Oxidação

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7117 (2023) Cite este artigo

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Detalhes das métricas

Cristais de tamanho nanométrico (nanólitos) desempenham um papel importante no controle de erupções, afetando a viscosidade dos magmas e induzindo a nucleação de bolhas. Apresentamos análises petrográficas microscópicas e nanoscópicas detalhadas de pedra-pomes contendo nanolita e sem nanolita da erupção de 2021 de Fukutoku-Oka-no-Ba, Japão. O conjunto mineral nanolítico inclui biotita, que está ausente do conjunto mineral fenocristal, e magnetita e clinopiroxênio, que são observados como fenocristais. O limite entre o vidro marrom com nanolita e o vidro incolor sem nanolita é nítido ou gradativo, e os limites nítidos também aparecem nítidos sob o microscópio eletrônico transmitido. A análise da estrutura fina de absorção de raios-X (XAFS) do vidro vulcânico revelou que o vidro incolor sem nanolito registra uma fugacidade de oxigênio de QFM + 0,98 (unidades logarítmicas), enquanto o vidro marrom contendo nanolito registra uma fugacidade de oxigênio aparente mais alta (~ QFM + 2). A modelagem termodinâmica usando MELTS indica que maiores fugacidades de oxigênio aumentam a temperatura liquidus e, portanto, induzem a cristalização de nanolitos de magnetita. A assembléia mineral de nanolitos hidratados e as estimativas de fugacidade de oxigênio vítreo sugerem que um fluido oxidante fornecido por um magma máfico quente induziu a cristalização de nanolitos no reservatório de magma, antes da fragmentação do magma. A cristalização de nanolito induzida por oxidação aumentou a nucleação de bolhas heterogêneas, resultando em convecção no reservatório de magma e desencadeando a erupção.

Os cristais em nanoescala, conhecidos como nanolitos, desempenham um papel importante durante as erupções. Os nanolitos foram originalmente distinguidos dos microlitos por uma quebra pronunciada na distribuição do tamanho do cristal (CSD) em < 600 nm1, e Mujin et al.2 posteriormente redefiniram nanolitos como cristais de 30–1000 nm de comprimento e ultrananólitos como cristais de < 30 nm em comprimento. Os estudos petrográficos convencionais de nanolitos têm exigido sistemas de observação de alta resolução, por exemplo, o microscópio eletrônico de transmissão (TEM) ou o microscópio eletrônico de varredura de alta resolução (HR-SEM). A microscopia Raman tornou a detecção de nanolitos de óxido de Fe-Ti (magnetita) cada vez mais fácil3,4. A cristalização de nanolitos é geralmente pensada para refletir processos rasos, incluindo a ascensão do magma no conduit4,5,6,7,8 e o processo de resfriamento após a fragmentação do magma9. Também foi demonstrado que a cristalização de nanolitos de magnetita pode aumentar a explosividade de uma erupção, aumentando a viscosidade do magma ou aumentando a nucleação de bolhas4,10,11,12,13. No entanto, experimentos in situ recentes indicam que, embora a cristalização de nanolitos aumente a viscosidade, o efeito de aumento no derretimento natural não é tão alto quanto o esperado de materiais análogos14, e a relação entre nanolitos e processos vulcânicos permanece incerta. Além disso, como a cristalização de nanolitos (ou nucleação de bolhas) começa na erupção do magma permanece incerta.

Fukutoku-Oka-no-Ba (FOB) é um vulcão submarino no arco Izu-Ogasawara no noroeste do Pacífico, ~ 1300 km ao sul do Japão continental (24°17.1'N, 141°28.9'E). O cume do vulcão tem uma forma oval plana com o comprimento de 1,5 × 1 km na profundidade de ~ 30 m abaixo do nível do mar antes da erupção de 202115. De 13 a 15 de agosto de 2021 (horário padrão do Japão), houve uma erupção explosiva no vulcão16,17,18. Com base na observação de satélite, Maeno et al.16 indicaram que a coluna da erupção era rica em água com pequena quantidade de materiais vulcanoclásticos e, portanto, a explosividade da erupção foi aumentada por uma interação entre a água do mar e uma alta taxa de descarga de magma. A erupção produziu uma grande jangada de pedra-pomes, consistindo principalmente de pedra-pomes de cor cinza, que foi carregada para o oeste pelas correntes oceânicas por > 1000 km18,19. A jangada de pedra-pomes chegou primeiro às costas do Pacífico das ilhas japonesas e posteriormente viajou para o oeste por um total de > 5.000 km, chegando ao Golfo da Tailândia20. Grandes quantidades de pedra-pomes flutuantes podem danificar os ecossistemas costeiros e impactar a economia16,18,21. Análises geoquímicas e petrológicas da pedra-pomes à deriva mostraram que, apesar de suas cores variáveis ​​(cinza, âmbar, marrom e preto), elas têm composições traquíticas quase homogêneas com teores de SiO2 e Na2O + K2O de 60–65 e 8–10% em massa, respectivamente18 . Embora os clastos de pedra-pomes depositados tenham sofrido vários processos de abrasão e eliminação durante a deriva por > 1000 km e por 2 meses, a tendência geral do tipo de pedra-pomes, ou seja, a maioria é do tipo cinza, permaneceu a mesma em comparação com a observada em 10 dias após o erupção no mar16,19. A pedra-pomes de cores diferentes ocorre em clastos independentes ou juntos em um único clasto com limites graduais ou nítidos. Uma característica notável da pedra-pomes FOB é a ocorrência comum de pequenos volumes de pedra-pomes preta, enquanto a maioria era pedra-pomes cinza. A pedra-pomes preta tem uma composição semelhante à pedra-pomes cinza que compõe a maior parte do depósito, embora tenham microtexturas diferentes. A microscopia Raman mostrou que o vidro marrom na pedra-pomes preta contém nanolitos de magnetita que aumentaram a viscosidade do derretimento e, portanto, desempenharam um papel na erupção explosiva de 2021 FOB18.