Condutividade Elétrica no Interior da Terra

Condutividade elétrica decorre do movimento de elétrons ou íons em resposta a um campo elétrico, obedecendo a lei de Ohm

V= RI ou J=E R – resistência elétrica, V - diferença de potencial, I - corrente elétrica, J - densidade de corrente, E - campo elétrico - condutividade elétrica (escalar para um meio isotrópico, tensor de classe 2 para um meio anisotrópico).-Siemens/metro (S/m); resistividade = 1/-Ohm.metro (.m)

Condutividade elétrica do interior da Terra – Fontes naturais

Interação sol - terra

Interação sol-terra

Espectro eletromagnético

Penetração do sinal eletromagnético no interior da terra

Penetração do sinal eletromagnético no interior da terra

T

5.02

(Skin Depth)(Skin Depth)

(Km)

Tipos de Condução elétrica

• Condução metálica ou por elétrons livres

Número de níveis de energia disponível para os elétrons excede o número de valência eletrônica. Condução se dá por elétrons livres. Importante no núcleo terrestre.

• Semicondução ou condução por elétrons ligados

Número de níveis de energia disponíveis é igual à valência eletrônica. Importante em geologia econômica (Ex.:sulfetos maciços, sulfetos disseminados)

Tipos de Condução elétrica

• Condução em soluções eletrolíticas ou por íons livres

Íons podem se mover livremente em líquidos, embora com menor mobilidade que o elétron.

A condutividade crustal é determinada principalmente pela quantidade e natureza da água intersticial.

• Condução em sólidos iônicos ou por íons ligados

Íons são ligados à estrutura do cristal, a condução se dá por efeitos térmicos ou por defeitos no cristal. Ex: Rochas ígneas, rochas metamórficas.

A variação nos valores da resistividade são controlados principalmente pela presença de fluidos nos poros das rochas, expressos empiricamente pela Lei de Archie = f -m

- resistividade

f –resistividade do fluido saturante - porosidade; m – fator empírico

Condutividade elétrica no interior da terra

• Núcleo terrestre núcleo interno - 1217 Km núcleo externo - 3480 Km condutividade do núcleo externo - 5 x 105 S/m

• Manto Conjunto de estimativas para o manto superior,

apontando para uma condutividade com variação lateral, mas tipicamente crescente com a profundidade.

Resultados a partir de estudos magnetotelúricos (MT) de

longo período, magnetovariacionais (ou GDS – Global Depth Sounding), geomagnéticos (observatórios)

• Crosta terrestre

Grande variabilidade. Existência de condutor a profundidades variadas, geralmente na crosta inferior. Medidas MT, GDS ou medidas diretas em poços profundos.

• Condutividade baixas profundidades(até 3-4 Km)

Grande variabilidade, aplicações na pesquisa de petróleo e mineral, água subterrânea, estudos ambientais.

Métodos: Magnetotelúrico (MT), Audiomagnetotelúrico (AMT), Audiomagnetotelúrico com fonte controlada (CSAMT); eletromagnético transiente no domínio do tempo (TEM) e da freqüência (FEM), radar de penetração do solo (GPR); eletroresistividade (método corrente contínua); métodos EM com sensores em aviões ou helicópteros (AEM e HEM).

Condutividade elétrica no manto

CAMPBELL, W.H., BARTON,C.E., CHAMALAUN, F.H. and WELSH, W. Quiet-Day ionospheric currents and their application to upper mantle conductivity in Australia. Earth Planets Space, 50, 347-360, 1998

Condutividade manto superior Austrália

Resultados MT Andes Central

Condutividade no manto

Apresenta variação lateral e os principais resultados conhecidos presentemente são:

• Crescimento da condutividade elétrica nos oceanos ocorre a profundidades menores (Filloux, Vanian et al.) comparado com medidas nos continentes;

• Camada condutiva é mais rasa para assoalhos marinhos mais jovens (Filloux, 1981)

• A astenosfera (camada menos rígida abaixo da litosfera, caracterizada por menor densidade e maior plasticidade – parcialmente fundida) é bem mais condutiva que a litosfera.

Condutividade na crosta continental

Condutores crustais encontrados em três áreas do norte da Inglaterra - Beamish (1986)

Condutividade na crosta

Até meados de 80, todo o conhecimento advinha de medidas indiretas na superficie. Posteriormente, medidas diretas obtidas em poços profundos foram obtidas (KTB, Kola, Saatly).

Principais resultados:

• Crosta não obedece modelo simples de 2 camadas (SIMA e SIAL);

• Observa-se grande variabilidade lateral e em profundidade, que é dependente da geologia;

Condutividade na crosta

• A crosta inferior é altamente refletiva e com velocidade da onda elástica bem inferior à esperada para a composição presumida

• A crosta apresenta zonas de altas condutividades elétricas (não esperadas para as pressões e temperaturas envolvidas), que podem ser devidas a vários fatores: grafite, água salgada, fusão parcial, minerais hidratados, óxidos metálicos.

Propriedades físicas controlando a condutividade elétrica

Composição química

Pressão

Temperatura

Conteúdo de água

Geologia

Defeitos no cristal e impurezas

Mudança de fase

Resistividade x porosidade

Equação de Archie: = f -m

Condutividade x temperatura

Pressão 0.2 GPa

(2.000 atm)

Pressão 0.2 GPa

Condutividade em terrenos fanerozóicos < 590 milhões de anos

Condutividade em terrenos precambrianos

> 590 milhões de anos

FIM

The Earth formed through accretion, absorbing planetisimals (lumps of rock and ice) through collisions. Did the Earth accrete undifferentiated material that then separated into shell and core – in which case, did the planet reach its present mass before differentiating, or was it a more gradual process? Alternatively, core formation might have happened rapidly inside growing planetisimals, so the Earth’s core is combination of these previously formed cores (photo and text credit: Bill Minarik 2003 Nature News and Views Nature 422 126)