A medida do tempo geológico e a idade da terra
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Biologia – Geologia (10º ano) A MEDIDA DO TEMPO GEOLÓGICO E A IDADE DA TERRA Idade relativa e idade radiométrica Memória dos tempos geológicos O tempo em Geologia A noção de tempo é um conceito fundamental em geologia … E a idade da Terra, uma questão central! O tempo em Geologia Unidade de tempo para o último século Unidade de tempo para o estudo da civilização romana Unidade de tempo para o estudo da pré-história Unidade de tempo no domínio da Geologia Ano Séculos Milhar de anos MILHÕES DE ANOS (M.a.) O tempo em Geologia O tempo em geologia tem uma dimensão diferente daquela habitualmente usada por qualquer ser humano. Os físicos e químicos estudam processos que decorrem em fracções de segundo! Reacções químicas, propagação das ondas sonoras, etc. Os geólogos estudam processos que podem durar longos períodos… Orogénese, expansão dos fundos oceânicos, erosão etc. Orogénese Reacções químicas, propagação das ondas sonoras, etc. (formação de montanhas), expansão dos fundos oceânicos, erosão , etc. O tempo em Geologia Mas será que todos os fenómenos geológicos são lentos à escala humana? Sismos Erupção vulcânica Avalanches Impacto de um meteorito Inundações Actualmente considera-se que o nosso planeta tem 4600 M.a. O tempo em Geologia Querem ter uma noção? … Imagina uma ampulheta gigante cheia de grãos de arroz! 1Kg de arroz tem 5000 grãos… A idade da Terra corresponderia a uma ampulheta com 91 000 Kg de arroz em que, por ano, caía um grão … Por ano, é arrancado dos Himalaias e por acção dos agentes erosivos, 1 mm de material… Ao fim de 1 M.a. Já 1Km foi arrancado!!!! O tempo em Geologia “O movimento das placas tectónicas da Terra produziu ao longo do tempo maravilhas como o cume do Evereste e dispôs os continentes na forma como os conhecemos. Pelo meio esqueceu-se da Baía de Hudson, no Canadá. Agora, cientistas do Canadá e dos Estados Unidos descobriram que na costa oriental da baía podem estar as rochas mais antigas que se conhece da crosta terrestre, produzidas há 4,28 mil milhões de anos. "Existem datas mais antigas para minerais isolados provenientes do Oeste da Austrália, mas estas são as rochas mais antigas que se conhece até agora”, disse num comunicado Richard Carlson, investigador do Departamento de Magnetismo Terrestre, do Instituto de Carnegie em Washington. A descoberta foi publicada hoje na revista Science. Os investigadores estudaram amostras de uma cintura de rochas metamórficas chamadas Nuvvuagittuq. Ao medirem a composição dos isótopos de neodímio e de samário, elementos químicos raros que existem nestas rochas, conseguiram datar as amostras entre os 3,8 e 4,28 mil milhões de anos. A Terra tem 4,6 mil milhões de anos e é muito raro encontrar-se restos da crosta original, a maior parte da qual foi esmagada e reciclada no interior do planeta várias vezes. (…)” in Público, 2008 O tempo em Geologia Se a Terra for “jovem”, ficamos praticamente reduzidos a uma opção – foi Deus que a criou … Se a Terra for bem “velha”, a evolução (dos seres vivos, por exemplo) é teoricamente possível! Muitas questões podem ser colocadas sobre o Um milhão de anos … uma “migalha” de tempo na Terra … que aconteceu ao longo destes 4600 M.a. … Quando apareceram e como evoluíram os primeiros seres vivos … Que tipo de organismos povoaram a Terra? … Será que existiram crises biológicas? Quais as suas causas? Quem foi afectado por essas crises? Para conseguir responder a tudo isto é necessário determinar idades – precisamos de Relógios Geológicos (rochas e fósseis)! O tempo em Geologia – datação de rochas DATAÇÃO RELATIVA Princípio da Horizontalidade Inicial Princípio da Sobreposição de Estratos Princípio da Continuidade Lateral Princípio da Intersecção Princípio da Inclusão Princípio da Identidade Paleontológica O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Horizontalidade Inicial Os sedimentos que estiveram na origem dos estratos são depositados, em regra, segundo camadas horizontais paralelas à superfície de deposição. (Quaisquer fenómenos de deformação que alterem esta horizontalidade das camadas é posterior à sedimentação!). Cabo Sardão – costa vicentina O dinossauro que caminhou neste local não estava certamente a “andar de lado”…! O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Sobreposição de Estratos Se não ocorrerem deformações, a deposição ocorre por ordem cronológica, da base para o topo – uma camada é mais recente que a que lhe serve de base e mais antiga do que as que lhe estão acima. Mais recente Mais recente Mais antigo Mais antigo Mais recente Mais recente Mais antigo Mais antigo O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Sobreposição de Estratos As camadas que se encontram no topo de uma sequência estratigrágica original (sequência vertical de estratos) são mais recentes que as camadas inferiores. Isto permite analisar um perfil vertical de camadas como uma linha vertical de tempo! O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Excepções ao princípio da Sobreposição de Estratos 1 - Dobras deitadas Este princípio nem sempre pode ser usado para datar os estratos de forma relativa! Se ocorrerem determinadas deformações nas rochas a posição dos estratos será alterada e, às vezes, até invertida (como no caso das dobras deitadas)!!! Inglaterra, Crackington Haven O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Excepções ao princípio da Sobreposição de Estratos Mais antigo Mais recente 2 – Terraços fluviais O rio, por erosão, escava um novo leito, provocando a formação de degraus onde deposita sedimentos – terraços fluviais. Os últimos a serem depositados foram os da zona 3 (mais recentes). 3 - Grutas Mais antigo Mais recente Os sedimentos depositados em grutas são mais modernos do que as camadas que lhe servem de tecto. O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Excepções ao princípio da Sobreposição de Estratos 4 - Falhas Estes estratos apresentam a mesma idade apesar de não estarem “nivelados” Blocos rochosos que fracturam (“partem”) e que se movimentam um em relação ao outro. O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Excepções ao princípio da Sobreposição de Estratos O Princípio da Sobreposição deve ser aplicado com precaução, uma vez que em terrenos que experimentaram fenómenos de deformação, como dobras e falhas, o geólogo deve apoiar-se em métodos de interpretação complementares. A sua aplicação poderá no entanto ser válida para estratos que se encontrem em posição inclinada, desde que a deformação de origem tectónica, posterior à deposição dos estratos, não tenha provocado a sua inversão. O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Continuidade Lateral Um estrato delimitado pelo mesmo tecto e muro e com semelhantes propriedades litológicas possuí a mesma idade em toda a sua extensão lateral! Os estratos podem estender-se lateralmente por longas distâncias. Aplicando este princípio podemos correlacionar litologias que se encontrem muito afastadas. O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Continuidade Lateral Em vários ponto da Terra pode existir a mesma sequência estratigráfica, isto é, há correlação entre estratos distanciados lateralmente! O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Continuidade Lateral Isto foi usado para provar a existência da Pangea – margens da África e da América do Sul contêm rochas do mesmo tipo (idênticas sequências estratigráfias) O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Inclusão Este princípio aplica-se, por exemplo a rochas compostas por fragmentos de outras (como o conglomerado) Fragmentos ou porções de uma rocha que se encontram incorporados (inclusão) noutra são mais antigos que as rochas que os contêm. Mais antigo Mais recente O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Inclusão Mais antigo Mais recente Antes desta rocha se formar (por sedimentogénese e diagénese), os detritos já existiam e pertenciam a uma outra, logo são mais antigos! OU …. Magma invade pequenas fracturas A proximidade do magma faz com que as rochas encaixantes se fundam O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Intersecção Este princípio aplica-se a estratos afetados por estruturas (falhas, intrusões magmáticas, etc …) Mais antigo A estrutura que intersecta é mais recente do que aquela que é intersectada. Mais recente O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Intersecção Magma invade as fracturas existentes nas rochas encaixantes (mais antigas), preenchendoas e, mais tarde, solidificando (filões). Filões “Não se pode cortar algo sem esse algo já lá estar!” … Sequência cronológica: A–B-C Filão Filão Mais recente Mais recente Não esquecer!!! Que tipo de Datação estamos a fazer? RELATIVA Intrusão Magmática Mais recente Falha Mais recente O tempo em Geologia – datação relativa de rochas PRINCÍPIO DA SOBREPOSIÇÃO DE ESTRATOS PRINCÍPIO DA INTERSECÇÃO PRINCÍPIO DA HORIZONTALIDADE INICIAL O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Uma discordância corresponde a um período de tempo durante o qual não ocorreu sedimentação (e a erosão actuou), iniciando-se depois uma nova sedimentação. Discordância O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Discordância Shepard Point , Utah – U.S.A. O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Identidade Paleontológica Estratos com os mesmos fósseis possuem… Os fósseis são contemporâneos das rochas onde se encontram! O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Identidade Paleontológica D I A G É N E S E O processo de fossilização acompanha o processo de formação da rocha, logo fóssil e rocha possuem a mesma idade (datação relativa)! Rocha e fóssil são contemporâneos! O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Identidade Paleontológica Mas nem todos os fósseis podem ajudar a datar litologias … apenas os … O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Identidade Paleontológica São fósseis de seres que fossilizam facilmente (têm partes duras) e, por isso, ficam muitas vezes registados nas rochas! OCORRÊNCIA EM ABUNDÂNCIA São fósseis de seres que existiram em grande quantidade e que se expandiram numa grande área geográfica (assim, permitem correlacionar estratos em diferentes pontos do globo) AMPLA DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA São fósseis de seres que não viveram durante muito tempo geológica). CURTA DISTRIBUÇÃO TEMPORAL ou estratigráfica. (à escala O tempo em Geologia – datação relativa de rochas As trilobites eram artrópodes (como as aranhas, lagostas, insetos, etc) exclusivos do meio marinho! Possuíam um exosqueleto de quitina endurecido com carbonato de cálcio (por isso os seus fósseis são tão abundantes!). A maioria das espécies de trilobites tinha sistema de visão muito apurado e olhos complexos. O seu tórax tinha muitos segmentos e, por isso, podiam enrolar-se e defender-se dos predadores (como os bichos da conta!). Surgiram há cerca de540 M.a. e extinguiram-se há cerca de 250 M.a.. O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Identidade Paleontológica Os graptólitos surgiram há cerca de 523 M.a.e extinguiram-se há 330 M.a. Eram pequenos animais marinhos que viviam em colónias (apenas de alguns cm) e que se expandiram por várias regiões do globo. O tempo em Geologia – datação relativa de rochas Princípio da Identidade Paleontológica As amonites eram animais marinhos e tinham corpo mole… no entanto uma carapaça encarregava-se de os proteger (e facilmente fossilizava)! Os maiores podiam atingir 1 m de diâmetro! Estes seres eram carnívoros e surgiram há cerca de 225 M.a. e extinguiram-se há 65 M.a. Mais informações sobre FÓSSEIS Mas nem todos os fósseis apresentam características que lhes permitem ajudar na datação de rochas… Corais Os corais são formados por pequeninos animais de corpo mole (pólipos) que vivem juntos num grande grupo (colónia). Ao longo do tempo vão construindo uma estrutura calcária onde se alojam e vive em conjunto com uma alga que se chama zooxanthelae. É esta alga minuscula responsável pelas cores que observamos nos corais como verde, amarelo, azul, lilás, castanho e muitas outras. Quando morrem, novos pólipos crescem por cima dos esqueletos de calcário que ficam (um kg de coral pode ter nais de 80.000 pólipos). Assim, quando vemos um recife de coral, apenas a fina camada superficial é que é constituida por pólipos vivos na verdade! Mais informações sobre FÓSSEIS Os corais estão entre as comunidades marinhas mais antigas que se conhecem - a sua história remonta desde há 500 milhões de anos atrás!!!! NÃO SÃO BONS FÓSSEIS DE IDADE! Pólipos de corais Mas… estes seres só conseguem sobreviver em ambientes aquáticos de águas quentes, calmas e pouco profundas!!!! Por viverem em ambientes tão característicos e altamente específicos eles são considerados … Mais informações sobre FÓSSEIS Permitem caracterizar paleoambientes São fósseis de seres que apresentam uma reduzida distribuição geográfica pois habitam apenas locais com condições específicas. São fósseis de seres que viveram durante muito tempo (à escala geológica). Mais informações sobre FÓSSEIS Seres que habitam a Terra desde há milhões de anos e que, para além de existirem actualmente, são encontrado também sob a forma de fóssil! Existem diversos motivos pelos quais um organismo sobrevive milhões de anos sem sofrer mudanças. Uma das explicações é o simples facto desse organismo se encontrar muito bem adaptado à diversidade de condições do meio que habita. Já outros organismos não evoluem devido à continuidade mais ou menos estável das características do seu habitat. A sobrevivência de alguns fósseis “vivos” também pode dever-se ao facto destes habitarem ambientes isolados, onde não enfrentam a competição com outros organismos potencialmente melhor adaptados a esses ambientes. Permitem compreender a evolução dos seres vivos, as adaptações e extinções ao longo da história da Terra; Permitem reconstituir os organismos numa dada época, o seu modo de vida, como é que interagiam entre si e como se relacionavam com o meio ambiente onde viviam; Permitem reconstituir os ambientes do passado e assim reconstituir a geografia da Terra; Permitem reconstituir os climas do passado; Permitem efectuar a datação relativa dos estratos rochosos. Quais os É frequente os geólogos recorrerem melhores ao estudo de associações de diferentes fósseis fósseis de idade,de evitando datações baseadas apenasidade? num (seriam menos precisas!). Ceratites, goniatites, belemnites e amonites (existiram em grande número -barra larga e tiveram uma curta duração na história da Terra! Quais dos estratos apresentados possuem a mesma idade? AeK ; B, E e L ; C, F e M ; D, G e N (pois posuem os mesmos fósseis – Princípio da Identidade Paleontológica) As camadas 1 a 5 sofreram deformações, inclinando, após a sua formação (estas camadas experimentaram a mesma história geológica pois a sua inclinação é semelhante). Princípio da Horizontalidade Inicial A intrusão 6 atravessa as camadas 1, 2 e 3 logo é mais recente que estas. As camadas 9 e 10 são “cortadas” pelo vale logo podemos afirmar que este foi a última estrutura a formar-se. Princípio da Intersecção Inclusões de granito mais antigas que a rocha que as contém Princípio da Inclusão Inclusões no granito mais antigas que ele Princípio da Inclusão Metamorfismo de contacto Podem-se formar novas (devido às elevadas rochas por alteração das temperaturas) anteriores As camadas de 1 a 10 depositaram-se horizontalmente umas sobre as outras. Sofreram deformação, inclinando-se. Posteriormente ocorreu a formação de uma intrusão magmática que deu origem ao granito (contém inclusões de outras rochas mais antigas). Deu-se a erosão de todo este conjunto e, posteriormente depositaram-se as camadas 11 (com inclusões do granito, mais antigo) a 14. Os sedimentos acumulam-se horizontalmente Princípio da Horizontalidade Inicial Forças tectónicas provocam o seu levantamento e deformação Surge uma intrusão magmática com um “ramo” – dique – que “corta” as camadas deformadas Princípio da Intersecção Surge uma falha (que corta o dique e as estruturas deformadas) 1 - Deposição de A, B, C, D, E, F e G e posterior inclinação; 2 – Ocorrência da falha H; 3 – Erosão e formação de uma descontinuidade (I) – superfície irregular; 4 – Deposição de J, K e L; 5 – Aparecimento da Intrusão M; 6 – Novo episódio de erosão com formação de uma segunda descontinuidade (N); 7 – Deposição de P (com inclusões de rochas mais antigas) e Q; 8 – O filão R e as camadas de lava S e T surgiram depois da deposição de Q mas não é possível concluir se R surgiu antes ou depois de S e T pois não o intersecta; Com certeza sabemos apenas que a camada mais recente de todas é a T. Como ordenar cronologicamente as estruturas de A a F? Conglomerado Calcário Mais antigo C D Mais recente A B F E DATAÇÃO ABSOLUTA O tempo em Geologia – datação absoluta O tempo em Geologia – datação absoluta A radioactividade é uma das principais fontes de energia térmica interna da Terra! O tempo em Geologia – datação absoluta Os átomos fazem parte da constituição da matéria (de tudo aquilo que existe)! … Nas rochas também existem átomos! Alguns deles (urânio, rádio, etc) são radioactivos, isto é, ao longo dos tempos, e naturalmente, os seus núcleos vão-se desintegrando espontaneamente para se tornarem mais estáveis. Quando isso acontece liberta-se energia! O tempo em Geologia – datação absoluta O ambiente no qual vivemos é naturalmente radioactivo. Por exemplo, respiramos carbono14, que é radioactivo; comemos bananas que apresentam na sua composição potássio-40, com núcleo instável, nos nossos ossos e sangue existe rádio-226 … Vivendo em um ambiente radioativo, os seres humanos, e todos os demais seres vivos, são naturalmente radioativos. O problema está na quantidade de radiação à qual estes seres sãoexpostos: acima de certo nível a exposição às radiações provoca, no corpo humano, e nos demais seres vivos, várias reações adversas (danos nas células e no materal genético). O tempo em Geologia – datação absoluta A datação absoluta pode também ser chamada de … … Isótopos … O mesmo elementos químico (carbono, por exemplo), pode ter no núcleo do átomo: O mesmo número de protões e neutrões (6P + 6N) C12 ESTÁVEL Diferente número de protões e neutrões (6P + 7N) C13 ESTÁVEL Diferente número de protões e neutrões (6P + 8N) C14 INSTÁVEL Nota: C12, C13 e C14 são isótopos de carbono! O tempo em Geologia – datação absoluta Os isótopos de urânio são muito frequentes nas rochas (1g por cada 1000 Kg de rocha) ! Estes isótopos são muito instáveis – os seus núcleos desintegram-se espontaneamente formando um átomo de um elemento químico diferente, mais estável! Urânio submetido a radiação U.V. Átomo inicial: ISÓTOPO – PAI (instável) Átomo formado após desintegração: ISÓTOPO – FILHO (mais estável) Nota: O isótopo Rubídio-87 forma o isótopo de Estrôncio-87 quando se desintegra! O tempo em Geologia – datação absoluta A taxa de decaimento radioactivo (desintegração dos isótopos-pai em isótopos-filho) é constante para cada isótopo! (não varia com condições de pressão, tenperatura ou outros aspectos associados aos processos geológicos) A desintegração é irreversível: o isótopo-pai não volta a adquirir as propriedades iniciais! Quando a rocha se forma adquire elementos radioactivos que se começam a desintegrar marcando o momento de formação daquela rocha! O tempo em Geologia – datação absoluta … o conceito mais importante… Período de semi-vida ou período de semitransformação Tempo decorrido para que metade do número de isótopos-pai radioactivos sofra desintegração, transformando-se em isótopos-filho. No final de um período de semi-vida, 50% dos isótopos-pai já foram transformados em isótopos-filho… No final do 2º período de semi-vida, metade da metade que restou (¼) do nº original de isótopos-pai ainda permanecem na rocha… No 3º período de semi-vida 1/8 e assim por diante! (restará sempre uma quantidade residual de isótopos-pai na rocha) O tempo em Geologia – datação absoluta Espectrometro de massa – consegue detectar quantidades diminutas de isótopos! O tempo em Geologia – datação absoluta Basta conhecer o período de semi-vida e o nº de isótopos-pai e filho existentes na rocha para que se possa calcular o tempo decorrido desde que o processo de desintegração se iniciou O tempo em Geologia – datação absoluta À medida que os milhões de anos passam, o potássio 40 decai lentamente e, um a um, os átomos de árgon 40 substituem os de potássio 40 no cristal. A quantidade de árgon 40 acumulada é uma medida do tempo decorrido desde a formação da rocha. Decorridos 1,26 mil milhões de anos, o rácio será 50-50. Ao fim de mais 1,26 mil milhões de anos, metade do potássio 40 remanescente terá sido convertido em árgon 40, e assim por diante. O tempo em Geologia – datação absoluta Há medida que o tempo passa aumenta na rocha o número de isótopos-filho e diminui o número de isótopos-pai! A margem de erro é de apenas alguns M.a. O tempo em Geologia – datação absoluta Na altura em que a rocha se formou os isótopos ficaram incorporados nos minerais e, nesse momento inicial, apenas existiam isótopos-pai e nenhuns isótopos-filho! O tempo em Geologia – datação absoluta O que inferir quando a quantidade de isótopos-filho e isótopos-pai é igual ? Passou um período de semi-vida! O que inferir quando a quantidade de isótopos-filho é 3 vezes superior à quantidade de isótopos-pai? Passaram dois período de semi-vida! O tempo em Geologia – datação absoluta Qual o melhor isótopo para datar rochas jovens? É que se a rocha for “velha” e a taxa de decaimento for rápida, os isótopos-pai já se transformaram quase todos em isótopos-filho: sabemos que o relógio isotópico parou, não sabemos é há quanto tempo isso aconteceu! O tempo em Geologia – datação absoluta O Carbono-14 é muito usado na arqueologia e é o ideal para datar fósseis ou quaisquer outros resíduos orgânicos… Porquê? Todos os seres vivos contém carbono. Ele é aborvido pelos seres fotossintéticos e daí segue por toda a cadeia alimentar! Quando os seres morrem inicia-se o decaimento! E a arqueologia estuda eventos recentes – interessam isótopos com menor tempo de semi-vida! O tempo em Geologia – datação absoluta Não permite datar rochas sedimentares! (este método pressupõe que as rochas sejam sistemas fechados, não existindo entradas ou saídas de isótopos. Mas, se as rochas sofrerem erosão ou meteorização, podem ocorrer perdas de isótopos (pais e filhos) o que irá influenciar a idade atribuída!). Cada grão de areia tem um relógio calibrado para uma data distinta, a qual remonta provavelmente a muito antes de a rocha sedimentar se formar. Assim, em matéria de cronometragem, a rocha sedimentar é uma confusão. Nem sempre as rochas contêm grandes quantidades dos isótopos necessários à sua datação. O tempo em Geologia – datação absoluta As rochas ígneas costumam conter muitos isótopos radioactivos diferentes. A solidificação das rochas ígneas dá-se bruscamente, o que tem uma consequência feliz: todos os relógios de um dado fragmento de rocha são calibrados em simultâneo. Apenas as rochas ígneas proporcionam bons relógios radioactivos! O tempo em Geologia – datação absoluta As rohas estão constantemente a ser recicladas e transformadas noutras – é impossível datá-las por completo! O melhor que há a fazer é combinar todos os métodos de datação para que se consiga elaborar um calendário da história da Terra! Em locais onde ocorram afloramentos com mais do que um tipo de rocha, podem-se datar as rochas magmáticas por dataçao absoluta e, em seguida, estabelecer uma equivalência com os restantes fenómenos geológicos que se encontrem representados na área em estudo. O tempo em Geologia – datação absoluta O tempo em Geologia Por que motivo a estratigrafia não permite medir o tempo de forma absoluta? Os sedimentos não se acumulam numa taxa constante em nenhum ambiente de sedimentação (podem até haver longos momentos de ausência de sedimentação). Por exemplo, durante uma inundação, um rio poderá depositar uma camada de areia de vários metros de espessura em questão de poucos dias, enquanto durante todos os anos que se seguirem entre as inundações ele apenas deposita uma camada de areia com poucos centímetros de espessura. Além disso a taxa de erosão também não é constante.
