noções básicas para a classificação de minerais e rochas

Departamento de Petrologia e Metalogenia

Noções Básicas para a Classificação de Minerais e Rochas

Aula 1: Origem e Evolução da Terra


Aspectos Físicos

Forma esférica ou levemente achatada nos polos:

Raio equatorial= 6.378,160 km Raio polar= 6.356.775 km (diferença ≈21km.)

O grau de achatamento terrestre é dado por:

Onde a= raio equatorialc= raio polar

Resultando em 1/298,25

a

caf

)( −=


Forma compatível com elipsóide de revolução de uma massa líquida (manto+núcleo externo ), em função da força centrífuga exercida pela rotação da Terra.

A Figura mostra a variação dos valores da aceleração centrífuga (ac) com a latitude : ac= ω2 R, sendo ω= velocidade angular da Terra

e R= raio Terrestre, T= Período de rotação da Terra e então: ωωωω= 2ππππ/T

Aspectos Físicos: Forma


: Dados Relativos a aceleração da gravidade na superfície terrestre indicam que a Terra seria periforme⇒ raio médio do hemisfério norte émaior que o do hemisfério sul (cerca de 15 metros)

Na Figura a linha tracejada corresponde a um esferóide de achatamento 1/300 e a contínua ao geóide.(valores das escalas em metros).

geóide

Aspectos Físicos: Forma


Considerando: Maior elevação: Monte Everest (Himalaias): 9.000 m de altura


Considerando: Maior depressão: Trincheira Mariana (Fossa das Filipinas) : 11.000 m de profundidade


Aspectos Físicos

Desnível= 20 km.• Se Terra= esfera 10 cm de raio -> rugosidade de 0,15 mm• Esfera quase perfeita, pouco achatada e de superfície lisa.

• Área superficial: 510 milhões de km2.


Massa

• Cálculo – Lei de Gravitação Universal de Newton:

Massa da Terra= 6 x 1027g ou 6 sextilhões de toneladas.

2)000.000.637(

1

)86,56(

577,0000.775.550002

cm

gMtx

cm

dgx=

=

Atração da Terra

Atração Bola de Pb e Hg

Experimento de Jolly (1879) - Alemanha


Aspectos físicos – raio e volume

A humanidade sempre intuiu a forma esférica da Terra.

Mapa das estrelas Hem. Norte

Mapa estrelas Hem. Sul



1ª Medição – Eratóstenes 276-194a.C

Em determinada época do ano – Sol ao meio dia, atingia o fundo de um poço em Siena (vertical)

Em Alexandria, simultaneamente, ângulo raios solares e fio de prumo

Conhecida a distância entre a duas cidades AB

R= AB*360o/α

(erro=± 14% do valor atual)

R

Raio equatorial= 6.378,160 km Raio polar= 6.356.775 km (diferença ≈21km.)



• O volume aproximado da Terra pode ser calculado a partir

do valor de seu raio médio resultando:

10,83 x1020 m3 ou 10 sextilhões de m3


Volume

• O volume aproximado da Terra pode ser calculado a partir do valor de seu raio médio resultando:

10,83 x1020 m3

ou 10 sextilhões de m3


Aspectos físicos – Densidade

Para a Terra como um todo: 5,117 g/cm3


Aspectos físicos – Densidade

Entretanto rochas mais comuns da superfície terrestreDensidade Média=

2,17 g/cm3

Densidade deve aumentar com a profundidade da Terra.


Outros Dados Físicos

� Superfície coberta pelos Oceanos: 71%.� Superfície coberta pelos Continentes: 29%� Altitude média Continentes: 623 m� Profundidade média dos oceanos: 3,8 km� Massa da Atmosfera: 5,1 x 10 21 kg� Massa do Gelo: 25 – 30 x 1018 kg� Massa dos Oceanos: 1,4 x 1021 kg


Origem e Evolução da TerraA Terra em relação ao Universo

Embora a Terra seja um corpo celeste distinto muitas evidências de sua origem, composição e evolução provêm dos demais planetas e satélites do sistema solar, dos meteoritos, do sol e também de inferências acerca da natureza do Universo.

Para conhecer o interior do planeta, necessário obter informações acerca de sua origem, evolução e dos demais corpos do sistema solar.


Terra Terra éé um dos 9 planetas que gira ao redor do Sol.um dos 9 planetas que gira ao redor do Sol.

A Terra e o Sistema Solar



Origem da Terra deve atender às características do Sistema Solar


� Sol detém 99,8 da massa total do sistema

� Todos os planetas giram num mesmo plano (eclíptica), segundo um mesmo

sentido (anti-horário)

� Os planetas giram ao redor de seu eixo segundo o mesmo sentido de

translação ao redor do sol (exceto Urano e Vênus), o mesmo ocorre com

seus satélites.

� A distância entre os planetas guardam entre si e com o sol um

espaçamento regular � o dobro da distância em relação ao anterior =

Lei de Titius-Bode.

� Falta um planeta entre Marte e Júpiter – Cinturão de Asteróides

Características do Sistema Solar


� Os planetas terrestres, e seus satélites, constituem cerca de 0,00006% da massa total do sistema solar ou então 0,44% da massa de todos os planetas.

� Dos planetas terrestres a Terra representa 50,3% da massa total,seguido por Vênus (40,9%), Marte (5,4%) e Mercúrio (2,8%).



O Sistema Solar encontra-se inserido em um dos braços da Via-Láctea, uma Galáxia com forma de espiral.

A Via Láctea



Via Láctea – Perfil

Extensão: 100.000 anos-luz

(1 ano luz ≅ 9,5 quatrilhões de quilômetros)

O Sistema Solar ocupa um dos braços da Via Láctea



Sistema Solar

Via Láctea


Departamento de Petrologia e MetalogeniaA Galáxia mais próxima de nós é Andrômeda que dista cerca de 2,2 milhões de anos-luz.



Teoria do Big-Bang

� Hubble (1929): observou agrupamento de 18 galáxias (Virgo) se afastava da Terra, com bandas de absorção espectral se deslocando em direção ao vermelho: - Efeito Doppler-Fisseau.

� Universo estaria em expansão

Agrupamento Wolf 1206

Bandas de absorção

Efeito Doppler

Efeito Doppler Fisseau

A Origem do UniversoA Origem do Universo


A Origem do Universo

� Se dois objetos estão se afastando com velocidade ν, o tempo “t”necessário para junta-los a partir de uma distância “d”seria:

H

dt

1==

ν

Onde: H é a constante de Hubble= 15 km/s/106 anos luz

� A idade fornecida pela equação e também no estudo da nucleossíntese dos elementos (Hainenbach et al., 1978)

� A idade mais aceita para o Universo é : 14,5 ± 1,0 bilhão de anos.


Formação do Sistema Solar

Contração e condensação da nébula primitiva, material oriundo do Big Bang


Formação do Sistema Solar


Composição Química do Sol (Fotosfera)



Características Evolutivas dos Planetas Terrestres

� Os planetas terrestres foram constituídos todos por planetesimais de diferentes composições: Metálicos e Silicáticos, todos eles passaram por processos de fusão que os levaram a serem estratificados.

� Possivelmente todos os protoplanetas terrestres, capturaram planetesimais de elementos voláteis, que originaram os planetas jovianos.

�A Terra rapidamente converteu estes gases em vapores de água, metano, amônia, etc que constituíram a atmosfera primitiva da Terra.

� Mercúrio, devido a sua pequena massa não conseguiu manter estes vapores em sua atmosfera, e resfriou tanto e tão rapidamente que se tornou geologicamente estável.

� Vênus e Marte, assim como a Terra retiveram mais o calor produzido durante suas formações e mantêm-se geologicamente ativos.

�Vênus tem uma densa atmosfera, porém constituída por CO2, que provoca elevadas temperaturas e baixa umidade em sua superfície.



Meteoritos

• Fragmentos de Matéria sólida provenientes do espaço que caem na superfície terrestre – Material que deu origem ao Sistema Solar.

• Boa parte é destruída, volatilizada, por seu ingresso na atmosfera terrestre

• Foram estudados 40 mil meteoritos

• Trajetória: boa parte do cinturão de asteróides

Cratera do Arizona, EUA.

• 1200 m de diâmetro•183m profundidade•83 m acima do nível do solo.

• Tentativa de exploração Geólogo Daniel M. Barringer



Meteoritos

Classificação



Meteoritos

Condritos

Sideritos



Meteoritos

Origem


Meteoritos e a composiMeteoritos e a composiçção do sistema solarão do sistema solar


Estrutura Interna da Terra

Crosta (S)

Manto (L)

Núcleo Externo (L)

Núcleo Interno (S)

Modelo de Camadas


Estrutura Interna da Terra & Terremotos

Terremoto = tremor de terra com liberação instantânea de grande quantidade de energia.

A causa principal dos terremotos é a ocorrência de falhamentos ou fraturas no interior da Terra que podem chegar a mais de 100 km de extensão.


a- Normal, b- Inversa, c- Transcorrente, d- Oblíqua (a+c).


Principais tipos de Falhas


Estrutura Interna da Terra &Terremotos

� Os terremotos produzem vibrações = ondas sísmicas que podem se propagar por longas distâncias.

� Ex.: terremotos que ocorrem nos Andes são percebidos pelas pessoas em São Paulo (distância de 2000 km).

• O ponto onde começa o terremoto e de onde são emitidas as vibrações é chamado de foco ou hipocentro, que pode estar a mais de 700 km de profundidade.

• O ponto na superfície acima do foco é chamado de epicentro

Figura – Epicentro & Hipocentro



• Sismógrafo : aparelho que registra a chegada das ondas sísmicas na superfície da Terra.


Magnitude: Escala Richter e Efeitos Associados

1 Não é sentido pelas pessoas. Só os sismógrafos registram2 É sentido nos andares mais altos dos edifícios3 Lustres podem balançar. A vibração é igual à de um caminhão passando t=0,3s; d=1mm3.5 Carros parados balançam, peças feitas em louça vibram e fazem barulho 4.5 Pode acordar as pessoas que estão dormindo, abrir portas, parar relógios de pêndulos

ecair reboco de paredes5 É percebido por todos. As pessoas caminham com dificuldades, livros caem de estantes;

os móveis podem ficar virados t=4 min.; d= 1cm5.5 As pessoas têm dificuldades de caminhar, as paredes racham, louças quebram6.5 Difícil dirigir automóveis, forros desabam, casas de madeira são arrancadas de

fundações. Algumas paredes caem7 Pânico geral, danos nas fundações dos prédios, encanamentos se rompem, fendas no chão,

danos em represas e queda de pontes. t=2 dias; d= 1m7.5 Maioria dos prédios desaba, grandes deslizamentos de terra, rios transbordam,

represas e diques são destruídos8.5 Trilhos retorcidos nas estradas de ferro, tubulações de água e esgoto totalmente

destruídas9 Destruição total. Grandes pedaços de rocha são deslocados, objetos são lançados no ar

t= 4,5 anos; d= 10m• M= logA – LogA0 , A= Amplitude do sismo. t= tempo de energia gerada por Itaipu, (12.000 MW), d= deslocamento ao

longo do espelho de falha• Aumentar 1 ponto na escala > 30X a energia gerada.


Estrutura Interna da Terra &Terremotos Ondas Sísmicas

• Dois tipos:• P ou Principais• S ou Secundárias

• As ondas do tipo P são 2x mais velozes que as do tipo S.


• Ondas do Tipo PLongitudinais: direção de vibração paralela a de propagação, Iguais às ondas sonoras,Propagam-se em qualquer meio.

Ondas tipo P - animação

Estrutura Interna da Terra &TerremotosOndas Sísmicas


• Ondas do Tipo STransversais: direção de vibração perpendicular a de propagação, Propagam-se somente em meios sólidos.

Ondas tipo S - animação

Estrutura Interna da Terra &TerremotosOndas Sísmicas



• Em geral: o tempo que as ondas sísmicas demoram para atravessar o planeta é da ordem de 20 minutos.

• animação internet



• A velocidade de propagação das ondas sísmicas no interior da Terra é proporcional às densidades dos materiais. Quanto mais denso maior a velocidade.

• Rochas sedimentares= 2 a 3 km/s

• Rochas vulcânicas= 7km / s



� O diagrama mostra a distribuição das velocidades das ondas P e S no interior da Terra.

� Assim a Terra pode ser divida em três grandes camadas: Crosta, Manto e Núcleo.



• Ondas sísmicas permitem estabelecer o Modelo da Terra Heterogênea em camadas concêntricas.


Dados Geofísicos do Interior da Terra



• Crosta:

Camada mais externa:35 km nos continentes,

5 km nos oceanos.



• Manto Superior:Mohorovicic

até 700 km de profundidade.

Espessura ~ 670 km.



Manto Inferior:

De 700 até 2.885 km.Espessura ~ 2.185 km.



Núcleo Externo:

Gutemberg

de 2.885 km até 5.155 km.

Espessura ~ 2.270 km.



Núcleo Interno:

de 5.155 até 6.370 km.Espessura ~1.215 km.


Campo Magnético

A Terra possui um campo magnético.

A agulha da bússola aponta para o Polo

Norte.


Campo MagnéticoTerra:comportamento de um imenso imã.


Estrutura Interna da TerraCampo Magnético

• O campo magnético terrestre é muito fraco = 0,5 gauss(centenas de vezes menor que um imã de brinquedo).

• Não é igual em todos os lugares da superfície terrestre.

• É maior nos pólos e menor no equador.



• Campo magnético: blindagem Terra das radiações solares.



• Efeitos: Auroras boreais.



• O campo geomagnético associado aos dados sísmicos indicam que o núcleo terrestre deve ser metálico.


CondritosCondritos CarbonososCarbonosos x Composix Composiçção da Fotosfera Solarão da Fotosfera Solar


A História Pré-geológica da Terra

�Terra se formou pela acresção de planetesimais, possivelmente condritos. Porém não há razão para mudanças drásticas dos planetesimais fornecidos nos diferentes estágios de evolução da Terra.

� Primeiros estágios de acrescção: campo da proto-Terra era pequeno ⇒ velocidade de acresção e energia de impacto baixas. ⇒ planetesimais não deveriam ter mais do que alguns quilômetros. ⇒ temperaturas relativamente baixas permitindo a sobrevida de elementos voláteis como O, N, C, S, elementos alcalinos, etc.


A História pré-geológica da Terra

� Quando planeta atingiu 1/10 de sua massa atual ⇒ campo gravitacional permitiu a aumento da velocidade de acresção ⇒ fragmentação intensa ⇒ aumento significativo da temperatura na superfície do planeta ⇒perda de voláteis ⇒ formação da atmosfera primitiva da Terra (que seria principalmente de H2O, CO2, NH3, H2S e CH4 ) ⇒ não é perdida devido ao valor de G alcançado ⇒ superfície deve ter sofrido fusão parcial.

� Com a migração do Oxigênio para a atmosfera há redução química do material silicático remanescente em especial do Ferro, através de reações do tipo:

2[Fe,Mg)SiO4] → 2MgSiO3 + 2FeO(Olivina) (Enstatita)

e2FeO+C → 2FeO + CO2↑



� Quando p processo de acresção havia se encerrado na superfície T= 1000 – 1500º C.

� Início da Fusão do Feº A fusão estava restrita apenas àsuperfície.

� Início da migração do FeO para o centro da Terra, escoando através de uma massa silicática sólida.



� Aumento da temperatura no interior do planeta com transferência de energia potencial para cinética, da ordem de 640 cal/g.

� Do calor gerado apenas 6% desta energia seria gasta na fusão do Fe. Os 94% restantes ⇒ no aquecimento da Terra como um todo.

� Processo auto-sustentado que foi capaz de fornecer o calor necessário para a fusão parcial do material silicático.

� Processo de formação do núcleo deve ter sido rápido ⇒ máximo 500 M.a.após a formação do planeta. ⇒ Dados paleomagnéticos revelam que a Terra possuia campo magnético há, pelo menos 3,5 b.a. atrás.

� Não deveria ter havido fusão em grande escala no manto. Dados petrológicos⇒ fusão parcial leva a massas diferenciadas e heterogêneas ⇒ dados geofísicos (especialmente sismológicos) não mostram grandes heterogeneidades no manto.



� Após migração: Terra mostrava-se diferenciada em camadas heterogêneas:

1- Crosta: sólida, silicática, perdia calor rapidamente por irradiação, ainda muito instável, diferente da composição atual.

2- Manto: silicático, em estado sólido ou plástico

3- Núcleo: de composição metálica


As Camadas Internas da TerraAs Camadas Internas da Terra

Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA)Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA)


Crosta + Manto superior= Litosfera, rígida = placas tectônicas que tem até 100 km de espessura.



Litosfera= flutua sobre o manto um material pastoso= astenosfera.



Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental

• O Princípio da Isostasia



• Wegener, 1912 observando o contorno dos continentes e baseado no princípio

da isostasia, admitiu que a litosfera poderia se mover sobre a astenosfera.

• O “quebra-cabeça” dos continentes



• Postulou a Teoria:Deriva Continental

(ou Tectônica das Placas)

• Todos os continentes estiveram juntos um dia.



A superfície da Terra à 300 m.a atrás – supercontinente da Pangeae. Hemisfério norte: Laurásia, Sul= Gondwana.


• O que movimenta as placas são as correntes de convecção que atuam no manto. Velocidade média= 1 a

3 cm /ano.



• Superfície da Terra se encontra em modificação constante.

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