o solidus para o manto molhado solidus (linha de tracejado curto). A descompressão do manto a temperatura constante permite que o manto atravesse o solidus à medida que o manto se eleva (linha sólida espessa). Veja o texto para mais detalhes. Imagem: Erik Klemetti
Começa com a pergunta “como se derrete uma rocha”? A maneira mais direta que pode aparecer na sua cabeça é “aumente a temperatura”. É isso que acontece com o gelo — é a água sólida que derrete quando a temperatura excede 0ºC/32F. No entanto, quando se trata de rochas, deparamo-nos com um problema. A Terra realmente não é suficientemente quente para derreter as rochas manto, que são a fonte do basalto nas cristas do meio do oceano, hotspots e zonas de subducção. Se assumirmos que o manto que derrete é feito de peridotita*, o solidus (o ponto onde a rocha começa a derreter) é de ~2000ºC a 2o0 km de profundidade (no manto superior). Agora, modelos para o gradiente geotérmico (quão quente fica com a profundidade; ver acima) na Terra à medida que se desce através da crosta para dentro do manto superior fixa a temperatura a 200 km em algum lugar entre 1300-1800ºC, bem abaixo do ponto de derretimento da peridotita. Então, se é mais fresco quando se sobe, porque é que esta peridotita derrete para formar basalto?
Bem, é aí que é preciso parar de pensar em como aquecer a rocha para derreter, mas sim como mudar o ponto de fusão da rocha (solidus). Pense na nossa analogia com o gelo. Durante o inverno, há muitas vezes em que você gostaria de se livrar disso
Esboço ilustrando o derretimento em uma zona de subducção. A água da laje em queda é liberada em profundidade à medida que aquece, fazendo com que o manto acima da laje derreta parcialmente, formando o basalto. Imagem: Erik Klemetti
ice mas a temperatura ambiente está abaixo da temperatura do ar. Então, o que é que se faz? Uma solução é fazer com que o gelo derreta a uma temperatura mais baixa, interrompendo a ligação entre as moléculas de H2O — assim, interrompendo a formação de gelo rígido. Os sais são uma ótima maneira de interromper isso, então jogue algum NaCl ou KCl no gelo e ele derreterá a uma temperatura mais baixa que 0ºC. Para uma rocha, a água se comporta como seu sal. Adicione água em um manto peridotita e ela derreterá a uma temperatura mais baixa porque as ligações nos minerais que compõem a rocha serão perturbadas pela molécula da água (chamamos-lhe um “modificador de rede”). Em uma zona de subducção (como as Cascatas ou os Andes), onde uma placa oceânica desliza sob outra placa, essa placa que desce libera sua água à medida que aquece. Essa água sobe então para o manto acima dela, fazendo-a derreter a uma temperatura mais baixa e, bam! O basalto é produzido no processo chamado fusão de fluxo.
Esboço ilustrando o derretimento descompressivo na cumeeira do médio-oceano. O manto quente e fértil sobe, derrete parcialmente para formar o basalto, depois se afasta lateralmente da crista à medida que esfria. Imagem: Erik Klemetti
Espere! O maior sistema vulcânico da Terra é o sistema de cumeeira do médio-oceano, onde não se tem nenhuma subducção para trazer água para baixo no manto para ajudar a derreter. Agora, porque é que se obtém lá basalto? Desta vez temos de usar outro método para derreter aquela peridotita – precisamos de descomprimir a temperatura constante. Isto chama-se ascensão adiabática. O manto é convectivo, trazendo o manto quente da profundidade para a superfície e, ao fazê-lo, o material do manto permanece quente, mais quente do que as rochas circundantes. O ponto de fusão (solidus) da peridotita muda com a pressão, portanto o ponto de fusão a 2000ºC a 200 km é apenas ~1400ºC a 50 km. Portanto, mantenha esse material de manto quente e descomprima-o e você começa a derreter para formar o basalto! Assim, debaixo das cristas do médio-oceano (e em pontos quentes como o Havaí), o manto está em upwelling, fazendo com que a descompressão derreta.
Vejamos: Em condições normais, o manto rochoso como a peridotita não deve derreter no manto superior da Terra — é muito frio. Entretanto, adicionando água você pode baixar o ponto de derretimento da rocha. Alternativamente, ao descomprimir a rocha, você pode levá-la a uma pressão onde o ponto de fusão é mais baixo. Em ambos os casos, o magma do basalto irá se formar e considerando que é mais quente e menos denso que a rocha ao redor, ele irá percolar em direção à superfície … e parte disso irrompe!
*O manto não é definitivamente homogêneo, mas para nossos propósitos, estamos interessados no que chamamos de “manto fértil” — ou seja, manto que nunca experimentou derretimento antes e pode produzir líquido basáltico.