3º aula Estrutura e composição da Terra. Deriva Continental

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1 3º aula Estrutura e composição da Terra. Deriva Continental
Estrutura da Terra O interior da Terra atinge temperaturas de K. O calor interno do planeta foi gerado inicialmente durante a sua formação, e o calor adicional é constantemente gerado pelo decaimento de elementos radioactivos como urânio, tório, e potássio. O fluxo de calor do interior para a superfície é pequeno se comparado à energia recebida pelo Sol (a razão é de 1/30k).

2 Núcleo Também chamado de Nife, Centrosfera ou Barisfera e, em planetas como a Terra, dada sua constituição, pode ainda receber o nome de Metalosfera. A massa específica média da Terra é de quilogramas por metro cúbico, fazendo dela o planeta mais denso no Sistema Solar. Uma vez que a massa específica do material superficial da Terra é apenas cerca de quilogramas por metro cúbico, deve-se concluir que materiais mais densos existem nas camadas internas da Terra (devem ter uma densidade de cerca de quilogramas por metro cúbico). Nos seus primeiros momentos de existência, há cerca de 4,5 bilhões de anos, a Terra era formada por materiais líquidos ou pastosos, e devido à acção da gravidade os materiais mais densos foram empurrados para o interior do planeta (o processo é conhecido como diferenciação planetária), enquanto que materiais menos densos ficavam à superfície. Como resultado, o núcleo é composto em grande parte por ferro (80%), e de alguma quantidade de níquel e silício. O núcleo é dividido em duas partes: o núcleo sólido, interno e com raio de cerca de km, e o núcleo líquido, que envolve o primeiro. O núcleo sólido é composto, segundo se acredita, primariamente por ferro e um pouco de níquel. Alguns cientistas argumentam que o núcleo interno pode estar na forma de um único “cristal” de ferro. Já o núcleo líquido deve ser composto de ferro líquido e níquel líquido (a combinação é chamada NiFe), com traços de outros elementos.

3 Núcleo Estima-se que realmente o núcleo externo seja líquido, pois não tem capacidade de transmitir as ondas sísmicas. A convecção do núcleo líquido, associada a agitação causada pelo movimento de rotação da Terra, é responsável por fazer aparecer o campo magnético terrestre, através de um processo conhecido como teoria do dínamo. Evidências recentes sugerem que o núcleo interno da Terra pode girar mais rápido do que o restante do planeta, a cerca de 2 graus por ano.

4 Manto Camada viscosa logo abaixo da crosta. É formada por vários tipos de rochas que, devido às altas temperaturas, encontram-se em um estado complexo que mistura materiais fundidos e sólidos e recebe o nome de magma. Vai a 2900 km de profundidade. O manto é dividido em duas camadas: o manto superior e o manto inferior. O manto superior é constituído, essencialmente, por material sólido. Estende-se até uma profundidade com cerca de 700 km . A parte superior desta camada forma, com a crusta, a litosfera. Os cientistas admitem que, por baixo da litosfera, existe uma camada menos rígida e parcialmente fluida. Esta camada chama-se astenosfera. É sobre a astenosfera que as placas tectónicas "flutuam". Por baixo da astenosfera, o manto superior é novamente rígido. O manto inferior é constituído por material rochoso. O manto inferior e a parte rígida do manto superior, situada por baixo da astenosfera, formam uma camada que se chama mesosfera.

5 Crosta É constituída pela crosta continental (essencialmente de natureza granítica), com cerca de 20 a 70 km de profundidade, e pela crosta oceânica (essencialmente de natureza basáltica), com cerca de 5 a 10 km de profundidade. A crosta é mais espessa sob os continentes e mais fina sob os oceanos. Representa apenas 1% da massa do planeta. A sua origem ocorreu a partir do arrefecimento do magma. Podemos dividir a crosta terrestre em três camadas: camada sedimentar superficial: constituída por rochas sedimentares que, em certos lugares pode atingir vários metros de espessura, já em outros desaparece. camada granítica intermediária: é constituída por rochas cuja composição é semelhante ao granito. Chamada de Sial. camada basáltica inferior: é bastante semelhante ao basalto. É também chamada de Sima.

6 Modelos propostos para a estrutura interna da Terra
Muitas das antigas ideias acerca da estrutura interna da Terra baseavam-se em interpretações fantasiosas de artistas: oca e com grutas no seu interior, habitada por estranhos seres. Foram necessários muitos anos de estudos científicos e desenvolvimento tecnológico para chegar aos actuais modelos da estrutura interna da Terra, que continuam a ser aperfeiçoados à medida que o conhecimento científico e o desenvolvimento tecnológico vai aumentando. Segundo os babilónios, a Terra era uma montanha redonda e oca, flutuando na água.

7 A Viagem ao centro da Terra, velho sonho da Humanidade, é uma utopia
A Viagem ao centro da Terra, velho sonho da Humanidade, é uma utopia. Nesta obra de Júlio Verne, o professor Liden Brock viaja no interior do planeta, onde descobre oceanos, florestas de cogumelos e grutas com animais pré-históricas. Consegue sair pelo vulcão Stromboli. Para os Homens de Ciência do século XVII, as erupções vulcânicas revelavam a presença de um fogo central perpétuo nas entranhas da Terra. No entanto, e apesar de toda a tecnologia de que dispõe, o Homem apenas conhece uma porção superficial e insignificante do nosso planeta.

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10 Contributo da ciência e da Tecnologia para o estudo da estrutura interna da Terra
Como conhecer a estrutura e a dinâmica interna da Terra? Para o estudo da estrutura interna da Terra existem dois métodos: os métodos directos e os métodos indirectos. Métodos Directos A observação da natureza das paisagens geológicas. As desigualdades encontradas na superfície terrestre, desde os fundos marinhos até aos altos cumes continentais, permitem obter dados sobre a estrutura interna da Terra, uma vez que as cadeias montanhosas se formam na sequência do movimento das placas tectónicas. Deste modo, alguns materiais do interior surgem à superfície da Terra.

11 As explorações de jazigos minerais
Explorações efectuadas em minas permitem conhecer zonas do interior da crosta terrestre.

12 As sondagens Perfurações efectuadas em locais, que chegam a atingir vários quilómetros de profundidade, permitem obter dados de zonas mais profundas da crosta terrestre.

13 A actividade vulcânica
Os materiais expelidos para o exterior provenientes do interior da Terra podem ser usados para o estudo da sua estrutura. Apesar das alterações que o magma possa sofrer na sua ascensão, é possível tirar conclusões sobre a composição químico-mineralógica dos materiais que constituem o interior da Terra.

14 No entanto, as dados encontrados, através destes métodos, na crosta terrestre, não vão para além de alguns quilómetros, valor insignificante comparado com os 6378 km de profundidade do raio terrestre. Todos estes estudos, realizados através de método directos, embora importantes, fornecem-nos informações que abrangem apenas uma zona restrita do globo. Desta forma, os investigadores têm necessidade de recorre a outro tipo de dados, fornecidos pelos métodos indirectos. Métodos Indirectos Quase toda a informação, que permite determinar com algumas reservas as características estruturais do interior da Terra, é fornecida, essencialmente, pela observação das velocidades e trajectórias das ondas sísmicas e dos dados fornecidos pelos satélites.

15 Velocidade de propagação das ondas sísmicas
A trajectória das ondas sísmicas está sujeita a alterações. Sempre que as características do meio em que se propagam sofrem modificações, a trajectória varia, por exemplo, com a rigidez dos materiais que atravessam. O estudo das velocidades e trajectórias das ondas sísmicas, no interior da Terra, permite concluir que esta apresenta uma grande heterogeneidade na sua constituição. As zonas onde se produzem alterações bruscas na propagação das ondas sísmicas, a profundidades diferentes, indicam uma mudança na composição, estrutura e rigidez do material.

16 Dados fornecidos pelos satélites
Através do estudo de outros astros do Sistema Solar, que se supõe terem a mesma origem da Terra, os cientistas fazem deduções sobre a estrutura interna do nosso planeta. Alguns satélites medem as modificações pontuais do campo magnético terrestre, que segundo os cientistas resulta dos movimentos de convecção existentes no núcleo externo.

17 Com base nos resultados obtidos, através dos métodos directos e indirectos, foi possível elaborar um modelo para a estrutura e dinâmica interna da Terra, apesar de ainda ser difícil obter um conhecimento detalhado do seu interior. O estudo do interior da Terra é complexo, devido ao aumento da temperatura e da pressão com a profundidade. Os cientistas utilizam métodos para conhecer o interior da Terra. A reter : Os métodos directos - Fornecem dados a partir da observação directa das rochas e dos fenómenos geológicos. Estes métodos incluem o estudo das rochas provenientes dos afloramentos, das sondagens e das minas e o estudo dos materiais expelidos pelos vulcões. Actualmente o estudo directo da estrutura interna da Terra está limitado a uma fina película à superfície. No estado actual do conhecimento científico e tecnológico, as informações que mais contribuem para o estudo das zonas profundas da Terra são provenientes dos métodos indirectos. Estes métodos incluem o estudo dos meteoritos e do comportamento das ondas sísmicas.

18 Descontinuidade é um termo usado em geologia para designar as camadas de transição, tanto no interior da Terra, onde há diferença na densidade da rocha constituinte (descontinuidade da densidade) quanto para designar diferentes fácies sedimentares. Há 4 descontinuidades relativas ao interior da Terra: Descontinuidade de Conrad. Descontinuidade de Mohorovičić ou Descontinuidade de Moho, ou ainda Descontinuidade M. Descontinuidade de Gutenberg ou Descontinuidade de Wiechert-Gutenberg. Descontinuidade de Lehmann.

19 A descontinuidade de Conrad corresponde ao plano sub-horizontal presente na crosta terrestre continental em que a velocidade das ondas sísmicas aumenta descontinuadamente. Esta descontinuidade é observada em várias regiões continentais a uma profundidade de 15 a 20 km, porém não ocorre em regiões oceânicas. A descontinuidade de Conrad é menos nítida do que a descontinuidade de Mohorovičić. Além disso, existem regiões continentais sem essa descontinuidade. A descontinuidade de Conrad delimita geofisicamente crosta continental superior e inferior. Até a meados do século XX, era interpretado que nas regiões continentais a crosta superior é constituída por rochas félsicas representadas por granito, denominadas "SiAl" e a crosta continental inferior, rochas máficas representadas por basalto, "SiMa". Portanto, os sismólogos daquela época consideraram que a descontinuidade de Conrad corresponde ao contado brusco entre as duas camadas quimicamente distintas, isto é SiAl e SiMa. Entretanto, a partir da década de 1960, vem surgindo uma forte dúvida à esta opinião entre os geólogos. O significado geológico exacto da descontinuidade de Conrad ainda não está bem esclarecido. As zonas de fusão parcial que ocorrem espalhadas na crosta continental é um candidato.

20 A descontinuidade de Mohorovičić, também chamada Moho, ou simplesmente Descontinuidade M, é a fronteira entre a crosta e o manto terrestre. Como o próprio nome indica, esta fronteira é descontínua, variando em espessura e distância da superfície. Esta distância varia de entre 5 km a 10 km no fundo dos oceanos a cerca de 35–40 km abaixo dos continentes, podendo atingir 60 km sob as cordilheiras e montanhas mais elevadas. Já a espessura varia de 0,1 km até alguns Km. As ondas sísmicas sofrem uma variação de velocidade brusca ao atravessarem o Moho. A descontinuidade de Gutenberg é uma das camadas da Terra, separando o manto do núcleo. Esta camada separa o manto inferior do núcleo externo, a cerca de 2883 km de profundidade. A partir deste limite as ondas S deixam de se propagar, pois o núcleo externo é líquido e as ondas P diminuem sua velocidade. A Descontinuidade de Lehmann é a fronteira entre o núcleo externo (líquido) e o núcleo interno (sólido).

21 Através do estudo dos dados obtidos pelos métodos directos e indirectos, os cientistas elaboraram dois modelos da estrutura interna da Terra.

22 Earth's Internal Structure
The Earth's interior is characterized by a gradual increase in temperature, pressure and density with depth. At only 100 km depth, the temp is ~1300°C. At the Earth's center, the temperature is >6700°C. The pressure in the crust increases ~280 bars for every kilometer depth.

23 The Earth consists of 3 major regions marked by differences in chemical composition.
Crust: rigid outermost layer of the Earth. Consists of two types: oceanic km thick and is composed of basalt (igneous). Young (<180 million years old). 2. continental - up to 70 km thick and composed of a wide variety of rock types (ave. granodiorite). Ranges from young to old (>3.8 billion years old). Mantle: comprises ~82% of the Earth by volume and is ~2900 km thick. The mantle is characterized by a change in composition from the crust. The mantle is able to flow (plastically) at very slow rates. Core: composed of iron, nickel and other minor elements. The outer core is liquid — capable of flow and source of the Earth's magnetic field. The inner core is solid Fe-Ni. There is no major chemical difference between the outer and inner core.

24 Deriva continental Processo de deslocamento da crosta terrestre que provoca mudanças na posição dos continentes e modifica o relevo da Terra. A primeira Teoria da Deriva Continental é elaborada pelo geofísico e meteorologista alemão Alfred Weneger ( ). No livro A Origem dos Continentes e dos Oceanos (1915), Weneger afirma que as terras do planeta encontravam-se inicialmente agrupadas em um único supercontinente – o Pangéia –, que se fragmentou há cerca de 200 milhões de anos. No entanto, a sua hipótese não foi confirmada pelos cientistas da época, porque não explicava qual a força que teria provocado os deslocamentos. Logo após a 2ª Guerra Mundial ( ), em 1947, um grupo de cientistas do Observatório Geológico de Lamont, nos EUA, comprova a teoria de Weneger, que é aceita até hoje. Desde a desagregação do Pangéia, a superfície terrestre encontra-se em movimento contínuo, até chegar à configuração mais recente dos continentes.

25 não explica qual a força que teria provocado os deslocamentos

26 Principais evidências
A teoria de Wegener apoiava-se especialmente na similaridade entre as linhas de costa da América do Sul e África, já notada por Ortelius; por evidências fornecidas por estruturas geológicas presentes nos dois continentes, e pela distribuição de fósseis e plantas em ambos os continentes.

27 Problemas na teoria da deriva
A teoria de Wegener explicava bem a distribuição dos fósseis, o ajuste das linhas de costa, e as dramáticas mudanças nos climas observadas em ambos os continentes. Explicava também a presença de sedimentos de origem glacial em locais onde hoje temos desertos, no caso da África. A pergunta fundamental que Wegener não conseguiu responder foi: “que tipo força conseguiria mover tão grandes massas a tão grandes distâncias?” A contestação da teoria A teoria de Wegener foi muito contestada nos anos seguintes à sua morte, com o principal ponto negativo sendo o facto de que as massas continentais não poderiam se movimentar pelos oceanos da maneira proposta sem se fragmentar inteiramente, o que foi argumentado por Harold Jeffreys, um renomado sismólogo inglês. No início da década de 1950, porém, as idéias de Wegener foram retomadas, face a novas observações e descobertas científicas, ligadas especialmente aos oceanos. Um novo debate surgiu sobre as provocativas ideias de Wegener e suas implicações.

28 Deriva Continental e Tectônica de Placas
Teoria da Deriva Continental (Wegener). Debates e contestações. 1930 Morte de Wegener na Groenlândia. Teoria abandonada nos EUA. Retoma da teoria. Exploração do fundo oceânico (Bullard). “Magnetismo fóssil” nas rochas. Deriva polar (Blackett Runcorn) Expansão do fundo oceânico (Dietz, Hess). 1963 Anomalias magnéticas oceânicas (Matthews) associadas ao crescimento do fundo ocêanico (Vine). Inversões do campo magnético (Cox). Datação de derrames continentais. Datação de sedimentos marinhos. Falhas transformantes. Distribuição de terremotos. Surge a TECTÔNICA DE PLACAS (Dietz, Hess) incorporando ao crescimento do fundo oceânico e as ideias da deriva continental. Escala temporal de inversões. Deep Sea Drilling Project (Glomar).

29 Principais descobertas científicas que causaram a retoma da discussão da ideia de mobilidade dos continentes: verificação do facto de que o fundo oceânico é jovem e contém muitas feições fisiográficas; 2) confirmação das inversões geomagnéticas no passado da Terra;

30 3) aparecimento da hipótese da expansão do fundo oceânico e consequente reciclagem da crosta oceânica; 4) comprovação científica da distribuição de terramotos e vulcanismo ao longo de trincheiras oceânicas e cadeias montanhosas submarinas. Durante as guerras mundiais, muito esforço foi feito para um mapeamento preciso do fundo oceânico, resultando em uma imagem inesperada: um fundo “enrugado”, com montes e depressões, o que foi constatado quando da necessidade da implantação de cabos telegráficos submarinos. Foram descobertas enormes cadeias de montanhas submarinas, situadas no meio do oceano Atlântico.

31 Verificação da idade do fundo oceânico
Acreditava-se que o fundo oceânico tinha em média 4 bilhões de anos, e, portanto, deveria ter uma camada sedimentar bastante espessa; em 1957, sismólogos no navio USS Atlantis verificaram que em determinados locais a espessura dos sedimentos era muito fina.

32 A magnetização da crosta oceânica
No início da década de 1950, os cientistas utilizaram os magnetômetros (desenvolvidos na Segunda Guerra Mundial para a detecção de submarinos) para investigar a crosta oceânica.    Era esperado que o material da crosta oceânica apresentasse alguma resposta magnética, pois o basalto contém minerais com características magnéticas.

33 Inversões do campo geomagnético
Verificação da existência das inversões do campo geomagnético No início do século XX, os paleomagnetistas verificaram que as rochas podiam ser classificadas em dois grupos: as que apresentavam polaridade magnética compatível com a do campo geomagnético presente, e as que apresentavam polarização inversa.

34 A evidência do padrão simétrico de anomalias magnéticas trazia uma questão importante: “qual o processo de formação da crosta oceânica que explica este padrão?” As teorias da época (1961) diziam que as dorsais meso-oceânicas eram zonas de fraqueza da crosta, onde o material do manto subjacente se incorporava às placas, afastando-as. Este processo, denominado expansão do fundo oceânico, duraria milhões de anos, formando as cadeias oceânicas observadas.

35 Factos que comprovavam a teoria da expansão do fundo oceânico:
1) As rochas nas proximidades da dorsal são muito jovens, aumentando a sua idade com o afastamento da dorsal; 2) As rochas mais jovens, próximas da dorsal, apresentavam sempre polaridade positiva (idêntica ao do campo geomagnético actual); 3) Havia um padrão de magnetização que apresentava simetria em relação à dorsal (rochas à mesma distância da dorsal apresentavam polaridade idêntica). Isto mostrava a simetria do crescimento e a frequência de inversão da magnetização.

36 Problema: se na dorsal oceânica havia contínua criação de placas, e não havia evidência de que a Terra estivesse a aumentar de tamanho, em algum lugar deveria estar a haver a destruição de material. Dois cientistas, Dietz e Hess, postularam que, nas trincheiras oceânicas (faixas estreitas ao longo do cinturão do Pacífico muito profundas), a crosta oceânica estava a ser consumida, em contraposição com a criação da crosta nas dorsais oceânicas.

37 Com o desenvolvimento dos sismógrafos no início do século XX, os cientistas perceberam que os terremotos concentravam-se preferencialmente ao longo das trincheiras oceânicas e dorsais meso-oceânicas. A implantação da rede mundial de sismógrafos, para detectar explosões nucleares clandestinas, trouxe um grande avanço no conhecimento da distribuição dos abalos sísmicos.

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40 Conceitos e palavras chave