Ciências da Terra

Fumarolas negras: por que água a cerca de 350 °C não ferve no fundo do mar e vira "fumaça" preta

Publicado em 12/10/2026 · Última alteração em 12/10/2026

Assuntos: Mar profundo

A água a cerca de 350 °C não ferve no fundo do mar porque a pressão da coluna de água a mantém líquida: a 2,5 km são cerca de 250 bar, bem acima dos cerca de 165 bar abaixo dos quais a água pura a 350 °C ferveria. O teto fica perto de 390 °C, no ponto crítico da água do mar a essa profundidade. A "fumaça" são grãos de sulfetos que se formam quando o fluido encontra a água fria.

Fumarola negra (em inglês, black smoker) é uma saída de água quente no fundo do mar, comum nas dorsais meso-oceânicas, as cordilheiras onde a crosta nova se forma. A água do mar entra na crosta, é aquecida por magma e volta pelo fundo como fluido hidrotermal; essa circulação responde por cerca de 10% da perda de calor da litosfera oceânica. Ferver exige que a pressão de vapor do líquido iguale a pressão ao redor; no fundo do mar, o peso da água em cima eleva muito esse ponto. A chaminé é a estrutura de minerais que se acumula em volta do jato.

Magma a 1.200 °C, fluido a cerca de 390 °C

Embaixo do campo do Pacífico Leste há magma a cerca de 1.200 °C, mas o fluido mais quente medido ao longo de décadas ficou perto de 390 °C. O teto vem da termodinâmica da água do mar, não do calor disponível.

A conta da pressão: 350 °C ainda é líquido a 2,5 km

Ferver é o que acontece quando a pressão de vapor do líquido iguala a pressão ao redor. Na tabela da água pura, 1 atm corresponde a 100 °C e 163,13 atm (16,529 MPa) a 350 °C. No Pacífico Leste, a 2,5 km de fundo, a pressão é de cerca de 250 bar. Como 163,13 atm equivalem a cerca de 165 bar (cálculo nosso, com 1 atm = 1,01325 bar), a água a 350 °C está sob mais pressão do que o limite abaixo do qual ferveria e continua líquida. A conta usa água pura; a do mar tem sal e curva própria.

O teto de temperatura e a fervura que existe, mas mais fundo

O fluido fica limitado a cerca de 400 a 450 °C, e no Pacífico Leste, a 9°50' N, a máxima em décadas foi de cerca de 390 °C, que os autores associam ao ponto crítico da água do mar a 2,5 km. Perto dessa fronteira há fervura: em Yokosuka (2.190 m) o fluido chegou a 364,1 °C, perto do ponto de ebulição local, e o cloreto baixo foi lido como separação de fases sob o fundo, isto é, fervura subterrânea. É interpretação dos autores, não observação direta.

Como a chaminé cresce: o anel de anidrita

O jato de fluido a cerca de 350 °C sai do fundo a 1 a 5 m/s e encontra a água fria. O primeiro sólido é um anel de anidrita (sulfato de cálcio), mineral que se dissolve mais no frio do que no quente. A razão entre isótopos de estrôncio mostrou que ele vem da mistura entre água do mar e fluido. Depois, a calcopirita forra a parede por dentro e sulfetos preenchem os poros, deixando a parede menos porosa e mais rica em metais. Chaminés cortadas foram medidas crescendo até 30 cm por dia.

De onde vem a cor preta

A 'fumaça' não é fumaça: é uma nuvem de grãos finos. Ao se misturar com a água fria, o fluido deposita sulfetos e óxidos de zinco, ferro, cobre e manganês. A pluma sobe cerca de 200 m, até um nível de flutuação neutra, onde a mistura tem a mesma densidade que a água ao redor. Grãos presos entre os cristais de anidrita, que é branca quando pura, deixam a parede cinza a preta. A cor negra vem, portanto, dos metais em grãos, não de queima.

Como sabemos o que acontece no fundo

Sondas de temperatura e garrafas de coleta no Alvin deram os cerca de 350 °C. Séries longas de termômetros em chaminés do Pacífico Leste mostram a máxima estacionada perto de 390 °C. Os isótopos de estrôncio (a razão entre o 87 e o 86 difere na água do mar e no fluido) revelaram a mistura que forma a anidrita. A química do fluido, como o cloreto baixo em Yokosuka, aponta fervura que ninguém vê. Limites: o modelo de crescimento descreve os estágios iniciais da parede, e a fervura subterrânea é inferência.

Como sabemos

Física da ebulição, teto de temperatura e crescimento da chaminé têm fonte aberta lida; a fervura subterrânea é interpretação, e o modelo de crescimento vem de texto de divulgação.

• Consenso científico: A água do mar entra na crosta oceânica, ganha calor de corpos de magma sob o eixo da dorsal e depois é expulsa pelo fundo como fluido hidrotermal. [6] Introduction, §1
  Contexto: Dorsais meso-oceânicas; descrição geral, ilustrada no Pacífico Leste a 9°50' N. · Limitações: É a descrição geral do circuito; o caminho exato varia de campo para campo. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: Essa circulação de fluidos pela crosta responde por cerca de 10% de toda a perda de calor da litosfera oceânica. [6] Introduction, §1
  Contexto: Litosfera oceânica global, segundo estimativas citadas pelo artigo. · Limitações: O valor vem de estimativas citadas no artigo (referências 2 a 5 dele), não de medição própria. · Estimativa citada; o artigo de 2025 a reproduz, não a mede. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: O submersível Alvin coletou chaminés de fumarolas negras e o fluido que saía delas, a cerca de 350 °C, na Dorsal do Pacífico Leste, a 21° N. [1] Abertura
  Contexto: Dorsal do Pacífico Leste, 21° N, relatado por Tivey (1998). · Limitações: O ano da primeira coleta não consta no trecho usado; aqui só se afirma a temperatura (cerca de 350 °C) e o local (21° N). · Ano da coleta não confirmado nesta fonte; omitido de propósito. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: Apesar do magma a cerca de 1.200 °C embaixo, a temperatura do fluido hidrotermal fica limitada a cerca de 400 a 450 °C por causa das propriedades termodinâmicas da água do mar. [2] Introduction, §1
  Contexto: Dorsais meso-oceânicas, segundo a introdução de Barreyre et al. (2025). · Limitações: Afirmação de contexto do artigo, apoiada nas referências 3 e 4 dele. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: Em 9°50' N na Dorsal do Pacífico Leste, a temperatura máxima em fumarolas negras ao longo de décadas ficou perto de 390 °C, valor que os autores ligam ao limite definido pelo ponto crítico da água do mar a 2,5 km de profundidade (cerca de 250 bar). [2] Results, §2
  Contexto: Campo de fumarolas do Pacífico Leste, 9°50' N, 2,5 km de profundidade, séries de 1991 a 2024. · Limitações: Vale para essa profundidade; em outros campos o limite muda com a pressão. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Um líquido ferve quando a pressão de vapor dele, que sobe com a temperatura, iguala a pressão ao redor. [3] Boiling Point
  Contexto: Definição geral, para qualquer líquido. · Limitações: O texto fala em pressão atmosférica; a mesma condição vale para a pressão da coluna de água no fundo do mar (aplicação nossa). · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Com pressão acima de 1 atm, o ponto de ebulição da água fica acima de 100 °C, como numa panela de pressão. [3] Boiling Point
  Contexto: Água pura, com 760 mmHg = 1 atm. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Na tabela de pressão de vapor saturado da água pura, 100 °C corresponde a 1 atm e 350 °C a 163,13 atm (16,529 MPa): a água a 350 °C só ferve se a pressão ao redor estiver abaixo disso. [4] Tabela de pressão de vapor saturado
  Contexto: Água pura. A água do mar tem sal e curva de ebulição própria, que esta tabela não descreve. · Limitações: Convertendo 163,13 atm com 1 atm = 1,01325 bar (a tabela dá 0,101325 MPa para 1 atm), resultam cerca de 165 bar. A leitura 'só ferve abaixo disso' aplica a definição de ebulição (a6) à tabela, e a comparação com os 250 bar do fundo é cálculo nosso. · Conferida na fonte (tabela), conferência automatizada
• Fato estabelecido: No campo Yokosuka, no mar de Okinawa, a 2.190 m de profundidade, a temperatura mais alta registrada foi 364,1 °C, perto do ponto de ebulição naquela profundidade. [5] Results, Dive no. 718
  Contexto: Chaminé 'Hohenschwangau', base a 2.190 m; medição de uma expedição. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: Em Yokosuka, a baixa de cloreto no fluido foi interpretada como sinal de separação de fases abaixo do fundo, com saída preferencial da fase rica em vapor, isto é, fervura subterrânea. [5] Discussion
  Contexto: Um campo do mar de Okinawa; o artigo trata como interpretação, não como observação direta. · Limitações: Mostra que fervura subterrânea existe em alguns campos; não generaliza para todas as fumarolas. · Interpretação dos autores a partir da química do fluido. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: O primeiro estágio da parede de uma chaminé negra é um anel de anidrita que se forma em volta de um jato de fluido a cerca de 350 °C, que sai do fundo a 1 a 5 metros por segundo. [1] Crescimento da parede
  Contexto: Fumarolas negras de dorsais; modelo derivado de amostras do Pacífico Leste. · Limitações: Descreve os estágios iniciais da parede. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: A anidrita (sulfato de cálcio, CaSO4) é incomum porque se dissolve mais na água do mar fria do que na quente. [1] Crescimento da parede
  Contexto: Água do mar. · Limitações: O mesmo texto indica que a anidrita precipita quando a água do mar é aquecida a 150 °C ou mais. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: As paredes de anidrita nascem da mistura turbulenta de água do mar com fluido hidrotermal, e não só do aquecimento rápido da água do mar, conforme mostrou a razão entre isótopos de estrôncio. [1] Crescimento da parede
  Contexto: Amostras de chaminés jovens analisadas por Tivey e colegas. · Limitações: Resultado descrito em texto de divulgação do próprio pesquisador, sem acesso aqui ao artigo técnico original. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Chaminés cortadas para amostragem foram medidas crescendo até 30 centímetros por dia. [1] Crescimento da parede
  Contexto: Valor máximo medido depois da retirada do topo da chaminé; não é a taxa de uma chaminé intacta. · Limitações: 'Até' indica o maior valor medido, não a média. · Valor máximo, depois de a chaminé ser cortada; não generalizar. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: A 'fumaça' é uma nuvem de grãos finos de sulfetos e óxidos de zinco, ferro, cobre e manganês; a pluma sobe cerca de 200 m até um nível de flutuação neutra, e grãos presos na anidrita, que é branca quando pura, dão à parede cor de cinza a preto. [1] Crescimento da parede
  Contexto: Fumarolas negras em dorsais meso-oceânicas; a altura da pluma depende do local. · Limitações: A altura de 200 m é a descrita para o caso estudado. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada

Fontes

1. Woods Hole Oceanographic Institution (revista Oceanus) — How to Build a Black Smoker Chimney
   Tivey, M. K. · 1998 · Divulgação científica · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
2. Proceedings of the National Academy of Sciences — Hydrothermal vent temperatures track magmatic inflation and forecast eruptions at the East Pacific Rise, 9°50'N
   Barreyre, T. et al. · 2025 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 DOI 10.1073/pnas.2510245122
3. Georgia State University, HyperPhysics — Vapor Pressure e Boiling Point (HyperPhysics)
   Nave, R. · s.d. · Livro ou obra de referência · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
4. Georgia State University, HyperPhysics — Water Vapor and Vapor Pressure (HyperPhysics)
   Nave, R. · s.d. · Base de dados · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
5. Royal Society Open Science — Deepest and hottest hydrothermal activity in the Okinawa Trough: the Yokosuka site at Yaeyama Knoll
   Miyazaki, J. et al. · 2017 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 DOI 10.1098/rsos.171570
6. Science Advances — Quantifying widespread hydrothermal chimneys on the East Pacific Rise flanks between 9°43' and 57'N
   Wu, J.-N. et al. · 2025 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 DOI 10.1126/sciadv.adv0788

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