Tema III Estrutura e dinâmica da geosfera Sumário: Métodos de estudo para o interior da geosfera; Vulcanologia; Sismologia; Estrutura interna da geosfera; I Métodos de estudo para o interior da geosfera Existem desde logo métodos de estudos diretos, baseados na observação direta e métodos indiretos, baseados em cálculos e teorias. Baseados na observação direta podemos estudar o interior do nosso a partir de observações diretas, explorações de jazigos, sondagens e vulcanismo. Observação direta: estudo da estrutura, composição química e contexto tectónico dos afloramentos de rochas; Sondagens: São furos efetuados a níveis mais profundos na crosta terrestre e que permitem a extração de colunas de rochas (carotes ou tarolos) que fornecem informações aos geólogos sobre o passado da Terra. Magma e xenolitos: Os vulcões lançam para o exterior materiais oriundos de profundidades entre os100 e 200 Km – o estudo do magma permite deduzir dados sobre as condições de pressão, temperatura e composição química do manto. Os xenolitos ou encraves são fragmentos de rochas encaixastes que foram arrancados pelo magma durante a sua ascensão (oriundos de profundidades de 200km ou mais). Baseados na interpretação de certas observações podemos estudar o interior da terra a partir da panteologia e dos métodos geofísicos Panteologia: Os dados obtidos do estudo de outros corpos celestes são utilizados para fazer comparações e inferências sobre a Terra, como por exemplo, o estudo dos meteoritos. Gravimetria: Qualquer corpo situado à superfície da Terra experimenta uma força (F) de atração para o centro do planeta, que, segundo a lei da atração universal de Newton, é dada pela expressão: Esta força, chamada força de atração gravítica, varia na razão direta das massas e é inversamente proporcional ao quadrado da distância ao centro da Terra. Quando ocorrem diferenças entre o valor da aceleração da gravidade medida pelo gravímetro e o valor da aceleração da gravidade calculado matematicamente (após a introdução de vários fatores de correção) estamos perante anomalias gravimétricas. O valor normal da aceleração da gravidade, ao nível médio das águas do mar, é 9,81 m/s2, e, por convenção, considera-se ser zero. Anomalias gravimétricas superiores a este valor são anomalias positivas enquanto as anomalias gravimétricas inferiores a este valor são anomalias negativas. Densidade: A densidade da Terra é a razão entre a massa e o volume por ela ocupado. Dados: A densidade média da Terra é cerca de 5,52 kg/m3; no entanto, a densidade das rochas da sua superfície é cerca de 2,8 kg/m3 Geomagnetismo: A Terra possui um campo magnético que se comporta como se o centro do planeta fosse ocupado por uma poderosa “barra” magnetizada. • O campo magnético pode ser visualizado como uma série de linhas de força que, em cada local do espaço, nos indicam a orientação da força magnética. Certas rochas, como o basalto, são ricas em minerais ferromagnéticos. Estes minerais, aquando da sua formação, podem ficar magnetizados quando a temperatura desce abaixo do ponto de Curie (585 ºC para a magnetite). Durante o arrefecimento do magma, formam-se cristais que ficam orientados de acordo com o campo magnético terrestre existente na altura. Esta polaridade fica registada mesmo que o campo magnético mude. Paleomagnetismo: O estudo dos campos magnéticos terrestres fossilizados designa-se paleomagnetismo. Estudos efetuados em derrames de lavas solidificadas dos fundos oceânicos demonstraram que o campo magnético terrestre muda periodicamente – isto é, o pólo magnético norte converte-se em pólo sul magnético e vice-versa. As inversões magnéticas apresentam-se como faixas simétricas de um e de outro lado do rifte devido à expansão dos fundos oceânicos a partir dessa zona. Sismologia: Permite fazer o estudo da Terra através da observação do comportamento das ondas sísmicas que se propagam através do nosso planeta. Geotermismo: Geotermia diz respeito ao estudo da formação e desenvolvimento dessa energia interna. Gradiente Geotérmico – é a taxa de variação da temperatura com a profundidade, corresponde ao aumento da temperatura com a profundidade e exprime-se em ºC/m. Esta variação da temperatura com a profundidade, ou seja o gradiente geotérmico, não se processa de um modo contínuo e uniforme, pelo contrário, os dados apontam para uma diminuição do gradiente geotérmico com a profundidade. Grau Geotérmico – corresponde ao número de metros que é necessário percorrer em profundidade, para que a temperatura aumente um grau centígrado. Exprime-se em m/ºC. O seu valor médio é 33/34 m/ºC, podendo obviamente, haver zonas terrestres de variações muito grandes. Nas zonas de vulcanismo recente, em virtude da maior proximidade do magma, o grau geotérmico é menor do que o valor médio. Por outro lado, em áreas estáveis o grau geotérmico é maior. Gradiente geobárico – taxa da variação da pressão com a profundidade. II Vulcanologia Quando falamos de vulcanismo podemos dividi – lho em primário e ai em fissural e central e secundário Vulcanismo Primário Central: • Caracteriza-se pela ocorrência de erupções vulcânicas; • Durante as erupções vulcânicas são libertados para o exterior da geosfera materiais no estado líquido, gasoso e sólido; • O aparelho vulcânico é designado por vulcão; • Nos flancos do cone principal podem formar-se cones secundários ou cones adventícios; Se falamos em vulcanismo primário central temos de falar sobre o aparelho vulcânico, ilustrado na figura seguinte. • Câmara magmática – local onde se encontra acumulado o magma, normalmente situado em regiões profundas da crosta, atingindo, por vezes, a parte superior do manto, constituindo grandes reservatórios. • Chaminé vulcânica – canal por onde ascendem os materiais vulcânicos e que liga a câmara magmática com o exterior da crosta. • Cratera – abertura ou depressão mais ou menos circular localizada no topo da chaminé vulcânica. • Cone vulcânico – elevação de forma cónica que se forma por acumulação dos materiais expelidos pelo vulcão (lavas, cinzas e fragmentos de rochas) durante a erupção vulcânica. Também se podem formar cones laterais, secundários ou adventícios ao cone vulcânico principal quando as erupções são mais intensas. Formação de uma caldeira O esvaziamento , total ou parcial, da câmara magmática torna o aparelho vulcânico instável por falta de apoio e sustentação do cone, o que pode conduzir ao seu abatimento formando-se uma depressão • Têm forma circular • Bordos íngremes • No mínimo têm de possuir 1 km • Pode reter águas pluviais originando lagoas Vulcanismo Primário Fissural • Ocorre ao longo de fraturas da superfície terrestre • Característico das dorsais oceânicas • A lava sai ao longo de fendas • Os materiais expelidos preenchem vales profundos ou de relevo muito acidentado, podendo formar vastos planaltos de acumulação vulcânica, com centenas de milhar de quilómetros quadrados e com espessuras que podem exceder 1 km Nome Cinzas Características Fotografias Fragmentos muito finos, com menos de 2 mm de diâmetro, que podem ser facilmente transportados pelo vento. Lapilli Fragmentos angulares, arredondados, com diâmetro entre 2 e 50 mm, que podem ser expelidos no estado sólido ou plástico (semifundido) Bombas São fragmentos de aspeto esponjoso, provenientes de lavas arrefecidas durante as erupções, apresentando formas variáveis e podendo atingir dimensões variáveis; os fragmentos com dimensões entre 0,5 m e 1 m têm a designação de blocos. São fragmentos de aspeto vesicular, com paredes muito finas, apresentando uma densidade inferior à da água, resultante de erupções Explosivas. Pedra – Pomes Podem porém serem expelidos gases devido a uma erupção vulcânica. • Vapor de água (maior quantidade) • Dióxido de carbono • Dióxido de enxofre • Hidrogénio • Monóxido de carbono • Ácido clorídrico • Metano • Árgon Magma Material rochoso silicatado fundido, contendo uma percentagem variável de gases, e cuja temperatura varia entre os 800 e os 1500ºC. Lava Material rochoso líquido com origem no magma, mas com diferente composição visto que perdeu uma parte dos gases, cuja temperatura é inferior à do magma A classificação das lavas é feita de acordo com: • Composição da lava relativamente à temperatura de solidificação Tipos de Lava Tipo de Lava Lavas Encordoada Características Fotografia Lavas muito fluidas que se deslocam com grande facilidade; Formam escoadas muito longas – rios de lava; Caracterizadas por um aspeto rugoso; Típicas de erupções efusivas. Lava Escoriácea Origem em lavas mais viscosas que a encordoada, com alguns gases, que solidificam rapidamente; Deslocam-se lentamente; Caracterizam-se por apresentarem uma superfície áspera e irregular, muito fissuradas em resultado da perda rápida de gases; Típicas de erupções mistas a explosivas. Lava em almofada Lavas fluidas que arrefecem dentro de água; Caracterizam-se pelo seu aspeto tubular, em rolos ou travesseiros; Típicas dos derrames submarinos, sendo o seu aspeto resultante do rápido arrefecimento da lava em contacto com a água. Tubos de órgão A contração da lava basáltica durante o arrefecimento pode ocasionar o aparecimento de fendas de retração, designadas por diáclases. Em certas condições as diáclases dispõem-se de tal forma que determinam um conjunto de estruturas prismáticas conhecidas por “tubos de órgão” Agulha Vulcânica Estruturas pontiagudas que se formam na chaminé vulcânica devido a lavas extremamente viscosas, que mais tarde ficam a descoberto como consequência da erosão do cone. Domo Vulcânico Estruturas arredondadas que se formam dentro da própria cratera devido a lavas extremamente viscosas que não derramam. Nuvens ardentes Massas de gases e piroclastos, a temperaturas muito elevadas, libertadas de modo explosivo e dotadas de grande mobilidade. A sua capacidade destrutiva é enorme (dada a sua elevada densidade deslocam-se próximo da superfície terrestre; por outro lado os gases expelidos combinam-se entre si e com a água firmando ácidos tóxicos). Igualmente, quando falamos sobre erupções, falamos em tipos de erupções. Há as erupções efusivas, erupções mistas e explosiva, a imagem seguinte sintetiza o ocorre nas erupções. Vulcanismo Secundário O vulcanismo secundário corresponde a manifestações de vulcanismo que não consistem em erupções vulcânicas, concretamente, mas estão relacionadas com a energia térmica emitida por corpos magmáticos quentes que se encontram a pequena profundidade. Este tipo de vulcanismo nunca é tão violento nem destrutivo quanto pode ser o vulcanismo principal. Fumarolas o Emanações de pequenas nuvens de vapor a temperaturas elevadas, libertadas através de fendas do cone vulcânico. o Quando predominam os compostos de enxofre designam-se por sulfataras o Se predomina o dióxido de carbono, são chamadas mofetas. Geisers o Jatos de água quente e vapor projetados a enorme altura e intermitentemente. Nascentes termais o Nascentes de águas quentes mineralizadas, que podem ser utilizadas para fins medicinais. Nascentes de águas quentes mineralizadas, que podem ser utilizadas para fins medicinais. Em vários locais da Terra ocorrem com frequência erupções vulcânicas que podem ser mais ou menos violentas, mais ou menos mortíferas. O anel de fogo do Pacífico, a faixa mediterrânica e a dorsal médio-atlântica são algumas das zonas do globo mais afetadas por estas manifestações geológicas. Vulcanismo de subducção o Representa cerca de 80 % dos vulcões ativos; o Ocorre nas zonas de convergência de placas tectónicas onde uma placa tectónica mergulha sob outra originando-se uma zona de subducção; o A partir de certa profundidade, devido às condições de pressão e de temperatura, ocorre fusão da placa em subducção formando-se magma o Origem do magma – zonas pouco profundas e de natureza ácida; o Erupções do tipo explosivo, mista; o Exemplo: Anel de Fogo do Pacífico Placa Oceânica/ Placa Oceânica Estas cadeias de vulcões formando ilhas alinhadas, associadas a zonas de subducção e paralelas a fossas abissais, designam-se por arcos insulares. Placa Oceânica / Placa Continental Como a crusta oceânica é mais densa do que a crusta continental, quando há colisão a primeira tende a mergulhar por baixo da segunda, isto é, a crusta oceânica tende a ser subductada. Placa Continental/Placa Continental Quando se verifica convergência crusta continental - crusta continental, como a densidade das rochas que constituem ambas as placas é análoga e pequena relativamente à do manto, é difícil que uma delas mergulhe sob a outra. Perante as tensões compressivas existentes, uma das placas tende, por vezes, a sobrepor-se à outra, verificando-se obducção. Limites Divergentes o Local de vulcanismo intenso no nosso planeta (onde a maioria das rochas ígneas são formadas) o O vulcanismo é relativamente calmo o A lava é normalmente básica o O basalto é o tipo de rocha mais comum neste tipo de limite o As lavas são fluidas e escoam facilmente devido ao baixo teor em materiais voláteis (vulcanismo geralmente efusivo) o O afastamento de placas tectónicas (O / O ou C / C) origina fissuras na crosta, podendo ter milhares de quilómetros, através dos quais rocha sólida aquecida (magma) ascende à superfície na superfície a lava arrefece formando basalto (nova crosta oceânica), erupções subaquáticas formando lavas em almofada (pillow lavas) o • Ex: Dorsal média do Atlântico Vulcanismo Intraplacas o •Representa cerca de 5 % dos vulcões ativos; o •Ocorre no interior das placas litosféricas; o •Origem do magma – zonas profundas do manto, no limite entre o manto e o núcleo; o • Erupções do tipo efusivo e/ ou misto; o • Ex: ilhas Hawai, Islândia Plumas Termicas Plumas Térmicas – colunas de material quente e pouco denso que sobe através do manto até à base da litosfera. Vulcanismo Intraplaca Oceânico o Uma ilha vulcânica é construída através de emissão de lava proveniente dum ponto quente fixo (fonte de magma mantélico) o À medida que a placa se desloca, o vulcão é afastado da fonte de magma e extingue-se, formando-se uma nova ilha sobre o ponto quente o A deslocação contínua da placa tectónica origina um cordão alinhado de ilhas o As ilhas vulcânicas que se encontram mais afastadas do ponto quente são as mais antigas III Sismologia Um sismo é uma vibração brusca da superfície terrestre que ocorre devida à libertação de energia que foi acumulada em zonas instáveis do interior da terra. Se o sismo se regista no domínio subaquático será mais correto designa – lo por mar morto, sendo a onda que se segue designada por tsunami. Antes do sismo principal existem abalos premonitórios e a seguir a estes há replicas (sismos de menor intensidade que seguem os sismos) Existem, também, macro sismo, sentidos por toda a população e microssismos, estes praticamente imperecíveis. Pode também haver sismos artificiais provocados pelo armazenamento de água em barragens, explosão em minas e explosões nucleares. Há sismos de colapso, que resultam do abatimento de grutas, de avalanches ou de deslizamento de terrenos. Há sismos vulcânicos que resultam de movimentos magmáticos e de fortes pressões que se fazem sentir num vulcões antes de entrar em erupção e ainda há sismos tectónicos que resultam de movimentos tectónicos. Nome da força Forças Compressivas Caracterização Atuam sobre as rochas e tendem a reduzir o seu volume, Forças Distintivas Forças de Cisalhamento podendo originar a sua fratura Atuam sobre as rochas e tendem a alonga – lás ou a provocar – lhes fraturas Provocam movimentos paralelos em sentidos opostos e tendem a fraturar rochas. Os materiais podem comportar – se de diferentes maneiras: Nome do comportamento Elástica Plástica Rigida Caracterização Após a aplicação o material volta ao normal Após a aplicação de força o material mantêm a sua formação Após a aplicação da força o material fatura Se o material é frágil tende a ter uma falha e é dúctil tende a realizar uma dobra. Em 1911, Harry F. Reid, descreveu a teoria do ressalto elástico, como devido as grandes tensões a que as rochas estão sujeitas elas acumulam energia durante grandes períodos de tempo, deformando – se. Quando as tensões ultrapassam o limite de elasticidade do material rochoso este fratura libertando toda a energia que tinha acumulado até então. Assim que o material fratura surgem ondas sísmicas, movimentos vibratórios transmitidos partícula a partícula. Na imagem seguinte estão os tipos de ondas e no quadro as características. sísmicas suas Muitas vezes a comunicação social tende a misturar os termos magnitude e intensidade, porém estes não tem nada a ver um com o outro. Magnitude de um sismo é a energia por ele libertada e a intensidade resulta de inquéritos realizados a população, a alterações na paisagem e a destruição. Esta é medida em escalas. Existem dois tipos de escalas: a escala de mercalli, uma escala fechada de 12 niveis, depende a perceção da população, depende do grau de destruição, trabalha com inquéritos, é qualitativa e exprime – se em numeração romana. Já a escala de Rither avalia a magnitude, através da energia libertada a partir do hipocentro, trabalho com sismogramas, é uma escala aberta, quantitativa e exprime – se em numeração árabe. A velocidade da onda sísmica aumenta com a rigidez e diminui com a densidade do material atravessado. A densidade aumenta com a profundidade. A Velocidade das ondas também aumenta com a profundidade. Muitas vezes os sismólogos recorrem a sismogramas e a cartas de isossistas. No interior da terra existem as chamadas descontinuidades, que são superfícies que separam duas ou mais camadas do interior da terra. Descontinuidade de Moho Descontinuidade de Repetti Descontinuidade de Gutenberg; Descontinuidade de Lehmam; Devido as propriedades físico – químicas das ondas existe uma zona de sombra, esta existe aquando da não propagação das ondas p, que não se propagam por meio liquido, ora não se propagam pelo núcleo externo liquido Também se pode registar, que devido a refração das ondas na passagem pelo núcleo, depois dessa passagem nunca se registam ondas diretas. IV Estrutura interna da Geosfera Regras: A pressão, a temperatura e a densidade aumenta sempre com a profundidade.