•

:'õ.Cham 55 1.1/.4P935u 4.ed .

. Título: Para entender a terra."

1111\1\ 111111111111111111I111111111111111111111111

10078519 Ac,936309

EX.IJ BCE

geológico, desde a formação do sistema solar até o presente

3.800 MaEvidência

mais antigade água

LO,12 MaPrimeira ocorrência

de nossa espécie,Homo sapiens sapiens

5 MaPrimeiroshominídeos

4.000 MaFim doBombardeamento Pesado;rochas continentais

mais antigas

2.450-2.200 MaAumento do oxigêniona atmosfera

I

208 Ma

Extinçãoem massa

-=...!-

- to d~S 4.470 Ma

=WE;;:=S".õl;ais: início Acresci~ento doaTerra,, ento formaçao do nucleo e

::2 =~ diferenciação completados

e 4.400 Ma-~-~ç2O Mineral::;e -3 mais antigo

III1 ~

a:::::!!5==~ =- ~~ -.20 estão dicionarizadas. Em astronomia, o aumento da massa:=-z-2-x -ê::rcicimo de massa".

o"'"(IJ"'"

::c

do tempo geológico

'Ma)ÉONERA MaPERíODO MaÉPOCA

O l'Holoceno

o

Cenozóico--0,15u ;õ Mesozóico O

0,4N õ::e

(IJ

,«" Paleozóico

z~

100Cretáceo o:::0,8 Pleistoceno

I.LJ

144

!:;(

=>jurássico

o 1,2

200

206 11,8

PliocenoPermiano

10300

300Mioceno6 0 Pensilvaniano *

o.a~

320u ;~Mississippiano;õ

u"20N

354

eDevoniano23,7~

,600 400409e 5ilurianoO30o.. 439õ::Oligoceno,«Ordoviciano ~36,6500

510I.LJ

Cambriano

I-40

543-O

Eoceno

Z50«

õ::c!l~ 57,8« v 60Paleoceno'uJ '"::; o:::o..65

dicionarizadoem Suguio (1998, Dicionário de Geologia Sedimentar).

FRANKPRESSGru po Consultivo de Washington

JOHN GROTZINGERIn tituto de Tecnologia de Massachusetts

RAYMOND SIEVER·Universidade de Harvard

THOMAS H. JORDANUniversidade do Sul da Califórnia

4ª edição

Tradução

Coordenador

Rualdo MenegatInstituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

EquipePaulo César Dávila Fernandes

Universidade do Estado da Bahia

Luís Alberto Dávila FernandesInstituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Carla Cristine Porcher

Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Reimpressão

2006

Obra originalmente publicada nos :E;stadosUnidos sob o títuloUnderstanding Earth, 4/e

ISBN 0-7167-9617-1 por W.H.Freeman and Co., NewYork e Basingstoke.Copyright © 2004, W.H.Freeman and Co.Todos os direitos reservados.

Capa; Gustavo Demarchi

Leitura final: Sandro WaldezAndretta

Supervisão editorial: Arysinha Jacques Affonso

Editoração eletrônica: Laser ROL/se

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Reservados todos os direitos de publicação, em língua portuguesa, àARTMED® EDITORA S.A.

(BOOKMAN® COMP HIA EDITORA é uma divisão da ARTMED® EDITORA S.A.)Av. Jerônimo de Omelas, 670 - Santana90040- 340 - Porto Alegre - RSFone: (51) 3027-7000 Fax: (51) 3027-7070

É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquerformas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na Webe outros), sem permissão expressa da Editora.

SÃO PAULO

Av. Angélica, 1.091 - Higienópolis01227-100 - São Paulo - SP

Fone: (11)3665-1100 Fax:(11)3667-1333

SAC 0800 703-3444

IMPRESSO NO BRASILPRINTED IN BRAZIL

/

PARA NOSSAS CRIANÇAS,

E AS CRIANÇAS DE NOSSAS CRIANÇAS:

". POSSAM ELAS VIVER EM HARMONIA

COM O AMBIENTE DA TERRA.

UfO S

Raymond SieverRaymond Siever é um especialista internacionalmente conhe­cido nas áreas de Petrologia Sedimentar, Geoquímica e Evolu­ção dos Oceanos e Atmosfera. É membro do Departamento dasCiências Planetárias e da Terra da Universidade de Harvard e

chefiou o Departamento de Geologia durante oito anos. Foi umdos primeiros sedimentólogos a aplicar as técnicas geoquími­cas para o estudo de rochas sedimentares, especialmente dearenitos e sílex.

Além de ser co-autor do popular livro de geologia Earth,com Frank Press, Raymond Siever escreveu (com F. 1. Petti­john e Paul Potter) o clássico manual Sand and Sandstone(Springer- Verlag). O DI'. Siever é Pesquisador da Sociedade deGeologia Norte-Americana (Geological Society of America­GSA) e da Academia Norte-Americana de Artes e Ciências, efoi laureado com várias distinções da Sociedade de GeologiaSedimentar, da Sociedade de Geoquímica e da AssociaçãoNorte-Americana de Geólogos do Petróleo.

Press- "-Press trouxe contribuições pioneiras às áreas da Geofísi­_ ~ O eanografia, das Ciências Planetárias e da Lua e da ex­- _~-ão de recursos naturais. Ele foi membro da equipe que

--:::oi:>riua diferença fundamental entre a crosta oceânica e aontinental e construiu os instrumentos utilizados na

~-- ~ -- _O Dr. Press foi professor nas faculdades da Universi-~ -'b Colúmbia (EUA), do Instituto de Tecnologia da Cali­-., Caltech) e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts

_ ~ . Além disso, foi presidente da Academia Nacional de. dos Estados Unidos e pesquisador sênior do Departa­de Magnetismo Terrestre no Instituto Carnegie de Was­

:::-n. Atualmente, trabalha no Grupo Consultivo de Was­_ :::i. Em 1993, Frank Press foi laureado pelo Imperador

a Prêmio Japão, por seu trabalho nas ciências da Terra.r>. DT.Press foi consultor para temas científicos de quatro

-- .:rntes. Jimmy Carter nomeou-o Consultor Científico do::=me. Bill Clinton laureou-o com a Medalha Nacional da

,=--..; Por três vezes, as pesquisas do U.S. News & World Re­di aram seu nome como um dos mais influentes cientis­

- = E tados Unidos.

Thomas H. JordanTom Jordan é um geofísico cujos interesses incluem a compo­sição, a dinâmica e a evolução da TeITasólida. Ele concentrousuas pesquisas na natureza do fluxo de retorno da tectônica deplacas, na formação de uma espessa tectosfera sob os antigoscrátons continentais e na questão da estratificação do manto.Ele desenvolveu uma série de técnicas para elucidar as fei­ções estruturais do interior da Terra, que dão suporte a esses eoutros problemas geodinâmicos. Trabalhou, também, na mo­delagem do movimento das placas, medindo deformaçõesneotectônicas nas zonas de borda de placas, quantificando vá­rios aspectos da morfologia do assoalho oceânico e caracteri­zando grandes terremotos. Ele obteve seu doutorado em Geo­física e Matemática Aplicada no Caltech (Instituto de Tecno­logia da Califórnia, EUA) e lecionou na Universidade dePrinceton e no Instituto de Oceanografia Scripps antes de in­tegrar a faculdade do MIT na Cátedra de Ciências Planetáriase da Terra Professor Robert R. Shrock em 1984. Foi chefe doDepartamento das Ciências Planetárias, da Atmosfera e daTerra do MIT durante 10 anos (1988-1998). Atualmente,transferiu-se do MIT para a Universidade do Sul da Califór­nia (USC), onde assumiu a Cátedra de Ciências GeológicasProfessor W M. Keck e a direção do Centro de Terremotos doSul da Califórnia.

O Dr. Jordan recebeu a Medalha James B. Macelwane daUnião Norte-Americana de Geofísica em 1983 e o Prêmio

George P. Woollard da Sociedade Norte-Americana de Geolo­gia em 1998. É membro da Academia Norte-Americana de Ar­tes e Ciências, da Academia Nacional de Ciências dos EstadosUnidos e da Sociedade Norte-Americana de Filosofia.

GrotzingerG:otzinger é um geólogo de campo interessado na evolução:::era e dos ambientes superficiais da TelTa. Sua pesquisa é

~~ para o desenvolvimento químico dos oceanos e da at--- _ • rirnitivos, para o contexto ambiental da evolução ani­

. -riva e para os fatores geológicos que regulam as baciass. Ele contribuiu com a proposição da estrutura geo­

, ica de uma série de bacias sedimentares e cinturões~.:o do nordeste do Canadá, do norte da Sibéria, do sul da

~ do oeste dos Estados Unidos. Esses estudos e mapea--= ~ ampo são o ponto de partida para estudos de tópicos

~:=::::-::;C()sbaseados em laboratórios, envolvendo técnicas de_ ' . a. paleontologia e geocronologia. Ele recebeu seu tí­:e Ba harel em Geociências na Universidade Hobart em

- - ::::_ lestre em Geologia pela Universidade de Montana em:"::=Doutor em Geologia pela Virginia Tech em 1985. Du­

- =3 ano atuou como pesquisador do Observatório Geoló-- ~ont-Doherty, antes de integrar o corpo docente do

.-- ~ 19 8. De 1979 a 1990, esteve engajado em mapeamen-_ para o Serviço Geológico do Canadá.

~- -99 . o DI'.Grotzingerrecebeu a distinção de Acadêmi­- ~ TIlaldemar Lindgren no MIT e, em 2000, assumiu a

- ~- _.:!e Ciências Planetárias e da Terra Professor Robert R.~ 1998, foi nomeado diretor do Laboratório de Re­

=- -: !Tado MIT. Recebeu o Prêmio Jovem Pesquisador-=-=--'~nia da Fundação Nacional de Ciência (EUA) em

__ ~~dalha Donath da Sociedade de Geologia Norte­GSA) em 1992, e a Medalha Henno Martin da So­

~ == Geologia da Namíbia em 2001. É membro da Aca-- -.-\rnericana de Artes e Ciências e da Academia

e Ciências dos Estados Unidos.

ovas vozesTemos reiterado que a ciência é uma história de teorias suplanta­

das. Jovas teorias e abordagens inovadoras para a pesquisa e o5lSÍnO serão o trabalho principal da próxima geração de cientis­- -autores. John Groetzinger, do MIT, e Tom Jordan, do USC,7JDÍIam-se à equipe de autores deste livro e sucederão a FrankPre s e Raymond Siever nas edições futuras. Tivemos sorte de,,- ociarmo-nos a colegas que compartilham a filosofia e o idea­lismo representados em nosso livro e que igualmente trouxeram3IDa visão de futuro. A influência de John e Tom é visível em ca­

., capítulo do livro e em toda a sua reorganização, e é mais evi­&nte ainda na proeminente abordagem dos sistemas da Terra e

;::o tratamento avançado da teoria da tectônica de placas.

ma nova visão

- tudo quase em tempo real. É notável que atualmente possamos

utilizar as ondas de um terremoto para representar" o fluxo de ummanto sólido a centenas e milhares de quilômetros de profundi­dade, revelando padrões de ascensão de plumas e subducção deplacas. Essas novas tecnologias também revelam surpreendentespercepções novas ao estabelecer encadeamentos entre o clima ea tectônica que tinham sido parcamente entendidos no passado,tais como a possibilidade de que o fluxo das rochas metamórfi­cas através dos cinturões de montanhas possa ser fortemente in­fluenciado pelos padrões de intemperismo superficial. A visão da

Terra como um sistema de componentes interativos sujeitos à in­terferência da humanidade não pode mais ser chamada de uma

opinião baseada em ideologia - ela está sustentada por evidên­cias científicas sólidas. A força da Geologia nunca foi tão gran­de. A ciência geológica informa, hoje, as decisões das políticaspúblicas tomadas por líderes nos governos, nas indústrias e nasorganizações das comunidades.

Antecipando a tectônica de placas: a síntesedesde o inícioO Capítulo 2, Tectônica de placas: a teoria unificadora, permite­nos tirar um amplo proveito da teoria tectônica entendida comouma estrutura para discutir os processos geológicos fundamen-

Uma seqüência da sedimentação deltaica, B,acumula-se sobre uma sedimentação prévia, A.

Figura 10.10 A comparação entre seções sísmicas (a) com seqüências sísmicas (b) revela o processodeposicional que criou o padrão de acamamento. Quando a subsidência tectânica ou outros eventos, como uma

mudança climática global, causam a subida do nível do mar, duas seqüências deltaicas são encontradas, (c) e (d).

Quando a primeira edição de Earth (Terra) foi publicada, o con­

XÍto da tectônica de placas ainda era novo. Pela primeira vez,~a teoria que abrange tudo poderia ser utilizada como estrutu­• para aprender sobre as imensas forças que atuam no interior da-=-=rrn.Devido a esse novo paradigma, nossa estratégia foi toruar~ aprendizado da Ciência da Terra fundamentado tanto quanto;,0- Ível nos processos. Essa nova- -·-0 da Terra como um sistema.,- amÍco e coerente foi central no

.- TO Earth e neste seu sucessor,Para entender a Terra.

Agora, com a quarta edição deJara entender a Terra, damos ou­

~ passo à frente. Pode-se caracte­3zá-Io como uma tentativa de res­

EAIDderà seguinte pergunta: o que-si depois da tectônica de placas?

_-'-.pTesentamos a Geologia comociência unitária, baseada nos

;;;:ocessos, com o poder de trans­~ - o significado global das fei­;res geológicas onde quer que se­~ encontradas. Para isso, lança-

mão de novos e poderosos la­::iJrnIórios e instrumentos de cam­

:" . bem como de novas aborda­.=,:0 - teoréticas.

_·ovas tecnologias, como o.J?S e a continuada monitoração:::z Terra por satélites, a partir do"Sr ,o, permitiram-nos observar-=:t11acas em movimento, as mon-

sendo soerguidas e erodi­

-=.,- a deformação crus tal que:o;:re antes de um terremoto, o

~~ento global, a retração deZõ~ciras.a subida do nível do mar

x PREFÁCIO

;ris. A antecipação dos'pio básicos da teoria

tollÍca para o início do li­no ignifica que ela poderáser eyocada em todo o tex­[O. fornecendo uma visãoompleta, bem como um

elo entre os fenômenos

geológicos. Por exemplo, oCapítulo 4 apresenta, nestaedição, o metamorfismo deacordo com as interaçõesdas placas; o Capítulo 8oferece uma nova seção so­bre tectônica de placas ebacias sedimentares e o Ca­

pítulo 9 tem uma seçãoatualizada sobre caminhos

de pressão-temperatura­tempo e seu significado nainterpretação dos processostectônicos, incluindo a exu­mação e o soerguimento. Aseção do livro dedicada aosprocessos superficiais cul­mina no Capítulo 18, total­mente revisado, no qual aevolução da paisagem inte­gra os capítulos anteriores eabre a argumentação sobreas significativas interaçõesdo clima e da tectônica. Es­se tratamento de uma árearevitalizada das Ciências daTerra fundamentado em

processos tomou-se possí­vel somente porque a tectô­nica de placas já havia sidointroduzida anteriormente.

A TERRA É UM SISTEMA ABERTO QUE TROCA ENERGIA E MASSA COM SEU ENTORNO

O SISTEMA TERRA É CONSTITUíDO POR TODAS AS PARTESDE NOSSO PLANETA E SUAS INTERAÇÕES

o sistema do clima envolve grande

troca de massa (p. ex., água) eenergia (p. ex., calor) entre aatmosfera e a hidrosfera ...

Os organismos vivos, a biosfera,ocupam9 parte da atmosfera,da hidrosfera e da litosfera.

I A litosfera move-se sobre porçõesdo manto mais liquefeito. afundae é arrastada para a astenosfera ...

... onde é movida para o manto

inferior e emerge novamentenum ciclo convectivo.

o núcleo externo e o núcleo

interno interagem no sistema do

geodínamo que é responsável pelocampo magnético terrestre.

Figura panorâmica 1.10 Principais componentes e subsistemas do sistema Terra(ver Quadro 1 .2). As interações entre os componentes são governadas pela energia doSol e do interior do planeta e organizadas em três geossistemas globais: o sistema doclima, o sistema das placas tectônicas e o sistema do geodínamo.

A visão da Terracomo um sistemaA obra inicia com uma am­

pla discussão sobre o siste-ma Terra, no Capítulo 1. Os componentes do sistema Terra sãodescritos e as trocas de energia e matéria através dele são ilustra­das. Essa discussão serve como um trampolim para a perspectivabaseada nos sistemas da Terra que permeia o texto.

O Capítulo 5, Rochas ígneas: sólidos formados a partir delíquidos, inclui agora uma seção intitulada Os centros de ex­pansão do assoalho oceânico: geossistemas magmáticos.

Os vulcões (Capítulo 6) são investigados como geossiste­mas acoplados aos movimentos das placas e interagindo com aatmosfera, os oceanos e a biosfera.

A análise do intemperismo no Capítulo 7 enfatiza a relaçãoentre o geossistema do clima e a desintegração das rochas. NoCapítulo 9, Rochas metamórficas, no Capítulo 18, As paisa­gens. e no Capítulo 19, Os Terremotos, salientamos as intera-

ções entre metamorfismo, clima, tectônica de placas e compor­tamento de terremotos de sistemas de falhas regionais.

No Capítulo 21, examinamos o mecanismo convectivo dointerior profundo da Terra, o qual controla a tectônica de placase o sistema do geodínamo.

O Capítulo 23 conclui com um exame de como as emissõesde gases-estufa a partir da queima de combustíveis fósseis e ou­tras atividades humanas podem estar mudando o sistema do cli­ma da Terra.

Novos tópicos e atualizações em todos os temas• Novo material sobre exoplanetas, introdução preliminar dosconceitos do sistema Terra e nova seção sobre a Terra ao longodo tempo geológico (Capítulo 1)

PREFÁCIO ~_

o CICLO DAS ROCHAS É A INTERAÇÃO DOS SISTEMAS DA TECTÔNICA DE PLACAS E DO CLIMA

• :\"ovaseção sobre os centros de expansão do assoalho oceânicooomo geossistemas magmáticos (Capítulo 5)

• :\"ovaseção sobre vulcões como geossistemas, novos dados so­~ yastas províncias ígneas e tratamento atualizado sobre as hi­?Óteses de pontos quentes e as plumas do manto (Capítulo 6)

• ~o as seções sobre recifes de coral e processos evolutivos e,:ambém, sobre tectônica de placas e bacias sedimentares (Ca­pft:ulo 8)

• A.bordagem atualizada dos ca­;ninhos de pressão-temperaturaCapítulo 9)

história mais do que apresentar dados reunidos está, agora, evi­denciado por meio das ilustrações, particularmente a nova Fi­gura panorâmica. A Figura panorâmica traz conjuntamente fo­tografias, desenhos em série e textos para fazer o estudanteacompanhar as principais idéias que estão por trás dos proces­sos geológicos importantes.

Há muito mais ilustrações, seqüências de fotografias e mapascom esquemas, de modo a demonstrar o contexto do fenômenogeológico bem como as feições geológicas subjacentes àquiloque podemos ver com nossos olhos. Por fim, há muito mais tex-

A precipitação, o congelamento e odegelo criam material solto - sedimento ­que é carregado pela erosão .._

A placa que subducta funde-se à medidaque mergulha. O magma ascende daplaca fundida e do manto e extravasa-secomo lava ou intrude-se na crosta.

O magma esfria para formar as rochasígneas: as rochas vulcãnicas cristalizam domagma ou da lava extrudida; e as rochasp[utônicas cristalizam das intrusõessubterrâneas.

_______crosta oceânica

. .. e é transportado para o oceano por rios, ondeé depositado como camadas de areia e silte. Ascamadas de sedimentos são soterradas e sofrem

litificação, tornando-se rochas sedimentares.

A subducção de uma placa oceânicaem uma placa continental soergueuma cadeia de montanhas vulcânicas.

SISTEMA

DOCLIMA

EI O soterramento é

acompanhado desubsidência, que é oafundamento da crostada Terra.

Subsidência

Ao longo das margens teetonicamenteativas, por exemplo, onde os continen­tes colidem, as rochas são soterradas

ou comprimidas por pressão extrema,em um processo chamado orogenia.

Figura Panorâmica 4.9 O ciclo das rochas, como proposto por James Hutton há mais de 200

anos atrás. As rochas submetidas ao intemperismo e à erosão formam sedimentos, os quais se

depositam, são soterrados e litificam. Após o soterramento profundo, as rochas sofrem

metamorfismo, fusão ou ambos. Por meio da orogênese e dos processos vulcãnicos, as rochas são

soerguidas, para serem, então, novamente recicladas. [,gnea (granito): Ramezani. Metamórfica

(gnaisse): Breck P. Kent. Sedimentar (arenito): Breck P. Kent. Sedimento (areia e cascalho): Rex Elliot.]

. lA medida que uma rocha sedimentar é;soterrada em maiores profundidadesna crosta, ela torna-se mais quente emetamorfiza-se. As rochas ígneastambém podem metamorfizar-se.

Crosta continental /

Litosfera continental ~

I Fusões subseqüentes ou a subducçãode outra placa oceânica recomeçamo ciclo.

• Dados atualizados sobre a for­

r:J2,ão de domos e bacias (CapÍtu­11)

.• em capítulo completamente~. ado sobre o ambiente da Ter­

o impactos humanos (CapÍ­023).

• Exame atualizado do relevo e::o métodos de levantamento de

±!dos do assoalho marinho (CapÍ-017)

• :\"ovo material sobre fluxo dogelo, instabilidade do manto deg~lo da Antártida e a hipótese daTerra como Bola de Neve (CapÍ­rolo 16)

arrando histórias com

oalavras e ilustrações_l.,. illais visível melhoria nesta no­

_ edição é a arte gráfica. Nosso:;e._,oienteobjetivo de narrar uma

em capítulo totalmente atuali-o sobre evolução continental,

mm grande ênfase na América do_-one; traz também os recentes en­~imentos sobre a história do

-oerguimento de montanhas e da=ilIIIlaçãode crátons estáveis (Ca-

020).

• em capítulo atualizado sobre o- -crior profundo, incluindo novas~s sobre a tomografia do man­:D. o geóide e o geodínamo (Capí-

021).

• :\"ovas seções sobre pré e pós­~o sísmico, intensidade do aba­~ . limite de placas e terremotos e§-~mas de falhas regionais (Capí-

019)

~ PREFÁCIO

tos descritivos que acompanham as ilustrações, de modo a ajudaros estudantes a localizarem os mais importantes conceitos.

Mídia e materiais complementares*Uma seleção de materiais suplementares na mídia eletrônica eimpressa, projetados para dar suporte tanto a educadores comoa estudantes, está disponível para os usuários desta nova edi­ção de Para entender a Terra. Ao destacar a importância da vi­sualização dos conceitos-chave da Geologia, estamos suprindoos educadores com instrumentos de apresentação necessáriospara ajudar os estudantes a entender de fato os processos daTerra. Ao mesmo tempo, estamos suprindo os estudantes commateriais de estudo para que possam estudar Geologia maisefetivamente e aplicar prontamente seus conhecimentos re­cém-adquiridos.

Para os educadores**O produto Instructor's Resource, em CD-ROM (ISBN0-7167-5782-6), contém:

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• Apresentações em Power Point em alta resolução, que incluemtodas as figuras e tabelas do texto impresso.

• Apresentações em Power Point com Anotações do Palestrante,preparadas por Peter Copeland e \Yilliam Dupré, da Universida­de de Houston.

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Arizona, inclui exemplos de esquemas de conferências, idéiaspara atividades de aprendizagem cooperativa e exerCÍcios quepodem ser facilmente copiados e utilizados para sessões deargüição, jogos de pergunta e resposta e material de divulga­ção. Além disso, contém orientações em CD e na Internet. Olnstructor's Manual inclui ainda uma seção planejada para oseducadores que contém dicas de ensino elaboradas por diver­sos professores do Centro de Aprendizagem da Universidadedo Arizona. O Instructor's Manual está disponível tanto emCD como no Guia do Sítio Eletrônico na Internet.

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Welcome to ao advilnced pnllli~", "te ftlr lhe (ortneomíng Under$/{m(/ing i;lIrl1l, fOl,lrth ~itjon lJy FrankPrc$S, Raymond Slever. lahll Grotllnger anó Thortlas H. Jordl)o. UnrJerstlmding Eelth, rollrtll edlllon,pubUshtnqJuly2003,I,.moretnllnanupdating-ltistl'1efir5tsteplnareconceptuallutlonofthetel<trefledI~oflhefL!ndotm.entalw&\'$thel'ieklha,dlot"9edl:'lttlep.astseveralyears.Formorelnformlll:iononthe new foutttl edlUor!, ;,s weH;lIS s.&lllpte ct'laplel'$ or lhe text, pleou. d!ck het"l!.

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Ch3ptct" 3: Mlnenls: 8oUdlog B\od;s of l'tocksCllapter 4: RodcJ;: Tlle ProdltCt$ ot GeoloIlic Procuses

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PREFÁCIO I xiii

exames e exercícios práticos que incorporam figuras dos textose dos recursos da Internet.

o Lecture Notebook (ISBN 0-7167-5778-8) contém todas asfiguras do livro em preto e branco com espaço para anotaçõesdo estudante.

A série Pesquisa da Terra, desenvolvida pelo Instituto Geo­lógico Norte-Americano em colaboração com experienteseducadores da área, é uma coleção de atividades de investiga­ção baseadas na Internet que fornece um caminho direto paraos estudantes explorarem e trabalharem com a vasta quantida­de de dados geológicos agora disponíveis na Internet. Abor­dando diversos tópicos, como terremotos e margens de placase os intervalos de recorrência de inundações, cada módulo dePesquisa da Terra convida os estudantes a analisarem dadosem tempo real de modo a desenvolverem um entendimentoprofundo dos conceitos geocientíficos fundamentais. Cadamódulo consiste num compónente da Internet protegido porsenha, acompanhado de um manual.

Para mais informações sobre a Pesquisa da Terra ou paraler sobre os vários módulos atualmente disponíveis, visitewww.whfreeman.comlearthinquiry.

gradeci mentosCon titui-se num desafio tanto aos professores de Geologia como aos autores de livros-texto con­den ar os diversos aspectos importantes dessa ciência num único volume e inspirar o interesse e o=nrusiasmo de seus alunos. Para ir ao encontro desse desafio, solicitamos a colaboração de muitoscolegas que ensinam em todos os tipos de faculdades e universidades. Desde os primeiros estágiosc-b planejamento de cada edição deste livro, contamos com um consenso nas visões de planejamen­~ e organização do texto e na escolha dos tópicos a serem incluídos. Quando escrevemos e rees­;::reyemos os capítulos, novamente contamos com a orientação de nossos colegas para tornar o tra­Qalho pedagogicamente mais adequado, acessível e estimulante para os estudantes. Somos gratos

da um deles.

Os seguintes educadores estiveram envolvidos no planejamento ou nos estágios de revisão des­- nova edição:

:5Irey M. AmatoSew Mexico State University

==nne L. Baldwin

Syracuse UniversityOJarles W. Barnes

Sorthern Arizona UniversityC=ie E. S. Bartek

University of North Carolina, Chapel Hill

?illg~r Bilhamú'niversity ofColorado

_,f.:-hael D. Bradley

&1sfem Michigan University~eR.Clark

Kansas Slate University.li::-hell Colgan

College of Charleston1 dirim Dilek

.',fiami University

Craig DietsehUniversity of Cincinnati

Grenville DraperFlorida International University

MissyEppesUniversity of North Carolina,Charlotte

Pow-foong FanUniversity of Hawaii

Mark D. Feigenson

Rutgers UniversityKatherine A. Giles

New Mexico State UniversityMiehelle Goman

Rutgers UniversityJulian W. Green

University of South Carolina, Spartanburg

Jeff GreenbergWheaton College

David H. GriffingUniversity of North Carolina

Douglas W. HaywiekUniversity of Southem Alabama

Miehael Heaney IIITexas A&M Universil)'

Alisa HyltonCentral Piedmonl COl1ll1lunityCollege

James KelloggUniversily of Soufh Carolina at Columbia

David T. King, Jr.Aublll71 Universily

Jeff Knotl

ColiJomia Sfote University at FullertonRiehard Law

Virginia Tech

fTULO 1 Estruturando um planeta 25

- °íTULO 2

Tectônica de placas: a teoria unificadora 47

fTULO 3

Minerais: constituintes básicos das rochas 77

-.fTULO 4 Rochas: registros de processos geológicos 103

-.fTULO 5 Rochas ígneas: sólidos que se formaram líquidos 117

_oÍTULO 6

Vulcanismo 143

íTULO 7

Intemperismo e erosão 171

-i

íTULO 8 Sedimentos e rochas sedimentares 195-

íTULO 9

Rochas metamórficas 227

íTULO 10

O registro das rochas e a escala do tempo geológico 247

•DíTULO 11

Dobras, falhas e outros registros de deformação rochosa271

-.íTULO 12 Dispersão de massa 291

-.íTULO 13 O ciclo hidrológico e a água subterrânea 313

-. °íTULO 14

Rios: o transporte para os oceanos 341

íTULO 15

Ventos e desertos 367

-.íTULO 16 Geleiras: o trabalho do gelo 387

-.fTULO 17A terra sob os oceanos 421

íTULO 18

As paisagens: interação da tectônica e do clima 449

íTULO 19

Os terremotos 469

íTULO 20

A evolução dos continentes 499

íTULO 21

Explorando o interior da Terra 527

-I

íTULO 22 Energia e recursos materiais da Terra 551

,... PíTULO 23

Meio ambiente, mudança global e impactos humanos na Terra585

o científico

90

89

96

3.2 Jornal da TerraAsbestos: risco à saúde, exagero sensacionalista ouambos? 95

Propriedades físicas dos minerais

Os minerais e o mundo biológico

3.1. Jornal da TerraPor que as gemas são tão especiais?

30

26

27

28

25Estruturando um

e as práticas modernas da Geologia

de nosso sistema planetário

- =-'"'": rimitiva: formação de um_ -.=2 em camadas

Rochas metamórficas 108

105

106

103

Rochas ígneas

Rochas sedimentares

0ç:;r~

36 (~~.TUlO 4 Rochas: registros depT"ôcessosgeológicos39

4702 Tectônica de placas: anificadora

- -=-'"'": 30 longo do tempo geológico

- -=-'"'": omo um sistema deentes interativos

:>erta da tectônica de placas

- -=-- o das placas

-= e das placas e história dos movimentos

- =- ---ee reconstrução

47

51

58

64

Onde as rochas são encontradas 108

O ciclo das rochas: interação dos sistemas datectônica de placas e do clima 111

O ciclo das rochas e os sistemas terrestres: únicosno sistema solar 113

71

== ;20 do manto: o mecanismo motor dade placas

- -:: - da tectônica de placas e o- científico

6 8 ,t0~";",~;~_~6fTUlO5 Rochas ígneas: sólidosque se formaram de líquidos 117

~~-- uímicas

- _ __ ra atômica da matéria

118

123

125

125

128

132

144

144

143

Como se formam os magmas?

Onde se formam os magmas?

A diferenciação magmática

As formas das intrusôes magmáticas

A atividade ígnea e a tectônica de placas

Em que as rochas ígneas se distinguem umasdas outras?

~81 1~CZ.~íTUlO 6 Vulcanismo

'~V'82 Os vulcôes como geossistemas

86 Os depósitos vulcânicos

61

77

78

80

77

mineral?

o 3 Minerais: constituintess das rochas

-~- -'=ormadores de rochas

- _ __ a atômica dos minerais

ornal da Terra

ndo no mar profundo

S 10

s estilos de erupção e as formas dee' o VlIlcânico

o padrão global de vulcanismo

O ulcanismo e a atividade humana

6.1 Plano de ação para a TerraMonitorando vulcões

PíTULO 7 Intemperismo e erosão~Intemperismo, erosão e ciclo das rochas

Por que algumas rochas meteorizam-se maisrapidamente que outras?

Intemperismo químico

Intemperismo físico

Solo: o resíduo do intemperismo

Os humanos como agentes do intemperismo

O intemperismo gera a matéria-primados sedimentos

7.1 Plano de ação para a TerraErosão do Solo

~CÃpiTULO 8 Sedimentos e rochas~dimentares

Rochas sedimentares e ciclo das rochas

Ambientes de sedimentação

Estruturas sedimentares

Soterramento e diagênese: do sedimento à rocha

Classificação das rochas sedimentares e dossedimentos c1ásticos

Classificação das rochas sedimentares e dossedimentos químicos e bioquímicos

A tedônica de placas e as bacias sedimentares

8.1 Plano de ação para a TerraOs recifes de corais e atóis de Darwin

,~.,Rochas metamórficasú;'JTULO 9 227

148

.':7

Metamorfismo e sistema Terra228

158 Causas do metamorfismo229

163 Tipos de metamorfismo230

156

Texturas metamórficas 233

Metamorfismo regional e grau metamórfico

237

171

Tedônica de placas e metamorfismo 239

171F"TULO 10

Registro das rochas e172

ala do tempo geológico 247

174

Cronologia da Terra 247

181

Cronologia do sistema Terra 248

185

Reconstrução da história geológica por meio da

188

datação relativa249

Tempo isotópico: adicionando datas à escala do188

tempo geológico259

Datações confiáveis: utilizando três linhas deevidências

264187 10.1Jornal da TerraA seqüência do Grand Canyon e a correlaçãoregional de estratos

260

195 196

)~

T ;~lTULO11 Dobras, falhas e outros200

registros de deformação rochosa 271

203

Interpretando dados de campo 272

206

Como as rochas são deformadas 274

Como as rochas são fraturadas: juntas e falhas

277

208Como as rochas são dobradas 282

211

Revelando a história geológica286

219

f~

~.TUL012Dispersão de massa291

I\;", •.}if'f/ 214 O que faz as massas se moverem? 292

Classificação dos movimentos de massa

298

SUMÁRIO ~

a origem dos movimentos

367

369

372

373

367

O vento como agente de transporte

O vento como agente de erosâo

O vento com agente de deposição

/,:r;S?::-.. ••.

,;''nULO 15 Ventos e desertos': \/~,: ~,'\\~7O vento como fluxo do ar

296

305

de ação para a Terra

- os danos e prevenindoentos-

388

394

401

408

398

411

387

O gelo é uma rocha

Como as geleiras se movem

As paisagens glaciais

Idades do gelo: a glaciação pleistocênica

16.1 Jornal da Terra

Vostok e GRIP: sondagens no gelo da Antártida eda Groenlândia

O ambiente desértico 378

15.1 Jornal da Terra

A expediçâo Pathfinder e as tempestades de poeiraem Marte 371

16.2 Jornal da Terra

Variações futuras do nível do mar

e a próxima glaciação

,p~\;{nULO 16 Geleiras: o trabalhoi/

"gelo

314

316

318

320

31313 O ciclo hidrológico eterrânea

lerrãnea

= c os reservatórios

_ ::,.."a do escoamento superficial

mal da Terra

- -:-,,-. a água subterrânea se tornará um recurso- ovável? 329

-~ e da água 330

-:s profundezas da crosta 333

ai da Terra

- -= ....é um bem precioso: quem tem acesso a ela? 316

s hídricos dos principais aqüíferos 328

_ -=~ :Jela água subterrânea 328

343

o 14 Rios: O transporte5 oceanos

- -- ~ água dos rios escoa

_ -"",.:::..:f1uviaise o movimento dos sedimentos

341 /7'~'~:./;fTUlO 17 A terra sob os oceanos

342 "~o j

Difurenças básicas entre a geologia dos oceanose dos continentes

421

422

= ~ água corrente causa a erosão das rochas 345 A geologia dos oceanos profundos 422

ais e planícies de inundação fluviais 346 As margens continentais 428

ças fluviais com o tempo e a distância 350 Sedimentação física e química no oceano 431

_= e drenagem

- ~ desembocaduras dos rios

- - - • mal da Terra

olvimento das cidades nas planícies de-"'ção

356 A orla do mar: ondas e marés

359 As linhas de costa

17.1 Plano de ação para a Terra

Preservando nossas praias351

432

438

442

~ SUMÁRIO

..Ç~

<:'~~)TUlO 18 As paisagens: interaçãoihflectônica e do clima 449

535

537

541

21.2 Jornal da TerraO geóide: a forma do planeta Terra 540

21.1 Jornal da Terra

O soerguimento da Escandinávia:experimentos danatureza com a isostasia 533

A temperatura e o calor no interior da Terra

A estrutura tridimensional do manto

O campo magnético terrestre

~j~\:'x"'''' •

462\~~TUlO 22 Energia e recursos

iWãteriais da Terra551

Recursos e reservas

552

469 Os recursos energéticos552

471Petróleo e gás natural

554

473O carvão 558

481Alternativas aos combustíveis fósseis

560485

Conservação565

492 Política energética565

491

Os recursos minerais566

A geologia dos depósitos minerais

570

493

Os depósitos minerais e a tectônica de placas574

A descoberta de novos depósitos minerais: umanecessidade

576

499

22.1 Plano de ação para a Terra

Contaminação subsuperficial por lixotóxico500e nuclear 562

506

22.2 Plano de ação para a Terra

508

Uso das terras federais nos Estados Unidos568

22.3

Jornal da Terra510 O desenvolvimento sustentável

578

519520

0[7[,,,~_1',~ ••.~ptTUlO 23 Meio ambiente,mudança global e impactoshumanos na Terra

585

527

O sistema Terra reexaminado 586

527

O sistema do clima 588

530

A variabilidade climática natural 593

Como os continentes crescem

A tectônica da América do Norte

A formação dos crátons

A estrutura profunda dos continentes

Os outros continentes do mundo

Como os continentes são modificados

19.2 Jornal da TerraProteção em um terremoto

Explorando o interior com ondas sísmicas

As camadas e a composição do interior da Terra

/:..2$>,

'.C~TUlO 21 Explorando o interiorlfã~terra

Topografia, elevação e relevo 450

As formas de relevo: feições esculpidas por erosãoe sedimentação 453

A paisagem é controlada pela interação dosgeossistemas 459

Os modelos de evolução da paisagem 463

18.1 Jornal da TerraSoerguimento e mudança climática: quem vemantes, o ovo ou a galinha?

Terremotos e padrões de falhamentos

O poder de destruição dos terremotos

Os terremotos podem ser previstos?

19.1 Jornal da TerraOs tsunãmis

~

(~~~hUlO 20 A evolução doscontinentes

.~

J~l~jTulo19 Os terremotos~]lí:)O que é um terremoto?

O estudo dos terremotos

PREFÁCIO ~

623

629

643índice remissivo, onomástico e toponímico

Glossário

Apêndice 4 Reações químicas 617

Apêndice 6 Mapas topográficos e

geológicos

Apêndice 5 Propriedades dos minerais maiscomuns da crosta da Terra 618

Apêndice 3 Eventos importantes que

conduziram à teoria da tectônica de placas 615

613

596

595

598

601

'" o do século XX: a impressão

2 a na mudança global?

carbono

::lal da Terra

os de Kyoto e as políticas para enfrentar oe o global 608

, Fatores de conversão

~::.e umana e a mudança global

ai da Terra

- a criança instável

Dados numéricos referentes614

Primeira imagem de toda a Terra, mostrando parcialmente os continentes Antártida e África,feita pelos astronautas da Apol/o 77 no dia 7 de dezembro de 1972. [NASAl

o mét.od.o científic.o 26

ATerra é um lugar úniCO,)! càsademilhões de or­, . ". ganismos, incluindo~ó;(mesnlOs.Nenhum outro

local que já tenhamos âes.coberto temo mesmodelicado equilíbrio de condições para manter a vida. AGeologia é a ciência que 'tstqda.a Terra: cOlTlonasceu, co­mo evoluiu, como funciona ecomo podemos ajudar a pre­servar os hábitats que sustentam a vida. NesteJivro, e.stru­turamos os temas da Geologia em torno de três conceitosbásicos, que vão aparecer em quase todos os capítulos: (1)a Terra como sistema de componentes interativos; (2) atectônica de placas como uma teoria unificadora da Geo­logia; e (3) as mudanças do sistema Terra ao longo dotempo geológico. Este capítulo oferecerá uma ampla vi-são de como os geólogos pensam. Ele começa com ométodo científico, _ou seja, a abordagem objetiva do

universo físico na qual toda investigação científica é baseada. Com este livro, vocêverá o método científico em ação à medida que descobrir como os geólogos obtême interpretam as informações sobre o nosso planeta. Depois desta introdução, des­creveremos as explanações científicas geralmente mais aceitas de como a Terra foiformada e de por que ela continua a mudar.

Veremos que nosso planeta trabalha como um sistema de muitos componentes in­terativos sob sua superfície sólida, em sua atmosfera e em seus oceanos. Muitos des­ses componentes - por exemplo, a bacia atmosférica de Los Angeles, os Grandes La­gos, o vulcão Mauna Loa, no Havaí, e as florestas tropicais brasileiras - são, por suavez, subsistemas complexos. Para entender as várias partes da Terra, costumamos es­tudar seus subsistemas separadamente, como se cada um deles existisse sozinho. En­tretanto, para obter uma perspectiva completa de como a Terra funciona, precisamosentender os modos como seus subsistemas interagem entre si - por exemplo, como osgases de um vulcão podem ocasionar mudanças climáticas ou como os organismos vi­vos podem modificar a atmosfera e, por sua vez, serem afetados por essas mudanças.

Devemos entender, também, como o sistema Terra evoluiu ao longo do tempo. Vocêirá perceber que, enquanto lê estas páginas, sua idéia de tempo começará a mudar. Umavisão geológica do tempo deve acomodar intervalos tão vastos que nós, às vezes, temosdificuldades de compreendê-Ios. Os geólogos estimam que a Terra tem cerca de 4,5 bi­lhões de anos. Antes de 3 bilhões de anos atrás, células vivas desenvolveram-se sobre a

e as práticas m.odernas daGe.ol.ogia 27

"Eu digo à minha esposa que a água fresca em seu coponão ê iãojresca ássim. Seus átomos têm nada menosdo2e

que 14 ~ifhões de anos." eee •• ··.,2.,

ASTRÔNOMO ANDY MCWILLIAM

.origem d.o n.oss.osistemaplanetári() 28

A Terra primitiva: f.ormaçã.ode umplanehlem famadas 30

ATerracom.o um siÜema de

c.omp.onentes interativ.os 36

A Terra a.o I.ong.od.o temp.o ge.ológic.o 39

~ Para Entender a Terra

VOutrasteorias

\jOutras

hipóteses

Sim

TEORIA

Observações e

~p";r~~C:~d;P;d'd')

... e um conjunto dehipóteses e teorias torna­se um modelo científico.

Uma hipótese - ou múltiplashipóteses - pode acumularconfirmações suficientes

para se tornar uma teoria. 11~+Teorias também são

modificadas, confirmadas,revisadas ou descartadas ...

A hipótese pode ser revisa­da ou novamente testada.

Mudanças repetidas dahipótese por outroscientistas ...

Descobertas venturosas e

ao acaso - serendiptosas ­podem ajudar a motivaruma hipótese.

Observações eexperimentos fornecemdados para uma hipótese.

sores e contemporâneos, que parece ser quase um produto im­pessoal de sua geração".

Pelo fato de esse livre intercâmbio intelectual poder estarsujeito a abusos, um código de ética foi desenvolvido entre oscientistas. Eles devem reconhecer as contribuições de todosos outros cientistas cujos trabalhos consultaram. Também nãodevem fabricar ou falsificar dados, utilizar o trabalho de ter­ceiros sem fazer referências, ou, de outro modo, ser fraudu­lentos em seu trabalho. Devem, ainda, assumir a responsabili­dade de instruir a próxima geração de pesquisadores e profes­sores. Tão importantes quanto qualquer um desses princípiossão os valores básicos da Ciência. Bruce Alberts, o presiden­te da National Academy of Science dos Estados Unidos, apro­priadamente descreveu esses valores como sendo os de "ho-

Figura 1.1 Um esboço do método científico.

Modelos científicos _

"mbém "O mOd;~

I O processo científico é uma contínua descoberta ecompartilhamento de evidências para confirmar, descartarou revisar hipóteses, teorias e modelos.

método científico

O objeti"o de toda a Ciência é explicar como o Universo fun­ciona. O método científico, que todo cientista adota, é um pIa­no geral de pesquisa baseado em observações metodológicas eexperimentos (Figura 1.1). Os cientistas acreditam que oseventos físicos têm explicações físicas, mesmo quando estãoalém da nossa capacidade atual de entendimento.

Quando os cientistas propõem uma hipótese - uma tentativade explicação baseada em dados coletados por meio de observa­ção e experimentação -, eles a submetem à comunidade científi­ca para que seja criticada e repetidamente testada contra novosdados. Uma hipótese que é confirmada por outros cientistas ob­tém credibilidade, particularmente se prediz o resultado de novosexperimentos.

Uma hipótese que sobreviveu a repetidas mudanças e acumu­lou um significativo corpo de suporte experimental é elevada àcondição de teoria. Embora a força explanatória e preditiva deuma teoria tenha sido demonstrada, ela nunca pode ser conside­rada definitivamente provada. A essência da Ciência é que ne­nhuma explicação, não importa o quão acreditada ou atraente, éexatamente concordante com o problema. Se evidências novas econvincentes indicam que uma teoria está errada, os cientistaspodem modificá-Ia ou descartá-Ia. Quanto mais tempo uma teo­ria resiste a todas as mudanças científicas, tanto mais confiávelela será considerada.

Um modelo científico é a representação de algum aspectoda natureza com base em um conjunto de hipóteses (incluindo,geralmente, algumas teorias bem estabelecidas). A comparaçãoentre as predições do modelo e as observações feitas é uma ma­neira eficaz de testar se as hipóteses discutidas pelo modelo sãomutuamente consistentes com ele. Atualmente, os modelos cos­rumam ser formulados em termos de programas computadori­zado . que procuram simular o comportamento de sistemas na­rurai por meio de cálculos numéricos. As simulações compu­tadorizada são importantes, por permitirem que se entendamaspe to do comportamento de sistemas de longa duração quenem as obser"ações de campo nem os experimentos laborato­riais ozinho poderiam elucidar.

Para en orajar a discussão de suas idéias, os cientistas asomparti1ham om seus colegas, juntamente com os dados em

que elas e baseiam. Eles apresentam suas descobertas em en­contro profi ionais. publicam-nas em revistas especializadas eexplicam-nas em con"ersações informais com seus pares. Oscientista aprendem com o trabalhos dos outros e, também, comas descobertas feitas no passado. A maioria dos principais con­ceitos da Ciência, que surgem tanto a partir de um lampejo daimaginação como de uma análise cuidadosa, é fruto de incontá­veis interações dessa natureza. Albert Einstein assim se referiusobre essa questão: "Na Ciência (...) o trabalho científico do in­divíduo está tão inseparavelmente conectado ao de seus anteces-

Terra, mas nossa origem humana ocorreu há apenas poucos mi­lhões de anos - mero centé imo percentuais de toda a existên­cia da Terra. As escalas que medem as vidas dos indivíduos emdécadas e marcam períodos da História humana, escrita em cen­tenas ou milhare de anos. ão inadequadas para estudar a Terra.Os geólogo de"em explicar eventos que evoluíram em dezenasde milhares. enrenas de milhares ou muitos milhões de anos.

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

preservada nas rochas originadas em vários tempos da longa his­tória da Terra.

No século XVIII, o médico e geólogo escocês James Hut­ton antecipou um princípio histórico da Geologia que pode serassim resumido: "o presente é a chave do passado". O conceitode Hutton tornou-se conhecido como o princípio do uniformi­tarismo, o qual considera que os processos geológicos que ve­mos atuantes hoje também funcionaram de modo muito seme­lhante ao longo do tempo geológico .

O princípio do uniformitarismo não significa que todo fenô­meno geológico ocorre de forma lenta. Alguns dos mais impor­tantes processos ocorrem como eventos súbitos. Um meteorói­de grande que impacta a Terra - um bólido - pode escavar umavasta cratera em questão de segundos. Um vulcão pode explo­dir seu cume e uma falha pode rachar o solo num terremotomuito rapidamente. Outros processos ocorrem de maneira maislenta. Milhões de anos são necessários para que continentes mi­grem, montanhas sejam soerguidas e erodidas, e sistemas flu­viais depositem espessas camadas de sedimentos. Os processosgeológicos ocorrem numa extraordinária gama de escalas tantono espaço como no tempo (Figura 1.2).

,-sidade, respeito pelas evidências e abertura:: opinjões".

as e as práticas modernasgla

. '"ourras ciências, a Geologia depende de expe­~ :;i;)oratórios e simulações computacionais para_ _ ~riedades físicas e químicas dos materiais ter­

os processos naturais que ocorrem na superfí­~ _ da Terra. Entretanto, a Geologia tem seu próprio

Ir' . ular. Ela é uma "ciência de campo" que se- - observações e experimentos orientados no local

.:..c :=,.""3doe coletados por dispositivos de sensoriamen­_ ~ o de satélites orbitais. Especificamente, os geó­

as observações diretas dos processos, na forma~ no mundo atual, com aquelas que inferem a par-

geológico. O registro geológico é a informação

DDurante milhões de anos, camadasde sedimentos acumularam-se

sobre aquelas rochas. A camadamais recente - o topo - tem cercade 250 milhões de anos.

As rochas da base do

Grand Canyon têm de 1,7a 2,0 bilhões de anos.

Há cerca de 50 mil anos, o impactoexplosivo de um meteorito(talvez pesando 300 mil toneladas)criou esta cratera de 1 ,2 km de

diâmetro em apenas poucos segundos.

'" Os fenômenos geológicos podem estender-se durante milhares de séculos ou ocorrer com-:"5 bl:upendas. (Esquerda) O Grand Canyon, no Arizona (EUA). [John Wang/PhotoDisc/Getly Images]- ::i2:era do Meteorito, Arizona (EUA). [John Sanford/Photo Researchers]

:>Zf2 :: "tender a Terra

o princípio do uniformitarismo não implica que os únicos fe­- -meno- geológico significativos são aqueles que observamosocorrer hoje. Alguns processos não têm sido diretamente obser­\<ldo no últimos dois séculos e meio desde que Hutton formu­lou seu famoso princípio, embora não haja dúvida de que eles--o importantes para o atual sistema Terra. No registro histórico,o humanos nunca presenciaram o impacto de um grande bólido,mas sabemos que tais eventos aconteceram muitas vezes no pas-ado geológico e que certamente acontecerão de novo. O mesmo

pode ser dito de vastos derrames vulcânicos, que cobriram comla\as áreas maiores que o Texasle envenenaram a atmosfera glo­bal com gases. A longa evolução da Terra é pontuada por muitose\entos extremos, ainda que infreqüentes, envolvendo mudançasrápidas no sistema Terra.

Desde a época de Hutton, os geólogos têm observado o tra­balho da natureza e utilizado o princípio do uniforrnitarismopara interpretar feições encontradas em formações geológicasantigas. Apesar do sucesso dessa abordagem, o princípio deHutton é muito linútado para mostrar como a ciência geológicaé praticada atualmente. A moderna Geologia deve ocupar-secom todo o intervalo da história da Terra. Como veremos, osviolentos processos que moldaram a primitiva história da Terraforam substancialmente diferentes daqueles que atuam hoje.

--igem do nossosistema'~etário

A busca da origem do Universo e de nossa própria e pequenaparte contida nele remonta às mais antigas mitologias registra­das. Atualmente, a explicação científica mais aceita é a teoriada Grande Explosão (Big Bang), a qual considera que nossoUniverso começou entre 13 a 14 bilhões de anos atrás a partirde uma "explosão" cósmica. Antes desse instante, toda a maté­ria e energia estavam concentradas num único ponto de densi­dade inconcebível. Embora saibamos pouco do que ocorreu naprimeira fração de segundo após o início do tempo, os astrôno­mos obtiveram um entendimento geral dos bilhões de anos quee seguiram. Desde aquele instante, num processo que ainda

continua, o Universo expandiu-se e diluiu-se para formar galá­xias e estrelas. Os geólogos ainda analisam os últimos 4,5 bi­lbõe de anos dessa vasta expansão, um tempo durante o qual ono o istema solar - a estrela que nós chamamos de Sol e osplanetas que nela orbitam - formou-se e evoluiu. Mais especi­fi amente, os geólogos examinam a formação do sistema solarpara entender a formação da Terra.

A hipótese da nebulosaEm 175 -, o filósofo alemão Immanuel Kant sugeriu que a ori­gem do si tema solar poderia ser traçada pela rotação de umanuvem de gás e poeira fina. Descobertas feitas há poucas déca­das levaram os astrônomos de volta a essa antiga idéia, agorachamada de hipótese da nebulosa. Equipados com telescópiosmodernos, eles descobriram que o espaço exterior além do sis­tema solar não está vazio como anteriormente era pensado. Os

Figura 1.3 Evolução do sistema solar

Planetesimal

• " q>..

•. :'c::i

- 1 km

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

externas menos densas. Uma vez formado, o disco começou aesfriar e muitos gases condensaram-se. Ou seja, eles mudarampara suas formas líquidas ou sólidas, assim como o vapord'água condensa em gotas na parte externa de um copo geladoe a água solidifica em gelo quando esfria até o ponto de conge­lamento. A atração gravitacional causou a agregação de poeirae material condensado por meio de colisões "pegajosas" empequenos blocos ou planetesimais de 1 km. Por sua vez, essesplanetesimais colidiram e se agregaram, formando corposmaiores, com o tamanho da Lua. Num estágio final de impac­tos cataclísmicos, uma pequena quantidade desses corposmaiores - cuja atração gravitacional é também maior - arras­tou os outros para formar os nossos nove planetas em suas ór­bitas atuais.

Quando os planetas se formaram, aqueles cujas órbitas es­tavam mais próximas do Sol desenvolveram-se de maneiramarcadamente diferente daqueles com órbitas mais afastadas.A composição dos planetas interiores é muito diferente daque­la dos planetas exteriores.

• Os planetas interiores Os quatro planetas interiores, em or­dem de proximidade do Sol, são: Mercúrio, Vênus, Terra eMarte (Figura 1.4). Eles também são conhecidos como plane­tas terrestres ("parecidos com a Terra"). Em contraste com osplanetas exteriores, os quatro planetas interiores são pequenose constituídos de rochas e metais. Eles cresceram próximos aoSol, onde as condições foram tão quentes que a maioria dosmateriais voláteis - aqueles que se tomaram gases e evapora­ram em temperaturas relativamente baixas - não pôde ser reti­da. O fluxo de radiação e matéria proveniente do Sol impeliu amaior parte do hidrogênio, do hélio, da água e de outros gasese líquidos leves que havia nesses planetas. Metais densos, comoo ferro e outras substâncias pesadas constituintes das rochasque formaram os planetas interiores, foram deixados para trás.A partir da idade dos meteoritos, que ocasionalmente golpeiama Terra e são tidos como remanescentes do período pré-plane­tário, deduzimos que os planetas interiores começaram a acres­cer há cerca de 4,56 bilhões de anos. Cálculos teóricos indicamque eles teriam crescido até o tamanho de planeta num interva­lo de tempo impressionantemente curto, de menos de 100 mi­lhões de anos.

__-:;uaram muitas nuvens do mesmo tipo da que- denominado as mesmas de nebulosas. Eles

':::::rram os materiais que formam essas nuvens.- :._nominantemente hidrogênio e hélio, os dois

-rimem tudo, exceto uma pequena fração do'culas do tamanho do pó são quimicamente

·-eriai encontrados na Terra.nosso sistema solar ter ficado com a forma

_ - de tal nuvem? Essa nuvem difusa em rotação_-:~ deYido à força da gravidade, a qual resulta da

_ ~s por causa de suas massas (Figura 1.3). A:::nayez, acelerau a rotação das partículas (exa­: patinadores sobre o gelo, que giram mais rá­

:ontraem os braços) e essa rotação mais rápida::-mna forma de um disco.

Sol Sob a atração da gravidade, a matéria come­-:~ para o centro, acumulando-se como uma prato­

ora do nosso Sol atual. Comprimido sob seuo material do prato-Sol tornou-se mais denso e

- -~peratura interna do proto-Sol elevou-se para rni-- :mciando-se então uma fusão nuclear. A fusão nu-

"o e ontinua até hoje, é a mesma reação nuclear quebomba de hidrogênio. Em ambos os casos, áto­

'= ~nio sob intensa pressão e em alta temperatura-:~ fundem-se) para formar hélio. Nesse processo,

~ - -- é onvertida em energia. Essa conversão é repre­famosa equação de Albert Einstein, E = me2, na

_ =: -o.~tidade de energia emitida pela conversão de mas-= :: ~ Yelocidade da luz. Como e é um número muito

_ __ de 300.000 kmJs) e e2 é imensa, uma pequena- ~ massa pode gerar uma grande quantidade de ener­~[e parte dessa energia como luz; uma bomba-H,='- de explosão.

•- dos planetas Embora a maior parte da matéria- original tenha sido concentrada no proto-Sol, res­

de gás e poeira, chamado de nebulosa solar, en­- . A nebulosa solar tomou-se quente quando se- :arma de um disco e ficou mais quente na região

_~ mais matéria se acumulou, do que nas regiões

Os quatro planetas exteriores gigantes esuas luas são gasosos com núcleos rochosos.

_ .4 O sistema solar. A figura mostra o tamanho relativo dos planetas e o- ~- ce as eróides que separa os planetas interiores dos planetas exteriores.

Figura 1.5 Ilustração de uma simulação computadorizada da origem da Lua por meio do impacto de umcorpo do tamanho de Marte. (Solid Earth Sciences and Society, National Research Council, 1993.)

3 ~ :.n:en er a Terra

• Os p/mie as e:rreriores oigantes A maioria dos materiais volá­~s \ .do da região dos planetas interiores foi impelida para a:- ..e mais externa e fria da nebulosa. Isso possibilitou ao sistemasolar formar o planetas exteriores gigantes, constituídos de geloe gases - Júpiter, Saturno, Urano e Netuno -, e seus satélites. OsplanetaS gigantes, suficientemente grandes e com forte atração_ útacional, varreram os constituintes mais leves da nebulosa..-\5 imoembora tenham núcleos rochosos, eles (como o Sol) sãoompostos predominantemente por hidrogênio e hélio, além de

outros constituintes leves da nebulosa original.

Esse modelo-padrão da formação do sistema solar deveria serconsiderado somente pelo que é: uma explicação tentativa quemuitos cientistas pensam estar mais bem ajustada aos fatos co­nhecidos. Talvez o modelo aproxime-se daquilo que realmentetenha acontecido. Entretanto, mais importante ainda é o fato deque esse modelo nos oferece uma maneira de pensar sobre a ori­gem do sistema solar que pode ser testada pela observação denossos planetas e pelo estudo de outras estrelas. Sondas espaciaisame11canas e russas obtendo provas planetárias têm transmitidodados sobre a natureza e composição das atmosferas e superfí­cies de Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Netunoe da Lua. Uma impressionante descoberta foi a de que em nossosistema solar, que consiste em nove planetas e pelo menos 60 sa­télites, não há sequer dois corpos que sejam iguais!

Outros sistemas solaresDurante anos, cientistas e filósofos têm especulado que talvezhaja planetas ao redor de outras estrelas que não apenas o nossoSol. Na década de 1990, usando grandes telescópios, os astrôno­mos descobl1ram planetas orbitando próximos a estrelas seme­lhantes ao Sol. Em 1999, a primeira família de exoplanetas - ossistemas solares de outras estrelas - foi identificada. Esses plane­tas têm luz muito fraca para serem vistos diretamente pelos teles­cópios. Porém, sua existência pode ser inferida a partir de umaleve atração gravitacional da estrela em que orbitam, causandonela movimentos de vaivém que podem ser medidos. Atualmen­te, mais de 90 exoplanetas já foram identificados. A maioria de­les é do tamanho de Júpiter ou ainda maior, e orbitam próximosdas estrelas-mães - muitos a uma distância abrasante. Planetasdo tamanho da Terra são muito pequenos para serem detectadospor essa técnica, mas os astrônomos podem ser capazes de en-

Durante os estágios intermediários e finais do acres·cimento da Terra, há cerca de 4,5 bilhões de anos,um corpo do tamanho de Marte impactou a Terra ...

contrá-los utilizando outros métodos. Por exemplo, num prazo decerca de 10 anos, sondas espaciais fora da atmosfera da Terra po­deriam ser capazes de procurar por um esmorecimento da luz deuma estrela-mãe, exatamente no momento em que um planetaem sua órbita passasse em sua frente, interceptando a linha de vi­sada para a Terra.

Somos fascinados pelos sistemas planetários de outras estre­las pelo que eles podem vir a nos ensinar sobre nossa própria ori­gem. Nosso redobrado interesse, todavia, reside na profunda im­plicação científica e filosófica contida na questão: "Existe maisalguém fora daqui?". Dentro de 20 anos, uma sonda espacial de­nominada Descobridora da Vida (Life Finder) poderia estar equi­pada com instrumentos para analisar as atmosferas de exoplane­tas em nossa galáxia na busca de indícios da presença de algum ti­po de vida. Tendo em vista o que conhecemos sobre os processosbiológicos, a vida em um exoplaneta seria, provavelmente, basea­da em carbono e precisaria de água líquida. As temperaturas bran­das que desfrutamos na Terra - não tão afastadas do intervalo en­tre os pontos de congelamento e ebulição da água - parecem seressenciais. Uma atmosfera é necessária para filtrar a radiação pre­judicial da estrela-mãe e o planeta deve ser grande o suficiente pa­ra que seu campo gravitacional impeça a atmosfera de escapar pa­ra o espaço. Para que exista um planeta habitável e com vidaavançada como nós a conhecemos, são necessárias condições ain­da mais limitantes. Por exemplo, se o planeta fosse muito grande,organismos delicados, tais como os humanos, seriam frágeis de­mais para resistir a sua vigorosa força gravitacional. Esses requi­sitos são muito restritivos para que a vida exista em algum outrolugar? Muitos cientistas pensam que não, considerando a existên­cia de bilhões de estrelas semelhantes ao Sol na nossa galáxia.

~:' ~.~r'4\

~1:~rra primitiva: formação de umplaneta em camadas

Como, a partir de uma massa rochosa, a Terra evoluiu até umplaneta vivo, com continentes, oceanos e uma atmosfera? Aresposta reside na diferenciação: a transformação de blocosaleatórios de matéria primordial num corpo cujo interior é divi­dido em camadas concêntricas, que diferem umas das outras

... e o impacto gigante rapidamente ejetoupara o espaço uma chuva de detritos tantodo corpo impactante como da Terra.

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

Começa a diferenciaçãoEmbora a Terra provavelmente tenha iniciado como uma mistu­ra não-segregada de planetesimais e outros remanescentes da ne­bulosa, ela não manteve essa forma durante muito tempo. Umafusão de grande proporção ocorreu como resultado de um gigan­tesco impacto. Alguns trabalhos sobre esse tema especulam quecerca de 30 a 65% da Terra fundiram-se, formando uma camadaexterna de centenas de quilômetros de espessura, a qual chama­ram de "oceano de lava" (rocha derretida). Da mesma forma, ointerior aqueceu-se até um estado "leve" (menos denso), no qualseus componentes podiam mover-se de um lado para outro. Omaterial pesado mergulhou para o interior para tomar-se o nú­cleo e o material mais leve flutuou para a superfície e formou acrosta. A emersão do material mais leve carregou consigo calorinterno para a superfície, de onde ele poderia irradiar-se para oespaço. Dessa forma, a Terra resfriou-se e grande parte dela soli­dificou-se e foi transformada em um planeta diferenciado ou ZQ­

neado em três camadas principais: um núcleo central e uma cros­ta externa separados por um manto (Figura 1.6). Um resumo dosperíodos de tempo que descrevem a origem da Terra e sua evolu­ção num planeta diferenciado é mostrado na Figura 1.12.

Núcleo da Terra O ferro, que é mais denso que a maioria dosoutros elementos, correspondia a cerca de um terço do materialdo planeta primitivo. O ferro e outros elementos pesados, comoo níquel, mergulharam para formar o núcleo central. Os cientis­tas consideram que o núcleo, o qual começa numa profundidadede cerca de 2.900 krn, é líquido na parte externa, mas sólido nu­ma região chamada de núcleo central, que se estende desde umaprofundidade de cerca de 5.200 krn até o centro da Terra, a cercade 6.400 krn. O núcleo interno é sólido porque a pressão no cen­tro é muito alta para o ferro fundir-se (a temperatura em quequalquer material se funde eleva-se com o aumento da pressão).

Crosta da Terra Outros materiais líquidos e menos densos se­pararam-se das substâncias geradoras flutuando em direção à

em calor. O calor radioativo teria contribuído para aquecer efundir materiais da então jovem Terra. Elementos radioativos,embora apenas presentes em pequenas quantidades, tiveram umefeito considerável na evolução da Terra e continuam a mantero calor interior.

~ amente. A diferenciação ocorreu nos- . da história da Terra, quando o planeta ad-

- _ ~Ie para se fundir.

e fusão da Terra primordial, e trutura em camadas da Terra, devemos

~ID que ela foi exposta aos violentos impac­. e de corpos maiores. O movimento de ob­

=-~a inemática ou de movimento. (Pense no_ =-~ ~.a do movimento comprime um carro numa

etesimal colidindo com a Terra numa veloci­

-O kmJs liberará uma energia equivalente a_ o em TNT.2 Quando planetesimais e corpos

:mI com a Terra primitiva, a maior parte da ener-: . conyertida em calor, uma outra forma de ener­

_ -::z impacto de um corpo, com aproximadamenteo de Marte, colidindo com a Terra seria equi­

. "ários trilhões de bombas nucleares de I me-._ de I milhão de toneladas de TNT ou 1.015 cal;- -~rríveis bombas destruiria uma grande cidade).

- _'ente para ejetar no espaço uma grande quantida-- e gerar calor suficiente para fundir a maior parte_Qa Terra.

_ ~ri tas agora pensam que tal cataclismo de fato-~ o estágios tardios de acrescimento da Terra. O

-:o riou uma chuva de detritos tanto da Terra co-

impactante, que se propalou para o espaço. A Lua~ -?ffi1ir desses detritos (Figura 1.5). A Terra teria se

~omo um corpo em grande parte fundido. Esseimpacto acelerou a velocidade de rotação da Ter-

_ =~u eixo rotacional, golpeando-o da posição verti­:'i ao plano orbital da Terra para sua atual inclina·::-udo isso há cerca de 4,5 bilhões de anos, entre o

_ _'000 de acrescimento da Terra (4,56 bilhões de~ das rochas mais antigas da Lua (4,47 bilhões de

~ pelos astronautas da Apollo.- impacto colossal, uma outra força de calor teria

_ - ·-0 nos primórdios da história da Terra. Vários ele­:- '0. por exemplo) são radioativos, o que significa-egram espontaneamente com a emissão de partícu­

. Como essas partículas são absorvidas pela- entorno, sua energia de movimento é transformada

Rochas da lua com 4,47

bilhões de anos, trazidas pelosastronautas da Apol/o, confirmaramessa hipótese do impacto.

3_ ~ c -:: -e der a Terra

Durante a diferenciação, o ferro afundou em direçãoao centro e o material mais leve flutuou para cima ...

... de modo que a Terra se apresentacomo um planeta zoneado.

Figura 1.6 A diferenciação da Terraprimitiva resultou num planeta zoneado comum denso núcleo de ferro, uma crosta derochas leves e um manto residual entreambos .

superfície do oceano de magma. Aí resfriaram-se para formar acrosta sólida da Terra, uma fina camada externa com cerca de40 km de espessura. A crosta contém materiais relativamente le­ves com temperaturas de fusão baixas. A maioria desses mate­riais, que facilmente se fundem, é composta de elementos de si­lício, aluITÚnio,ferro, cálcio, magnésio, sódio e potássio combi­nados com oxigênio. Todos eles, com exceção do ferro, estãoentre os elementos sólidos mais leves. (O Capítulo 3 discutirá oselementos químicos e os compostos que eles formam.)

Recentemente, no oeste da Austrália, um fragmento do mine­ral zircão foi datado com a idade de 4,3 a 4,4 bilhões de anos,constituindo-se no mais antigo material terrestre já descoberto.Análises químicas indicam que ele foi formado próximo à super­fície, na presença de água, sob condições relativamente frias. Seessa descoberta for confirmada por dados e experimentos adicio­nais, podemos concluir que a Terra pode ter resfriado o suficien­te para formar uma crosta somente 100 milhões de anos depoisde ter se reconstituído do gigantesco impacto.

TERRA INTEIRA

Outros «1 %)

AI"mi"iO(l"%)~

Cálcio (1,1'70) ~~

Enxofre (1,9%) ~~erro (35%)Níquel (2,4%) . ~

Magnésio (13'70) ~ .

\ Silício Oxigênio (30'70Y

~~

Figura 1.7 A abundância relativa dos elementos da Terra inteiracomparada com a dos elementos da crosta é dada em percentuaisee peso. A diferenciação criou uma crosta leve, empobrecida de<erro e rica em oxigênio, silício, alumínio, cálcio, potássio e sõdio.

Manto da Terra Entre o núcleo e a crosta encontra-se o manto,uma região que forma a maior parte da Terra sólida. O manto é omaterial deixado na zona intermediária depois que grande quan­tidade da matéria pesada afundou e a matéIia mais leve emergiu.O manto abrange profundidades que vão desde 40 até 2.900 km.Ele consiste em rochas com densidade intermediária, em suamaioria compostos de oxigênio com magnésio, ferro e silício.

Existem mais de cem elementos, mas as análises químicasdas rochas indicam que apenas oito constituem 99% da massada Terra (Figura 1.7). De fato, cerca de 90% da Terra consis­tem em apenas quatro elementos: ferro, oxigênio, silício emagnésio. Quando comparamos a abundância relativa doselementos constituintes da crosta com sua abundância em re­

lação a toda a Terra, podemos constatar que o ferro soma 35%da massa desta. Devido à diferenciação, entretanto, há poucoferro na crosta, onde os elementos leves predominam. Comose pode ver na Figura 1.7, as rochas crustais sobre as quais es­tamos são constituídas por quase 50% de oxigênio.

CROSTA DA TERRA

Alumínio (8%) Fer/%ro(6'70) Magnésio(4%)~ / Cálcio (2,4%)

. ,~potássiO (2,3%)y----5ódio (2,1%)

Outros «1 %)

Oxigênio (46'70)

Apenas quatro elementos constituem cerca de 90% da Terra:ferro, oxigênio, silício e magnésio. Observe que o oxigênio, osilício e o alumínio, sozinhos, formam mais de 80% da crosta.

A formação dos continentes, dos oceanos eda atmosfera da Terra

A fusão primitiva promoveu a formação da crosta da Terra e, for­tuitamente, dos continentes. Ela fez com que os materiais mais le­\'e: se concentrassem nas camadas externas e permitiu que pelomenos os gases mais leves escapassem do interior. Esses gases for­maram grande parte da atmosfera e dos oceanos. Até hoje, rema­nescentes retidos da nebulosa solar original continuam a ser emi­tidos como gases primitivos em erupções vulcânicas.

Continentes A feição mais visível da crosta da Terra são os con­tinentes. O crescimento dos continentes começou logo após a di­ferenciação e continuou ao longo do tempo geológico. Tem-se,quando muito, apenas uma noção geral do que levou à sua for­mação. Imaginamos que o magma partiu do interior derretido daTerra e ascendeu à superfície, onde esfriou e se solidificou paraformar a crosta rochosa. Essa crosta primitiva fundiu-se e solidi­ficou-se repetidamente, fazendo com que os materiais mais levese separassem dos mais pesados e ascendessem ao topo, para for­

mar os núcleos primitivos dos continentes. A água da chuva e ou­tros constituintes da atmosfera erodiram as rochas, levando-as adecomporem-se e desintegrarem-se. Água, vento e gelo despren­deram, então, os detritos rochosos e moveram-nos para lugaresde deposição mais baixos. Aí se acumularam em camadas espes­sas, formando praias, deltas e os assoalhos dos mares adjacentes.A repetição desse processo durante muitos ciclos estruturou oscontinentes.

Oceanos e a atmosfera Alguns geólogos pensam que a maiorparte do ar e da água da Terra atual vieram de fora do sistemasolar por meio de materiais ricos em voláteis que impactaram oplaneta depois que ele foi formado. Por exemplo, os cometasque vemos são compostos predominantemente de gelo maisdióxido de carbono e outros gases congelados. Incontáveis co­metas podem ter bombardeado a Terra nos primórdios de suahistória, fornecendo água e gases que, subseqüentemente, de­ram origem aos oceanos e à atmosfera primitivos.

Muitos outros geólogos acreditam que os oceanos e a atmos­fera podem ter sua origem rastreada no "nascimento úmido" daprópria Terra. De acordo com essa hipótese, os planetesimais quese agregaram para formar nosso planeta tinham gelo, água e ou­tros voláteis. Originalmente, a água estava aprisionada (quimica­mente ligada como oxigênio e hidrogênio) em certos mineraistrazidos pela agregação dos planetesimais. De fonna similar, ni­trogênio e carbono também estavam quimicamente ligados nosminerais. Quando a Terra se aqueceu e seus materiais fundiram­se parcialmente, o vapor d'água e outros gases foram liberados elevados para a superfície pelos magmas, sendo lançados na at­mosfera pela atividade vulcânica.

Os gases emitidos pelos vulcões há cerca de 4 bilhões deanos consistiam, provavelmente, nas mesmas substâncias quesão expeli das dos vulcões atuais (embora não necessariamentena mesma quantidade relativa): fundamentalmente hidrogênio,dióxido de carbono, nitrogênio, vapor d'água e alguns outrosgases (Figura 1.8). Quase todo o hidrogênio escapou para o es­paço exterior, enquanto os gases pesados envolveram o planeta.Essa atmosfera primitiva era destituída de oxigênio, elementoque constitui 21% da atmosfera atual. O oxigênio não fazia par­te da atmosfera até que organismos fotos sintéticos evoluíssem,como será descrito posteriormente neste capítulo.

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

Para a atmosfera

Figura 1.8 A atividade vulcânica primitiva contribuiu com olançamento, para a atmosfera e os oceanos, de grandesquantidades de vapor d'água, dióxido de carbono e outros gasese, para os continentes, de materiais sólidos. A fotossíntese dosmicrorganismos removeu o dióxido de carbono e adicionouoxigênio à atmosfera primordial. O hidrogênio, devido à sualeveza, escapou para o espaço exterior.

A diversidade de planetasHá cerca de 4 bilhões de anos, a Terra tornou-se um planeta intei­ramente diferenciado. O núcleo encontrava-se muito quente e emgrande parte fundido, mas o manto estava razoavelmente bem so­lidificado e uma crosta pIimitiva e seus continentes tinham se de­senvolvido. Os oceanos e a atmosfera haviam se formado, prova­velmente, a partir de substâncias lançadas do interior da Terra, eos processos geológicos que hoje observamos estavam iniciandoseu funcionamento.

Mas o que ocorreu com os outros planetas? Tiveram a mes­ma história inicial? Informações transmitidas pelas sondas es­paciais indicam que todos os planetas terrestres sofreram dife­renciação, porém, seus caminhos evolutivos variaram.

Mercúrio tem uma tênue atmosfera, predominantementeformada por hélio. A pressão atmosférica na sua superfície émenor que um trilionésimo da pressão na Terra. ão há ação deventos ou água para erodir e suavizar sua antiga superfície, quese assemelha com a da Lua: predominantemente crateriforme ecoberta por uma camada de detritos, os quais são os fragmentosremanescentes de bilhões de anos de impactos de meteoritos.Devido ao fato de não existir propriamente uma atmosfera e es­tar muito próximo do Sol, a superfície do planeta se aquececom temperaturas de 467°C durante o dia e esfria para -173°Cà noite. Essa é a maior variação de temperatura conhecida no

3 cf2 ün:nder a Terra

Figura 1.9 Uma comparação das superfícies sólidas de Vênus,Terra e Marte, todas na mesma escala. A topografia de Vênus, quemostra o menor contraste altitúdico, foi medida entre 1990 e

1993 por um altímetro de radar, a bordo da sonda orbitadoraMagellan (Magalhães). A topografia da Terra, dominada peloscontinentes e oceanos e com contraste intermediário, foi

sintetizada a partir de medidas altimétricas da superfície do solo,

sistema solar (além daquela encontrada no Sol, em cuja super­fície há uma variação muito mais drástica). Os cientistas estãointrigados com a origem do enorme núcleo de ferro de Mercú­rio. Ele constitui 70% de sua massa, um recorde dentre os pla­netas do sistema solar.

Vênus evoluiu para um planeta em que as condições superfi­ciais ultrapassam a maioria das descrições do inferno. Ele estáenvolto numa atmosfera pesada, venenosa e incrivelmente quen­te (475°C), composta sobretudo por dióxido de carbono e nuvensde gotículas de ácido sulfúrico corrosivo. Um humano que per­manecesse em sua superfície seria esmagado pela pressão, cozi­do pelo calor e corroído pelo ácido sulfúrico. Imagens de radar,que vêem através da espessa cobertura de nuvens, mostram quepelo menos 85% da superfície de Vênus são cobertos por derra­mes de lavas. O restante é predominantemente montanhoso ­evidência de que o planeta tem sido geologicamente ativo (Figu­ra 1.9). Vênus é gêmeo da Terra em massa e tamanho. Como pô­de evoluir num planeta tão diferente do nosso é uma questão queintriga os geólogos planetários.

Marte tem sofrido muitos dos mesmos processos que têmmodelado a Terra (Figura 1.9), porém conta com uma fina at­mosfera composta quase inteiramente de dióxido de carbono. Aágua líquida não está presente na sua superfície atual- o plane­ta é tão frio e sua atmosfera tão delgada que a água ou congelaou evapora. As redes de vales e canais secos de rios, entretanto,indicam que a água líquida foi abundante na superfície de Mar­te há mais de 3,5 bilhões de anos. Algumas das rochas observa­das pelo robô móvel Sojourner, da Missão Explorador de Mar­te (Mars Pathfinder) de 1997, mostraram evidências de teremsido desgastadas pelo fluxo de água. As sondas orbitadoras deMarte têm recentemente encontrado evidências de que grandequantidade de gelo pode estar armazenada abaixo da superfíciee segregada nas capas de gelo polares. A vida pode ter existidonum planeta Marte úmido de bilhões de anos atrás e pode exis­tir hoje como micróbios sob a superfície. A NASA está proje-

bati métricas dos oceanos, obtidas por navios, e medidas docampo gravimétrico, obtidas da superfície do assoa lho oceãnicopor satélites orbitais da Terra. A topografia de Marte, que mostrao maior contraste, foi medida entre 1998 e 1999 por meio de umaltímetro a laser a bordo da sonda orbitadora Mars Global

Surveyor (Topografia Global de Marte). [Cortesia de GregNeumann/MIT IGSFClNASA]

tando uma sonda que poderia responder, dentro de poucos anos,a questão de se há vida em Marte!

A maior parte da superfície do planeta tem mais de 3 bi­lhões de anos. Na Terra, em contraste, grande parte da superfí­cie de mais de 500 milhões de anos foi obliterada pela ativida­de geológica. Os capítulos seguintes vão descrever como essesprocessos ativos têm modelado a face do nosso planeta ao lon­go de sua história.

Além da Terra, a Lua é o outro corpo mais bem conhecidodo sistema solar devido à sua proximidade e aos programas deexploração tripulada e não-tripulada. Como explicitado ante­riormente, a teoria mais aceita sobre a origem da Lua propõeque ela coalesceu como um grande corpo fundido depois queum gigantesco impacto ejetou sua matéria da Terra. Em geral,os materiais da Lua são mais leves que os da Terra, porque amatéria mais pesada do gigante corpo colidente e a de seu al­vo primitivo permaneceram encravadas na Terra. A Lua nãotem atmosfera e, como Vênus, é predominantemente muitoseca, tendo perdido sua água devido ao calor gerado peloenorme impacto. Há algumas evidências novas, a partir de ob­servações de sondas espaciais, de que pode existir gelo em pe­quenas quantidades em crateras profundas e sombrias nos pó­los norte e sul da Lua.

A superfície que vemos hoje é aquela de um corpo muito ve­lho e geologicamente inativo. Dois terrenos dominam a superfí­cie lunar. O mais antigo é o das terras altas, de coloração clara.Essas regiões rugosas e intensamente crateriformes cobrem cer­ca de 80% da superfície. As terras altas são resultantes dos detri­tos ejetados pelos impactos dos primórdios da história lunar,quando a Lua foi bombardeada por grandes asteróides. Os res­tantes 20% da superfície são constituídos por planícies escurasmais novas, chamadas de maria (que significa "mares" em latim,pois é assim que se parecem quando vistas da Terra). Os "mares"foram formados mais tarde, quando as grandes bacias de impac­tos foram subseqüentemente preenchidas por lavas.

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

_ planetas exteriores ou gigantes gasosos - Júpiter, Satur-_-rano e Netuno - permanecerão como um quebra-cabeça-:rito tempo. Essas imensas bolas de gases são quimica--~ tão distintas e tão grandes que devem ter seguido uma

, 'a evolutiva inteiramente diferente daquela dos peque­eras telúricos. Entendemos menos ainda sobre o plane­

_ - '- di tante, o minúsculo Plutão, uma estranha mistura~lada de gás, gelo e rocha, sendo o único planeta ainda não

por nossas sondas espaciais.

mbardeamento vindo do espaçorfícies salpicadas por crateras da Lua, Marte, Mercúrio e

- orpos são evidências de um importante intervalo da his­primordial do sistema solar: o período de Bombardeamen­

-:J.'5ado (ver Figura 1.3). Durante esse período, que deve terc1 desde a formação dos planetas até 600 milhões de anos:;.;,os planetas varreram e colidiram com a matéria residual

para trás na época em que foram agregados. A atividadea na Terra obliterou os efeitos desse bombardeamento.

o espaço está cheio de asteróides, meteoróides, cometas eoutros detritos abandonados desde o início do nosso sistema so­

lar. Pequenos blocos de detritos aqueceram-se e vaporizaram-sena atmosfera da Terra antes de alcançar a sua superfície, enquan­to blocos maiores atravessaram-na por completo. Atualmente,cerca de 40 mil toneladas de material extraterrestre caem na Ter­

ra a cada ano, sobretudo como poeira e pequenos objetos não ob­servados. Embora a atual taxa de impacto seja, em várias ordensde magnitude, menor que aquela do período de Bombardeamen­to Pesado, um grande bloco, de I a 2 km de diâmetro, ainda po­de colidir com a Terra em intervalos aproximados de poucos mi­lhões de anos. Embora tais colisões tenham se tomado raras, te­lescópios estão sendo programados para localizar os maiorescorpos no espaço e, assim, possibilitar que sejamos antecipada­mente advertidos da potencialidade de alguns deles virem a sechocar com a Terra. Recentemente, os astrônomos da NASA pre­viram, "com uma probabilidade nada negligenciável" (umachance em 300), que um asteróide de 1 km de diâmetro colidirácom a TetTaem março de 2880. Um evento como esse constitui­ria uma ameaça à civilização .

Última ocorrênciaExemplo4

(em anos)Efeitos planetáriosEfeitos na vida

Evento de

4,45 x 109Fusão do planetaForte emissão de voláteis;formação da Lua

extinção da vida na Terra

Plutão

Mais do queFusão da crostaExtinção da vida na Terra4,3 x 109

4 VestaS (um

Cerca deVaporização dos oceanosA vida pode sobreviver sobgrande asteróide)

4,0 x 109 a superfície

Chiron (maior

3,8 x 109Vaporização do topo dosCozimento sob pressão docometa em

oceanos até 100 mvapor na zona fótica;a podemovimento)

cessar a fotossíntese

Cometa Hale-

Cerca deAquecimento da atmosferaCauterização dos continentesBopp

2 x 109e da superfície até cercade 727°C

Bólido do KJT6;

65 X 106Incêndios, poeira, escmidão;Extinção de metade das433 Eros (o

mudanças químicas no oce-espécies; o evento Kff levoumaior asteróide

ano e na atmosfera; grandeà extinção dos dinossaurospróximo da Terra)

oscilação de temperaturas

Tamanho

Cerca deSuspensão de poeira emInterrupção da fotos síntese;aproximado de

300 miltoda a atmosferaindivíduos morrem, mas500 asteróides

durante mesespoucas espécies são extintas;próximos da Terra

ameaça à civilização

Evento de Tunguska

1908 (ano)Derrubou árvores num rastroManchetes nos jornais; pôr-(Sibéria)

de dezenas de quilômetros;do-sol romântico; crescimentocausou pequenos efeitos

da taxa de natalidade

hemisféricos; suspensão de poeira na atmosfera

. ,-

Impactos de bólidos e seus efeitos na vida na Terra

-;:l=queno>1 km

_ édio R > 10 km

10 pequeno-:;> > 100 m

~ ande":'> -Okm

de

"::">"'Okm

-:' .:c--o da Terraque recebea luzdo Sol,ouseja,a atmosferae o topodosoceanosaté 100m de profundidade.~: :\Iodificadade J. D. Lissauer,Nature402: Cll-C14.

36 Para Entender a Terra

Um impacto importante ocorreu há 65 milhões de anos. Obólido, com pouco mais de 10 km, causou a extinção de meta­de das espécies da Terra, incluindo todos os dinossauros. Tal­"ez, esse evento tenha possibilitado que os mamíferos se tor­nassem a espécie dominante, preparando o caminho para ohomem. O Quadro 1.1 descreve os efeitos de impactos de vá­lias tamanhos em nosso planeta e na vida. O poeta RobertFrost talvez tenha pensado na vulnerabilidade da vida na Terraquando escreveu

Alguns dizem que o mundo terminará em labareda quente,

Outros dizem que em frio enregelado.

Do que eu provei do desejo ardente

Eu concordo com os que torcem pelo fogo inclemente.

Mas se eu tiver de perecer dobrado,

Eu acho que conheço bem o querer mal

Para dizer que a destruição do gelo desapiedadoÉ também colossal

E suficiente pro mundo ser acabado.?

Embora a Terra tenha se esfriado desde seu início ardente, elacontinua um planeta inquieto, mudando continuamente por meiode atividades geológicas, tais como terremotos, vulcões e glacia­ções. Essas atividades são govemadas por dois mecanismos tér­micos: um intemo e o outro extemo. Mecanismos de tal tipo-

como, por exemplo, o motor a gasolina de um automóvel- trans­formam calor em movimento mecânico ou trabalho. O mecani ­

mo intemo da Terra é govemado pela energia térmica aprisiona­da durante a origem cataclísmica do planeta e gerada pela radioa­tividade em seus níveis mais profundos. O calor interior controlaos movimentos no manto e no núcleo, suprindo energia para fun­dir rochas, mover continentes e soerguer montanhas. O mecani ­mo extemo da Terra é controlado pela energia solar - calor da su­perfície terrestre proveniente do Sol. O calor do Sol energiza a at­mosfera e os oceanos e é responsável pelo nosso clima e tempo.Chuva, vento e gelo erodem montanhas e modelam a paisagem e.por sua vez, a fon11ada superfície muda o clima.

Todas as partes do nosso planeta e todas suas interações, to­madas juntas, constituem o sistema Terra. Embora os cientistasda Terra pensem já há algum tempo em termos de sistemas na­turais, foi apenas nas últimas décadas do século XX que eledispuseram de equipamentos adequados para investigar como osistema Terra realmente funciona. Dentre os principais avanços.estão as redes de instrumentos e satélites orbitantes de coleta de

informações do sistema Tena numa escala global e o uso decomputadores eletrônicos com potência suficiente para calculara massa e a energia transferi das dentro do sistema. Os principaicomponentes do sistema Terra estão descritos no Quadro 1.2 erepresentados na Figura panorâmica 1.10. Já disconemos so­bre alguns deles e definiremos os outros a seguir.

Dedicaremos nossa atenção às diversas facetas do sistemaTena nos capítulos posteriores. Vamos agora começar a pensarsobre algumas de suas feições básicas. A Terra é um sistemaaberto, no sentido de que troca massa e energia com o restantedo cosmos. A energia radiante do Sol energiza o intemperismo ea erosão da superfície tenestre, bem como o crescimento dasplantas, as quais servem de alimento a muitos outros seres vivos.Nosso clima é controlado pelo balanço entre a energia solar que

Quadro 1.2~ . ".. :,,:.' ..• ",

Os principais componentes do sistema Terra

Atmosfera

Hidrosfera

Biosfera

Lira fera

Asteno fera

Manto inferior

Núcleo extemo

Núcleo interno

A energia solar energiza estes componentes

Invólucro gasoso que se estende desde a superfície terrestre até uma altitude de cerca de 100 km

A esfera da água compreende todos os oceanos, lagos, rios e a água subterrânea

Toda matéria orgânica relacionada à vida próxima à superfície terrestre

o calor interno da Terra energiza estes componentes

Espessa camada rochosa extema da Terra sólida que compreende a crosta e a parte superior do manto até umaprofundidade média de cerca de 100 km; forma as placas tectônicas

Fina camada dúctil do manto sob a litosfera que se deforma para acomodar os movimentos horizontais e verti-ais das placas tectônicas

:\1anto sob a astenosfera, estendendo-se desde cerca de 400 km até o limite núcleo-manto8 (cerca de 2.900 kmde profundidade)

Camada líquida composta predominantemente por feiTOliquefeito, estendendo-se desde cerca de 2.900 km até5,150 km de profundidade

E fera mai intema constituída predominantemente de feITOsólido, estendendo-se desde cerca de 5.150 km atéo centro da Terra (cerca de 6.400 km de profundidade)

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

.., :ERRA É UM SISTEMA ABERTO QUE TROCA ENERGIA E MASSA COM SEU ENTORNO

O mecanismo interno da Terra

é governado pelo calor apri­sionado durante sua origem ...

li O calor irradiado pela Terra equilibrao calor interno e aquele recebido do Sol.

A energia solar éresponsável por nossoclima e tempo meteorológico.

11O Sol controla o mecanismoexterno da Terra.

Sol

SISTEMA TERRA É CONSTITUíDO POR TODAS AS PARTES DE NOSSO PLANETA E SUAS INTERAÇÕES

O sistema do clima envolve grande

troca de massa (p. ex., água) eenergia (p. ex., calor) entre aatmosfera e a hidrosfera ...

Núcleo interno

... bem como interaçõescom a litosfera (p. ex.,exalação de gases pelosvulcões e erosão).

Os organismos vivos, a biosfera,

ocupam9 parte da atmosfera,da hidrosfera e da litosfera.

I A litosfera move-se sobre porçõesdo manto mais liquefeito, afundae é arrastada para a astenosfera ...

... onde é movida para o manto

inferior e emerge novamentenum ciclo convectivo.

O núcleo externo e o núcleo

interno interagem no sistema dogeodínamo que é responsável pelocampo magnético terrestre.

Figura panorâmica 1.10 Principais componentes e subsistemas do sistema Terra( er Quadro 1.2). As interaçôes entre os componentes são governadas pela energia doSol e do interior do planeta e organizadas em três geossistemas globais: o sistema dodima, o sistema das placas tectônicas e o sistema do geodínamo.

- - ~~ =--"'- er 2. Terra

_-~_di o si-tema Terra e a energia que o planeta irradia deo e pa, o. A. transferências de massa entre a Terra e

,o d,-, re eram marcadamente depois do período de30mb deamento Pesado, mas ainda desempenham um papel

. -o o i tema Terra - é só perguntar aos dinossauros!Embora pen emos a Terra como sendo um único sistema, é

om de afio e tudá-la por inteiro de uma só vez. Ao invés disso,se enfocarrnos nossa atenção em partes do sistema, estaremosa'-an,ando no seu entendimento. Por exemplo, nas discussõesobre mudanças climáticas recentes, consideraremos primeira­

mente a interações entre atmosfera, hidrosfera e biosfera, asquai são controladas pela energia solar. Nossa abordagem so­bre a formação dos continentes enfocará as interações entre aro ta e as porções mais profundas do manto, que são controla­

da pela energia interna da Terra. Os subsistemas específicosque encenam elementos característicos da dinâmica tenestreão chamados de geossistemas.10 O sistema Tena pode ser

pensado como uma coleção desses geossistemas abertos e inte­rativos (e freqüentemente se sobrepondo).

Nesta seção, apresentaremos dois geossistemas importantesque operam numa escala global: o sistema do clima e o sistemadas placas tectônicas. O terceiro sistema global é o do geodína­mo, o qual é responsável pelo campo magnético terrestre, quetrata de uma parte importante do funcionamento da Terra comoplaneta e também se constitui em um instrumento-chave paraexplorar as camadas internas. O geodínamo será discutido noCapítulo 21. A sua importância para a compreensão das placastectônicas é discutida no Capítulo 2. Posteriormente, ainda, te­remos ocasião de discorrer sobre diversos geossistemas meno­re . :\qui estão três exemplos: vulcões que expelem lava quen­te (Capítulo 6), sistemas hidrológicos que nos proporcionam-gua para consumo (Capítulo 13) e reservatórios de petróleoque fome em óleo e gás (Capítulo 22).

o sistema do clima

Tempo é o termo que usamos para descrever a temperatura, aprecipita,ão. a nebulosidade e os ventos observados num pon­to da uperfí ie terrestre. Todos sabemos o quanto o tempo po­de ser "ariá"el- quente e chuvoso num dia, frio e seco no outro-, dependendo dos movimentos de sistemas de tempestades,frente frias e quentes e outras mudánças rápidas dos distúrbiosatmosféri o . Como a atmosfera é muito complexa, mesmo osmelhore meteorologistas têm dificuldades em prever o tempocom ante edên ia de mais de quatro ou cinco dias. Entretanto,podemo inferir orno ele será, em termos gerais, num futurobem mais di tante. pois o tempo predominante é governadoprincipalmente pelas "ariações do influxo de energia solar nosciclos sazonai e diário : "erões são quentes e invernos, frios;dias são quentes e noite . mais frescas. O clima é a descriçãodesses ciclos de tempo em termos das médias de temperatura eoutras variáveis obtidas durante muitos anos de observação.Além dos valores médios, uma descrição completa do climatambém inclui medidas de quanto tem sido a variação do tem­po meteorológico, tais como as temperaturas mais altas ou maisbaixas já registradas num cerro dia.

O sistema do clima inclui todas as propriedades e intera­ções dos componentes dentro do sistema Tena necessárias pa­ra determinar o clima numa escala global e descobrir como ele

muda com o tempo. O problema é incrivelmente complicadoporque o clima não é apenas o comportamento da atmosfera so­zinha. Ele é sensível a muitos outros processos envolvendo a ru­drosfera, a biosfera e a Terra sólida (ver Figura panorâmica1.10). Para entender essas interações, os cientistas elaborammodelos numéricos - sistemas climáticos virtuais - em super­computadores e comparam os resultados de suas simulaçõescom os dados observados. (Em março de 2002, o Japão anun­ciou o maior e mais rápido computador do mundo, o Simuladorda Terra - Earth Simulator -, dedicado à modelagem do climaterrestre e outros geossistemas.)

Os cientistas ganham credibilidade quando seus modelosapresentam uma boa coincidência com os dados observados.Eles utilizam os desajustes para identificar onde os modelosestavam errados ou incompletos. Além disso, esperam aperfei­çoar suficientemente os modelos por meio de testes feitos apartir de diversos tipos de observações, de modo que possamfazer predições acuradas sobre como o clima mudará no futu­ro. Um problema particularmente urgente é entender o aqueci­mento global que pode resultar das emissões de dióxido decarbono e outros gases-estufa gerados por atividades humanas.Parte do debate público sobre o aquecimento global centra-sesobre a precisão das predições computadorizadas. Os céticosargumentam que mesmo os modelos computadorizados maissofisticados não são confiáveis porque desconsideram váriasfeições do sistema Terra real. No Capítulo 23, discutiremos al­guns aspectos de como o sistema do clima funciona e os pro­blemas práticos das mudanças climáticas causadas pelas ativi­dades humanas.

o sistema das placas tectônicasAlguns dos mais dramáticos eventos geológicos do planeta ­erupções vulcânicas e tenemotos, por exemplo - também resul­tam de interações dentro do sistema Tena. Esses fenômenossão controlados pelo calor interno do globo, que escapa pormeio da circulação de material no manto sólido, em um proces­so conhecido como convecção.

Vimos que a Terra é quimicamente zoneada: sua crosta,manto e núcleo são camadas quimicamente distintas que se se­gregaram durante a diferenciação primordial. A Terra é tambémzoneada pela reologia, ou seja, pelos diferentes compOltamen­tos materiais que apresenta ao resistir à deformação. Por suavez, a deformação do material depende da composição quími­ca (tijolos são frágeis; banas de sabão, dúcteis) e da temperatu­ra (cera fria é frágil; cera quente, dúctil). De cerra forma, a par­te externa da Terra sólida comporta-se como uma bola de ceraquente. O resfriamento da superfície torna frágil a casca maisexterna ou litosfera (do grego lithos, "pedra"), a qual envolveuma quente e dúctil astenosfera (do grego asthenes, "fraque­za"). A litosfera inclui a crosta e o topo do manto até uma pro­fundidade média de cerca de 100 km. Quando submetida a umaforça, a litosfera tende a se comportar como uma casca rígida efrágil, enquanto a astenosfera sotoposta flui como um sólidomoldável ou dúctil.

De acordo com a notável teoria da tectônica de placas, a li­tosfera não é uma casca contínua; ela é quebrada em cerca de12 grandes "placas" que se movem sobre a superfície terrestrecom taxas de alguns centímetros por ano. Cada placa atua co-

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

... onde ela se esfria,move-se lateralmente,afunda ...

... levando as placas ase formar e divergir.

Onde as placasconvergem, uma placaresfriada é arrastada

sob a placa vizinha...

... mergulha, aquece-see, novamente, sobe.

: ra 1.11 (a) A água fervendo é um exemplo familiar da convecção. (b) Uma visão_ -Glda das correntes de convecção no interior da Terra.

'\

'ti rra ao longo do tempoeológico

Até agora, discutimos dois tópicos importante : como a Terrase formou nos primórdios do sistema solar e como dois geossis­temas globais funcionam hoje. Mas o que ocorreu durante os4,5 bilhões de anos subseqüentes? Para responder essa questão,iniciaremos com uma abordagem geral do tempo geológico,desde o nascimento do planeta até o presente. Os capítulos pos­teriores apresentarão mais detalhes.

Uma visão geral do tempo geológicoCompreender a imensidão do tempo geológico pode ser um de­safio para os leigos. O escritor John McPhee observou eloqüen-

ilustrado na Figura 1.11. A circulação continuará durante otempo necessário para que o calor existente no interior sejatransferido para a superfície fria.

O movimento das placas é a manifestação superficial daconvecção do manto e nos referimos a todo esse sistema comoo sistema das placas tectônicas. Controlado pelo calor internoda Terra, o material quente do manto sobe onde as placas se se­param, e então começa a endurecer a litosfera. À medida que semove para longe desse limite divergente, a litosfera esfria e tor­na-se mais rígida. Porém, ela pode eventualmente afundar naastenosfera e arrastar material de volta para o manto, nos bor­dos onde as placas convergem (Figura 1.11b). Assim como nosistema do clima (que envolve uma ampla variedade de proces­sos convectivos na atmosfera e nos oceanos), os cientistas estu­dam as placas tectônicas usando simulações computadorizadaspara representar o que pensam ser os mais importantes compo­nentes e interações. Eles revisam os modelos cujas implicaçõesestão em desacordo com os dados reais.

unidade rígida distinta que se move sobre a astenosfe­_ -?Jal também está em movimento. Ao formar uma placa, a

pode ter uma espessura de apenas alguns quilômetroscom atividade vulcânica e, talvez, de até 200 km ou

- regiões mais antigas e frias dos continentes. A desco­placas tectônicas na década de 1960 forneceu aosa primeira teoria unificada para explicar a distribui­

- ~nndial dos terremotos e dos vulcões, a deriva dos conti--=os. o soerguimento de montanhas e muitos outros fenôme-~=ológicos. O Capítulo 2 será destinado a descrever deta­

ente a tectônica de placas.~ que as placas se movem na superfície terrestre ao invés~ ·xarem completamente numa casca rígida? As forças que

. e arrastam as placas ao redor da superfície originam-• o: motor térmico do manto sólido da Terra, o qual causa

~ ,ão. Em termos gerais, a convecção é um mecanismo de-"erência de energia e de massa no qual o material aqueci-

-=-ende e o resfriado afunda. Tendemos a pensar a convec-- :orno um processo envolvendo fluidos e gases - como

- e nas correntes de circulação de água fervendo num po-- -~ fumaça ascendendo de uma chaminé ou no ar aquecido

_ -: be para o teto enquanto o frio desce para o chão -, masbém pode ocorrer em sólidos que estão em temperaturas

- _-entemente altas, tornando-os frágeis e dúcteis. Observa-- : .ue o fluxo dos sólidos dúcteis é comumente mais lento_ - do fluidos, pois mesmo os sólidos "frágeis" (como a ce­

_ o caramelo) são mais resistentes à deformação que os- - - omuns (como a água ou o mercúrio).

..:. onvecção pode ocorrer em qualquer material que flui,__ ::un fluido ou um sólido dúctil, quando é aquecido na base

= _.sITiado no topo. A matéria quente da base sobe sob a força. =illPUXO, pois se tornou menos densa que a matéria que está

~ ela no topo. Quando alcança a superfície, ela perde calor= :=,,-;na a partir do que se move lateralmente e se torna mais

-- ~o momento em que adquire mais densidade que o ma­~ ' -ubjacente, ela afunda pela atração da gravidade, como

40 Para Entender a Terra

2.500 Ma

Completada aprincipal fase deformação doscontinentes

LO,12 MaPrimeiro aparecimento

de nossa espécie,Homo sapiens sapiens

4.000 MaFim do Bombardeamento

Pesado; rochas

continentais mais antigas

5 MaPrimeiroshominídeos

4.470 Ma

Acrescimento da Terra,

formação do núcleo ediferenciação completadas

4.560 MaAcrescimento dos

planetesimais; início doacrescimento da Terra

439 Ma

Extinção ~em massa 420 Ma

Animaisterrestrês

mais antigos

324 Ma

Extinçãoem massa

565 Ma

Distribuição mundial deorganismos multicelulares

.570 milhões de anos atrás (Ma)Formação doSol e disco deacrescimento

545-530 Ma

"Big Bang"evolutivo

Figura 1 .12 A fita do tempo geológico desde a formação dosistema solar até o presente, medida em bilhões de anos emarcada por alguns dos principais eventos e transições dahistória da Terra. Nossos hominídeos ancestrais tornaram-se

evidentes no registro geológico há cerca de 5 milhões de anos,

somente um décimo de 1% da idade total da Terra. O intervalo de

existência humana (cerca de 120 mil anos 11) é menor que aespessura da linha no fim da fita! Alguns eventos aqui mostradossão especulativos e muitos têm idade imprecisa.

temente que os geólogos olham para o "tempo profundo" doinício da história da Terra (medido em bilhões de anos) da mes­ma maneira que um astrônomo olha para o "espaço profundo"do universo (medido em bilhões de anos-luz). A Figura 1.12apresenta o tempo geológico como uma fita marcada com al­guns dos principais eventos e transições.

Já descrevemos as teorias atualmente aceitas de acresci­

memo planetário e diferenciação durante os primeiros 500 mi­lhõ~ de anos da história da Terra. Esse intervalo pode ser cha­mado apropriadamente de idade geológica "das trevas", porquemuiro pouco do registro geológico foi capaz de sobreviver aolJeríodo do Bombardeamento Pesado. As rochas mais antigas

encontradas atualmente na superfície terrestre têm cerca de 4bilhões de anos. Rochas muito antigas, com idade de 3,8 bi­lhões de anos, mostram evidências de erosão pela água, indi­cando a existência da hidrosfera. Há 2,5 bilhões de anos, reu­niu-se suficiente crosta de baixa densidade na superfície terres­tre para formar grandes massas continentais. Os processos geo­lógicos que subseqüentemente modificaram esses continentesforam muito similares àqueles que hoje vemos atuando nas pla­cas tectônicas.

A partir de cerca de 2,5 bilhões de anos atrás, o registro fós­sil da vida primitiva da Terra tomou-se progressivamente maisrico, revelando um conjunto diverso de comportamentos adap-

_= dos pioneiros da vida no planeta. Alguns desses com­<:ntostiveram influência global, resultando em uma pro­

=- -Ç~ oxigenação da atmosfera e do oceano durante os 2 bi­-F' c.e anos seguintes. Ao decifrar esse registro geológico,

- - --;:;:0 reconstruir a história da evolução biológica.

- "" olução da vida- - - o organismos vivos e a matéria orgânica que produzem,

-::"'''fadoscomo uma coisa só, constituem a biosfera (do gre-= - s. "vida") da Terra. A evolução da vida envolveu intera-- - ::omplexas entre biosfera, atmosfera, hidrosfera e litosfera.

- I cio da vida Há pouco mais de 4 bilhões de anos, a atmos­'" a hidrosfera primitivas da Terra já tinham se formado.

=""':::sleves, como o hidrogênio, escaparam para o espaço, dei­- para trás gases mais pesados, como vapor d' água, dióxi­

j;: arbono e dióxido de enxofre. Essa atmosfera primitiva-e:=itiu que quase todos os componentes da luz solar alcanças­

uperfície terrestre - incluindo os raios ultravioleta (UV),=ai são danosos para a vida. Na mesma época, havia dió­

~- de carbono e vapor d'água suficientes para aprisionar o ca­_ e se irradiava da superfície, mantendo a Terra quente. Es­

: =~ômeno é conhecido como efeito estufa, pois guarda ana­.=' com o aquecimento de uma estufa, onde o vidro deixa a

sar, enquanto pouco calor consegue sair.De algum modo, a vida iniciou no efeito estufa da Terra,

_ da intensa radiação UV e da atmosfera hostil, pobre em-~nio. Evidências diretas, embora atualmente questionadas,

-~-'em na preservação dos primeiros fósseis (traços de orga-::s::LOS de épocas geológicas passadas preservados na crosta).- :-eis de bactérias primitivas foram encontrados em rochas_-_das de 3,5 bilhões de anos. Uma linha de evidências mais=::'s::iya,embora indireta, é fomecida pela composição da maté­- orgânica preservada nas rochas dessa idade. Esses remanes­_~[es químicos dos organismos antigos estão rapidamente ul­_ assando a evidência fóssil como sendo a principal base pa­_ o entendimento da evolução primitiva da vida na Terra.

Há uma forte probabilidade, entretanto, de que a vida tenha.ginado-se em época anterior, talvez há 4 bilhões de anos ou

- -mo antes. °primeiro degrau até a evolução da bactéria pri­~Ya é pensado como sendo a reunião de grandes moléculas de::-.:s.es,como o metano e a amônia. A energia para essas transfor­.:., , ões foi suprida pela forte radiação UV. Esse degrau tem sido~lorado em muitos experimentos químicos que mostram como~ diversos tijolos fundamentais da vida poderiam ter se for-

do. De alguma maneira, essas moléculas orgânicas agrega­:s:n-se e formaram sistemas capazes de crescer e metabolizar.-=- - s sistemas não eram propriamente a vida, pois não se repro­~am, de sorte que são chamados de protovida. Alguns cientis­-.,- argumentam que a protovida foi concentrada em nascentes__entes alimentadas por vulcões no assoalho do oceano.- O próximo degrau critico foi o desenvolvimento da primei­

.0: molécula verdadeiramente auto-replicável: o ácido ribonu­:::éico (RNA). Essa molécula com uma única cadeia de nucleo­.: eos - assim como seu primo com duas cadeias, o ácido deso­xirribonucléico (DNA) - é envolvida intimamente no processo::e auto-repbcação. °"mundo do RNA" foi transitório e logo

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

evoluiu para o "mundo do DNA", mais complexo, o qual carac­terizou a biosfera pelo resto da história geológica.

Nem todos os cientistas aprovam essas hipóteses. Poucosdeles acreditam que o impacto de cometas trouxe para a Terranão apenas os gases da atmosfera e os oceanos, mas também aprópria vida. De acordo com essa visão, a vida na Terra iniciouquando cometas caíram - bolas de gelo e gases congelados - e"colonizaram" o planeta. Um cientista propôs que o constantebombardeamento da Terra nesses tempos iniciais pode muitobem ter destruído a vida logo depois que ela fora sintetizada. Seisso de fato ocorreu, a vida teria reiniciado diversas vezes.

Esses estágios primitivos da origem da vida, provavelmen­te, não afetaram de modo importante a atmosfera, a qual per­maneceu composta dominantemente por nitrogênio e dióxidode carbono.

a oxigênio torna-se o principal gás da atmosfera Os orga­nismos primitivos devem ter fomecido quantidades relativa­mente pequenas de matéria orgânica produzida por processosquímicos inorgânicos ou reciclada de outros organismos. Aprincipal mudança ocorreu quando a vida evoluiu para fazerseu próprio alimento por meio dafotossíntese. Esse é o proces­so pelo qual as plantas e outros organismos verdes utilizam aclorofila (que os colore de verde) e a energia da luz solar paraproduzir carboidratos a partir do dióxido de carbono e da água.

A evolução da fotossíntese no início da história geológicada Terra teve imensas conseqüências. Um produto derivado dafotossíntese é o oxigênio (02)' À medida que a matéria orgâ­nica da vida fotos sintética era soterrada, o carbono era remo­vido da atmosfera e o oxigênio, acumulado. A partir das evi­dências fósseis, parece que processos semelhantes ocorreramhá 2,5 bilhões de anos. Os geólogos encontraram rochas deferro bandeado muito antigas, com idade de 2,5 bilhões deanos, que foram oxidadas ("enferrujadas") durante sua forma­ção, indicando que havia mais oxigênio na atmosfera naqueletempo. °aumento para os atuais níveis de oxigênio atmosfé­rico é agora pensado como o resultado de uma série de etapascrescentes ocorridas num período de tempo de pelo menos 2bilhões de anos .

Quando as moléculas de oxigênio atmosférico difundiram­se para a estratosfera (atmosfera superior), foram transforma­das pela radiação solar em ozônio (03)' criando uma camadaestratosférica de ozônio. A camada de ozônio absorve certasporções de radiação UV antes que atinjam a superfície, ondepoderiam prejudicar e causar mutações nas células de animaise plantas. Sem esse escudo protetor, a vida não teria florescidona tena.

a "Big Bang" biológico Comparada com a vida atual, a vidano início da Terra era uma coisa primitiva, consistindo basica­mente em pequenos organismos unicelulares que flutuavampróximo à superfície dos oceanos ou viviam no fundo dos ma­res. Entre 1 e 2 bilhões de anos atrás, a vida tomou-se multice­lular, quando algas e algas marinhas foram originadas. Então,por razões não muito bem entendidas, os primeiros animais en­traram em cena há cerca de 600 milhões de anos, evoluindo nu­ma seqüência de ondas. A primeira onda produziu formas sim­ples, semelhantes a águas-vivas e a samambaias com corpos le­ves, bem como seres de corpo duro com formas lembrando ta-

42 Para Entender a Terra

Namaca/athus Ha//ucigenia Trilobitas

Figura 1.13 Os fósseis que registram a explosão do Cambrianoincluem fósseis calcificados do Pré-Cambriano (esquerda), queforam os primeiros organismos a utilizar caleita na produção daconcha. Eles foram extintos no limite Pré-Cambriano-Cambriano,

junto com outros organismos, e abriram caminho para outroestranho grupo de novos organismos, incluindo o Hallucigenia

(centro) e os mais familiares trilobitas (direita). Esses dois últimos

ças de vinho com buracos (ver Figura 1.13). Muito rapidamen­te foram extintas, embora poucas possam ter servido como pro­tótipos para uma segunda onda, a qual constituiu a maior diver­sificação de novas formas de vida na história da Terra.

Num breve período iniciado há 543 milhões de anos e, pro­vavelmente, com uma duração menor que 10 milhões de anos,oito ramos (filas) inteiramente novos do reino animal foram es­tabelecidos, incluindo os ancestrais de quase todos os animaisque conhecemos hoje. Esses organismos formavam um zooló­gico de bestas estranhas, descritas pelo ensaÍsta científico Ste­ven J. Gould como se fossem coisas de "filme de ficção cientí­fica". Uma criatura particularmente bizarra foi chamada deHallucigenia (ver Figura 1.13). Formas mais familiares in­cluem vermes terrestres e seus correlativos marinhos, estrelas­do-mar e bolachas-da-praia,12 moluscos, insetos, crustáceos eos cordados que, finalmente, evoluíram para os animais supe­riores (inclusive nós). Outros tipos de animais, agora extintos,tais como os trilobitas, com sua aparência primitiva (ver Figura1.13), também passaram a existir. Foi durante essa explosão

formaram carapaças frágeis de material orgânico similar às unhas.[(Esquerda, topo) John Grotzinger; (embaixo) W. A. Watters. (Topo,

centro) Museu Nacional de História NaturallSmithsonianInstitution; (embaixo) Chase Studio/Photo Researchers. (Direita,

topo) Cortesia do Musée cantonal de géologie, Lausanne.Fotografia de Stefan Ansermet; (embaixo) Chase Studio/PhotoResearchers.]

evolutiva, às vezes refelida como "Big Bang" ("grande explo­são") da biologia, que animais cujo corpo continha partes durase ricas em cálcio deixaram pela primeira vez carcaças fósseisno registro geológico.

Extinções em massa por eventos extremos Embora a evolu­ção biológica seja comumente vista como um processo muitolento, as tendências evolutivas mais amplas foram freqüente­mente pontuadas por breves períodos de mudança rápida. Umprimeiro exemplo notável é o da explosão evolutiva que acaba­mos de descrever. Igualmente espetaculares foram as extinçõesem massa durante as quais muitos tipos de animais e plantasdesapareceram subitamente do registro geológico. Cinco des­sas imensas reviravoltas estão indicadas na Figura 1.12. A últi­ma, já discutida neste capítulo, foi causada pelo impacto de umgrande bólido há 65 milhões de anos. Esse evento extremo en­cerrou a Idade dos Dinossauros. As comunidades bentônicas

dos recifes também foram extintas e reorganizadas. Formas pe­lágicas grandes do mar azul profundo foranl varridas, junta-

-? om a maioria de outros produtores primários. Esses_ :0- fizeram com que algumas pessoas os chamassem de

- 2;O"31l0 do estranho amor". 13

_. - ausas das outras extinções ainda estão sendo debatidas.do impacto de bólidos, os cientistas têm proposto outros

:: de eventos extremos, como variações climáticas rápidas- nadas por glaciações e enormes erupções de material vul­:o. As evidências são freqüentemente ambíguas ou incon-

:es. Por exemplo, o maior evento de extinção de todos osocorreu há cerca de 250 milhões de anos, varrendo 95%

as espécies. Um impacto de um bólido tem sido pro-por alguns investigadores, mas o registro geológico mos­

_ ~ as capas de gelo se expandiram nessa época e que houve-. ,a da composição química da água do mar, o que seria--= ente com uma grande crise climática. Simultaneamente,~orme erupção vulcânica cobriu uma área na Sibéria com~ a metade do tamanho dos Estados Unidos, com 2 ou 3 mi­

= -:: de quilômetros cúbicos de lava. Essa extinção em massa• ::õ:ÍZ.adade "Assassino do Expresso Oriente", 14 pois existem

- uspeitos!_-~-te capítulo introdutório, tratamos de muitos tópicos que- desenvolvidos mais completamente nos próximos capítu­Começamos discutindo como os cientistas pensam e traba­

c. então, descrevemos como eles têm desenredado a his-o nosso planeta e de seus sistemas interativos. Acompa­

essa história desde o início ardente da Terra e suas mu-

, - ao longo do tempo geológico e desde a origem da vidaaparecimento dos seres humanos. Nem todos os tópicos'dos nesta introdução sobreviverão sem mudanças nas

âmas décadas ou, talvez, até a próxima edição deste livro.- J.=ologia está passando por um período de intensas pesqui­

:~itas pelos seus estudiosos, que preencherão os detalhes,-ando as hipóteses existentes e apresentando outras novas,

::~uempenho por novos conhecimentos.

SUMO

e é Geologia? Geologia é a ciência que trata da Terra­- ória, composição e estrutura interna e suas feições su­

~alS.

os geólogos estudam a Terra? Os geólogos, como ou­::.:ientistas, utilizam o método científico. Eles compartilham~os que obtiveram e verificam mutuamente seus trabalhos.

hipótese é uma tentativa de explicação de um conjunto de- -_Se ela é confirmada repetidamente pelos experimentos

os cientistas, então pode ser elevada à condição de teo­_ Iuitas teorias são abandonadas quando trabalhos experi­- . subseqüentes mostram que eram falsas. A credibilida-

- :7eS e naquelas que resistem repetidamente aos testes e são_. ue de predizer os resultados de novos experimentos.

o se originou o nosso sistema solar? O Sol e sua família= - anetas provavelmente se formaram quando uma nuvem

-- dial de gás e poeira cósmica se condensou há cerca de

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta 43

4,5 bilhões de anos. Os planetas variam sua composição quími­ca de acordo com sua distância do Sol e com o seu tamanho.

Como a Terra se formou e evoluiu através do tempo? A Ter­ra provavelmente aumentou por acrescimento de matéria coli­dente. Logo depois de formada, ela foi impactada por um bóli­do gigantesco. A matéria ejetada para o espaço, tanto da Terracomo do bólido, agregou-se para formar a Lua. O impacto fun­diu grande parte da Terra. A radioatividade também contribuiupara o aquecimento e a fusão inicial. A matéria mais pesada, ri­ca em ferro, afundou para o centro da Terra e a matéria mais le­ve ascendeu para formar as camadas mais externas, que consti­tuíram a crosta e os continentes. O escape de gases contribuiupara a formação dos oceanos e da atmosfera primitiva. Dessaforma, a Terra foi transformada em um planeta diferenciado,com distintas zonas químicas: um núcleo de ferro; um mantopredominantemente de magnésio, ferro, silício e oxigênio; euma crosta rica em elementos leves como oxigênio, silício, alu­mínio, cálcio, potássio e sódio e em elementos radioativos .

Quais são os elementos básicos da tectônÍCa de placas? A li­tosfera não é uma casca contínua; ela é fragmentada em cercade 12 grandes "placas". Governadas pela convecção do manto,as placas movem-se ao longo da superfície da Terra com taxasde alguns centímetros por ano. Cada placa atua como uma uni­dade rígida distinta, arrastando-se sobre a astenosfera, a qualtambém está em movimento. O material quente que ascende domanto solidifica-se onde as placas da litosfera se separam. Apartir disso, esfria e torna-se mais rígido à medida que se afas­ta desse limite divergente. Por fim, a placa afunda na astenosfe­ra, arrastando material de volta para o manto, nos bordos ondeas placas convergem.

Como fazemos para estudar a Terra como um sistema decomponentes interativos? Quando tentamos entender um sis­tema complexo como a Terra, freqüentemente consideramosque é mais simples fragmentá-Ia em vários subsistemas (geos­sistemas) para analisar como trabalham e interagem uns com osoutros. Dois dos principais sistemas globais são o climático, queenvolve interações controladas pelo calor do Sol, principalmen­te entre a atmosfera, a hidrosfera e a biosfera, e o sistema dasplacas tectônicas, que envolve interações predominantementeentre os componentes sólidos da Terra (litosfera, astenosfera etodo o manto), controladas pelo calor interno do planeta.

Quais são os principais eventos da história da Terra? A Ter­ra formou-se como planeta há 4,5 bilhões de anos. Rochas comaté 4 bilhões de anos foram preservadas na sua crosta. A evi­dência mais antiga de vida foi encontrada em rochas com idadede cerca de 3,5 bilhões de anos. Há cerca de 2,5 bilhões deanos, a quantidade de oxigênio na atmosfera aumentou devidoà fotossÍntese dos vegetais primitivos. Os animais apareceramrepentinamente há cerca de 600 milhões de anos, diversifican­do-se rapidamente numa grande explosão evolutiva. A subse­qüente evolução da vida foi marcada por uma série de extinçõesem massa, a última delas causada pelo impacto de um grandebólido há 65 milhões de anos, o qual aniquilou os dinossauros.Nossa espécie apareceu há cerca de 40 mil anos.15

~ Para Entender a Terra

Questões para pensar

2. Quais são as vantagens e desvantagens para a vida num planeta di­ferenciado? E num planeta geologicamente ativo?

I Conceitos e termos-chave

Ahrens, T. J. 1994. The origin of the Earth. Physics Today 47:38-45.

Allegre, e. 1992. From Stone to Star. Cambridge, Mass.: HarvardUniversity Press.

Alley, Richard B. 2001. The key to the past. Nature 409: 289.Becker, L. 2002. Repeated blows. Scientific American,

(March): 77-83.

Cole, G. H. A. 2001. Exoplanets. Astronomy and Geophysics (Feb­ruary): 1.13-1.17

Doyle, L. R., Deeg, H. J. and Brown, T. M. 2000. Searching forshadows of other Earths. Seientific American (July): 60-65.

Exploring Space. 1990. Seientific American, SpecialIssue.

Golombeck, M. P. 1998. The Mars Pathfinder mission. Seientific

American (July): 40-49.Hallam, A. 1973. A Revolution in the Earth Sciences: From Conti­

nental Drift to Plate Tectonics. Oxford: Clarendon Press.Halliday, A. N., and Drake, M. J. 1999. Colliding theories (origin

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Kerr, R. A. 200 I. Rethinking water on Mars and the origin of life.Seience 292: 39-40.

Lissauer, J. J. 1999. How common are habitable planets? Nature402: CII-CI3.

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National Research Council. 1993. Solid-Earth Sciences and Soei­

ety. Washington, D.e.: National Academy Press

Sugestões de leitura

5. Como diferem os termos tempo e clima? Expresse as relações entreclima e tempo como uma simples equação de palavras: O clima equi­vale a x do tempo ocorrido durante y anos.

6. Nem todos os planetas têm um geodínamo. Por quê? Se a Terra nãotivesse um campo magnético, o que poderia ser diferente?

7. Sabendo como a Lua foi formada, que resultados você esperaria en­contrar se alguém lhe informasse que um grande meteorito colidiucom um planeta duas vezes maior que ele? Qual poderia ser o dessacolisão na composição interna do planeta? Em que o resultado do im­pacto seria diferente se o meteoro fosse significativamente menor queo planeta?

W 3. Se um enorme impacto, como o que formou a Lua, ocorre ­se depois do estabelecimento da vida na Terra, quais seriam as conse­qüências?

4. Se você fosse um astronauta prestes a aterrissar num planeta inex­pIorado, como poderia decidir se tal planeta foi diferenciado e, alémdisso, se foi geologicamente ativo?

• manto (p. 32)

• método científico (p. 26)

• núcleo (p. 31)

• princípio do uniformita­rismo (p. 27)

• sistema do clima (p. 38)

• sistema da tectônica de

placas (p. 39)

• sistema Terra (p. 36)

• tectônica de placas (p. 38)

Exercícios

• astenosfera (p. 38)

• biosfera (p. 40)

• bólido (p. 27)

• crosta (p. 31)

• diferenciação (p. 30)

• fósseis (p. 41)

• geossistemas (p. 38)

• hidrosfera (p. 38)

• hipótese da nebulosa (p. 28)

• litosfera (p. 38)

Este ícone indica que há uma animação disponível no sítio ele­trônico que pode ajudá-Io na resposta.

(ONfCTARMB

1. Como a descoberta de planetas orbitando outras estrelas pode con­tribuir para o debate sobre a possibilidade de a vida existir em qual­quer parte do cosmos? Quais as implicações filosóficas e científicasque a possível existência de vida em planetas de outras estrelas podetrazer? Além das condições relacionadas na página 30, que outras po­deriam ser adicionadas para haver vida em outro planeta? (Por exem­plo: Um campo magnético? Um planeta com rotação?)

Este ícone indica que há unw aninwção disponível no sítio ele­trônico que pode ajudá-Io na resposta.

( NEC'iARMB

1. Qual é a diferença entre experimento, hipótese, teoria e fato?

2. Que fatores tornaram a Terra um lugar particularmente agradável

para a vida desenvolver-se?

3. Como e por que os planetas interiores diferem dos planetas gigan­tes exteriores?

·111 4. O que causou a diferenciação da Terra e qual foi o resultado?

5. Como a composição química da crosta da Terra difere daquela daszonas mais profundas? E daquela do núcleo?

6. Como a visão da Terra em termos de um sistema de componentes

interativos nos ajuda a entender nosso planeta? Dê um exemplo de in­teração entre um ou mais geossistemas.

7. Descreva a idéia central da teoria da tectônica de placas.

Roberts, F. 2001. The origin of water on Earth. Science 293:_ -6-1058.

Scientific American. 2000. The Frontiers of Space. New York:5c--ientificAmencan Press.

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Sugestões de leitura em português

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.-\.llegre, C. 1992. Introdução a uma história natural: Do big

oS ao desaparecimento do homem. Lisboa: Teorema.Bowker, G. 1996. As origens do uniformitarismo de Lyell: pa­

_:!.IIla nova Geologia. In: Serres, M. (dir.). 1996. Elementos para

história das Ciências: lI!. Da nova geologia ao computador.

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. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos. p. 1-26.

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G<Jhau, G. 1987. História da Geologia. Lisboa: Europa-América.

Gould, S. J. 1990. Vida Maravilhosa: O acaso na evolução e a::.ada história. São Paulo: Companhia das Letras.

Gould, S. J. 1991. Seta do tempo, ciclo do tempo. São Paulo::':::~'élfihi' a das Letras.

_1 sarnbani, O. e Mantovani, M. S. (orgs.) 1997. Marte, novasertas. São Paulo: Instituto Astronômico e Geofísico da USP.

" ourão, R. R. de F. 1997. Da Terra às galáxias: uma introdu­

- J..~trofísica. Petrópolis, RJ: Vozes.

_ - i,P. 1992. Os sinais do tempo: história da Terra e história

.ões de Hooke a Vico. São Paulo: Companhia das Letras._an, C. Cosmos. Rio de Janeiro: Fancisco Alves.

-einer, J. 1986. Planeta Terra. São Paulo: Martins Fontes.

CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~

Notas de tradução

1 A área do Texas (692.408 km2) equivale, aproximadamente. à omadas áreas de Minas Gerais (587.172 km2) e de quase a metade do es­tado de São Paulo, cuja área total é de 247.892 km2

2 TNT é a sigla de trinitrotolueno, C7H506N3'

3A inclinação do eixo da Ten'a varia de 21,5° a 24,5° a cada 21 milanos, sendo conhecida como variação da obliqüidade. A inclinaçãoatual é de 23,50.

4 Nesta coluna, o exemplo tanto pode se referir a uma ocorrência his­tórica como a corpos celestes atuais que têm o tamanho da respecti­va categOlia.

5O número 4 indica a quantidade conhecida de asteróides do mesmotamanho de Vesta, cujo raio é de 269 km.

6 K/T = limite entre o Cretáceo e o Terciário.

7 No original: Some say the world will end in fire,! Some say in ice.!From what I've tasted of desirel I hold with those who favor fire.!But if I had to perish twice,! I think I know enough of hate/ To saythat for destruction icei Is also great/ And would suffice .

8 Esse limite é conhecido como descontinuidade de Gutenberg .

9 Embora o esquema seja descritivo, devido a limitações de espaço, háclaras relações sistêmicas entre a biosfera, a atmosfera, a hidrosferae a litosfera. Os organismos vivos resultam da dinâmica das intelfa­ces entre esses componentes, mais do que "ocuparem" parte dosmesmos. A evolução da biosfera procura adaptar-se a essa dinâmica,ao mesmo tempo em que também a modifica, segundo processos deretroalimentação, conforme será discutido nos Capítulos 18 e 23.

10O conceito de geossistema foi criado por Sotchava, na década de1960, e posteriormente sistematizado por Bertrand, cujas obras fo­ram traduzidas e introduzidas no meio científico brasileiro na déca­

da seguinte. Ver Sotchava, V. B. 1977. O estudo de geossistemas.São Paulo: Instituto de Geografia da USP; Bertrand, G. 1972. Pai­

sagem e Geografia Física global: esboço metodológico. São Paulo:Instituto de Geografia da USP; e, também, Monteiro, C. A. F. 2000.Geossistemas: a história de uma procura. São Paulo: Contex­to/IGEAUSP.

11 Os autores referem-se apenas ao Homo sapiens sapiens moderno. OHomo habilis, a primeira espécie humana, surgiu há cerca de 2,8milhões de anos na África.

12 Ouriços-do-mar irregulares (Euequinóides), com disco achatado, tam­bém conhecidos como corrupio, corrupio-do-mar e ouriço-escudo.

13Em inglês, Strangelove Sea, refere-se ao DI'. Strangelove, persona­gem de uma comédia de Stanley Kubrick, que, ante a iminência deuma guerra atômica entre a ex-União Soviética e os Estados Unidos,propõe um plano para salvar parte da raça humana numa mina pro­funda.

14 Os autores referem-se ao filme Assassinato no Expresso Oriente.

15Os autores referem-se ao Homo sapiens sapiens moderno. A espé­cie humana surgiu há 2,8 Ma.