MARGARIDA BARBOSA TEIXEIRA

MÉTODOS PARA O ESTUDO DOINTERIOR DA GEOSFERA

Métodos de Estudo2

Métodos de Estudo

Diretos Indiretos

Baseados na observação direta

Baseados em cálculos e teorias

Métodos de Estudo3

Métodos diretos. Estudo da superfície visível. Estudo em minas e escavações. Sondagens - perfurações na crusta. Materiais emitidos durante a atividade vulcânica (lava e xenólitos)

Métodos indiretos. Astrogeologia e Planetologia

. Dados da Geofísica

Métodos para o estudo do interior da geosfera

GravimetriaDensidadeGeomagnetismoSismologiaGeotermia

Sondagens4

A maior perfuração foi realizada, em 1970, na Rússia, até cerca de 12 Km de profundidade.

A análise dos carotes permite conhecer:

as características das rochas,

os gases que a elas estão associadas,

a temperatura a que os materiais rochosos se encontram,

a pressão a que os materiais rochosos se encontram.

Sondagens5

As perfurações envolvem problemas complexos:

económicos

técnicos (devido às elevadas temperaturas os materiais utilizados na perfuração têm de ser, simultaneamente, resistentes a essas temperaturas e suficientemente leves para serem manejados).

Magmas e Xenólitos6

O magma ao ascender arranca fragmentos das rochas encaixantes – xenólitos – que são, por vezes, fragmentos do manto que fornecem dados sobre a constituição rochosa desta camada da geosfera.

Os vulcões lançam para o exterior materiais oriundos do interior da geosfera.

Estudando as características dos magmas pode inferir-se as condições em que foram gerados, nomeadamente a temperatura, pressão e composição do manto.

Planetologia e Astrogeologia7

Estudos sobre os planetas telúricos fornecem informações sobre a estrutura da geosfera.

A análise da constituição dos meteoritos provenientes de cometas fornece indicações sobre a constituição da nébula solar.

O estudo da Lua fornece informações sobre o passado da Terra (apagado pela erosão) e permite deduzir o futuro da Terra (ausência de geodinâmica interna).

Planetologia e Astrogeologia8

A partir da análise dos meteoritos provenientes de alguns asteroides (indiferenciados) pode-se deduzir a composição da Terra antes de sofrer diferenciação.

A partir da análise dos meteoritos provenientes de asteroides de maiores dimensões (diferenciados) pode-se deduzir que tal como eles a Terra também sofreu diferenciação em camadas: núcleo metálico, manto e crosta rochosa (sendo o manto mais denso do que a crosta).

Sismologia9

A sismologia estuda o comportamento das ondas sísmicas no interior da geosfera.

Propagação das ondas sísmicas através de um planeta hipoteticamente uniforme.

Algumas trajetórias possíveis das ondas sísmicas através da Terra.

Sismologia10

O estudo do comportamento das ondas sísmicas em profundidade permitiu verificar que a velocidade de propagação e a trajetória dos raios sísmicos não é uniforme:

as ondas sísmicas aumentam e diminuem de velocidade;

os raios sísmicos sofrem desvios na sua trajetória (refrações e/ou reflexões).

A geosfera não é um corpo homogéneo.

A geosfera está diferenciada em camadas de diferentes densidade, rigidez, pressão, temperatura e composição.

A velocidade e a trajetória das ondas sísmicas dependem da rigidez e da densidade dos materiais atravessados.

Densidade11

A densidade é numericamente igual à massa volúmica.

m – massav – volume

Densidade média da Terra – 5,5

Densidade média das rochas de superfície – 2,8

Devem existir materiais mais densosno interior da geosfera.

d = m/v

Densidade12

A Terra é heterogénea, havendo o aumento da densidade com a profundidade:

As rochas do interior da geosfera são comprimidas pelas rochas suprajacentes

a diminuição de volume gera o aumento de densidade das rochas mais internas.

Existência de materiais mais densos no interior da Terra, nomeadamente a presença de metais (no núcleo).

Geotermismo13

Determinações feitas em minas e sondagens mostram que a temperatura da Terra aumenta com a profundidade.

Nas determinações diretas verificou-se que a temperatura aumenta 30ºC/Km, isto é 1ºC em cada 33 metros de profundidade.

O aumento da temperatura com a profundidade não é constante.

0

A geotermia estuda o calor da geosfera.

Geotermismo14

O gradiente geotérmico é a taxa de variação da temperatura com a profundidade.

Na crusta a média é de cerca de 30ºC/Km.

À medida que a profundidade aumenta o aumento da temperatura diminui

O gradiente geotérmico diminui com a profundidade.

Gradiente geotérmico

Geotermismo15

Grau geotérmico

Número de metros que é necessário aprofundar para que a temperatura aumente em 1ºC.

Na crusta a média é de cerca de 33 m/ºC.

À medida que a profundidade aumenta, o número de metros que é necessário aprofundar para que a temperatura suba 1ºC aumenta.

O grau geotérmico aumenta com a profundidade.

Geotermismo16

O calor interno da Terra vai-se libertando continuamente através da sua superfície.

Por vezes esse fluxo é percetível e até espetacular, como acontece nas zonas vulcânicas mas, geralmente, não nos apercebemos dessa libertação de calor interno devido à baixa condutividade térmica da crosta terrestre.

Fluxo térmico

Quantidade de calor libertada pela Terra por unidade de superfície e por unidade de tempo.

Geotermismo17

Nas zonas geologicamente mais ativas, correspondentes às fronteiras divergentes das placas litosféricas (zonas de rifte), onde ascendem e derramam enormes quantidades de magma, o fluxo térmico é mais acentuado.

O fluxo térmico diminui com o afastamento ao rifte.

Na fossa oceânica a acumulação de sedimentos, maus condutores de calor, conduz a um baixo fluxo térmico.

Geotermismo18

O gradiente geotérmico (variação da temperatura com a profundidade) diminui com o afastamento ao rifte .

O grau geotérmico (nº de metros que é necessário aprofundar para que a temperatura aumente em 1ºC) aumenta com o afastamento ao rifte.

Geotermismo19

Nas zonas vulcânicas, nomeadamente nas dorsais oceânicas, a proximidade de magmas revela:

fluxo térmico mais elevado (liberta-se maior quantidade de calor);

gradiente geotérmico mais elevado (a temperatura aumenta mais por Km de profundidade);

grau geotérmico mais baixo (é necessário aprofundar muito menos para que a temperatura aumente 1ºC).

Geotermismo20

Astenosfera

As temperaturas aproximam-se das temperaturas de fusão dos materiais existentes.

Os materiais estarão, por isso, parcialmente fundidos (só uma pequena porção atinge a fusão); consequentemente a sua rigidez será menor do que a dos materiais da litosfera.

Geotermismo21

Núcleo externo

Estima-se que as temperaturas serão superiores às temperaturas de fusão dos materiais que se encontram nessa zona.

Os materiais estarão no estado líquido.

Núcleo interno

As elevadas pressões a que os materiais estão sujeitos fazem aumentar a temperatura de fusão dos mesmos.

As temperaturas existentes não serão suficientes para fundir os materiais.

Os materiais estarão no estado sólido.

Gravimetria22

A força de atração gravitacional (F) entre dois corpos de massas M e m é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa.

Qualquer corpo situado à superfície da Terra experimenta uma força de atração (F) para o centro da Terra.

G- constante gravitacional

M- massa da Terram - massa do corpor - raio da Terra (distância entre o corpo e o

centro da Terra)

Gravimetria23

Nem todos os lugares estão à mesma distância do centro da Terra. A atração gravítica varia de zona para zona (latitude, altitude, …).

Assim, para comparar valores da força gravítica em diferentes pontos da Terra é necessário introduzir correções relativas a diferentes parâmetros, tais como, latitude, altitude e topografia do local.

Após a introdução das correções seria de esperar que a força gravítica (medida com o gravímetro) fosse igual em toda a superfície da Terra, mas tal não acontece.

As anomalias gravimétricas são devidas à presença de corpos rochosos, no interior da crosta terrestre, com diferentes densidades.

Gravimetria24

Anomalia gravimétrica negativa

A presença, no subsolo, de corpos rochosos com densidade inferior às rochas encaixantes diminui a força gravítica nas proximidades dessa região.

Gravimetria25

Anomalia gravimétrica positiva

A presença, no subsolo, de corpos rochosos mais densos do que as rochas envolventes aumenta a força gravítica nas proximidades dessa região.

Nota: A exploração mineira e petrolífera recorrem à gravimetria para pesquisar materiais geológicas de interesse económico.

Gravimetria26

Através do estudo das anomalias gravimétricas é possível detetar-se a localização de materiais de diferentes densidades.

A crusta terrestre é constituída por materiais de diferentes densidades.

A crusta é constituída por diferentes materiais (constituição heterogénea).

Gravimetria27

Seria de esperar que ao nível das grandes cadeias montanhosas, devido ao excesso de massa, existissem anomalias gravimétricas positivas.

Tal não acontece porque sob as montanhas existem raízes profundas formadas por rochas da crusta (pouco densas).

A crusta terrestre tem espessura variável

Geomagnetismo28

Porque razão um íman ou qualquer corpo magnetizado, como a bússola, se orienta num determinado sentido?

O íman:- tem 2 polos magnéticos,- gera um campo magnético.

O campo magnético apresenta linhas de força que podem ser observadas quando se coloca limalha de ferro sobre uma cartolina que esteja sobre um íman.

Ao deslocar a cartolina com a limalha de ferro sobre o íman, verifica-se que cada partícula constituinte da limalha de ferro se orienta segundo as linhas de força do campo magnético atuante.

Geomagnetismo29

A bússola tem uma agulha magnética com 2 polos magnéticos, um aponta para sul e o outro para norte.

Convencionou-se chamar ao polo que aponta para o norte (geográfico) polo norte (da bússola).

Esta orientação resulta da Terra apresentar geomagnetismo, isto é, um campo magnético invisível.

Geomagnetismo30

Polos iguais repelem-se e polos diferentes atraem-se.

Assim, o polo norte da bússola é atraído pelo polo sul (magnético) da Terra;

O polo sul magnético da Terra encontra-se próximo do polo norte geográfico.

Geomagnetismo31

Pensa-se que este campo magnético resulta de o Ferro e Níquel, constituintes do núcleo externo, se encontrarem fundidos e apresentarem um movimento de rotação que cria uma corrente elétrica que gera o campo magnético terrestre.

Geomagnetismo32

O campo magnético terrestre protege a Terra dos ventos solares que transportam partículas carregadas eletricamente.

Geomagnetismo33

O campo magnético, ao longo do tempo geológico, tem mudado periodicamente a sua polaridade:

períodos de polaridade magnética normal (igual à sentida no presente),

períodos de polaridade magnética inversa (oposta à sentida no presente).

Geomagnetismo34

Se a Terra apresenta um campo magnético, o que acontece, no momento da génese, às rochas constituídas por minerais ferromagnéticos como por exemplo o basalto?

Durante o arrefecimento do magma, os cristais podem ficar magnetizados instantaneamente quando a temperatura desce abaixo do ponto de Curie (585º para a magnetite).

Os minerais ferromagnéticos orientam-se de acordo com o campo magnético terrestre, ficando registado na rocha o campo magnético terrestre da altura da formação dos seus minerais ferromagnéticos – campo paleomagnético

O registo magnético preservado em rochas antigas permite determinar a direção, o sentido e a intensidade do campo magnético no passado.

O estudo dos campos magnéticos terrestres fossilizados designa-se paleomagnetismo.

Geomagnetismo35

Só as rochas magmáticas é que são magnetizadas?

Nas rochas sedimentares, no momento da sedimentação, os grãos de minerais caem vagarosamente para o fundo e os componentes magnéticos orientam-se de acordo com o campo magnético terrestre.

Geomagnetismo36

O paleomagnetismo das rochas ao nível dos limites divergentes de placas

a. aproximadamente, 5 milhões de anos;

b. aproximadamente, 2 a 3 milhões de anos;

c. atualmente.

Verificou-se:

a existência de bandas alternas, paralelas e simétricas relativamente ao eixo da dorsal, de diferente polaridade magnética (normal e inversa);

a presença de zonas, paralelas e simétricas em relação ao eixo da dorsal, onde as medições do campo magnético, realizadas com o auxílio de magnetómetros, apresentavam valores muito elevados (anomalias positivas) e zonas onde esse registo é muito mais fraco (anomalias negativas).

Geomagnetismo37

O paleomagnetismo das rochas ao nível dos limites divergentes de placas

O valor medido com o magnetómetro resulta da sobreposição:

do valor do campo magnético terrestre atual,

com o campo produzido pela rocha magnética (nesta os minerais magnéticos estão alinhados de acordo com o sentido do campo magnético terrestre da época da sua formação).

Se ambos os campos tiverem a mesma polaridade (o mesmo sentido)o valor total medido é maior do que o campo magnético

terrestre, e portanto mais positivo (anomalia positiva).

Se os campos tiverem polaridades com sentidos opostos subtraem-seo valor total será inferior (anomalia negativa) podendo ser

negativo se o campo produzido pelas rochas for maior que o campo magnético terrestre atual.

Geomagnetismo38

O paleomagnetismo das rochas ao nível dos limites divergentes de placas

Geomagnetismo39

O paleomagnetismo das rochas ao nível dos limites divergentes de placas

A simetria do registo paleomagnético resulta do alastramento dos fundos oceânicos a partir do rifte.

O magma quando chega à superfície solidifica em ambos os lados do rifte e, nesse momento, os cristais ferromagnéticos (magnetite) do basalto magnetizam segundo o campo magnético terrestre.

Este facto apoia:

a ocorrência de inversões de polaridade do campo magnético terrestre;a formação e alastramento dos fundos oceânicos a partir do rift e, portanto, a Teoria da Tectónica de Placas.

Geomagnetismo40

O paleomagnetismo e a determinação da latitude geográfica da rocha no momento da sua formação.

A inclinação das linhas de força do campo magnético terrestre varia com a latitude.

A orientação magnética registada numa rocha permite avaliar a sua localização, relativamente aos polos magnéticos, no momento da sua formação.

Geomagnetismo41

O paleomagnetismo e a determinação da latitude geográfica da rocha no momento da sua formação.

A

Geomagnetismo42

O paleomagnetismo e a determinação da latitude geográfica da rocha no momento da sua formação.

Determinando a latitude das rochas no momento da sua formação,

é possível posicionar os continentes relativamente aos polos magnéticos, ao longo da história geológica da Terra.

A determinação do paleomagnetismo de rochas vulcânicas do Pérmico vem recuperar e apoiar a teoria de Wegener – no Pérmico, os continentes estavam reunidos no supercontinente Pangea.

Geomagnetismo43

Importância do Geomagnetismo

A existência de um campo magnético terrestre apoia o modelo sobre a existência de um núcleo externo líquido formado por Ferro e Níquel.

O campo magnético terrestre desvia os ventos solares que transportam partículas carregadas eletricamente que destruiriam as células vivas funcionando, assim, como um escudo protetor.

Permite a existência de vida na Terra.

Geomagnetismo44

Importância do Geomagnetismo

O paleomagnetismo fornece informações sobre o passado da Terra:

regista variações da polaridade do campo magnético terrestre;

apoia a hipótese da formação dos fundos oceânicos a partir do rift, ou seja, apoia a Teoria da Tectónica de Placas;

permite determinar a latitude geográfica que a rocha em estudo ocupava no momento da sua formação;

permite tirar ilações sobre a posição dos continentes no passado relativamente aos polos magnéticos.