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Quanto tempo dura uma ilha vulcânica?

Plumas tectônicas e plumas de manto definem a longevidade de ilhas vulcânicas como o Havaí e as Galápagos.

Quando uma nuvem quente de rocha sobe através do manto da Terra para perfurar a crosta sobrejacente, ela pode criar não apenas uma ilha oceânica vulcânica, mas também uma ondulação no fundo do oceano com centenas a milhares de quilômetros de comprimento.

Com o tempo, a ilha é carregada pela placa tectônica subjacente e a pluma salta outra ilha em seu lugar. Ao longo de milhões de anos, este hotspot geológico pode produzir uma cadeia de ilhas, nas quais a vida pode florescer temporariamente antes que as ilhas afundem, uma a uma, de volta ao mar.

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A Terra está repleta de dezenas de pontos críticos, incluindo aqueles que produziram as cadeias de ilhas do Havaí e das Galápagos. Embora o processo pelo qual as ilhas vulcânicas se formam seja semelhante de cadeia a cadeia, o tempo que qualquer ilha passa acima do nível do mar pode variar amplamente, de alguns milhões de anos no caso das Galápagos a mais de 20 milhões nas Ilhas Canárias. A idade de uma ilha pode determinar a vida e as paisagens que nela evoluem. E, no entanto, os mecanismos que definem a vida útil de uma ilha são amplamente desconhecidos.

Agora, os cientistas do MIT têm uma ideia sobre os processos que determinam a idade de uma ilha vulcânica. Em um artigo publicado hoje em Avanços da Ciência , eles relatam uma análise de 14 grandes cadeias de ilhas vulcânicas em todo o mundo. Eles descobriram que a idade de uma ilha está relacionada a dois fatores geológicos principais: a velocidade da placa subjacente e o tamanho do swell gerado pela pluma do hotspot.

Por exemplo, se uma ilha repousa sobre uma placa que se move rapidamente, é provável que tenha uma vida útil curta, a menos que, como é o caso do Havaí, também tenha sido criada por uma grande pluma. A pluma que deu origem às ilhas havaianas está entre as maiores da Terra e, embora a placa do Pacífico em que o Havaí se senta seja relativamente rápida em comparação com outras placas oceânicas, leva um tempo considerável para que a placa deslize sobre as ondas expansivas da pluma.

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Os pesquisadores descobriram que essa interação entre a velocidade tectônica e o tamanho da pluma explica por que as ilhas havaianas persistem acima do nível do mar por milhões de anos a mais do que as ilhas Galápagos mais antigas, que também se assentam em placas que viajam a uma velocidade semelhante, mas sobre uma pluma muito menor. Em comparação, as Ilhas Canárias, uma das cadeias de ilhas mais antigas do mundo, situam-se na lenta placa do Atlântico e sobre uma pluma relativamente grande.

“Essas cadeias de ilhas são laboratórios insulares e dinâmicos nos quais os biólogos há muito se concentram”, diz Kimberly Huppert, ex-estudante de pós-graduação do MIT, autora principal do estudo. 'Mas, além dos estudos sobre cadeias individuais, não há muitos trabalhos que as relacionem com processos da Terra sólida, quilômetros abaixo da superfície.'

'Você pode imaginar todos esses organismos vivendo em uma espécie de esteira feita de ilhas, como trampolins, e eles estão evoluindo, divergindo, migrando para novas ilhas, e as ilhas antigas estão se afogando', acrescenta Taylor Perron, chefe associado do MIT Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias. 'O que Kim mostrou é que existe um mecanismo geofísico que controla a velocidade com que essa esteira está se movendo e quanto tempo as cadeias de ilhas duram antes de cair no final.'

Huppert e Perron são co-autores do estudo com Leigh Royden, professor de ciências da terra, atmosféricas e planetárias do MIT.

Afundando um maçarico

O novo estudo é parte do trabalho de tese de Huppert no MIT, no qual ela examinou principalmente a evolução das paisagens em cadeias de ilhas vulcânicas, as ilhas havaianas em particular. Ao estudar os processos que contribuem para a erosão das ilhas, ela desenterrou uma controvérsia na literatura sobre os processos que fazem com que o fundo do mar inche ao redor das ilhas de hotspots.

“A ideia era que, se você aquecer parte da parte inferior da placa, poderá fazê-lo subir muito rápido apenas com a elevação térmica, basicamente como um maçarico sob a placa”, diz Royden.

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Se essa ideia estiver correta, então, da mesma forma, o resfriamento da placa aquecida deve fazer com que o fundo do mar diminua e as ilhas finalmente afundem de volta no oceano. Mas, ao estudar a idade das ilhas submersas em cadeias de pontos críticos ao redor do mundo, Huppert descobriu que as ilhas se afogam em uma taxa mais rápida do que qualquer mecanismo natural de resfriamento poderia explicar.

'Portanto, a maior parte dessa elevação e afundamento não pode ter sido causada pelo aquecimento e pelo resfriamento', diz Royden. 'Tinha que ser outra coisa.'

A observação de Huppert inspirou o grupo a comparar as principais cadeias de ilhas vulcânicas na esperança de identificar os mecanismos de elevação e afundamento da ilha - que são provavelmente os mesmos processos que definem a longevidade de uma ilha, ou tempo acima do nível do mar.

Evolution, em uma esteira

Em sua análise, os pesquisadores observaram 14 cadeias de ilhas vulcânicas em todo o mundo, incluindo as ilhas do Havaí, Galápagos e Canárias. Para cada cadeia de ilhas, eles observaram a direção na qual a placa tectônica subjacente estava se movendo e mediram a velocidade média da placa em relação ao ponto quente. Eles então mediram, na direção de cada cadeia de ilhas, a distância entre o início e o fim da ondulação, ou elevação da crosta, criada pela pluma subjacente. Para cada cadeia de ilhas, eles dividiram a distância do swell pela velocidade da placa para chegar a um número que representa o tempo médio que uma ilha vulcânica deve passar no topo do swell da pluma - o que deve determinar quanto tempo uma ilha permanece acima do nível do mar antes de afundar no oceano.

Quando os pesquisadores compararam seus cálculos com as idades reais de cada ilha em cada uma das 14 cadeias, incluindo ilhas que há muito afundaram abaixo do nível do mar, eles encontraram uma forte correlação entre o tempo gasto no topo do swell e a quantidade típica de tempo que ilhas permanecem acima do nível do mar. A expectativa de vida de uma ilha vulcânica, eles concluíram, depende de uma combinação da velocidade da placa subjacente e do tamanho da pluma, ou ondulação que ela cria.

Huppert diz que os processos que definem a idade de uma ilha podem ajudar os cientistas a entender melhor a biodiversidade e como a vida parece diferente de uma cadeia de ilhas para outra.

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'Se uma ilha passa muito tempo acima do nível do mar, isso proporciona muito tempo para que a especiação se desenrole', diz Huppert. 'Mas se você tem uma cadeia de ilhas onde você tem ilhas que se afogam em um ritmo mais rápido, isso afetará a capacidade da fauna de se irradiar para as ilhas vizinhas e como essas ilhas são povoadas.'

Os pesquisadores postulam que, em certo sentido, devemos agradecer à interação da velocidade tectônica e do tamanho da pluma por nossa compreensão moderna da evolução.

'Você está olhando para um processo na Terra sólida que está contribuindo para o fato de que Galápagos é uma esteira que se move muito rápido, com ilhas se movendo muito rapidamente, com não muito tempo para erodir, e este foi o sistema que levou às pessoas que estão descobrindo a evolução ', observa Royden. 'Então, em certo sentido, este processo realmente preparou o palco para os humanos descobrirem do que se tratava a evolução, fazendo-a neste microcosmo. Se não houvesse esse processo e as Galápagos não tivessem aquele curto tempo de residência, quem sabe quanto tempo as pessoas teriam levado para descobrir isso.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA.

Reproduzido com permissão de MIT News . Leia o artigo original .