Aula 1

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
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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
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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).
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Considerando: Maior elevação: Monte Everest (Himalaias):
9.000 m de altura
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Considerando: Maior depressão: Trincheira Mariana
(Fossa das Filipinas) : 11.000 m de profundidade
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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.
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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.
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Aspectos físicos – raio e volume
A humanidade sempre intuiu a forma esférica da Terra.
Mapa das estrelas Hem. Norte
Mapa estrelas Hem. Sul
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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)
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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
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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
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Aspectos físicos – Densidade
Para a Terra como um todo: 5,117 g/cm3
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Aspectos físicos – Densidade
Entretanto rochas mais comuns da superfície terrestre
Densidade Média=
2,17 g/cm3
Densidade deve aumentar com a profundidade da Terra.
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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
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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.
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A Terra e o Sistema Solar
Terra é um dos 9 planetas que gira ao redor do Sol.
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A Terra e o Sistema Solar
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A Terra e o Sistema Solar
Origem da Terra deve atender às características do Sistema Solar
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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
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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%).
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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
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A Terra e o Sistema Solar
Sistema Solar
Via Láctea
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A Terra e o Sistema Solar
A Galáxia mais próxima de nós é Andrômeda que dista cerca de 2,2 milhões de anos-luz.
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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
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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.
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Formação do Sistema Solar
Contração e condensação da nébula primitiva, material oriundo do Big Bang
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Formação do Sistema Solar
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Características do Sistema Solar
Composição Química do Sol (Fotosfera)
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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.
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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
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de Petrologia
Metalogenia
Geólogo
Daniele M.
Barringer
Características Evolutivas dos Planetas Terrestres
Meteoritos
Classificação
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Características Evolutivas dos Planetas Terrestres
Meteoritos
Sideritos
Condritos
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Características Evolutivas dos Planetas Terrestres
Meteoritos
Origem
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Meteoritos e a composição do sistema solar
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Estrutura Interna da Terra
Crosta (S)
Manto (L)
Núcleo Externo (L)
Núcleo Interno (S)
Modelo de Camadas
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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.
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Estrutura Interna da Terra & Terremotos
Principais tipos de Falhas
a- Normal, b- Inversa, c- Transcorrente, d- Oblíqua (a+c).
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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
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Estrutura Interna da Terra &Terremotos
• Sismógrafo : aparelho que registra a chegada das ondas sísmicas na
superfície da Terra.
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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
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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.
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Estrutura Interna da Terra & Terremotos
• Ondas sísmicas permitem estabelecer o Modelo da Terra
Heterogênea em camadas concêntricas.
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Dados Geofísicos do Interior da Terra
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Estrutura Interna da Terra
• Crosta:
Camada mais externa:
35 km nos continentes,
5 km nos oceanos.
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Estrutura Interna da Terra
• Manto Superior:
Mohorovicic
até 700 km de
profundidade.
Espessura ~ 670 km.
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Estrutura Interna da Terra
Manto Inferior:
De 700 até 2.885 km.
Espessura ~ 2.185 km.
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Estrutura Interna da Terra
Núcleo Externo:
Gutemberg
de 2.885 km até 5.155
km.
Espessura ~ 2.270 km.
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Estrutura Interna da Terra
Núcleo Interno:
de 5.155 até 6.370 km.
Espessura ~1.215 km.
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Campo Magnético
A Terra possui um
campo magnético.
A agulha da bússola
aponta para o Polo
Norte.
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Campo Magnético
Terra:comportamento de um imenso imã.
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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.
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Estrutura Interna da Terra
Campo Magnético
• Campo magnético: blindagem Terra das radiações solares.
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Estrutura Interna da Terra
Campo Magnético
• Efeitos: Auroras boreais.
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Estrutura Interna da Terra
Campo Magnético
• O campo geomagnético associado aos dados sísmicos
indicam que o núcleo terrestre deve ser metálico.
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Condritos Carbonosos x Composição da Fotosfera Solar
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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.
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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↑
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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.
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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.
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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
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As Camadas Internas da Terra
Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA)
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As Camadas Internas da Terra
Crosta + Manto superior= Litosfera, rígida = placas tectônicas
que tem até 100 km de espessura.
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As Camadas Internas da Terra
Litosfera= flutua sobre o manto um material pastoso= astenosfera.
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Estrutura Interna da Terra
A Teoria da Deriva Continental
• O Princípio da Isostasia
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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
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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.
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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.
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Estrutura Interna da Terra
A Teoria da Deriva Continental
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• O que movimenta as placas são as correntes de
convecção que atuam no manto. Velocidade média= 1 a
3 cm /ano.
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Estrutura Interna da Terra
A Teoria da Deriva Continental
• Superfície da Terra se encontra em
modificação constante.
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