Um novo cenário de perigo no Vesúvio: impacto térmico mortal de nuvens de cinzas destacadas surge em 79 EC em Herculano

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5622 (2023) Citar este artigo

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As correntes de densidade piroclástica diluída são capazes de causar enorme devastação e mortalidade em torno de vulcões, e a temperatura é um parâmetro crucial na avaliação de seu poder letal. A análise de reflectância em madeira carbonizada da antiga Herculano permitiu uma nova reconstrução dos eventos térmicos que afetaram edifícios e humanos durante a erupção do Vesúvio em 79 EC. Aqui mostramos que o primeiro PDC que entrou na cidade foi uma nuvem de cinzas de curta duração, com temperaturas de 555–495 °C, capaz de causar a morte instantânea de pessoas, deixando apenas alguns decímetros de cinzas no solo, que nós interpretar como separado de correntes de alta concentração. As correntes piroclásticas subsequentes que progressivamente enterraram a cidade eram principalmente PDCs de maior concentração em temperaturas mais baixas, entre 465 e 390 e 350–315 °C. O carvão provou ser o único proxy capaz de registrar eventos térmicos extremos múltiplos e efêmeros, revelando assim pela primeira vez o impacto térmico real da erupção do 79CE. O impacto letal documentado para o PDC diluído produzido durante erupções vulcânicas antigas e recentes sugere que tal risco merece maior consideração no Vesúvio e em outros lugares, especialmente o risco subestimado associado a surtos de nuvens de cinzas quentes destacadas, que, embora de curta duração, podem expor os edifícios ao calor severo danos e pessoas à morte.

As correntes de densidade piroclástica diluída estão entre os fenômenos vulcânicos mais letais. Eles são correntes piroclásticas (PDCs) altamente turbulentas que abraçam o solo, que podem se originar na abertura como ondas diluídas (especialmente durante erupções freatomagmáticas) ou podem estar associadas a altas concentrações, subcorrentes basais confinadas no vale, das quais podem se destacar e se mover independentemente. , mesmo em topografias acidentadas, tornando seus caminhos altamente imprevisíveis1,2,3. Os PDCs diluídos são responsáveis por alguns dos desastres vulcânicos mais mortíferos, como o ocorrido em 8 de maio de 1902 em St Pierre, Martinica, quando quase 30.000 pessoas morreram instantaneamente4,5,6, ou em 15 de setembro de 1991 no Monte Unzen, Japão , que causou 44 mortes7,8, ou em 5 de novembro de 2010 em Merapi, na Indonésia, onde mais de 200 pessoas morreram9,10.

Os principais fatores que causam baixas e lesões por PDCs diluídos decorrem de uma combinação de (1) queimaduras devido às suas altas temperaturas11,12,13,14,15,16,17, (2) pressão dinâmica4,6; (3) lesões por gases ácidos18, (4) asfixia por inalação de cinzas14,19.

Devido à sua baixa densidade e turbulência, os PDCs diluídos tendem a se misturar rapidamente com o ar ambiente, dissipando rapidamente sua temperatura inicial, de modo que os PDCs raramente diluídos estão associados a altas temperaturas. Por outro lado, PDC diluído envolvendo fluxos de alta concentração, conhecidos como surtos de nuvens de cinzas2,3, podem manter temperaturas muito altas, desde que sejam acoplados ao fluxo basal de alta concentração23, que são termicamente conservadores20,21,22 e que transferem continuamente para cima tanto massa quanto energia térmica11,23. Isso implica que, se e onde o desprendimento da nuvem de cinzas ocorrer devido a efeitos topográficos (por exemplo, 2,3), mesmo em trechos distais (por exemplo, 14,24), sua temperatura inicial pode ser tão alta quanto a alta concentração basal dos pais atual.

No entanto, uma vez destacadas, as ondas de nuvens de cinzas diluídas e turbulentas são eventos de curta duração, que muitas vezes deixam no solo apenas alguns centímetros de cinzas antes da decolagem, com muito pouco potencial de preservação no registro geológico, a menos que imediatamente e conservadoramente enterrados por outros depósitos da mesma erupção (por exemplo, queda e/ou depósitos de PC não erosivos). O pequeno potencial de preservação levou a um número limitado de estudos sobre esses tipos de depósitos e fenômenos relacionados1,2,3,5,6,7,25,26,27,28 e, possivelmente, a uma subestimação do risco de nuvens de cinzas, especialmente de seus impactos térmicos.

450 °C) and lower (down to < 240 °C) temperature outliers have also been documented13,17,36,37, the latter especially where PCs interacted with edifices, either intact or collapsed, and seawater. However, none of the above-mentioned studies and methods have directly targeted the temperature of the poorly preserved early diluted PDCs that entered Herculaneum, instantly killed the people and barely buried their corpses13,14,15,16./p> 550 °C event was later followed by the succession of PCs which finally buried the town under 20 m thick volcanic deposits (Fig. 1e). These later flows were characterized by lower temperatures as testified by the presence of multiple modes within the same charcoal sample from which we inferred at least two carbonization events at temperatures ranging from 390 to 465 °C and from 315 to 350 °C, respectively. The lower temperatures of these later events can be explained by the progressive involvement of ground water during the course of the eruption (see phreatomagmatic phase31; Fig. 1e)./p> 550 °C short lived diluted PDC event leaving only a thin ash layer on the ground, and later followed by the deposition of lower temperature but thicker pyroclastic deposits, allows to understand the conditions for the formation and preservation of a vitrified brain recently discovered within a victim's skull in the Collegium Augustalium17. The transformation into glass of fresh cerebral tissue in a hot environment is only possible if two conditions are met: (1) the heating event is short-lived, so that the tissue is not fully vaporized15, and (2) once the diluted PDC has vanished, the body is not fully entombed in a hot deposit, a necessary condition to allow the very rapid cooling required to attain vitrification17,66. This allows to recognize that S1 was an ephemeral, extremely hot, dilute event, and that a sufficient time interval occurred for the fast cooling of the body still partly exposed to air before the following PCs progressively entered and covered the town. The lower temperature of these later PC deposits explains the preservation of the vitrified brain, as well as of the high reflectance values within polymodal distributions. If subsequent PC were at higher temperatures, the vitrified brain would have been reheated above the glass transition temperature and gone lost in its neuronal ultrastructure, which is instead integrally preserved32, as well as the charcoal fragments would had been totally reset at higher, unimodal Ro values./p> 550 °C by high reflectance values in polymodal charcoal datasets, whereas all other paleo-thermal data from the rest of the pyroclastic sequence indicate lower temperatures of diachronic processes related to the later burial of the town34,36,37,65,66./p>> 550 °C) source of the ash cloud. (c) B–B′ longitudinal reconstruction (not to scale) of the S1 ash cloud engulfing the city at T > 550 °C and its interaction with seawater along the pre-eruptive shoreline, rapidly slowing the velocity and reducing the temperature (350–400 °C)./p> 550 °C ash-cloud temperature measured upstream at the Collegium Augustalium and the Decumanus Maximus. The scattered preservation of bone collagen does not appear to be evidence of a low temperature of the ash cloud surge as claimed by some author33, but it seems to be related to the amount of heat transfer the victims' bodies and bones were exposed to during the short-lived ash cloud event. Actually, the greater or lesser extent of heat effects on the skeleton, or even on a single bone element, has been shown to be closely related to the lesser or greater crowding of victims inside the Fornici, and also amount of fleshy mass present in different anatomical districts, even at the level of a single bone15,16. However, the persistence of proteins such as collagen and other organic components of bones at Herculaneum is most likely independent by exposure to more or less intense heat but can be rather correlated to the burial environment in which the victims’ skeletons were embedded until their discovery after about 2000 years70. At Herculaneum, after sudden death and rapid thermally induced soft tissue vanishing, the skeletons were buried in an alkaline, anoxic soil permanently waterlogged70, environment able to inhibit chemical changes from microbial attack71,72 thus allowing long-term survival of organic matter in the bone./p> 500 °C, leaving almost no deposit but killing the people there13,14. The interaction of the ash cloud surge and seawater caused the surge inflation and the settling of cooled ash immediately after, which then embedded the skeletons of the people already killed instantly by the extreme heat (Fig. 3b A–A′ profile). This interpretation explains the apparent disagreement of recorded temperatures at the seashore and also the difference in thickness of S1, which is maximum 20 cm thick in town, whereas it reaches 50 cm along the pre-eruption coast (up to 150 cm in the Fornici according to30), where deposition was controlled by the slowed and cooled water-mixed ash cloud./p>

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0016-7606%281990%29102%3C1038%3ATADOAP%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 1" data-doi="10.1130/0016-7606(1990)1022.3.CO;2"Article ADS Google Scholar /p>

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