III – DESCONTINUIDADES- estrutura e dinâmica da geosfera

Biologia e Geologia 10º ano
Natércia Charruadas III
Estrutura e dinâmica da Geosfera
•  1. Métodos para o estudo do interior da Geosfera •  2. Vulcanologia •  3. Sismologia •  4. Estrutura interna da Geosfera (Descon?nuidades) 4. Descontinuidades
COMPORTAMENTO DAS ONDAS SISMICAS As ondas sísmicas sofrem reflexão e refracção ao passarem de um meio para outro de caracterísAcas Bsicas diferentes . 4. Descontinuidades
COMPORTAMENTO DAS ONDAS SISMICAS As trajectórias das ondas P e S são curvilíneas. Como a Terra é heterogénea, admite-­‐se que as ondas sísmicas atravessem meios com propriedades Bsicas diferentes. Em sismologia, à superBcie de separação entre dois meios com propriedades Bsicas diferentes chama-­‐se desconAnuidade. Logo que um raio sísmico toca uma superBcie, separando dois meios de propagação diferentes (superBcies de desconAnuidade), reflecte-­‐se e/ou refracta-­‐se de modo que as suas trajectórias permitem, aos sismólogos, conhecer as caracterísAcas dos meios atravessados. 4. Descontinuidades
COMPORTAMENTO DAS ONDAS SISMICAS Nas estações A e B apenas foram registadas ondas directas, mas nas estação C foram registadas em primeiro lugar as ondas refractadas e só depois as ondas directas. Como explicas isto?? Exercício pág. 164
4. Descontinuidades
Por que razão, nas estações mais afastadas do epicentro, as ondas refractadas (ou indirectas) chegam primeiro que as directas? Estações A, B e C, encontram-­‐se a diferentes distâncias do epicentro de um mesmo sismo. É de esperar que as ondas cheguem primeiro à estação A (mais próxima do epicentro) e em úl?mo à depois à estação C (mais afastada). Em regra é assim que sucede. No entanto, nalguns casos, as ondas chegam primeiro à estação C. Tal só pode ser jus?ficado admi?ndo que, ao aAngirem determinada profundidade (na passagem do meio I para o meio II), a velocidade das ondas aumenta abruptamente, a ponto de percorrer em menos tempo um espaço maior. 4. Descontinuidades
Em 1909, em Zagreb (Croácia) André Mohorovicic, notável geoBsico, depois de complicados cálculos matemáAcos chegou à conclusão que uma desconAnuidade separa a crosta terrestre do que se encontra por baixo. Este limite, denominado em sua honra desconAnuidade de Mohorovicic ou desconAnuidade de Moho, situa-­‐se a uma profundidade média de 40 quilómetros. 4. Descontinuidades
Analisa atentamente o seguinte gráfico. Que conclusões reAras em relação às ondas S? -­‐ A sua velocidade não é constante. -­‐ A velocidade aumenta com a profundidade, excepto entre os 100 e 200km onde diminui a sua velocidade. Isto significa que a rigidez do material diminuiu -­‐ Entre os 300 e os 2900 km a velocidade aumenta muito lentamente. -­‐  A velocidade das ondas S aos 2900 km de profundidade anula-­‐se. Isto significa que a rigidez do material é nula (passou para o estado líquido) Variação da velocidade das ondas P e S no interior do Globo terrestre 4. Descontinuidades
Analisa atentamente o seguinte gráfico. Que conclusões reAras em relação às ondas P? -­‐ A velocidade das ondas P segue o mesmo padrão de comportamento das ondas S até aos 2900 km de profundidade. -­‐ Aos 2900 km as ondas P sofrem um grande decréscimo na velocidade. Confirma a hipótese de um núcleo externo líquido. -­‐  Aos 5150 km a velocidade das ondas P sofre um acréscimo. O material consAtuinte do núcleo interno encontra-­‐se no estado sólido, facto que fez aumentar a rigidez dos materiais (logo, a velocidade das ondas) Variação da velocidade das ondas P e S no interior do Globo terrestre 4. Descontinuidades
Velocidade das ondas sísmicas aumenta com a profundidade, mas…
Amplificando a zona dos 100 aos 350 km de profundidade….
entre os 100 e os 200 km de profundidade a velocidade
das ondas S e P diminui.
P
S
Como as ondas S não se anulam e as ondas P
diminuem a sua velocidade
A rigidez dos materiais diminui
Supõe-se que existe um aumento da temperatura capaz de fundir alguns
dos materiais existentes nesta zona, o que provoca a diminuição da rigidez
Zona de baixas velocidades - ASTENOSFERA
4. Descontinuidades
A reflexão e refracção das ondas sísmicas evidenciam a
existência de 5 descontinuidades
Descontinuidade de Conrad
Descontinuidade de Mohorovic
Descontinuidade de Repetti
Descontinuidade de Gutenberg
Descontinuidade de Wiechert/Lehmann
3. Sismologia
SUPERFÍCIES DE DESCONTINUIDADE TERRESTRES Descontinuidade de Conrad:
Separação entre a crosta continental e a crosta oceânica, a cerca de 17 km de profundidade. Só existe
nas áreas continentais.
Descontinuidade de Mohorovic :
Separação entre a crosta oceânica e manto superior, a cerca de 5 km de profundidade debaixo dos
oceanos e a cerca de 30 a 70 km debaixo dos continentes. Esta diferença de profundidades deve-se à
presença de raízes montanhosas. A velocidade das ondas sísmicas aumenta de 6km/s para 8 km/s.
3. Sismologia
SUPERFÍCIES DE DESCONTINUIDADE TERRESTRES Descontinuidade de Repetti:
Localiza-se aos 700 km de profundidade e separa o manto superior do manto inferior.
Descontinuidade de Gutenberg:
Localiza-se aos 2900 km de profundidade e separa o manto inferior do núcleo externo, que se encontra
no estado líquido. As ondas S anulam-se a esta profundidade e as ondas P diminuem bruscamente a sua
velocidade (de 14 km/s para 8km/s), o que revela a existência de um núcleo no estado líquido com rigidez
nula. Esta descontinuidade explica a existência de uma zona de sombra terrestre.
3. Sismologia
SUPERFÍCIES DE DESCONTINUIDADE TERRESTRES Descontinuidade de Wiechert/Lehmann:
Localiza-se aos 5150 km de
profundidade e separa o núcleo externo
(líquido) do núcleo interno (sólido). A
velocidade das ondas P aumenta, o que
revela um aumento de rigidez deste
núcleo. Os materiais do núcleo interno,
embora a maior temperatura do que a do
núcleo externo, estão sujeitos a uma
maior pressão, o que provocou
alterações do ponto de fusão, tornando
os materiais sólidos.
4. Descontinuidades
Que dados levam a admiAr a existência de um núcleo terrestre? AcAvidade do Manual – página 166 e 167 3. Sismologia
COMPORTAMENTO DAS ONDAS SISMICAS A PARTIR DOS 2900 KM 3. Sismologia
COMPORTAMENTO DAS ONDAS SISMICAS A PARTIR DOS 2900 KM DESCONTINUIDADE DE GUTENBERG SuperBcie que separa a base do manto inferior do núcleo externo. Está situada a 2 900 km de profundidade Corresponde a uma mudança na composição química: Manto – consAtuído por materiais sólidos e com densidades compreendidas entre 4,5 e 6. Tanto as ondas P e S atravessam esta região. Núcleo Externo – consAtuído por ferro e níquel no estado liquido. Densidades compreendidas entre 9,8 e 12. Somente as ondas P o atravessam. 3. Sismologia
COMPORTAMENTO DAS ONDAS SISMICAS A PARTIR DOS 2900 KM Zona de Sombra Parte da superBcie do globo terrestre que não recebe ondas P e S directas provenientes do foco do sismo. Qualquer que seja a sua origem, a zona sombra das ondas P situa-­‐se entre 103º e 143º, ou seja, a uma distância compreendida entre 11 500 km e 14 500 km, passando pela superBcie terrestre. A zona de sombra está directamente relacionada com as propriedades elásAcas dos materiais que estas atravessam – densidade, incompressibilidade e rigidez. 3. Sismologia
3. Sismologia
PROPAGAÇÃO DAS ONDAS SISMICAS A PARTIR DOS 5 150 KM Como varia a velocidade das ondas P e S a parAr dos 5 150 km de profundidade? Qual o significado dessa variação? 3. Sismologia
PROPAGAÇÃO DAS ONDAS SISMICAS A PARTIR DOS 5 150 KM DESCONTINUIDADE DE WICHERT -­‐ LEHMANN SuperBcie que separa a base do núcleo externo do núcleo interno. Está situada a 5 150 km de profundidade Corresponde a uma mudança na composição química: O núcleo externo apresenta uma composição química semelhante ao núcleo interno. No entanto, o núcleo interno encontra-­‐se no estado sólido. As ondas P voltam a aumentar de velocidade. FIM
RESUMO
Estrutura da Terra Aplicações da sismologia. Dados mais importantes: Mohorovicic descobriu uma variação brusca da velocidade das ondas P: de 6,3 para 8,2 Km/s Descon?nuidade de MOHO Sob os con?nentes localiza-­‐se entre os 30 e os 60 Km de profundidade Sob os oceanos localiza-­‐se entre os 3 e os 15 km de profundidade Estrutura da Terra A descon?nuidade de MOHO separa a CROSTA do MANTO. IDENTIFICA (ainda) CROSTA CONTINENTAL CROSTA OCEÂNICA •  rochas graní?cas •  rochas basál?cas; •  mais espessa •  menos espessa •  menos densa •  mais densa Estrutura da Terra GUTENBERG descobriu a ”fronteira” entre o MANTO e o NÚCLEO EXTERNO, a 2900 km de profundidade Descon?nuidade de GUTENBERG Como foi descoberta? Um sismo que ocorra em qualquer local da Terra gera sempre uma ZONA de SOMBRA Qualquer estação sismográfica localizada entre os 103 e os 143º, contados a par?r do epicentro de um sismo, não recebe ondas P nem ondas S. ZONA DE SOMBRA Como é explicada a existência de uma ZONA de SOMBRA ? Não há recepção de ondas P. Não há recepção de ondas S. •  Sofrem uma grande mudança de direcção devido ao maior ângulo de reflexão. Deixam de se propagar •  grande diminuição de velocidade (passa de 15Km/s para cerca de 7km/s) NÚCLEO EXTERNO: METÁLICO (muito diferente do manto) FUNDIDO (as ondas S não se propagam nos meios líquidos) Estrutura da Terra Inge LEHMAN descobriu a ”fronteira” entre o NÚCLEO EXTERNO e o NÚCLEO INTERNO, a 5150 km de profundidade Descon?nuidade de LEHMAN Como foi descoberta? Estrutura da Terra Qualquer estação sismográfica localizada a par?r dos 143º, contados a par?r do epicentro de um sismo, passa a receber ondas P e con?nua a não receber ondas S. NÚCLEO INTERNO METÁLICO e SÓLIDO Estrutura da Terra Em resumo : -­‐ a parAr dos 103º , contados a parAr do epicentro, não são recebidas ondas S -­‐ apenas entre os 103 e os 143º, contados a parAr do epicentro, não são recebidas ondas P. Estrutura da Terra OUTRAS ZONAS IMPORTANTES: LITOSFERA ASTENOSFERA •  inclui a crosta e o manto superior. •  localiza-­‐se sob a litosfera. (manto superior); •  a?nge a profundidade de ≈ 30 Km sob os oceanos (litosfera oceânica) e os 70 a 100 Km sob os con?nentes (litosfera con?nental) •  mais quente do que a litosfera; •  a velocidade das ondas P e S aumentam com a profundidade. •  é rígida •  comporta-­‐se como semi-­‐fundida (muito plás?ca); • zona de redução do aumento da velocidade das ondas P e S. •  ocorre movimentação dos seus materiais cons?tuindo as correntes de convecção. Modelo Físico Modelo Químico Comparação entre os dois modelos 4. Descontinuidades
Resumindo, o estudo da propagação das ondas sísmicas revelou as seguintes conclusões: •  As ondas sísmicas são registadas em estações sismográficas distantes do epicentro num espaço de tempo menor do que o esperado, se a Terra fosse homogénea. •  Quanto maior é a distância epicentral, maior é a diferença entre o tempo de chegada das ondas sísmicas e o tempo esperado para a sua chegada. •  A velocidade das ondas sísmicas aumenta com a profundidade. •  As ondas sísmicas propagam-­‐se mais lentamente nas rochas mais quentes e menos rígidas. •  As ondas S não se propagam em meios líquidos, enquanto que as ondas P diminuem a sua velocidade. 4. Descontinuidades
Resumindo, o estudo da propagação das ondas sísmicas revelou as seguintes conclusões: •  A velocidade das ondas sísmicas diminui com o aumento da densidade. •  A velocidade das ondas sísmicas aumenta com a profundidade, pelo que a rigidez (com a profundidade) aumenta mais do que a densidade. •  As ondas sísmicas podem sofrer desvios, durante o seu percurso, ou serem absorvidas, o que revela a existência de meios de composição diferentes (a Terra é heterogénea). •  Existem superBcies de desconAnuidade reveladas pela modificação do comportamento das ondas sísmicas.