modelos de evolução da terra

CDRC, Dezembro 2003 Tectônica de Placas 1 / 128

Parte 2 – Os primórdios

Modelos de evolução da Terra

Objetivos

S.Terra

Modelos

Histórico

Int.Terra

Placas

Bordas

Motor

Hot-spots

Futuro

Testes


Da supernova ao disco solar Fonte: NGS Ballard 1988

A supernova

Objetivos

S.Terra

Modelos

Histórico

Int.Terra

Placas

Bordas

Motor

Hot-spots

Futuro

Testes

Um modelo evolutivo do Hadeano

4,6 a 4,0 Ga - Oceano fundido Afundamento de metais Mais fusão e separação

4,0-3,6 - Fusão e separação Diferenciação do núcleo

Evolução da Vida na Terra

Arqueano ao Proterozóico 3,5 Ga a 570 Ma

Paleozóico 570 a 350 Ma


Escala do

Tempo

Geológico


Etapas de Estudo da Dinâmica Terrestre

Geotectônica

Períodos históricos

• Continente-centrista - 1760-1960

Reúne 3 fases

Pré-1850: Etapa de Individualização

1850-1910: Escolas americana e européia

1910-1950: Debate entre Fixistas X mobilistas

• Período oceânico - pós-revolução dos anos 60

1950-dias atuais

Teoria da Tectônica de Placas

Modernamente: Tectônica Global


Origem de Cadeias de Montanhas

National Geographic Magazine, out 2000


Geotectônica: Fases precursoras

1 pré-1850: Etapa de Individualização

contribuições dispersas

• Steno (1669): bases da Estratigrafia

• Von Buch (1824): análise em escala continental

2 1850-1910: “Escolas” americana e européia

Teoria da Contração (1852)

• Contestada por Suess (1875 a 1916)

Teoria Geossinclinal (Dana e Hall)

• Prenúncios do debate

Entre fixistas X mobilistas


O nascimento de uma hipótese...

Alfred Wegener Antonio Spider Pelegrini, 1856

Distribuição de Fósseis


Breve histórico - século XX

3 1910-1950: Fixistas X mobilistas

Teoria Geossinclinal na Europa (Hueg)

Hipótese da Deriva Continental

• Taylor (1910) e Wegener (1912)

Convecção no manto (Holmes)

4 1950-dias atuais: Revolução dos anos 60

Expansão do assoalho oceânico

Teoria da Tectônica de Placas (1968...)

Teoria da Tectônica Global

Harry Hammond Hess


Deriva dos pólos magnéticos da Terra


Tectônica de Placas

Teoria que emergiu no início dos anos 1960

Hipótese da Deriva Continental, formulada por Alfred Wegener

• Evidências

Notável encaixe entre continentes distantes

Similaridades na distribuição de fósseis

As placas são uma camada externa da Terra, a Litosfera

• Reúne a Crosta Terrestre e a parte superior do Manto

Litosfera é suficientemente fria para se comportar como se fôsse rígida

Ocasionalmente a Astenosfera da Terra encontra um lugar na Litosfera para

ascender como uma pluma ou hotspot


A Terra é... um planeta azul

Figuras parcialmente

baseadas em:

KIOUS, Jacquelyne & TILLING, Robert I. 1994. This Dynamic Planet: a history of plate tectonics.

Washington DC: U.S. Geological Survey (USGS) and the Smithsonian Institution. 77p.

URL: http://pubs.usgs.gov/publications/text/index.html

http://pubs.usgs.gov/publications/text/index.html


Parte 3 – Interior da Terra

Modelos dinâmicos do interior da Terra

Princípio da Isostasia

Variação de espessura

• Densidades de rochas

Fontes de Informação

Direta

• Sondagens profundas

Até 12.262 m, na Península de Kola, Rússia

• Crosta continental

Indireta

• Métodos geofísicos

Objetivos

S.Terra

Modelos

Histórico

Int.Terra

Placas

Bordas

Motor

Hot-spots

Futuro

Testes


Princípio da Isostasia

Andes e Himalaia

Atração gravitacional

menor que a esperada para

o volume de rocha dessas

montanhas

• Montanhas teriam menor

massa que as áreas ao redor?

• Duas expedições científicas

Peru, P. Bouguer (1735-1745)

Índia, G. Everest (séc. XIX)


Densidade de alguns tipos de rocha

Densidade média da crosta

continental

2,67 g/cm3

Densidade média da crosta

oceânica

2,8 g/cm3

Figuras

TEIXEIRA et al. Decifrando a

Terra. São Paulo: Oficina de

Textos, 2000. 568p.

Modelos Pratt-Airy

Explanação

Deficiência de massa

abaixo das cordilheiras

• Igual à massa existente

• Pratt & Airy (1855)

Isostasia (1889)

Compensação isostática

Equilíbrio isostático da

crosta sobre o manto

Airy – Variação de espessura

Pratt – Variação de Densidades


Compensação isostática

Crosta mais espessa sob grandes cadeias de montanhas

Atuação simultânea das variações de espessura e densidade


Fontes de informação Interior da Terra

Sismológicas

Velocidades e padrão de propagação

• Ondas P: longitudinais, atravessam sólidos e fluidos

• Ondas L e S: vibração normal à direção

Focos sísmicos: profundos ou rasos

Zonas de zombra: ondas S não voltam

à superfície entre 105o e 141o da origem

Gravimétricas

Dados de meteoritos

Condritos e acondritos


Terra Io

Vulcanismo


Ondas sísmicas


Tipos de ondas

sísmicas

../Acelso/Au_CST/Placas/Depth.20.avi


Zonas de Sombra

Ondas S e P não voltam à superfície entre 103o e 142o da origem

Foco sísmico

Zona de

Sombra

Núcleo

externo Núcleo

interno

Origem das zonas de sombra

Zona de sombra

142o

103o

Foco

Manto

Velocidade de ondas sísmicas

15

10

5

0

profundidade (km)

V k

m/s

1000 2000 3000 4000 5000 0 6000

Sup. ZTr. Inferior

Manto

Crosta

Núcleo interno Núcleo externo

Núcleo

Vp

Vs

Vs


Tomografia Sísmica da Terra


Dimensões, em escala e fora de escala

Densidade e calor (temperatura)

1000 2000 3000 4000 5000 0

5000

4000

3000

2000

1000

0

profundidade (km)

T oC

6000

T1 T2

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

de

nsid

ad

e

Incertezas nos modelos

– distribuição inicial de temperatura

– quantidade de calor gerado, em

função de profundidade e tempo

– processo de formação do núcleo


Constituição do Interior da Terra

Crosta Região acima do Moho, espessura 3-80 km

Manto: rochas ultramáficas (>70%) e máficas Manto superior: abaixo do Moho, até 400 km

Inclui a zona de baixa velocidade sísmica (ZBV)

Mesosfera inclui a parte inferior da zona de transição e manto inferior

Zona de transição: entre 400 a 1000 km

Manto inferior: de 1000 até a descontinuidade de 2898 km

Núcleo: mistura dos elementos Fe e Ni, com V e Co Núcleo externo: estado físico similar a líquido

Entre 2898 (+ 4 km) e 5200 km

Núcleo interno: um sólido no limite de fusão?


Meteoritos: Fontes de dados sobre o Interior da Terra

Condritos – Terra inteira

Meteoritos Ferrosos

Similares ao Núcleo

Corte

até o

núcleo

Profundidade

(km)

CROSTA

MANTO

ASTENOSFERA

LITOSFERA

NÚCLEO EXTERNO

NÚCLEO INTERNO

1000 km América do Sul África

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0

Descontinuidade de Gutenberg

Descontinuidade de Mohorovicic


Modelo do campo magnético


Campo

magnético

Corte esquemático

CROSTA

0

500

1000 Profundidade

(km)

MANTO

ASTENOSFERA

LITOSFERA

0 1000

Manto

Superior

Cadeia médio-atlântica América do Sul

Andes

África

Oceano

Pacífico

MANTO

MESOSFERA Z.Transição

Descontinuidade de Moho

Escala horizontal (km)

(grande exagero vertical)

Principais limites internos

Descontinuidade Moho (Mohorovicic) • Aumento abrupto de velocidade das ondas-P

(+ 6,6 km/s para + 8,0 km/s) e mudanças de fase

Descontinuidades no manto e núcleo • 670 km: mudança composicional ou de fase?

• 2900 km (Gutemberg): desaparecem ondas-S

• Núcleo interno: de 5200 km até o centro da Terra

Moho Continentes Oceanos

Profundidade 30 a 50 km (até 80) 10 a 12 km

Precisão do limite 0,5 a 1 km 0,1 km

Temperaturas 500 a 700oC 150 a 200oC


Hipóteses sobre convecção no Manto:

uma ou duas camadas?


Motor eficaz, movido a calor interno

No início:

Diferenciação associada ao magmatismo

Litosfera

Fria, uma pálpebra situada na parte superior

Convecção no Manto

Estado sólido na maior parte

Fusão rasa por descompressão adiabática

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