Modulo Inicial A Geologia, os geólogos e os seus métodos Sumário: A Terra e os seus subsistemas em interação; As rochas, arquivos que relatam a história da Terra; A medida do tempo geológico e idade da Terra; A Terra, um planeta em mudança; I A Terra e os seus subsistemas em interação A terra é uma porção limitada do universo em interação com outros componentes desse universo. É um planeta ativo, com permanente dinamismo devido à sua atividade geológica, mas mantendo um equilíbrio com a porção do universo que o rodeia. Qualquer porção do universo, com diferentes componentes em interação, de um modo organizado pode ser considerado um sistema. Um sistema é uma é um conjunto de elementos que se relacionam entre si, que estão organizados em função de um objetivo e que estão delimitados por uma fronteira, a qual permite a troca matéria e/ou energia entre o interior e o exterior do mesmo. Pode então haver três tipos de sistemas: Sistema isolado – não existe permuta de matéria nem de energia através das suas fronteiras. Na natureza não existem sistemas completamente isolados. Sistema fechado – ocorre intercâmbio energético através dos seus limites, mas não há permuta de matéria. Sistema aberto – ocorre intercâmbio de energia e de matéria através das respetivas fronteiras. A pergunta que se impõe é: Será a Terra um Sistema? E se o é, será que tipo de sistema? De facto á terra é um sistema, porque estabelece trocas energéticas com o universo. Recebe energia emanada do sol, que é utilizada em vários processos biológicos e geológicos, e transfere energia para o espaço sob a forma de energia térmica. O intercâmbio de matéria da Terra com o exterior é, na atualidade, diminuto e insignificante, quando comparado com as dimensões do nosso planeta. Podemos concluir então que a terra é um sistema quase fechado. Isto, trás algumas implicações para a terra como: ► Recursos naturais limitados devemos usá-los cautelosamente; ► Os materiais residuais permanecem dentro das fronteiras do sistema, nomeadamente materiais poluentes, podendo afetar o seu equilíbrio; ► Qualquer alteração existente num dos subsistemas terrestres pode afetar todos os outros pois estes são abertos, dinâmicos e interdependentes uns dos outros. Os geólogos estudam a terra como um conjunto integrado de diferentes componentes em interação. Tradicionalmente, consideram – se quarto subsistemas principais: hidrosfera, atmosfera, geosfera e biosfera. Os subsistemas considerados são enormes reservatórios de matéria e de energia que funcionam como sistemas abertos, interagindo de diferentes modos e mantendo, em regras, um equilíbrio dinâmico. Qualquer uma alteração, num destes subsistemas afeta os outros, desencadeando, eventualmente, mudanças até ao estabelecimento de um novo equilíbrio. O sistema Terra depende das interações entre os diferentes subsistemas. Interações estas representados no esquema da pagina seguinte. II As rochas, arquivos que relatam a História da Terra No decurso do tempo múltiplos fenómenos afetaram a Terra, modificando as nossas paisagens. Um desses fenómenos que afetaram a terra foi a origem de rochas, que foram geradas por processos naturais, desde épocas remotas, e testemunham as condições em que se originaram. Uma rocha é a associação de um ou mais minerais, criando assim uma rocha. Existem três tipos de rochas: as rochas sedimentares, as rochas magmáticas e as rochas metamórficas. Começando por abordar as rochas sedimentares podemos dizer que este tipo de rochas, Originam-se à superfície do planeta, a partir da alteração de outras rochas pré-existentes, sejam elas magmáticas, metamórficas ou mesmo sedimentares. Na génese das rochas sedimentares ocorrem, fundamentalmente, duas fases: sedimentogénese e diagénese. Estão envolvidos os seguintes processos: meteorização: alteração físico e química da rocha que origina sedimentos, erosão: remoção de sedimentos, transporte: os sedimentos são transportados por diferentes agentes, como a água ou ventos, por vezes a longas distancias, sedimentação: deposição dos sedimentos que ocorre quando o agente transformador perde energia, diagénese: transformação dos sedimentos numa rocha consolidada e que compreende a compactação a desidratação e a cimentação. Existem três tipos de rochas sedimentares: há as detríticas – são formadas por fragmentos de outras rochas, as quimiogénicas – formam – se pela precipitação de substancias dissolvidas na água e as biogénicas – formam – se a partir da união ou transformação de restos orgânicos ou como consequência da atividade dos seres vivos. Este tipo de rocha, normalmente, deposita – se em estratos, contêm na sua maioria fosseis e preservam o registo do passado da Terra. Exemplos: Calcário, arenitos, conglomerados… Agora vamos abordar as rochas magmáticas que resultam da solidificação ou cristalização de material em fusão ou magma. As rochas magmáticas são divididas em dois tipos: Rochas Magmáticas Intrusivas; Rochas Magmáticas Extrusivas; Finalmente chegamos as rochas metamórficas: Formam-se em profundidade e resultam da alteração estrutural e mineralógica de rochas preexistentes sem ocorrência de fusão. Formam – se no interior da terra como resultado do calor, pressão e temperatura. Há rochas metamórficas de contacto que se originam devido a fusão da rocha em contacto com a câmara magmática e as rochas metamórficas, originados pelo metamorfismo regional e que resultam da foliação da rocha pré – existente. São rochas metamórficas o mármore e o xisto. As rochas estão constantemente a serem formadas e recicladas, constituindo assim o chamado ciclo das rochas. III A medida do tempo geológico e a idade da Terra Para datar as rochas existentes podemos usar a datação relativa e a datação absoluta. A datação relativa estabelece a idade de um estrato em relação aos outros. A datação absoluta faz o estabelecimento de uma datação quantitativa, que permite determinar a idade da rocha em termos de milhões de anos. A idade relativa foi a primeira a ser utilizada, não depende de conhecimentos tecnológicos, mas depende sim da compreensão dos processos geológicos e do seu registo, permite, igualmente, estabelecer a sucessão temporal das rochas num determinada região. Para utilizarmos a datação relativa é necessário usar diversos princípios: Princípio da horizontalidade inicial: Os materiais que formam os estratos depositam – se inicialmente segundo planos horizontais, qualquer fenómeno que altere a horizontalidade das camadas é sempre posterior à sedimentação. Princípio da sobreposição: Numa sequencia estratigráfica, na sua posição original, qualquer estrato é mais recente do que os estratos que estão abaixo dele e mais antigo que os estratos que a eles se sobrepõem. Princípio da identidade Paleontológica: os grupos de fósseis apareceram numa ordem definida e pode-se reconhecer determinados períodos de tempo geológico pelas características dos fósseis - fósseis de idade. Princípio da inclusão: Fragmentos de rocha incorporados noutra rocha são mais antigos que a rocha que os engloba Princípio da interseção: Estruturas geológicas que intersetam outras (como as fraturas, as falhas e as intrusões magmáticas), são mais recentes que estas. Se após a formação da primeira série de estratos a sua posição for alterada por ação de forças tectónicas, perdendo a horizontalidade, e se, posteriormente, ocorrer a deposição de outra série de estratos, a superfície de separação das duas séries denomina-se discordância angular. Como foi dito anteriormente nos estratos sedimentares aparecem por vezes fosseis, importantes para a datação relativa. Os fósseis são restos materiais (ossos, dentes, chifres, conchas, troncos, etc.) de antigos organismos ou vestígios da sua atividade que ficaram conservados nas rochas. Nem todos os fósseis possuem as características ideais para as datações relativas dos estratos. É preciso ter: Pode igualmente existir quando se forma uma rocha, adquire sempre uma certa quantidade de isótopos radioativos, que são formas instáveis de elementos químicos (U, K C, etc.). Com o passar do tempo, esses isótopos vão-se desintegrando, transformando-se em átomos estáveis. Os isótopos instáveis são chamados isótopos pais. Os átomos que resultam da desintegração são designados isótopos filhos. Sabendo o tempo que demora cada isótopo pai a dar lugar ao filho, é possível determinar a idade das rochas e quantificarmos a quantidade de ambos. Quando se pretende determinar a idade de uma rocha ou de um mineral, deve-se começar por determinar a quantidade de átomos-pai e de átomos-filho presentes nessa rocha ou mineral. Conhecendo o tempo de semivida do isótopo radioativo, átomos-pai que está a ser usado, chegar-se-á a um valor para a idade dessa rocha. Este tipo de datação tem limitações tais como: Pode ser usado em datações das rochas magmáticas (quando o magma inicia o processo de cristalização, transfere para os seus cristais uma certa quantidade de isótopos radioativos, a quantidade de átomos-filho é nula). Relativamente às rochas metamórficas e sedimentares, não fornece a idade da sua génese, pois os seus constituintes minerais provêm de rochas préexistentes. Exercício Resolvido 1. Supondo que uma semivida corresponde a 4 milhões de anos, calcule a idade da rocha no processo 4. 2. Se a Idade da rocha no processo 3 fosse 10 milhões de anos, qual seria o tempo de cada semivida? 3. Qual será a percentagem de isótopos-filhos ao fim de 20 milhões de anos? IV A Terra, um planeta em mudança Porque é que os continentes estão onde estão? Porque é que eles encaixam? Em janeiro de 1912, Alfred Wegener propôs a sua teoria sobre a mobilidade dos continentes, conhecida por teoria da deriva continental. Há aproximadamente 200 milhões de anos existiaa apenas uma única massa continental – Pangea e um único oceano – Pantalassa. Depois de milhões de ano o continente fragmentou-se e originou dois megacontinentes chamados Laurasia e Gondwana. Posteriormente, estes dois continentes continuaram a fragmentar-se, originando continentes de menores dimensões que ter-se-iam movimentado à deriva, ao longo do tempo, até ficarem na posição que apresentam atualmente. Wegener usou vários argumentos para provar que tinha razão … Argumento … Geológico Descrição Ocorrência de alguns tipos de rochas e formações geológicas (cadeias montanhosas) semelhantes em continentes que atualmente se encontram separados. Paleontológicos Existência de fósseis de animais e plantas semelhantes em continentes atualmente afastados. Paleoclimáticos Existência de elementos indicadores das condições climáticas comuns entre os diferentes continentes: carvão, sal, areias dunares, recifes de corais – indicadores de climas quentes; vestígios de glaciares – indicador de climas frios Geográficos Os continentes encaixam um nos outros A teoria da deriva continental só foi compreendida no final da década de 1950 com os avanços tecnológicos do Sonar e os estudos efetuados a nível dos fundos oceânicos. Estes novos conhecimentos, abriram caminho para a formulação de uma nova teoria – a TECTÓNICA DE PLACAS, baseada na teoria de Wegener. Existiriam vários contributos para a teoria da tectónica de placas entre eles a confirmação da existência de dorsais meio atlânticas, mas também a revelação a existência de montanhas submarinas, durante as guerras mundiais, confirmou a existência de cadeias montanhosas contínuas em todos os oceanos - cadeias (cristas) médio-oceânicas, a diminuta idade das rochas da crusta oceânica quando comparadas com as da crusta continental, as rochas do fundo oceânico são cada vez mais jovens conforme se aproximam da dorsal (idade em milhões de anos), a descoberta de que a camada de sedimentos que se acumulava sobre o fundo do oceano Pacífico era muito mais fina do que o esperado (considerando que esse oceano se teria formado, hipoteticamente há 4000 M.a) tornando-se mais espessa à medida que aumenta a distância ao rifte e a hipótese de expansão dos fundos oceânicos, segundo a qual a crusta oceânica é formada nas zonas de rifte e reciclada nas zonas de subducção (fossas). Segundo esta teoria, a superfície da Terra não é contínua, estando dividida em vastas porções de diferentes tamanhos, denominadas placas litosféricas ou placas tectónicas, que formam como que um puzzle. As placas litosféricas não são mais do que fragmentos rígidos formados pela crosta e pela parte superior do manto (que constituem a litosfera). As placas deslocam-se umas em relação às outras deslizando sobre a astenosfera (zona pastosa da Terra situada entre os 100 e os 350 Km de profundidade). Podemos falar nos limites inter – placas que são ilustrados na seguinte figura. Toda esta teoria não seria possível se não houvesse tipos de placas diferentes: Conservativas; Transformantes; Destrutivos; Mas como é que se geraria o movimento inter – placas? As placas deslizam sobre a astenosfera devido a movimentos de convecção (Convecção é o processo de transferência de calor que ocorre através do deslocamento de camadas de um fluido). As massas quentes do fundo do manto sobem para a litosfera, e ao mesmo tempo as mais frias da parte superior descem. Estas correntes circulares de massas sólidas denominam-se Correntes de Convecção do Manto.