introdu˘c~ao a astronomia e a astrof sica sobre o...

Introducao a Astronomia e a Astrofısica

Sobre o Tectonismo

Prof. Dr. Dietmar William Foryta

Departamento de Fısica, Universidade Federal do Parana, Centro Politecnico, Caixa Postal 19044,81531-990, Curitiba, Parana, Brasil∗

A partir da ideia de como se formam os planetas, pela aglomeracao sucessiva

de materia, os fenomenos conhecidos como tectonismo e vulcanismo serao con-

sequencias naturais. Discutir-se-a como estes fenomenos “surgem” e o que decorre

destes para mostrar que estes realmente existem durante a observacao da Natu-

reza a nossa volta. Aqui nao pretende-se seguir a historia da descoberta destes

fenomenos, mas analisar as consequencias de outro estudo, a ideia da formacao

de planetas, e como poderiam ser testadas. Parte destes testes sao exequıveis em

ambiente escolar.

Keywords: Superfıcie Planetaria: Evolucao Geologica;

Superfıcie Planetaria: Tectonismo;

Superfıcie Planetaria: Vulcanismo;

1 Os Primordios do Planeta . . . . . . . . . 1

2 A Solidificacao da Superfıcie . . . . . . . . 2

3 A Evolucao da Superfıcie . . . . . . . . . . 2

4 A Formacao do, possıvel, Oceano . . . . . . 5

5 O Tectonismo: Fissuras . . . . . . . . . . . 7

6 Tectonismo: Subduccao . . . . . . . . . . . 9

7 A Historia dos Continentes . . . . . . . . . 11

8 O Futuro do Sistema de Continentes . . . . 14

A existencia das crateras da Lua implica naexistencia de colisoes na superfıcie planetaria.Todavia, como a superfıcie lunar apresenta di-versas regioes com craterizacoes distintas, ha-se a necessidade de se explorar com mais cui-dado a ideia das colisoes craterizadoras.

Como a craterizacao implica na colisao entredois objetos, um deles o alvo e outro deles o

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impactante, e sendo o impactante menor, mui-tas vezes, bem menor do que o impactado, amateria do impactante e acrescida ao impac-tado. Caso o numero de impactos seja grande,a massa do impactado, com o tempo, crescera.

Daı surge a ideia de que os corpos planetariospossam ter uma origem colisional. O corposplanetarios seriam descendentes de sucessivascolisoes que ocorreriam ate que tenham atin-gido sua massa observada atualmente.

Claro que este cenario deve ser algo mais com-plicado, mas a grosso modo parece razoavel aprimeira vista. Analizemos este cenario.

1. Os Primordios do Planeta

Se o numero de quedas de corpos por unidadede tempo, entao a transformacao da ener-gia potencial gravitacional em energia de mo-vimento e a subsequente transformacao, du-rante a colisao, em energia termica, entao asuperfıcie planetaria em formacao devera teruma temperatura razoavelmente alta.

2 Introducao a Astronomia e a Astrofısica

Esta liberacao tera diversas consequencias.Sobre o corpo cadente, que bem provavelmentedevera ser constituıdo por diversos materiais,que serao classficados como materiais volateise nao volateis, sofrera tambem o aquecimento.Os materiais volateis volatizar-se-ao e os ma-teriais nao-volateis poderao ser liquefeitos.

Os materiais tipicamente conhecidos comovolateis sao a agua, o dioxido e o monoxidode carbono, amonia, metano, so para citar osmais comuns. Estes materiais que foram vo-latilizados expandri-se-ao e caso cheguem emregioes frias o suficiente poderao novamente seliquefazer ou se solidificar. Mas na superfıciequente do planeta em formacao nao ha regioesfrias. Assim o material volatil permaneceraem seu estado gasoso. Como existe a gravi-dade do corpo planetario e se esta for grandeo suficiente, os gases formarao um envolucroque sera chamado de atmosfera primordial.

O material, classificado como nao-volatil, osrefratarios, poderao se evaporar durante acolisao, nela propria, mas o ambiente at-mosferico nao e aquecido o suficiente paramanter este material na forma de vapor ou degas. Assim, este material rapidamente cairasobre a superfıcie do corpo planetario.

Ja o material constituinte da superfıcie pla-netaria e tipicamente de origem refrataria ecom a liberacao de energia podera se liquefa-zer e tambem, localmente, evaporar. O mate-rial evaporado caira novamente e fara parteda superfıcie planetaria. Na epoca em queocorrem um grande numero de colisoes empouco tempo, a superfıcie planetaria tera umagrande taxa de liberacao de energia e portantotera sua superfıcie liquefeita.

Assim o corpo planetario em formacao seriaum corpo cuja superfıcie seria extremamentequente, liquefeita, envolta por uma atmosfera,dita primordial, que sera, bem provavelmente,extremamente densa.

2. A Solidificacao da Superfıcie

Com o passar do tempo, a taxa de colisoescom a superfıcie planetaria ira diminuir. Istodecorre pelo fato do reservatorio de corpos im-pactantes comecar a exaurir paulativamente.Assim a taxa de liberacao de energia de-cresce e a temperatura superficial do planeta,agora ja formado em termos de sua massa,tambem decresce. Decrescendo a temperaturasuperfıcial, o material liquefeito comecara achegar a tempraturas de solidificacao.

Entretanto a variacao da temperatra nao emuito rapida e a superfıcie solidificando-sesera portanto fina e sujeita as forcas que por-ventura estejam presentes. Diversas fontes deforcas podem atuar na superfıcie solidificanteainda fina.

Forcas de mares, caso a Lua ja esteja presente,os impactos, agora “esporadicos”, e do movi-mento do material, ainda liquefeito na subsu-perfıcie, sao suficientes para fazer rachar a su-perfıcie e o material liquefeito da subsuperfıcieextravar-se-a sobre a superfıcie solidificando-se.

Assim, com o tempo a superfıcie solida ficaramais espessa. Mas este processo de espessa-mento e extremamente lento pois o material“solido” entre a subsuperfıcie e a superfıciepodera liquefazer-se parcialmente.

3. A Evolucao da Superfıcie

As forcas que antes faziam rachar a superfıciesolidificante, com o contınuo espessamentodeixarao de rachar a superfıcie, mas conti-nuarao a atuar sobre esta superfıcie cuja es-pessura cresce.

Os impactos, agora cada vez mais esparsos,produzem crateras que poderao ser, eventual-mente, observadas no futuro.

As forcas de mares, caso a Lua esteja presente,continuarao agindo mas resultando somente

Curitiba, 21 de Outubro de 2003

Sobre o Tectonismo 3

Figura 1 Como o material subsuperficial forca a crosta solida que forma a superfıcie, o material

superficial pode romper-se e fissionar-se. A medida em que a forcagem continua ocorre a separacao

entre as regioes anteriormente proximas. Esta separacao podera ser rpeenchida pelo oceano proximo e

com o tempo podera tornar-se ela propria um oceano. E o caso do Oceano Atlantico.

numa fonte de calor, tornando o processo deresfriamento muito mais demorado.

E os movimento do material interno lique-feito continuarao atuando sobre a superfıcieformando elevacoes e tensoes. mas nao dei-

xara ocasionalmente de ocorrer rachaduraspor onde podera extravazar material lique-feito.

Os fenomenos que passarems a detalhar saojustamente decorrentes do material ainda li-

por Dietmar William Foryta


Figura 2 A forcagem do material subsuperficial atuando verticalmente produz uma fissura que e fre-

quentemente preenchida de material que se solidifica. Esta posteriormente fissiona-se novamente e

novamente. Com o processo contınuo a fissura alarga-se separando regioes anteriormente proximas

distanciando-as. Como o material que se solidifica esta sob a influencia do campo magnetico terrestre

ele guardara o estado do campo magnetico. Amostragens proximas e cada vez mais distantes da regiao

da fissura colocam em evidencia a existencia de inversoes magneticas na historia da Terra.



Figura 3 QUando duas placas tectonicas colidem, uma das placas mergulha sobre a outra. A placa que

fica passando sobre a outra pode ou nao enrugar-se. Caso ocorra o enrugamento ocorre a formacao de

um sistema montanhoso. Mas independente do enrugamento ou nao, o mergulho de uma placa sob a

outra gera energia termica e portanto a formacao de sistemas vulcanicos. Assim caso a placa nao se

enrugue, pelo menos na sua borda, e na presenca de uma area oceanica, formar-se-ao uma frente de

ilhas vulcanicas.

quefeito presente na subsuperfıcie e como estesfazem evoluir a superfıcie.

4. A Formacao do, possıvel, Oceano

A superfıcie solidificada tem uma temperaturaque com o passar do tempo comecara ser cadavez menor. Como ainda ocorrem quedas decorpos e portanto a liberacao de volateis, juntocom os volateis ainda presentes da atmosferaprimordial, em ambiente de menor tempera-tura poderao se condensar e cair sobre a su-perfıcie, formando as primeiras chuvas.

Como a atmosfera tem pouco massa entaosua temperatura devera ser menor do que asuperfıcie ela propria. Isto permite a con-densacao de volateis mas nao garante que estesvolateis condensados permanecam condensa-dos. Caso a superfıcie tenha uma temperaturasuperficial compatıvel com o estado liquefeitodo volatil, este permanecera lıquido e assimformar-se-ao os primeiros regatos e lagos.

Caso a quantidade de volateis, compatıveiscom a temperatura superficial, seja grande osuficiente, estes lagos poderao crescer e formarmares e mesmo oceanos.

Isto ocorrendo implicara nao somente na in-teracao quımica entre os volateis da atmosferacom a superfıcie mas tambem atraves de umainteracao em fase lıquida. O volatil mais im-portante que comeca a atuar e a agua. A aguadilui certos materiais e a evolucao quımicacomeca a se processar.

Esta evolucao quımica produz uma trans-formacao quımica mais extensa sobre a su-perfıcie pois a superfıcie planetaria continuaraem constante transformacao. Como o materialsubsuperficial continua a forcar a superfıcie,esta ira continuar a se moldar perantes es-tas forcas. Estas forcas produzem tensoes epressoes. Parte da superfıcie podera ser er-guida e os lagos e oceanos localmente presen-tes serao deslocados expondo areas que foramtransformadas quımicamente. Estas areas ex-postas passam a interagir com a atmosfera



Figura 4 O movimento da placa tectonica que contem a India na direcao da placa tectonica da Europa

e Asia significou a colisao entre estas e que provocou a elevacao da regiao entre as placas formando-se

assim a Cordilheira do Himalaia. Portanto as mantonhas do Himalaia continuarao elevando-se com o

passar do tempo.

tambem quımicamente produzindo um fluxode transformacoes quımicas.

Parte destas transformacoes quımicas resul-tara em uma absorcao de material gasoso re-duzindo em princıpio a massa atmosferica.Claro que ainda ocorrera a emissao de volateispelos impactos e pelos volateis talvez aindapresentes no material superficial e subsuperfi-cial, mas a atmosfera estara evoluındo quimi-

camente. Esta atmosfera que esta evoluindonao e mais a mesma atmosfera que existiano final da formacao do planeta, a atmosferaprimordial. Assim a atmosfera sera dita se-cundaria.



Figura 5 A ideia do movimento tectonico das massas terrestre pode ser verificada considerando que caso

haja o movimento massas que eventualmente estiveram proximas afastam-se gradativamente. Assim,

caso este fenomeno tenha realmente ocorrido regioes proximas, com caracterısticas semelhantes serao

encontradas, tempos depois, em locais distantes. Mas podendo identificar estas amostras, e.g., fosseis,

pode-se correlacionar as regioes que foram afastadas.

5. O Tectonismo: Fissuras

A forcagem da superfıcie podera resultar oca-sionalemnte em rachaduras da superfıcie, e porestas rachaduras da superfıcie, o extravaza-mento de material subsuperficial, que nao e

exatamente liquefeito nem solido, chamemosesta regiao subsuperficial de manto. Quandoo material do manto atinge a superfıcie estesolidifica-se fazendo com que a rachadura sejatampada e em relacao ao estado anterior a ra-chadura, mais material estara presente. Assim



Figura 6 Exemplos atuais das colisOes tectonicas. Observe no diagrama esquematico a formacao de

fendas submarinas extremamente profundas. Estas fendas existem, sao conhecidas e estao associadas

aos fenomenos de subduccao.

a rachadura tendera a forcar “para as laterais”o material solido da superfıcie.

Um sistema de rachaduras no material solidodelineara regioes solidas, estas regioes solidaschamam-se placas, devida sua espessura emrelacao ao sua extensao global. Como estaplacas tenderao a se mover, chamemos estefenomeno natural de tectonismo.

Com a forcagem do movimento das placas tec-tonicas, placas serao empurradas sobre placas,surgindo tensoes nas regioes de contato entreas placas adjacentes.

Imaginemos duas placas sendo forcas uma deencontro com a outra. E como empurrar len-tamente dus folhas de papel uma contra a ou-tra. As bordas poderao ambas se elevar. Uma



Figura 7 A temperatura global do planeta va-

ria. Estamos num perıodo relativamente frio da

historia geologica.

das bordas podera passar por baixo da outra.Uma das bordas dobra-se sobre a outra. En-fim uma variedade de possibilidades poderaoocorrer.

6. Tectonismo: Subduccao

Caso uma das placas passe por baixo da outra,chamemos isto de subduccao, esta ira mergu-lhar sobre a regiao do manto que esta a umatemperatura grande. Assim, o material queesta solido tera sua temperatura elevada po-dendo chegar ao ponto de liquefacao. O mate-rial da placa tectonica sera portanto reproces-sado em material do manto. Como o materialda placa passou por uma evolucao quımica,seja ela aquosa seja ela gasosa, o materialvolatil sera transportado diretamente a regiaodo manto planetario, enriquecendo pelo menosna regiao proxima a subduccao de volateis.

Este processo de mergulho de uma materialainda solido sob um material tambem solidoe analogo a fzer raspar duas lixas uma pelaoutra. Este movimento sera entao cheio detrepidacoes quando os encontros das irregula-ridas ocorrerem e forem vencidos. Estas tre-pidacoes com dimensoes de centenas de kilo-metros implicarao em liberacao de uma grandequantidade de energia que se transformara emmovimento, os terremotos.

Assim pode-se concluir que nas regioes de sub-duccao deverao existir terremotos, e os pontosde rompimento, os epicentros dos terremotosdeverao estar delineando a interface entre asduas placas tectonicas.

A placa que passa por cima da placa subduc-tada podera seja escorregar simplesmente so-bre a outra placa ou dobrar sobre a outra.Quando a colisao implicar no dobramento ouno enrugamento da placa que passa por cimada subductada, o material eleva-se vertica-lemnte, formando assim regioes altas, que co-nhecemos como cordinheiras.

Assim podemos tambem concluir que asregioes de cordilheiras podem estar associadasa regioes de subduccao. E claro que nem todosos complexos montanhosos estarao a priori as-sociados a regiOes de subduccao, mas regioesde subduccao bem provavelmente estarao as-sociadas a formacao de montanhas.



Figura 8 A compreensao do processo tectonico, subduccao e fissuras, e de como testar sua validade,

mapeamento de fosseis, permite imaginar como o “desenho” dos continentes evoluiu. Nestes diagramas

tem-se a evolucao desde 650 milhoes de anos aos 255 milhoes de anos antes do presente. Diagramas

do Projeto PALEOMAP.



7. A Historia dos Continentes

Os sistemas tectonicos, fissuras e subduccoes,sugerem que o sistemas de continentes que semodificam formam ocasionalmente supercon-tinentes. Devida a falta de mais informacoesfosseis fica extremamente difıcil determinaros mapas continentais mais antigos do que operıodo Pre-Cambriano, a uns 650 milhoes deanos. Mas o que se estima e que deve ter exis-tido um supercontinente, que se chama Rho-dinia, em aproximadamente 1100 milhoes deanos, que se partiu em dois continentes em 750milhoes de anos criando o Oceano Panthalas-sico.

Evidencias indicam que houve neste perıodouma era do gelo extremamente intensa, que to-mou completamente o planeta, onde todas asareas terrestres parecem ter sido tomadas pelogelo. Estas evidencias deram margem a diver-sas ideias das mais complicadas possıveis, mascom o advento do conceito de supercontinen-tes uma explicacao razoavel parece surgir na-turalmente. O supercontinente Rhodınia es-taria em parte de sua extensao muito proximaa um dos polos planetario. Assim a espes-sura de gelo poderia ser analoga a da atualAntartida sem a necessidade de se imaginartodos os oceanos terrestres congelados. Esteperıodo gelado terminaria com a quebra dosupercontinente e a migracao dos continentespara regioes mais amenas. A unica excessao,ainda nao explicada, e que existem evidenciasde gelo na Australia que estaria proxima aoequador terrestre na ocasiao.

No final de 600 a 550 milhoes de anos, no fi-nal do perıodo Pre-Cambriano, os continen-tes que havia colidido formando um supecon-tinente, que chamou-se Pannotia, comecou apartir-se. Uma nova era comeca e o OceanoIapetus comeca a crescer entre dois supercon-tinentes Laurentia (America do Norte, Norteda Europa e a Siberia) e Gondwana, criadopela orogenese Pan-Africana, que se extendiado Equador ao Polo Sul. Durante o perıodo

Ordoviciano depositos glaciais (arrastos de pe-dras por gelo) encontravam-se na regiao po-lar (Africa e America do Sul) e depositosquentes (sal e limestone) na regiao equatorial(Australia, India, Chima e Antartida).

Em meados do perıodo Paleozoico, a aprxi-madamente 400 milhoes de anos, o OceanoIapetus que fechava-se trouxe a Laurentia ea regiao Baltica em colisao elevando diversasterras acima do nıvel oceanico. Neste mesmoperıodo, um imenso sistema de subduccoes cir-cundava completamente os continentes muitoa semelhanca do anel de fogo do Pacıfico atual.E o Oceano Panthalassico cobria grande parteda face da Terra sobretudo o hemisferio norte.No perıodo Devoniano e que as plantas comecaa tomar as terras, e foram tao abundantes eformaram os primeiros depositos de carvao nospantanos tropicais, e que os peixes tornaram-se os maiores predadores.

No fim da Era Paleozoica, os oceanos que ha-viam sido abertos pela quebra de Pannotia fo-ram totalmente consumidos formando agorao supercontinente Pangea, centrado no equa-dor e extendendo-se de polo a polo. No finaldo Carbonıfero e no inıcio do Permiano, asregioes sul de Pangea estavam cobertas por umgrande glaciar. E a regiao central de Pagea,montanhosa e chuvosa, concentrou a formacaode depositos carbonıceros. Quando esta regiaofoi empurrada para o norte e com a elevacaode uma serie de cadeias montanhosas a regiaoequatorial formou um sistema de moncoes ecujas chuvas nao mais atingiam o centro con-tinental tornando-o desertico. A despeito donome Pangeia significar uma massa continen-tal somente, provavelmente ela nao continhaem uma unica massa continental todas as ter-rras emersas da epoca pela existencia do Oce-ano Paleo-Tetis.

A segunda fase da quebra de Pangea inicia-se no Cretaceo, a 140 milhoes de anos,onde Gondwana continua fragmentar-se pelaformacao do Oceano Atlantico e a Indiadistanciando-se da Antartida cruzando o Oce-



Figura 9 Continuacao dos diagramas da figura 8 desde 237 milhoes de anos ao presente. Diagramas

do Projeto PALEOMAP.



Figura 10 Como as “ferramentas de evolucao geologica” puderam ser testadas, pode-se tentar estimar

como sera o futuro do sistema de continentes. Claro que a verificacao deste resultado so podera ser

cabalmente testado aguardando-se o referido tempo. Diagramas do Projeto PALEOMAP.

ano Thetis, que se transformara no OceanoIndico. Globalmente o clima do perıodoCretaceo, tal como o Jurassico e o Triassico,eram muito mais quentes do que hoje,e encontravam-se dinossauros e palmaceasacima do circulo polar artico, bem como naAntartida. Isto e consequencia da existenciade series de correntes marıtimas, em oceanos100 a 200 metros mais profundo, que trans-portavam calor para as regioes mais proximasdo polo.

A terceira e final fase de quebra de Pangeateve lugar no inıcio do Cenozoico. A Indiaesta prestes a colidir com a Asia e a Australiadesloca-se rapidamente para o norte. Duas fis-suras surgem o “Mar Vermelho” e o atual sis-tema montanhoso africano. Como a India eum bloco litosferico muito solido, depositadosobre um oceano tambem solido, e a Asia,em contrapartida, um conjunto de fragmen-

tos, estes deslocam-se para o norte fazendo so-erguer diversas terras, desaparecendo diversosdos oceanos que existiam neste perıodo, hojevestigiais. Diversos sistema colisionais ocor-rem: os Perineus, os Alpes, as Balcans, asmontanhas de Zagros, o Himalaia e a colisaomais “nova” a Australia e a Indonesia.

A fase de colisoes continentais comprime ho-rizontalmente os continentes, mas comoes-tes mantem o mesmo volume, decrescem umpouco em area. Isto torna os oceanos mais ra-sos em escala global. O resultado geral distotambem e que com a elevacao de regioes queantes estavam submersas permite o floresci-mento da fauna, rotas de migracao entre con-tinentes, o clima tende a ser mais sazonal eo mais importante, o clima global resfria-se.Isto ocorre pois as superfıcies terrestres ten-dem a refletir mais facilmente a luz solar doque as regioes oceanicas e tambem permitem



o crescimento de placas de gelo continentais.Formando mais gelo, reflete mais, resfriandoainda mais, e uma nova era de gelo comeca aformar-se. Somente poucas vezes a Terra tevetemperaturas tao baixas quanto as de hoje.

Uma licao a ser aprendida e que quando o pla-neta resfria (ou esquenta) um processo “po-sitivo” intensifica o padrao pois quanto maisresfria (ou esquenta) mais gelo forma-se sobreas terras emersas (ou mais gelo e transferidopara os oceanos) diminuindo a area oceanica(ou aumentando a area oceanica) que dimi-nui a absorcao de luz solar (ou aumentando acaptacao de luz solar). E natural que a tem-peratura da superfıcie terrestre cresca.

8. O Futuro do Sistema de Continentes

E claro que nao podemos realmente conhecero futuro mas podemos ter uma ideia razoavelde como ela devera ser, sabendo que pode-mos nos equivocar. Em 50 milhoes de anos nofuturo, se o movimento das placas tectonicascontinuar na mesma taxa atual a Africa coli-dira com a Europa eliminando, bem provavel-mente, o Mar Mediterraneo e o Mar Verme-lho. Isto bem provavelmente fara a existenciade um grande complexo montanhoso tipo Hi-malaio desde a Espanha ate o sudeste asiatico,atraves da regiao do Oriente Medio. O con-tinente Norte Americano continuara a rota-cionar no sentido anti-horario. O continenteEuro-Asiatico rotacionara no sentido horariotrazendo as ilhas britanicas na direcao do PoloNorte e a regiao sudeste da Asia mais proximade regioes subtropicais. O que parece suge-

rir o movimento das placas tectonicas e quea grande fissura atravessando a Africa naose transformara em um oceano. A maiormodificacao que surgira sera a formacao deum grande complexo de subduccao a lestedo continente Norte-Americano ate o Sul-Americano.que fara desaparecer em um futuromais distante o Oceano Atlantico.

Em 150 milhoes de anos no futuro, a “nova”regiao de subduccao que surgira no leste doscontinentes americanos fara diminuir a ex-tensao do Oceano Atlantico que separa o con-tinente Norte-Americano da Africa que foideslocada para o norte e rotacionado. Duranteeste processo de subduccao a grande fissuraque divide o Oceano Atlantico hoje tera de-saparecido em 100 milhoes de anos a partirde agora. A Antartida deslocando-se para onorte colidira com a Australia.

A historia de uma bacia oceanica e determi-nada pelo balanco entre dusa forcas opostas,a fissura que o alarga e a subduccao que o eli-mina. No inıcio a fissura domina formando umlargo fundo oceanico. Em algum tempo de-pois zonas de subduccao formam-se nas mar-gens deste oceano e que comecara a consumiro leito oceanico. Durante todo este tempo ne-nhum oceano crescera mais do que o modernoPacıfico. Em 250 milhoes de anos a partir deagora o oceano esta em franco declıneo poisnao ha mais formacao de leito oceanico. As-sim no futuro o que sao os oceanos Atlanticoe o Indico serao somente um mar interno re-manescente. Esta futura convergencia de con-tinentes podera se chamar “Nova Pangeia”.


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