Geologia Geologia AplicadaAplicada: : Prof. Belarmino LiraProf. Belarmino Lira

Estrutura interna dos corpos do Sistema Solar

Interiores não podem ser observados (Terra e Lua, ondas sismicas)

Estimativa da estrutura interna requer:• suposições quanto a composição • equação de estado do material• estrutura de T depende:

fontes de energiamecanismos de transporte de calor mecanismos de perda de calor

modelo

observações

Estrutura da Terra

– Diametro de 12,756 km (7,972 mi).

– O interior da terra consiste de rocha e metal. ~E formada de 04 camadas:

– 1) A camada interna: a solid metal core formada de niquel e ferro (1200 km diametro)

– 2) Um segunda camada mais interna: Formada de niquel e ferro fundidos iron

–3) O manto: densa rocha sólida silicatica

– 4) A crosta: Fina rocha silicatica

– A temperatura no interior da terra é maior que a superfície do sol. Este calor intenso causa movimentação dos materiais.

– O movimento do material na terra pode causar movimentação de grandes placas tormando que a crosta e o manto se movam na superfície. Também possibilita a geração de campos magnéticos, chamados de magnetosferea

Tendo: massa, tamanho e forma

densidade média composição

pequenos: gelo / alta porosidade ~ 1 g cm-3

grandes: hélio e hidrogênio

<= 3 g cm-3 objeto rochoso

> 3 g cm-3 ferro

Tendo: tamanho, densidade, resistência do material e rotação

sem rotação forma esférica Todo corpo “tipo-fluido”

com rotação esferóide oblato

estado de energia mínima

deformável em tempos geológicos ( ~ milhões de anos) = plasticidade

Forma depende de sua plasticidade + sua taxa de rotação

figura de equilíbrio do efeito combinado gravidade + força centrifuga

equilíbrio hidrostático:

R

r

p drrrgrP ')'()'()(

determina-se P em qualquer ponto do planeta se conhecido)(r

Equações do interior

4 4

3 32

8 8c

GM GMP

R R

fases dos materiais do interior, em função da T e P:

),(),( PTGPTG msml energia livre de Gibbs

A obtenção de valores empíricos é simples a baixaspressões mas os interiores planetários tem pressõese temperaturas muito altas difíceis de reproduzir em laboratório

Equação de estado:

),,( ifTPP composição

equação de estado é obtida a T ambiente e modificada por medidas a T e P maiores

Relação pressão-densidade:

nKP /11 3/5,2/3

,0

Pn

nPbaixas P:

altas P:

planeta incompressível 3RM

se a pressão interna aumenta ao ponto dos elétrons se tornarem degenerados o tamanho do planeta diminui a medida que aumenta a massa estrelas anãs brancas

3

1

RM

abaixo mais massa aumenta o raio Existe limite:

acima mais massa diminui o raio Júpiter está próximo do limite!

Relação massa-raio:

Sismologia fornece informações sobre interior

estudo da passagem de ondas plásticas no interior do planeta

terremotosimpactos de meteoritosexplosões vulcânicasexplosões não naturais (homem)

se propagam no interior, refletidas e transmitias nas interfaces onde varia

Oscilações na direção da propagação da onda

Oscilações transversaisà direção de propagação

Compressão e rarefação do material

Stress e rotação do material

ondas P, ou Primárias ondas S, ou Secundárias

Satélites

Superfícies

Crateras

Vulcanismo

Atividade tectônica

Canais, montanhas

Morfologia superficialGravidade e rotação

Atividade tectônica

Efeitos atmosfericos Superfícies modificadas

Processos endogênicos

Processos exognênicos

Colisões

Topografia medida em relação ao geóide

estrutura local (ex: montanha) sobrevive à gravitação dependendo da densidade e coesão do material

Movimentos de deslizamento (“downhill”) são induzidospela gravidade mas sua ocorrência depende da pendentecomparada com o “ângulo de repouso” do material

maior inclinação que determinado material suporta

corpos pequenos com pequena gravidade podem manteruma forma não esférica

depende

materialgranulaçãoquantidade de ar e águatemperatura

Gravidade e rotação

corpo esférico corpo oblato geóide

Superfície equipotencial de uma elipse em rotação em torno do seu eixo menor

Mapa de gravidade (geóide) da Terra

• Over the course of time there are many things which can cause the surface of a planet to change its appearance.

• winds, as shown in the example from the Martian surface

– Monument Valley on Earth is an example

• weather & water, which cause erosion

• volcanism, which pours out a new surface – The Moon is an example.

• continental drift • slow forces of deformation like those which cause mountains

to form.

• slumping of craters, mountains and volcanoes.

Rock and the Rock Cycle

Earth's Water Cycle Water is always on the

move.

Rain falling where you live may have been water in the ocean just days before. And the water you see in a river or stream may have been snow on a high

mountaintop.

Litosfera - Estratosfera

Notice that the magnetic field is much larger than the planet! Windows Original

The Force of Magnetism

The force of magnetism is directed from one pole to another. A pole can be described as the point where lines of magnetic force come together. Most simple magnets have two poles (that makes them "di-poles"), as shown in this picture. The magnetic field "lines" illustrate where the force of magnetism is, and whether it is stronger (red) or

weaker (blue).

This is an illustration of how magnetism works.

For simple magnets, the force of magnetism works in the following way: When two magnets are brought together, the force will attract the two magnets together if the poles are opposite, that is if the pole of the first magnet is positive and the pole of the second magnet is negative. If that condition is true, the two magnets will be "forced" to stick together.

The Invisible World of Magnetic Fields

• A bar magnet is a seemingly ordinary piece of metal from which invisible magnetic field lines originate. These magnetic field lines effect any magnetic material in the vicinity of the magnet. Magnets have a north pole where, by convention, magnetic lines of force point outward and a south pole where they point inward. Opposite poles attract each other; while similar poles repel each other. A toy bar magnet has a magnetic field (~1000 Oersted) thousands of times larger than the Earth's surface magnetic field(~1/4 Oersted) and about the strength of the field found in sunspots on the solar surface.

• All magnetic fields are the result of moving electric charges. In the case of solid materials, the moving charges are the individual electrons rotating about the atomic nuclei. However, that would not be sufficient to produce a magnetic field because the orbiting electrons are randomly oriented and their individual magnetic fields cancel out. In a permanent magnet, the fields of the individual atoms are all lined up so that they add rather than cancel each other out

The source of this material is Windows to the Universe, at http://www.windows.ucar.edu/ at the University Corporation for Atmospheric Research (UCAR

Earth with its magnetic field

The Earth is a good example of a planetary dipole, where the lines of force point in a direction out of the South (magnetic) Pole and into the North (magnetic) Pole. Planets can also show evidence of quadrupoles (4 poles) and octupoles (8-poles).

Generating a Magnetic Field • there are two essential ingredients for generating a magnetic field.

Those two ingredients are:

magnetic material

currents It is believed a planet, or a star, can generate a magnetic field if it has both of the two ingredients above. It must have enough magnetic material, and it must have currents moving inside the magnetic material. If a planet does not have enough of either of these two ingredients, it will not have a magnetic field. Planets which do not have magnetic fields include Venus (moves very slowly), and Mars (most the iron is on the surface, and not molten). This figure shows a model of the Earth's magnetic

field being generated within the Earth.

If two magnets of the same polarity are brought together, the force of magnetism will repel the two magnets from each other, and they cannot be

made to stick together.

Plate Tectonics

What causes a Planet's surface to change its appearance?

Placas tectônicas

200Myr atrás só tinha um continente: Pangaea

Desde então os continentes tem se separado e afastado:continental drift

induzido pela tectônica de placas

litosfera (crosta) consiste de ~10 grandes placas flutuando em cima da atenosfera

Placas se movem uma em relação as outras ~ 20cm p/ano

movimento das placas causado por convecção no manto estrutura global de circulação com as placas se movendo em cima

não se conhece a força que gera a conveçcão no manto

1. placas se afastam na cordilheira oceânica magma sobe nova crosta

2. placas colidem ou deslizam uma contra a outra gerando terremotos

3. quando uma placa oceânica e uma continental colidem a placa oceânica (mais pesada) vai para baixo aonde é novamente aquecida novas rochas metamórficas são formadasderretimento da crosta ocorre em um meio rico em água

a solidificação deste novo magma resulta em rochas graníticas

ciclo no fundo dos oceanos ocorre numa escala de tempo de 108 anos

Tectonismo de placas é observado apenas na Terra

Mercúrio, Marte e Lua por serem pequenos, resfriaram muito rapidamente criando uma espessa litosfera

Vênus parece mostrar algum indício de movimentolateral tectônico mas não associado a placas

Crosta oceânica– formada: limites divergentes

cordilheiras

- destruída: limites convergentes

crosta derretida ~= crosta

formada ~60.000km cordilheiras ativas + taxa separação ~ 4cm/ano

=2 km2/ano crosta nova

Vulcanismoalguns corpos mostram indícios de vulcanismo passado hoje: apenas Terra e Io

Explosões vulcânicas modificam:- superfície - recobrindo velhas

estruturas e criando novas- atmosfera e clima

Requisito para a atividade vulcânica: presença de um material quente e líquido, magma, abaixo da crosta

Possíveis fontes de calor para criar o magma:(i) calor gerado durante a formação do planeta (ex: Terra) e através da

continua diferenciação de material (ex: Saturno)(ii) interação de maré entre diversos corpos sólidos (ex: Io)(iii) nuclideos radiativos (fonte importante em todos os planetas terrestres)

atividade vulcânica é encontrada na borda entre duas placas tectônicas

acima de “plumes” termais quentes do manto

emissão de gás e vapor sem a erupção de lava ou material piroclástico marca os últimos estágios de atividade vulcânica

Efeitos atmosféricos

Água, fluídosVentosReações químicas

Deslizamentos com velocidade dependendo: viscosidade do fluído, terreno e gravidade

Movimento de poeira dependendo: densidade, viscosidade, temperatura, composição e rugosidade do solo

Interação entre atmosfera e superfícielevando a processos de “weathering”(intemperismo) dependendo da composição da atmosfera e das rochas