Um fluxo piroclástico, mais amplamente conhecido como uma corrente de densidade piroclástica, é uma corrente de movimento rápido de gás quente e matéria vulcânica (coletivamente conhecida como tefra) que flui junto ao solo afastando-se de um vulcão. As correntes piroclásticas viajam a velocidades extremamente altas e têm temperaturas extremamente elevadas.
Os fluxos piroclásticos são os mais mortais de todos os perigos vulcânicos e são produzidos como resultado de certas erupções explosivas. Eles normalmente tocam o solo e precipitam-se encosta abaixo ou espalham-se lateralmente sob o efeito da gravidade. A sua velocidade depende da densidade da corrente, da taxa de emissão vulcânica e da inclinação da encosta.
Após a erupção de matéria vulcânica, grande parte do material afunda-se no solo e flui ao longo dele, formando uma corrente piroclástica. As correntes são compostas por um continuum de materiais, abrangendo desde rochas mais densas e comparativamente mais frias até cinzas e gases mais quentes e leves. Rochas mais densas têm maior probabilidade de serem influenciadas pela gravidade, separando-se de cinzas e gases mais leves que continuam a fluir através do solo e do ar circundantes. Os componentes mais densos das correntes piroclásticas são o que se quer dizer especificamente quando se refere ao fluxo piroclástico, enquanto os componentes mais leves das correntes piroclásticas são conhecidos como ondas piroclásticas (ou surtos piroclásticos). Em certos casos, as correntes de densidade piroclástica podem fluir sobre a água, com os seus constituintes mais densos a afundar e a misturar-se com ela. As águas podem até recuar como resultado da produção de terra a partir do fluxo de massa e volume das correntes piroclásticas. Adicionalmente, correntes piroclásticas podem ser observadas em outros corpos astronómicos, como a Lua.
Etimologia
A palavra piroclasto deriva do grego (pýr), que significa "fogo", e (klastós), que significa "quebrado em pedaços".Ver:
Da p. 68: "A palavra "cinza" não é muito boa para incluir todos os acompanhamentos mecânicos de uma erupção subaérea ou subaquática, uma vez que a cinza parece estar restrita a um pó fino, o resíduo da combustão. Falta uma palavra para expressar todos esses acompanhamentos, não importando qual seja o seu tamanho ou condição, quando são acumulados em tal massa para formar leitos de "rocha". Poderíamos chamá-los talvez de "materiais piroclásticos", … " Um nome para fluxos piroclásticos que brilham vermelho no escuro é (do francês, "nuvem ardente"); este foi notavelmente utilizado para descrever a desastrosa erupção de 1902 da Montanha Pelée na Martinica, uma ilha francesa nas Caraíbas.Lacroix, A. (1904) La Montagne Pelée et ses Eruptions, Paris, Masson (em francês) Do vol. 1, p. 38: Após descrever na p. 37 a erupção de uma "nuvem densa e negra" (nuée noire), Lacroix cunha o termo : "" (Pouco após a erupção do que chamarei doravante de nuvem densa e incandescente [nuée ardente], uma imensa nuvem de cinzas cobriu toda a ilha, polvilhando-a com uma fina camada de detritos vulcânicos.)Embora a cunhagem do termo em 1904 seja atribuída ao geólogo francês Antoine Lacroix, segundo:
o termo foi utilizado em 1873 pelo sogro de Lacroix e antigo professor, o geólogo francês Ferdinand André Fouqué na sua descrição das erupções de 1580 e 1808 do vulcão na Ilha de São Jorge nos Açores.
Da p. 1199: "" (Um dos fenómenos mais singulares desta grande erupção é a produção do que as testemunhas contemporâneas chamaram de nuées ardentes.) Da p. 1200: "" (As detonações cessam no dia 17, mas então aparecem nuvens ardentes [nuées ardentes] semelhantes às da erupção de 1580.) Marjorie Hooker – (Hooker, 1965), p. 405 – regista que o Padre João Inácio da Silveira (1767–1852) da vila de Santo Amaro na ilha de São Jorge escreveu um relato da erupção de 1808 no qual ele descreveu uma que fluiu pelas encostas do vulcão. O relato de Silveira foi publicado em 1871 e republicado em 1883.
Das pp. 439–440: ""
Formação e movimento de correntes piroclásticas miniaturadaimagem|Fluxos piroclásticos no vulcão Mayon Os fluxos piroclásticos originam-se dos processos físicos que ocorrem antes e durante uma erupção vulcânica. O Magma dentro do vulcão desgaseifica, promovendo descompressão, maior flutuabilidade, e movimento ascendente do magma para a superfície, o que por sua vez permite uma maior desgaseificação. À medida que ocorre mais desgaseificação, o magma evolui de um líquido contendo gás para uma mistura de partículas condensadas e gás com maior velocidade ascendente. Após a erupção desta mistura para a superfície e atmosfera, grande parte afunda-se no solo devido a ter uma densidade maior do que a atmosfera, formando a corrente de densidade piroclástica que então se move ao longo do solo.
Ao entrar na atmosfera, como uma corrente de gravidade, as correntes piroclásticas estão sujeitas à atração gravitacional em direção à superfície. A gravidade é contrabalançada pelas forças do fluido associadas aos processos turbulentos dentro da corrente. Esta turbulência ocorre pelo facto de as correntes piroclásticas serem uma mistura heterogénea. Constituídos por matéria vulcânica condensada e gás quente, os fluxos piroclásticos são heterogéneos na sua composição química. Como resultado, dentro de uma corrente, a temperatura das partículas, a resistência à mudança de movimento (inércia), a velocidade e outras propriedades variam. Como um fluido, as correntes piroclásticas experimentam fricção interna (viscosidade). No entanto, os desequilíbrios de temperatura, velocidade e inércia dentro da corrente superam esta viscosidade, promovendo o fluxo de fluido turbulento que contraria a gravidade. O Número de Reynolds mede o grau em que estes desequilíbrios de propriedade superam a viscosidade. Quanto maior o número de Reynolds, maiores as possibilidades de turbulência dentro de um fluido.
Uma assinatura chave da turbulência são os rodamoinhos conhecidos como vórtices (eddies). As correntes piroclásticas são multifásicas, significando que os seus processos físicos, incluindo a formação destes vórtices, ocorrem numa ampla variedade de escalas, desde a molecular até à escala da matéria em bruto da própria corrente piroclástica. À medida que estes vórtices se formam através da turbulência, eles criam caminhos de fluxo de fluido. Entretanto, a gravidade continua a empurrar a mistura global para baixo. Dentro da mistura heterogénea do fluxo piroclástico, o material mais pesado e mais condensado (p. ex., rochas) será mais fortemente impactado pela gravidade, afundando no solo e fluindo ao longo dele. Por contraste, o material mais leve e menos denso (p. ex., cinza), será mais fortemente impactado pelo fluxo do fluido gerado pela turbulência, fazendo-o subir. O primeiro componente das correntes piroclásticas é por vezes referido como fluxo basal, enquanto o último é por vezes conhecido como uma pluma de cinzas.Myers e Brantley (1995). Volcano Hazards Fact Sheet: Hazardous Phenomena at Volcanoes, USGS Open File Report 95-231
Além disso, duas formas de quantificar esta separação do material piroclástico são através do Número de Froude e do Número de Stokes. O número de Froude é uma medida de se a gravidade ou a força do fluido turbulento ditará mais fortemente o movimento de um fluido. Valores mais baixos do número de Froude indicam que a gravidade é dominante, enquanto valores mais altos indicam que o movimento do fluido turbulento é mais dominante. Entretanto, o número de Stokes é uma medida de se uma partícula ou porção de matéria dentro do fluido seguirá o caminho do fluxo do fluido ou permanecerá independente dele. Valores mais altos do número de Stokes sugerem que uma partícula fluirá ao longo do caminho do fluido, enquanto valores mais baixos sugerem que permanecerá independente do caminho do fluido. Rochas mais densas dentro de um material piroclástico têm uma tendência a afundar sob a influência da gravidade, caindo e viajando ao longo do solo e afastando-se dos caminhos de fluxo do fluido gerados pela turbulência. Por sua vez, estes componentes da corrente piroclástica têm valores mais baixos para os números de Froude e Stokes. As cinzas e os gases mais leves dentro de uma corrente piroclástica são mais fortemente influenciados pelo movimento do fluido turbulento, viajando ao longo do caminho do fluido. Logo, possuem valores mais elevados para os números de Froude e de Stokes.
Terminologia Para clarificar totalmente a terminologia, os componentes mais densos de uma corrente piroclástica que se afundam e se tornam parte do fluxo basal rente ao solo são parte do que é conhecido como fluxo piroclástico. Entretanto, os componentes com maior flutuabilidade de uma corrente piroclástica que se tornam mais significativamente influenciados pelas forças dos fluidos são parte do que é conhecido como uma onda piroclástica (ou surto piroclástico). Os fluxos piroclásticos situam-se meramente no continuum do que ocorre à matéria vulcânica contida numa corrente piroclástica. Em outras palavras, quanto mais leve for um material dentro do fluxo piroclástico, maior a probabilidade de se tornar parte de uma onda piroclástica, enquanto quanto mais pesado for o material, maior a probabilidade de se tornar parte de um fluxo piroclástico.
As ondas piroclásticas também podem ser referidas como "correntes de densidade piroclástica totalmente diluídas". A sua menor densidade por vezes permite que as ondas fluam sobre características topográficas mais altas ou sobre a água, como cristas, colinas, rios e mares. As ondas também podem conter vapor, água e rocha a menos de ; estas são chamadas de "frias" em comparação com outros fluxos, embora a temperatura ainda seja letalmente alta. Ondas piroclásticas frias podem ocorrer quando a erupção ocorre a partir de uma fenda sob um lago raso ou sob o mar. As frentes de algumas correntes de densidade piroclástica são totalmente diluídas; por exemplo, durante a erupção do Monte Pelée em 1902, uma corrente totalmente diluída engoliu a cidade de Saint-Pierre e matou quase 30.000 pessoas.Arthur N. Strahler (1972), Planet Earth: its physical systems through geological time
Exemplos As erupções ao longo da história revelam vários mecanismos específicos que podem produzir um fluxo piroclástico:
Colapso de coluna de uma coluna de erupção de uma Erupção pliniana (p. ex., destruição de Herculano e Pompeia pelo Monte Vesúvio em 79 d.C.). Em tal erupção, o material ejetado à força da fenda aquece o ar circundante e a mistura turbulenta sobe por convecção ao longo de muitos quilómetros. Se o jato erupcionado for incapaz de aquecer suficientemente o ar circundante, as correntes de convecção não serão fortes o suficiente para levar a pluma para cima e ela cai, fluindo pelos flancos do vulcão. Colapso de coluna de uma coluna de erupção associada a uma Erupção vulcaniana (p. ex., o vulcão Soufrière Hills em Monserrate já gerou muitas destas mortais ondas e fluxos piroclásticos). O gás e os projéteis criam uma nuvem que é mais densa que o ar circundante e torna-se um fluxo piroclástico. Formação de espuma (borboto) na boca da chaminé vulcânica durante a desgaseificação da lava erupcionada. Isto pode levar à produção de uma rocha chamada ignimbrito. Isso ocorreu durante a erupção do Novarupta em 1912. Colapso gravitacional de um domo de lava ou espinha, com subsequentes avalanches e fluxos descendo uma encosta íngreme (p. ex., vulcão Soufrière Hills de Monserrate, que causou dezoito mortes em 1997). Uma explosão direcional (ou jato) quando parte de um vulcão colapsa ou explode (p. ex., a erupção do Monte Santa Helena em 18 de maio de 1980). À medida que a distância do vulcão aumenta, isto transforma-se rapidamente numa corrente impulsionada pela gravidade.
Tamanho, velocidade, temperatura e efeitos