Dinmica externaInteraes geosfera-atmosfera-hidrosfera

Sistema Terra - LiGEA

https://www.youtube.com/watch?v=6hD52H7rQak&feature=iv&src_vid=ujBi9Ba8hqs&annotation_id=annotation_3151994217

componentes Na superfcie da Terra diferentes meios interagem:

A litosfera (camada superficial slida) A atmofera e a hidrosfera (camadas fludas acopladas) A biosfera (seres vivos colonisadores da superficie continental)

Essas camadas captam e transformam os fluxos de energiaque recebam.

Componentes da dinmica da superfcie

Fontes de energia Origem Interna: resulta

do calor inicial (fase de acreso planetria), da radioatividade, da diferenciao interna e movimentos diferenciais(ncleo).

Fluxo mdio baixo: 0,05 W/m2 mas essencial para a geodinmica terrestre(tectonica de placas) varivel geograficamente(< escudos continentais, > hot spot, cadeiasmeso-ocenicas)

Origem Externa: provmda energia solar.

A totalidade do fluxosolar no absorvida, atmosfera e superfcieterrestre tem um poderrefletor (albedo).

Fluxo mdio incidente: 342 W/m2

Energia interna - Formao do relevo terrestreMovimentos de conveco no manto, Criao de CO nas dorsais meso-ocenicas, movimento horizontal das placas litosfricas.Coliso de placas, subduco-formao do relevo cadeias de montanhas

Energia externa Sol Eroso destruio e modificaodo relevo

Captao e distribuiode energia pela

atmosfera ciclo da gua

Balano trmico do sistema Terra

radiao que vem do espao: radiao solar incidente sobre a atmosfera 342 W/m. 77 W/m refletido pelas nuvens, aerossis e atmosfera. 30 W/m refletido pela superfcie. Isso significa que 107 W/m2 de radiao so devolvidos diretamente para o espao sem serem absorvidos pelo planeta. a radiao restante absorvida tanto pela atmosfera (67 W/m) quanto pela superfcie terrestre (168 W/m).

Radiao emitida para o espao: superfcie terrestre e a atmosfera emitem calor em forma de ondas IR para o espao. A evapotranspirao gera calor latente (78 W/m) que retorna Terra associado chuva. A radiao da superfcie terrestre (390 W/m) encontra a atmosfera, 40 W/m so emitidos diretamente para o espao, 350 W/mencontra os gases de efeito estufa e parte do calor volta para a superfcie terrestre (324 W/m). A atmosfera emite o calor restante (235 W/m).

Litosfera- estrutura mineral slida- esttica (em curtas escalas de tempo)- Fortes presses- Homogeneidade das condies locais (litologia, temperatura)

Atmosfera- Envelope fluda (gs, gua)- Em movimento- baixas presses- Diversidade das condies locais(clima, vegetao, hidrologia)

Interface entre camadas fluidas e camada slida:troca de energia e matria

LITOSFERA

relevo Relevo agrupado em 5 tipos: Montanhas jovens cadeias montanhosas recentes peripacficas

(Rochosas, Andes), oriundas do fechamento do oceano Tethys (Pireneus, Alpes, Carpatos, Cucaso, Himalaias), altitudes mdiaselevadas (4000m).

Os continentes representam 30% da superfcieterrestre e apresentam uma grande diversidade de

formas e altitudes.

Montanhasantigasparcialmenteaplainadas cadeias antigas(Herciniana e Caledoniana), altitudes mdias(1000m).

Cratons antigos arrasados rochas granticas e metamrficasPrecambrianas (craton canadense, brasileiro, africano, australiano)

Plataformas pouco tectonizadas plances e planaltos, altitude muito baixa, rochas sedimentares pouco deformadas.

Zonas vulcanicas

Western U.S. and Canada in natural color. Image made using data from the MISR instrument on the Terra satellite.

http://scijinks.jpl.nasa.gov/landforms-gallery/

The volcanic Galapagos Islands, active eruptions ongoing. Color-enhanced ASTER image, Terra satellite

http://scijinks.jpl.nasa.gov/volcanoes-gallery/

West Fjords, Iceland. Color-enhanced LandSat image.

http://scijinks.jpl.nasa.gov/landforms-gallery/

Namib Desert, Namibia, Africa. Color-enhanced LandSat imagehttp://scijinks.jpl.nasa.gov/landforms-gallery/

Multi-angle Imaging SpectroRadiometer(MISR) image of the Great Barrier Reef.

http://scijinks.jpl.nasa.gov/oceans-gallery/

http://science.nationalgeographic.com/science/earth/surface-of-the-earth/

ATMOSFERA

Evoluo da atmosfera A atmosfera sofreu importantes variaes que podem ser

resumidas em 4 etapas, desde a formao da Terra (4,56 Ga) at os tempos atuais:

Atmosfera csmica Atmosfera redutora Formao da hidrosfera e consequncias Biosfera e atmosfera oxidante

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topi

cs/

A atmosfera csmica No momento da individualizao dos planetas, a 1 atmosfera

era constituda de H e He.

H e He persistem na atmosfera dos planetas gigantes mas foram expulsos da atmosfera dos planetas internos pelo ventosolar.

MERCURIO VENUS MARTETERRAPas d'atm. Atm = CO2 Faible Atm.

H2O fotodissociadoResta CO2 e N2nas propores

19/1

H2O gelo e ?

Mas 99% massa da atmosfera no foi

retida devida baixagravidade

H2 e He para o espao

Nenhumaatmosfera

retida

Planetas gigantes : os nicos a ter retido seu H e He

JPITER

63 000 Km de espessura

atmosfrica

(99% da totalidade do

planeta)

Esta atmosfera no se formou durante a acreso planetria como no caso dos planetas gigantes.

Motivos: Fuga dos elementos volteis (T elevada) Gravidade insuficiente para reter os gases de

baixa densidade Eliminao da atmosfera por um sopro

violento de partculas (vento solar).

A ATMOSFERA SECUNDRIA. ORIUNDA DA DEGAZAGEM DO MANTO.

A atmosfera redutora

4 Ga crosta silicatada ainda sem gua lquida (no podeexistir a T>374oC) submetida a intensa atividadevulcnica e bombardeamento de meteoritos.

Importante emisso de gases vulcnicos, de carterredutor : CO2, NH3, N, SO2H2O, N2, HCl, H2S, CH4, H2,

AUSNCIA DE OXIGNIO Atmosfera secundria

A formao da hidrosfera e suasconsequncias Com a diminuio progressiva da temperatura, o vapor

dgua se condensou.

A formao dos primeiros oceanos levou: A dissoluo dos sais minerais e de gases atmosfricos (CO2, NH3,

CH4, ) - Teor de CO2 baixou brutalmente extrao de CO2 da

atmosfera CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- e Precipitao

de carbonatos Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O

A formao de jazidas minerais pneumatolticas (guaquente e reativa dos oceanos)

Aos processos de eroso e sedimentao, geradores de rochas sedimentares

A biosfera e a atmosfera oxidante

Possvel fotlise do vapor dgua e do amonaco (4 Ga) comeou a enriquecer a atmosfera em O2

Mas os primeiros organismos clorofilianos foram a principal fonte de O2 na atmosfera (3 Ga)

estromatlitosEstromatlitos (desde 3,5 Ga): testemunhos da atividade de cianobactrias

fotossintetizadoras que provocam a precipitao de CaCO3

Os mais antigos estromatlitos so australianos e contm estruturas reconhecidas como fsseis

A frequncia dos estromatlitos aumentou na coluna geolgica a partir de 2,2 a 2,3 Ga, mantendo-se abundantes at 550 Ma.

Associao de estromatlitos colunares. Grupo Bambu, Proterozico Superior, Bahia (foto: A. Mainieri). http://www.phoenix.org.br/Phoenix32_Ago01.htm

Representative Archeanstromatolites/microbial mats (for primary references, see Hofmann 2000 and Schopf2006). (A-C) Stratiformand conical stromatolitesfrom the 2985 Ma InsuziGroup, South Africa; PHOTO IN B COURTESY OF N.J. BEUKES. (D) Laterally linked, low-relief, stratiformto domical stromatoliticmats from the 3245 Ma Fig Tree Group of South Africa; PHOTO COURTESY OF D. R. LOWE. (E) Stratiformmicrobial mats from the 3320 Ma KrombergFormation of South Africa. (F-H) Conical stromatolitesfrom the 3388 Ma StrelleyPool Chertof Western Australia; scale in G = 20 cm; scale in H = 10 cm. (I) Domical and (J) stratiformstromatolitesfrom the 3496 Ma Dresser Formation, Western Australia.http://elements.geoscienceworld.org/content/2/4/229.full.pdf+html

Bem no incio, o O2 permaneceu na hidrosfera e oxidou oselementos redutores que ela continha., Fe e S principalmente.

Formao ferrferas bandadas - BIFs (entre 3,7 e 1,7 Ga), alternncia de camadas de slica e de xido de ferro.

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Pico mine with working equipment in the Quadriltero Ferrfero, Brazil, in 2000. The main ore body is a lens of hard hematite/martite surrounded by soft supergene ore; both contain relict BIF bedding. Itabira

Peak (center) is part of the ore body but is registered as a protected landscape as it is a historic landmark.

http://elements.geoscienceworld.org/content/7/2/119.full.pdf+html

H 1,7 Ga, o O2 comeou a passar para a atmosfera e se acumular aos poucos (2% a 1Ga, 5% em torno de 600 Ma, 10% no Devoniano - 400Ma, 21% no Cretceo mdio 100Ma).

A oxidao que era ocenica, tornou-se atmosfricaconduzindo a formao das camadas vermelhas- Red Beds sobre os continentes, at que a maioria do ferrocontinental fosse oxidado.

Antigos arenitos vermelhos (Devoniano) e novos arenitosvermelhos (Permiano-Trissico).

Permian red beds in Clark CountyKansas (USA)

Red BedsThe hematite-rich, pink and maroon Soutpansberg Group quartzites seen in Wyllies Poort, Limpopo

represents some of the Earths oldest red-beds, reflecting free oxygen becoming available in the atmosphere

H 1,7 Ga, a absoro na altaatmosfera dos raios ionizantesprovocou a transformao de O2 emoznio O3 e a formao da ozonosfera.

O processo de respirao pde se desenvolver permitindo a evoluodos seres vivos.

500 Ma (incio da Era Paleozica), ocupao continental pela vida se torna possvel (antes sem proteodos raios UV)

http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/earth-s-earliest-climate-24206248

Composio e estrutura da atmosferaatual

Gases (%)Nitrognio (N2) 78,11Oxignio (O2) 20,95Argnio (Ar) 0,934Dixido de carbono (CO2)

0,033

Regio responsvel

pelas mudanas do

tempo

Troposfera

95% do ar

Absoro de raios

ultravioleta

Estratosfera

Ozonosfera

troposfera

De 0 a 10 km Contm 80 a 90% da massa total do ar e quase a totalidade do

vapor dgua

Sede dos movimentos convectivos e fenmenosmeteorolgicos e climticos

Camada aquecida pela radiao solar Temperatura decresce com a altitude (6oC/km) at a

tropopausa (9 km no polo, 12 km no equador) onde se estabiliza em torno de -60oC

300 hPa na tropopausa

estratosfera De 10 a 50 km Temperatura aumenta at 0oC por causa da absoro da

radiao solar pelo oznio.

Ozonosfera (escudo antirradiao)

mesosfera De 50 a 80 km Entre a estratopausa e a mesopausa Temperatura diminui at -80oC A concentrao de oznio diminui enquanto o CO2 tem um

papel importante no efeito estufa.

A maioria dos meteoros se vaporiza na mesosfera

termosfera Alm de 80 km Temperatura eleva-se e varia em

funo da atividade solar, influenciando assim, o climaterrestre

Sob a ao dos raios UV (fotodissociao e fotoionizaodo O2), sua temperatura atinge580oC a 200 km, 750oC a 750 km.

O limite externo da magnetosfera (onde se expressao magnetismo terrestre) marca o fim da atmosfera(magnetopausa a 50 000 km).

Circulao atmosfrica e zoneamentoclimtico O fluxo solar recebido no topo da atmosfera > no

equador do que nos polos

Reflexo > nos polos (alto albedo do gelo e da neve) do que no equador

Balano trmico resultante + (excedente) nas baixaslatitudes (

Se a Terra fosse imvel, a circulao atmosfrica ligadaaos desequilbrios trmicos latitudinais seria um simples sistema de conveco com ventos soprando do polo parao equador.

A fora de coriolis complica o sistema fragmentando as celulas de conveco em unidades menores:

Clulas de Hadley, de Ferrel e polares Os ventos ciclnicos (baixa presso) so desviados no

sentido inverso dos ponteiros de um relgio no hemisfrio N e no sentido horrio no hemisfrio S.

Resulta em um zoneamento de altas e baixas presses.

Os campos de presso atmosfrica e os ventos dominantes na superfcie organizam-se em faixaszonais relativamente paralelas linha do Equador.

Formao de clulas geradas pela repartio diferencial das fontes de energia e associadas aosmovimentos verticais (ascendncia/subsidncia) e horizontais da alta e baixa atmosfera.

Zona de divergncia polar

Ar frioe seco

Frentepolar

Cinturo deAlta PressoAr frio e seco

desertos

ZCITAr quentee mido

BP AP BP

alsiosVentos dooeste

Ventos doleste

A variao de presso do ar em superfciedecorre da distribuio de energia e de umidade.

Aquecimento do ar -> aumento energia cinticadas molculas -> expanso do ar -> diminuioda presso => reas de Baixa Presso

Resfriamento do ar -> movimentos cinticosreduzidos -> aumento da densidade do ar => reas de Alta Presso

Deslocamento do ar de AP para BP => VENTO (velocidade depende do gradiente de presso)

Atmosfera Camada gasosa de massa pequena e pouca espessura relativa

(1/100 do dimetro terrestre)

Capta a energia solar Promove a repartio da energia pela circulao dos fluidos Regula a temperatura Filtra os raios nocivos do Sol Umidifica a superficie terrestre (precipitaes) PERMITIU O DESENVOLVIMENTO DA VIDA NA SUPERFICIE

TERRESTRE

A densidade do ar decresce com o aumento da altitude As reaes dos gases constituintes com a radiao solar

explicam a estratificao trmica da atmosfera

CONTRIBUI PARA O FUNCIONAMENTO DO CICLO DA GUA

HIDROSFERA

A hidrosfera

70% da superfcie: planeta azul

Camada muito fina (0.024% da massa terrestre)

A gua: uma substncia nica Propriedades fisico-qumicas excepcionais devido a sua

estrutura que lhe conferem um papel importante namodificao e transferncia de elementos qumicos da litosfera bem como de energia.

Grande mobilidade da gua (baixa viscosidade, tamanhopequeno da molcula)

Excelente solvente: lixiviao dos continentes e transporte dos elementos dissolvidos.

Calor especfico elevado (quantidade de calor necessriopara elevar a temperatura de 1oC) papel fundamental no transporte de calor e regula a temperatura emsuperfcie

Calor latente de fuso e evaporao elevados papel natransferncia de calor na atmosfera

Densidade da gua (1 a 4oC) importante para a suspenso de partculas, seu transporte e deposio. A densidade do gelo < a densidade da gua, o que explica que o gelo flutua e que a guacongela a partir da superfcie.

A gua absorve fortemente a radiao IR, UV e transparente aoespectro visvel. O vapor dgua na atmosfera limita a entrada de IR e absorve UV (propriedades importante para a vida).

Onde e sob qual forma vamos encontrar gua na Terra?TERRA EXTERNA ROCHAS / MINERAIS

Molcula

livre

Liq/Sol/Vap

Oceano, Atmosfera,

Rios, Geleiras

gua livrePoros, Incluses

fluidos

Incorporada nos minerais na forma de

radical H2O ou OH-

Os reservatrios envolvidos no cicloATMOSFERA

OCEANO

CROSTA OCENICA

CROSTA CONTINENTAL

MANTO SUPERIOR

MANTO INFERIOR

CRIOSFERA HIDROSFERA

PRECIPITAO

EVAPORAO

Regulao do clima no planeta

E>P nos oceanos e E

Abundncia de gua na ZCIT e atmosferas quase secas nos polos

ZCIT: H2O>> + Radiao Solar>> = E>> (as nuvens mais espessas formam-se nos trpicos)

Quantidade de gua que percola atravs da litosfera = 0,3 a 5.1017 g/na: todas as massas ocenicas tero circulado pelos sistemas hidrotermais a cada 5 a 11 Ma.

Papel: transferncia de calor + alterao + aporte qumico aos oceanos

Hidrotermalismo: 7,2% do fluxo de calor mundial, 80% do fluxo trmico nas dorsais meso-ocenicas.

Hidratao das rochas da CO, hidratao de minerais.

Maior reserva de gua doce.

Papel: regulao do clima, nvel dos oceanos, salinidade da gua (circulao termo-halina), eroso mecnica dos continentes.

Papel: alterao qumica/mecnica dos continentes, fluxos de sedimentos para os oceanos, aporte de substncias qumicas para os oceanos, hidrlise dos minerais.

http://accessipcc.com/AR4-WG1-10.html

Degazagem

Abaixa a temperatura de fuso do manto

Reciclagem de gua no manto

SUBDUCO

Fluxos ciclo da gua

(fluxo expresso em 103 km3/ano)

A gua circula mais ou menos rapidamentenos reservatrios e entre os reservatrios.

Esta circulao da gua constitui o ciclo hidrolgico cujomotor a energia do Sol.

Etapa atmosfrica: inicia-se pela evaporao a partir das guas continentais e ocenicas. A atmosfera um reservatrio minsculo comparado ao oceano mas suagrande mobilidade e suas trocas permanentes com osreservatrios ocenicos e terrestres so fundamentais

Etapa continental: alimentada pela diferena entre as precipitaes mdias e a evaporao nos continentes.

O excedente de gua representa o principal agente de eroso e de transporte de matria dos continentes at as

bacias de sedimentao.

responsvel pela extrao de elementos qumicosconstituintes da litosfera e sua transferncia.

Participa tambm da gnese das

rochas sedimentares, da modelagem do

relevo da superfcie terrestre e dos

processos indispensveis para a vida.

BIOSFERAhttp://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=2669

Camada superficial terrestre que d suporte a vida. Esfera que inclui todos os organismos vivos, os respectivos

ambientes e suas interelaes.

Organizao da biosfera

As atividades de organismos influenciam as concentraes de gases na atmosfera e o ciclo de elementos no sistema Terra (ciclosbiogeoqumicos).

Os organismos contribuem para o intemperismo de rochas com a liberao de substncias qumicas, precipitam minerais emambientes de sedimentao.

O2 na atmosfera resultado do metabolismo de microrganismosfotossintticos que evoluram h bilhes de anos.

Bourotte C. Bourotte C.

Earth from orbit 2012 https://www.youtube.com/watch?v=sckOSMf-LpY

Earth from orbit 2013 https://www.youtube.com/watch?v=OVsqgBnYu9Q

Earth from orbit 2014 https://www.youtube.com/watch?v=2uL8LX4LmbA

EXERCICIO: Fazer o levantamento dos principais eventos marcantes da

dinmica interna e da dinmica externa de 2012 at hoje.

Trabalho em grupo (3 a 5 participantes). http://scijinks.jpl.nasa.gov/calendar/

Dinmica externaSlide Number 2componentesSlide Number 4Fontes de energiaSlide Number 6Balano trmico do sistema TerraSlide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11litosferarelevoSlide Number 14Western U.S. and Canada in natural color. Image made using data from the MISR instrument on the Terra satellite.The volcanic Galapagos Islands, active eruptions ongoing. Color-enhanced ASTER image, Terra satelliteWest Fjords, Iceland. Color-enhanced LandSat image.Namib Desert, Namibia, Africa. Color-enhanced LandSat imageMulti-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) image of the Great Barrier Reef.Slide Number 20atmosferaEvoluo da atmosferaA atmosfera csmicaSlide Number 24Slide Number 25A atmosfera redutoraSlide Number 27A formao da hidrosfera e suas consequnciasSlide Number 29A biosfera e a atmosfera oxidanteestromatlitosSlide Number 32Representative Archean stromatolites/microbial mats (for primary references, see Hofmann 2000 and Schopf 2006). (A-C) Stratiform and conical stromatolites from the 2985 Ma Insuzi Group, South Africa; PHOTO IN B COURTESY OF N.J. BEUKES. (D) Laterally linked, low-relief, stratiform to domical stromatolitic mats from the 3245 Ma Fig Tree Group of South Africa; PHOTO COURTESY OF D. R. LOWE. (E) Stratiform microbial mats from the 3320 Ma Kromberg Formation of South Africa. (F-H) Conical stromatolites from the 3388 Ma Strelley Pool Chert of Western Australia; scale in G = 20 cm; scale in H = 10 cm. (I) Domical and (J) stratiform stromatolites from the 3496 Ma Dresser Formation, Western Australia.Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Red BedsSlide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Composio e estrutura da atmosfera atualSlide Number 45Slide Number 46troposferaestratosferamesosferatermosferaCirculao atmosfrica e zoneamento climticoSlide Number 52Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57AtmosferahidrosferaA hidrosferaA gua: uma substncia nicaSlide Number 62Slide Number 63Slide Number 64Slide Number 65Onde e sob qual forma vamos encontrar gua na Terra?Slide Number 67Slide Number 68Os reservatrios envolvidos no cicloSlide Number 70Slide Number 71Slide Number 72Slide Number 73Slide Number 74Slide Number 75Slide Number 76Fluxos ciclo da guaSlide Number 78Slide Number 79Slide Number 80biosferaSlide Number 82Slide Number 83Slide Number 84