Aula 1
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Noções Básicas para a Classificação de Minerais e Rochas Aula 1: Origem e Evolução da Terra Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos Físicos Forma esférica ou levemente achatada nos polos: Raio equatorial= 6.378,160 km Raio polar= 6.356.775 km (diferença ≈21km.) O grau de achatamento terrestre é dado por: f = (a − c) a Onde a= raio equatorial c= raio polar Resultando em 1/298,25 Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos Físicos: Forma Forma compatível com elipsóide de revolução de uma massa líquida (manto+núcleo externo ), em função da força centrífuga exercida pela rotação da Terra. A Figura mostra a variação dos valores da aceleração centrífuga (ac) com a latitude : ac= ω2 R, sendo ω= velocidade angular da Terra e R= raio Terrestre, T= Período de rotação da Terra e então: ω= 2π π/T Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos Físicos: Forma : Dados Relativos a aceleração da gravidade na superfície terrestre indicam que a Terra seria periforme ⇒ raio médio do hemisfério norte é maior que o do hemisfério sul (cerca de 15 metros) geóide Na Figura a linha tracejada corresponde a um esferóide de achatamento 1/300 e a contínua ao geóide. (valores das escalas em metros). Departamento de Petrologia e Metalogenia Considerando: Maior elevação: Monte Everest (Himalaias): 9.000 m de altura Departamento de Petrologia e Metalogenia Considerando: Maior depressão: Trincheira Mariana (Fossa das Filipinas) : 11.000 m de profundidade Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos Físicos Desnível= 20 km. • Se Terra= esfera 10 cm de raio -> rugosidade de 0,15 mm • Esfera quase perfeita, pouco achatada e de superfície lisa. • Área superficial: 510 milhões de km2. Departamento de Petrologia e Metalogenia Massa Experimento de Jolly (1879) - Alemanha • Cálculo – Lei de Gravitação Universal de Newton: Atração da Terra 5000gx5.775.000 = 0,577d Mtx1g = 2 (56,86cm ) (637.000.000cm )2 Atração Bola de Pb e Hg Massa da Terra= 6 xDepartamento 1027g ou 6 sextilhões de toneladas. de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – raio e volume A humanidade sempre intuiu a forma esférica da Terra. Mapa das estrelas Hem. Norte Mapa estrelas Hem. Sul Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – raio e volume 1ª Medição – Eratóstenes 276-194a.C Em determinada época do ano – Sol ao meio dia, atingia o fundo de um poço em Siena (vertical) R Em Alexandria, simultaneamente, ângulo raios solares e fio de prumo Conhecida a distância entre a duas cidades AB R= AB*360o/α (erro=± 14% do valor atual) Departamento de Petrologia e Metalogenia Raio equatorial= 6.378,160 km Raio polar= 6.356.775 km (diferença ≈21km.) Aspectos físicos – raio e volume • O volume aproximado da Terra pode ser calculado a partir do valor de seu raio médio resultando: 10,83 x1020 m3 ou 10 sextilhões de m3 Departamento de Petrologia e Metalogenia Volume • O volume aproximado da Terra pode ser calculado a partir do valor de seu raio médio resultando: 10,83 x1020 m3 ou 10 sextilhões de m3 Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – Densidade Para a Terra como um todo: 5,117 g/cm3 Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – Densidade Entretanto rochas mais comuns da superfície terrestre Densidade Média= 2,17 g/cm3 Densidade deve aumentar com a profundidade da Terra. Departamento de Petrologia e Metalogenia Outros Dados Físicos Superfície coberta pelos Oceanos: 71%. Superfície coberta pelos Continentes: 29% Altitude média Continentes: 623 m Profundidade média dos oceanos: 3,8 km Massa da Atmosfera: 5,1 x 10 21 kg Massa do Gelo: 25 – 30 x 1018 kg Massa dos Oceanos: 1,4 x 1021 kg Departamento de Petrologia e Metalogenia Origem e Evolução da Terra A Terra em relação ao Universo Embora a Terra seja um corpo celeste distinto muitas evidências de sua origem, composição e evolução provêm dos demais planetas e satélites do sistema solar, dos meteoritos, do sol e também de inferências acerca da natureza do Universo. Para conhecer o interior do planeta, necessário obter informações acerca de sua origem, evolução e dos demais corpos do sistema solar. Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar Terra é um dos 9 planetas que gira ao redor do Sol. Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar Origem da Terra deve atender às características do Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Características do Sistema Solar Sol detém 99,8 da massa total do sistema Todos os planetas giram num mesmo plano (eclíptica), segundo um mesmo sentido (anti-horário) Os planetas giram ao redor de seu eixo segundo o mesmo sentido de translação ao redor do sol (exceto Urano e Vênus), o mesmo ocorre com seus satélites. A distância entre os planetas guardam entre si e com o sol um espaçamento regular o dobro da distância em relação ao anterior = Lei de Titius-Bode. Falta um planeta entre Marte e Júpiter – Cinturão de Asteróides Departamento de Petrologia e Metalogenia Características do Sistema Solar Os planetas terrestres, e seus satélites, constituem cerca de 0,00006% da massa total do sistema solar ou então 0,44% da massa de todos os planetas. Dos planetas terrestres a Terra representa 50,3% da massa total, seguido por Vênus (40,9%), Marte (5,4%) e Mercúrio (2,8%). Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar A Via Láctea O Sistema Solar encontra-se inserido em um dos braços da Via-Láctea, Departamentocom de Petrologia e Metalogenia uma Galáxia forma de espiral. A Terra e o Sistema Solar Via Láctea – Perfil Extensão: 100.000 anos-luz (1 ano luz ≅ 9,5 quatrilhões de quilômetros) O Sistema Solar ocupa um dos braços da Via Láctea Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar Sistema Solar Via Láctea Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar A Galáxia mais próxima de nós é Andrômeda que dista cerca de 2,2 milhões de anos-luz. Departamento de Petrologia e Metalogenia A Origem do Universo Teoria do Big-Bang Hubble (1929): observou agrupamento de 18 galáxias (Virgo) se afastava da Terra, com bandas de absorção espectral se deslocando em direção ao vermelho: - Efeito Doppler-Fisseau. Universo estaria em expansão Efeito Doppler Fisseau Efeito Doppler Bandas de absorção Agrupamento Wolf 1206 Departamento de Petrologia e Metalogenia A Origem do Universo Se dois objetos estão se afastando com velocidade ν, o tempo “t” necessário para junta-los a partir de uma distância “d”seria: 1 t= = ν H d Onde: H é a constante de Hubble= 15 km/s/106 anos luz A idade fornecida pela equação e também no estudo da nucleossíntese dos elementos (Hainenbach et al., 1978) A idade mais aceita para o Universo é : 14,5 ± 1,0 bilhão de anos. Departamento de Petrologia e Metalogenia Formação do Sistema Solar Contração e condensação da nébula primitiva, material oriundo do Big Bang Departamento de Petrologia e Metalogenia Formação do Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Departamento de Petrologia e Metalogenia Características do Sistema Solar Composição Química do Sol (Fotosfera) Departamento de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Os planetas terrestres foram constituídos todos por planetesimais de diferentes composições: Metálicos e Silicáticos, todos eles passaram por processos de fusão que os levaram a serem estratificados. Possivelmente todos os protoplanetas terrestres, capturaram planetesimais de elementos voláteis, que originaram os planetas jovianos. A Terra rapidamente converteu estes gases em vapores de água, metano, amônia, etc que constituíram a atmosfera primitiva da Terra. Mercúrio, devido a sua pequena massa não conseguiu manter estes vapores em sua atmosfera, e resfriou tanto e tão rapidamente que se tornou geologicamente estável. Vênus e Marte, assim como a Terra retiveram mais o calor produzido durante suas formações e mantêm-se geologicamente ativos. Vênus tem uma densa atmosfera, porém constituída por CO2, que provoca elevadas temperaturas e Departamento baixa umidade em sua superfície. de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos • Fragmentos de Matéria sólida provenientes do espaço que caem na superfície terrestre – Material que deu origem ao Sistema Solar. • Boa parte é destruída, volatilizada, por seu ingresso na atmosfera terrestre • Foram estudados 40 mil meteoritos • Trajetória: boa parte do cinturão de asteróides Cratera do Arizona, EUA. • 1200 m de diâmetro •183m profundidade •83 m acima do nível do solo. • Tentativa de exploração Departamento de Petrologia Metalogenia Geólogo Daniele M. Barringer Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos Classificação Departamento de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos Sideritos Condritos Departamento de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos Origem Departamento de Petrologia e Metalogenia Meteoritos e a composição do sistema solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Crosta (S) Manto (L) Núcleo Externo (L) Núcleo Interno (S) Modelo de Camadas Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra & Terremotos Terremoto = tremor de terra com liberação instantânea de grande quantidade de energia. A causa principal dos terremotos é a ocorrência de falhamentos ou fraturas no interior da Terra que podem chegar a mais de 100 km de extensão. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra & Terremotos Principais tipos de Falhas a- Normal, b- Inversa, c- Transcorrente, d- Oblíqua (a+c). Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos Os terremotos produzem vibrações = ondas sísmicas que podem se propagar por longas distâncias. Ex.: terremotos que ocorrem nos Andes são percebidos pelas pessoas em São Paulo (distância de 2000 km). • O ponto onde começa o terremoto e de onde são emitidas as vibrações é chamado de foco ou hipocentro, que pode estar a mais de 700 km de profundidade. • O ponto na superfície acima do foco é chamado de epicentro Figura – Epicentro & Hipocentro Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos • Sismógrafo : aparelho que registra a chegada das ondas sísmicas na superfície da Terra. Departamento de Petrologia e Metalogenia Magnitude: Escala Richter e Efeitos Associados 1 Não é sentido pelas pessoas. Só os sismógrafos registram 2 É sentido nos andares mais altos dos edifícios 3 Lustres podem balançar. A vibração é igual à de um caminhão passando t=0,3s; d=1mm 3.5 Carros parados balançam, peças feitas em louça vibram e fazem barulho 4.5 Pode acordar as pessoas que estão dormindo, abrir portas, parar relógios de pêndulos ecair reboco de paredes 5 É percebido por todos. As pessoas caminham com dificuldades, livros caem de estantes; os móveis podem ficar virados t=4 min.; d= 1cm 5.5 As pessoas têm dificuldades de caminhar, as paredes racham, louças quebram 6.5 Difícil dirigir automóveis, forros desabam, casas de madeira são arrancadas de fundações. Algumas paredes caem 7 Pânico geral, danos nas fundações dos prédios, encanamentos se rompem, fendas no chão, danos em represas e queda de pontes. t=2 dias; d= 1m 7.5 Maioria dos prédios desaba, grandes deslizamentos de terra, rios transbordam, represas e diques são destruídos 8.5 Trilhos retorcidos nas estradas de ferro, tubulações de água e esgoto totalmente destruídas 9 Destruição total. Grandes pedaços de rocha são deslocados, objetos são lançados no ar t= 4,5 anos; d= 10m • • M= logA – LogA0 , A= Amplitude do sismo. t= tempo de energia gerada por Itaipu, (12.000 MW), d= deslocamento ao longo do espelho de falha Aumentar 1 ponto na escala > 30X a energia gerada. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos Ondas Sísmicas • Dois tipos: • P ou Principais • S ou Secundárias • As ondas do tipo P são 2x mais velozes que as do tipo S. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos Ondas Sísmicas • Ondas do Tipo P Longitudinais: direção de vibração paralela a de propagação, Iguais às ondas sonoras, Propagam-se em qualquer meio. Ondas tipo P - animação Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos Ondas Sísmicas • Ondas do Tipo S Transversais: direção de vibração perpendicular a de propagação, Propagam-se somente em meios sólidos. Ondas tipo S - animação Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos • Em geral: o tempo que as ondas sísmicas demoram para atravessar o planeta é da ordem de 20 minutos. • animação internet Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos • A velocidade de propagação das ondas sísmicas no interior da Terra é proporcional às densidades dos materiais. Quanto mais denso maior a velocidade. • Rochas sedimentares= 2 a 3 km/s • Rochas vulcânicas= 7km / s Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos O diagrama mostra a distribuição das velocidades das ondas P e S no interior da Terra. Assim a Terra pode ser divida em três grandes camadas: Crosta, Manto e Núcleo. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra & Terremotos • Ondas sísmicas permitem estabelecer o Modelo da Terra Heterogênea em camadas concêntricas. Departamento de Petrologia e Metalogenia Dados Geofísicos do Interior da Terra Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra • Crosta: Camada mais externa: 35 km nos continentes, 5 km nos oceanos. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra • Manto Superior: Mohorovicic até 700 km de profundidade. Espessura ~ 670 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Manto Inferior: De 700 até 2.885 km. Espessura ~ 2.185 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Núcleo Externo: Gutemberg de 2.885 km até 5.155 km. Espessura ~ 2.270 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Núcleo Interno: de 5.155 até 6.370 km. Espessura ~1.215 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Campo Magnético A Terra possui um campo magnético. A agulha da bússola aponta para o Polo Norte. Departamento de Petrologia e Metalogenia Campo Magnético Terra:comportamento de um imenso imã. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Campo Magnético • O campo magnético terrestre é muito fraco = 0,5 gauss (centenas de vezes menor que um imã de brinquedo). • Não é igual em todos os lugares da superfície terrestre. • É maior nos pólos e menor no equador. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Campo Magnético • Campo magnético: blindagem Terra das radiações solares. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Campo Magnético • Efeitos: Auroras boreais. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Campo Magnético • O campo geomagnético associado aos dados sísmicos indicam que o núcleo terrestre deve ser metálico. Departamento de Petrologia e Metalogenia Condritos Carbonosos x Composição da Fotosfera Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra Terra se formou pela acresção de planetesimais, possivelmente condritos. Porém não há razão para mudanças drásticas dos planetesimais fornecidos nos diferentes estágios de evolução da Terra. Primeiros estágios de acrescção: campo da proto-Terra era pequeno ⇒ velocidade de acresção e energia de impacto baixas. ⇒ planetesimais não deveriam ter mais do que alguns quilômetros. ⇒ temperaturas relativamente baixas permitindo a sobrevida de elementos voláteis como O, N, C, S, elementos alcalinos, etc. Departamento de Petrologia e Metalogenia A História pré-geológica da Terra Quando planeta atingiu 1/10 de sua massa atual ⇒ campo gravitacional permitiu a aumento da velocidade de acresção ⇒ fragmentação intensa ⇒ aumento significativo da temperatura na superfície do planeta ⇒ perda de voláteis ⇒ formação da atmosfera primitiva da Terra (que seria principalmente de H2O, CO2, NH3, H2S e CH4 ) ⇒ não é perdida devido ao valor de G alcançado ⇒ superfície deve ter sofrido fusão parcial. Com a migração do Oxigênio para a atmosfera há redução química do material silicático remanescente em especial do Ferro, através de reações do tipo: 2[Fe,Mg)SiO4] → 2MgSiO3 + 2FeO (Olivina) (Enstatita) e 2FeO+C → 2FeO + CO2↑ Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra Quando p processo de acresção havia se encerrado na superfície T= 1000 – 1500º C. Início da Fusão do Feº A fusão estava restrita apenas à superfície. Início da migração do FeO para o centro da Terra, escoando através de uma massa silicática sólida. Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra Aumento da temperatura no interior do planeta com transferência de energia potencial para cinética, da ordem de 640 cal/g. Do calor gerado apenas 6% desta energia seria gasta na fusão do Fe. Os 94% restantes ⇒ no aquecimento da Terra como um todo. Processo auto-sustentado que foi capaz de fornecer o calor necessário para a fusão parcial do material silicático. Processo de formação do núcleo deve ter sido rápido ⇒ máximo 500 M.a. após a formação do planeta. ⇒ Dados paleomagnéticos revelam que a Terra possuia campo magnético há, pelo menos 3,5 b.a. atrás. Não deveria ter havido fusão em grande escala no manto. Dados petrológicos ⇒ fusão parcial leva a massas diferenciadas e heterogêneas ⇒ dados geofísicos (especialmente sismológicos) não mostram grandes heterogeneidades no manto. Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra Após migração: Terra mostrava-se diferenciada em camadas heterogêneas: 1- Crosta: sólida, silicática, perdia calor rapidamente por irradiação, ainda muito instável, diferente da composição atual. 2- Manto: silicático, em estado sólido ou plástico 3- Núcleo: de composição metálica Departamento de Petrologia e Metalogenia As Camadas Internas da Terra Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA) Departamento de Petrologia e Metalogenia As Camadas Internas da Terra Crosta + Manto superior= Litosfera, rígida = placas tectônicas que tem até 100 km de espessura. Departamento de Petrologia e Metalogenia As Camadas Internas da Terra Litosfera= flutua sobre o manto um material pastoso= astenosfera. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • O Princípio da Isostasia Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • Wegener, 1912 observando o contorno dos continentes e baseado no princípio da isostasia, admitiu que a litosfera poderia se mover sobre a astenosfera. • O “quebra-cabeça” dos continentes Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • Postulou a Teoria: Deriva Continental (ou Tectônica das Placas) • Todos os continentes estiveram juntos um dia. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental A superfície da Terra à 300 m.a atrás – supercontinente da Pangeae. Hemisfério norte: Laurásia, Sul= Gondwana. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental Departamento de Petrologia e Metalogenia • O que movimenta as placas são as correntes de convecção que atuam no manto. Velocidade média= 1 a 3 cm /ano. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • Superfície da Terra se encontra em modificação constante. Departamento de Petrologia e Metalogenia
