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Métodos de estudo da geosfera terrestre

Métodos diretos:

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Vulcanologia

Vulcanismo - Os fenómenos de vulcanismo constituem uma manifestação da

energia que existe na Terra.

Vulcanismo primário - Caracteriza-se pela ocorrência de erupções vulcânicas.

Vulcanismo secundário - Após o período activo, um vulcão entra na fase de

repouso, com manifestações secundárias ou formas atenuadas de vulcanismo.

Vulcão – Abertura na superfície da Terra, através da qual a lava (magma fundido

e parcialmente desgaseificado) e outros materiais são expelidos do interior da Terra.

Erupção vulcânica - Ascensão e desgaseificação de um magma que originará, em

consequência da sua consolidação, lavas e posteriormente rochas vulcânicas.

Tipos de erupções

Origem do magma - A astenosfera é uma zona do manto superior na qual se

verifica a fusão de uma pequena fracção de rocha devido aos valores de pressão e

temperatura. Esta fracção fundida, menos densa, tende a ascender e a concentrar-se

em câmaras magmáticas.

Magma - Material silicatado, total ou parcialmente fundido e provido de

mobilidade. Devido à sua mobilidade e temperatura, as rochas encaixantes (que

envolvem a câmara magmática) estão submetidas a enormes pressões. Quando o

limite de resistência é ultrapassado, os materiais rochosos encaixantes quebram e o

magma ascende até à superfície.

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Classificação dos magmas

Maior percentagem de sílica (>% de sílica) = ácidos ou graníticos

Menos percentagem de sílica (<% de sílica) = básicos ou basálticos

Caraterísticas dos magmas

Magmas graníticos:

Grande % de sílica;

Ácidos;

Viscosos;

Claros;

Ponto de fusão baixo;

Densidade baixa;

Formam piroclastos.

Magmas basálticos:

Pequena % de sílica;

Básicas;

Fluidos;

Escuros;

Ponto de fusão elevado;

Densidade elevada;

Forma lavas.

Tipos de materiais expelidos: Sólidos, líquidos e gasosos.

Sólidos ou piroclásticos:

Poeiras ou cinzas < 2 mm

Lapili ou bagacina 2-64 mm

Bombas ou blocos < 64 mm

Pedras-pomes

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Líquidos

Fluidos: Ricos em minerais ferromagnesianos

Viscosos: Ricos em sílica

Gasosos

Dióxido de carbono

Vapor de água

Monóxido de enxofre

Dióxido de enxofre

Cloretos

Ácido clorídrico

Tipos de actividade vulcânica – Explosiva, efusiva e mista.

Erupções explosivas - As lavas são muito viscosas, fluem com dificuldade e

impedem a libertação de gases, ocorrendo por isso, violentas explosões. Devido à sua

viscosidade, a lava, por vezes, não chega a derramar constituindo estruturas

arredondadas, chamadas domas ou cúpulas. Noutras situações a lava solidifica

mesmo dentro da chaminé, formando agulhas vulcânicas, que podem mais tarde

ficar a descoberto devido à erosão do cone. Nas erupções explosivas os cones são

essencialmente formados pela acumulação de piroclastos.

Erupções efusivas - O magma é fluído, a libertação de gases é fácil e a erupção é

calma, com derramamento de lava abundante a altíssima temperatura. A lava

desliza rapidamente, espalhando-se por grandes distâncias. Se os terrenos forem

planos, a lava pode cobrir grandes áreas, constituindo os mantos de lava. Se houver

declive acentuado, pode formar "rios" ou escoadas de lava, denominados correntes de

lava ou também escoadas lávicas. Os vulcões predominantemente efusivos, quando

formam cones, são baixos, pois a lava espalha-se por grandes superfícies. O

vulcanismo dos fundos oceânicos é do tipo efusivo.

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Erupções mistas - Assumem aspectos intermédios entre os descritos, observando-se

fases explosivas que alternam com fases efusivas. Nas erupções intermédias formam-

se cones mistos, em que alternam camadas de lava com camadas de piroclastos. As

explosões são explicadas pela entrada de água na chaminé ou na câmara

magmática, que devido às altas temperaturas, se vaporizou, originando uma grande

quantidade de água. Por essa razão, deu-se um aumento da pressão interior,

tornando a erupção periodicamente explosiva.

Tipos de lavas – Escoriáceas, encordoadas e “pillow lava”.

Escoriáceas - lavas fluidas que se deslocam lentamente. Após a sua solidificação

originam superfícies ásperas, rugosas e irregulares devido à perda rápida de gases.

Encordoadas - lavas muito fluidas que fluem sob uma crosta consolidada e que se

deslocam com grande facilidade. Após a sua solidificação originam superfícies lisas e

de aspecto semelhante a cordas.

Pillow lava - características das erupções submarinas, têm formas arredondadas

devido ao movimento das águas (parecidas com almofadas).

Vulcanismo secundário - Após o período activo, um vulcão entra na fase de

repouso, com manifestações secundárias ou formas atenuadas de vulcanismo nas suas

imediações.

Fumarolas - Emissão de produtos residuais gasosos.

Mofetas - Ricas em água e dióxido de carbono; temperatura mais baixa.

Sulfataras - Ricas em ácido sulfídrico que reage com o oxigénio, dando origem à

libertação de dióxido de carbono e à formação de depósitos de enxofre.

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Nascentes termais - Emanações ricas em água, dióxido de carbono e sais minerais.

Temperatura elevada. Origem profunda águas magmáticas ou juvenis águas

meteóricas.

Géiseres - Emanações de água a elevadas temperaturas. Repuxos intermitentes e

periódicos atingindo grandes altitudes.

Caldeira - Lago ou lagoa formado em consequência da subsidência (abatimento) e

colapso da cratera, devido ao esvaziamento parcial da câmara magmática.

Vulcanismo associado às placas tectónicas

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Hot spot

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Sismologia

Abalos premonitórios – Movimento brusco da crusta terrestre, de pequena duração e de fraca intensidade, que ocorre antes do sismo principal. Os abalos premonitórios, também designados preliminares, são, afinal, pequenos sismos que precedem o sismo principal, claramente mais intenso.

Réplicas – Sismos de menor intensidade que ocorrem após o sismo principal.

Hipocentro – Local no interior da Terra onde o sismo tem origem.

Epicentro – Local à superfície onde o sismo é sentido com maior intensidade, localiza-se na vertical do hipocentro (se for na crosta oceânica, dá-se um maremoto).

Fenómenos que estão na origem dos sismos

Naturais:

Movimentos tectónicos (são os mais frequentes e perigosos) Abatimento de terrenos

Fenómenos vulcânicos (o magma ao ascender poe provocar pequenos abalos sísmicos)

Artificiais:

Provocados pelas atividades humanas (enchimento de barragens, explosões em minas, pedreiras e outros, explosões nucleares)

“Por vezes os sismos artificiais são induzidos, para fins investigativos (usado

como método indirecto para estudar a geosfera terrestre).”

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Forças que desencadeiam sismos

Forças compressivas – Atuam sobre as rochas e tendem a reduzir o seu volume, podendo originar a sua fratura.

Forças distensivas – Atuam sobre as rochas e tendem a alongá-las ou a provocar-lhes fraturas.

Forças de cisalhamento – Provocam movimentos paralelos em sentidos opostos e tendem a fraturar rochas.

Natureza dos materiais:

Elástica – Após a aplicação da força os materiais retornam à sua forma inicial.

Plástica – Após a aplicação da força os materiais mantêm a sua deformação.

Rígida – Com a aplicação da força os materiais partem/fraturam.

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Se for ultrapassado o limite de elasticidade e plasticidade dos materiais, eles vão partir.

Comportamento dos materiais

Frágil – Sujeitos a tensões, os materiais tendem a partir facilmente. Este tipo de comportamento está associado a materiais de natureza rígida em condições de baixa temperatura e pressão e relaciona-se com a formação de falhas.

Dúctil – Sujeitos a tensões sofrem alterações permanentes de forma e/ou volume, sem chegarem a fraturar. Este tipo de comportamento está associado a materiais que adquirem uma natureza plástica em condições de temperatura e pressão mais elevadas e relaciona-se com a formação de dobras.

Ductilidade – Propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até ao momento da sua ruptura. Materiais que suportam pouca, ou nenhuma deformação são considerados materiais frágeis.

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Teoria do ressalto elástico

Tensões exercidas nas rochas provocam o acumular de energia potencial e a sua lenta deformação (o atrito e a resistência das rochas impede que ocorra já uma deslocação).

Ultrapassado o limite de resistência/ elasticidade/ plasticidade e o atrito dessas rochas (comportamento frágil) ocorre o ressalto dos blocos rochosos, os quais se irão movimentar de forma brusca.

A energia acumulada (por vezes durante séculos) é agora libertada (em parte sob a forma de calor, mas também sob a forma de ondas sísmicas que se propagam no interior da Terra).

A energia liberta-se em profundidade, mas atinge a superfície terrestre, porquê?

Porque as ondas sísmicas são o veículo de transmissão dessa energia.

A teoria do ressalto elástico foi estabelecida por H. F. Reid com base em estudos geodésicos que realizou após o sismo de 1906 em São Francisco, Califórnia, de um e do outro lado do segmento da falha de Santo André que sofreu ruptura durante este sismo (é bem evidente que ocorreu um deslocamento).

Sismo = Relaxamento do planeta

Vibração elástica de partículas dos materiais rochosos do globo terrestre originada pela libertação de energia acumulada.

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Sismos profundos e superficiais

Dificilmente sismos com epicentro num domínio continental apresentam um foco superior a 20 km de profundidade. Porquê?

É a partir dessa profundidade, com o acréscimo da temperatura, as rochas começam a assumir um comportamento mais dúctil. A não ser que se trate de um local de zona de subducção. Aí sim, e devido às enormes pressões, o ponto de fusão dos materiais rochosos é mais elevado e eles podem comportar-se como frágeis a uma maior profundidade.

As ondas sísmicas

Quando ocorre um sismo, a energia libertada a partir do hipocentro provoca a vibração elástica das partículas circundantes mais próximas, fazendo com que estas se desloquem (oscilam e voltam à posição inicial).

Este momento é depois transmitido partícula a partícula pelo interior da Terra, ocorrendo assim a sua propagação – ondas sísmicas.

Raio sísmico – Trajectória perpendicular à frente de onda.

Frentes de onda – Superfície que separa as partículas que já entraram em vibração daquelas que ainda estão estáticas (nessa superfície todos os pontos se encontram no mesmo estado de vibração).

Tipos de ondas sísmicas

Ondas profundas – Propagam-se no interior da Terra. São muito estudadas, o conhecimento da sua velocidade de propagação é que permite deduzir as diferentes propriedades dos materiais do interior da Terra, bem como a que profundidades essas diferenças se encontram. Ondas P e S.

Ondas superficiais – Propagam-se apenas à superfície da Terra. A chegada das ondas profundas à superfície desencadeia a formação deste tipo de ondas, que são mais lentas, responsáveis pela destruição, responsáveis pela destruição e se propagam a uma velocidade constante. Ondas L e R.

Os diferentes tipos de ondas sísmicas, distinguem-se:

Pelo tipo de movimento que provocam nas partículas; Pelos locais onde se propagam; Pela sua velocidade.

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Ondas P – (ondas primárias, longitudinais ou compressivas)

São as primeiras a serem registadas pelos sismógrafos;

São as mais rápidas; Provocam nas partículas

dos materiais rochosos uma vibração paralela à direcção de propagação;

A sua passagem provoca alternadamente movimentos de compressão e distensão, ocorrendo variação do volume;

A sua velocidade varia com a densidade e rigidez dos materiais atravessados;

Propagam-se em meios sólidos, líquidos e gasosos.

Ondas S – (ondas secundárias ou transversais)

São registadas pelos sismógrafos alguns instantes após a chegada das ondas P;

São mais lentas que as ondas P; Provocam nas partículas dos

materiais rochosos uma vibração perpendicular à direcção de propagação;

A sua passagem provoca mudanças na forma do material (deformação), no entanto, sem ocorrer variação do volume;

A sua velocidade varia com a densidade e rigidez dos materiais atravessados;

Só se propagam em meios sólidos.

A – Ondas P

B – Ondas S

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Ondas superficiais

Ao atingirem a superfície, as ondas P e S interferem com ela e originam as ondas de superfície – estas caracterizam-se por apresentarem uma grande amplitude e, por isso são as que causam maiores prejuízos.

Ondas R

As partículas manifestam movimentos circulares (retrógrados) num plano perpendicular à propagação da onda;

São lentas, apresentam grande amplitude e uma velocidade constante.

Ondas L

As partículas movem-se em “zig-zag” (horizontalmente e perpendicular à propagação da onda);

São lentas, apresentam grande amplitude e uma velocidade constante.

Como é possível saber-se que as ondas P se propagam em meios sólidos, líquidos e gasosos?

Geram-se ondas de natureza sísmica em laboratório, às quais se submetem diferentes tipos de rochas em diferentes estados físicos. Regista-se a velocidade das ondas e compara-se depois com a velocidade real das ondas no interior da Terra (através da análise de sismogramas). Assim e indirectamente, conhece-se o interior do planeta Terra.

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Propriedades das ondas – (geral) Amplitude – Distância máxima de afastamento de uma partícula em relação à sua posição em repouso.

Período – Tempo que decorre entre uma oscilação completa.

Frequência – Número de oscilações num dado período de tempo.

Estudo de ondas sísmicas

Num sismograma nunca aparece uma linha perfeitamente reta, é que existe “barulho/ ruído de fundo” – agitação industrial, circulação de automóveis, etc… Todas estas vibrações ficam registadas.

Existem vários tipos de sismógrafos:

Verticais; Horizontais (N-S) e (E-W).

Baixa amplitude. Menos destrutivas que as ondas S ou de superfície.

As ondas S têm uma amplitude superior às ondas P.

As ondas superficiais têm uma grande amplitude e são de longa duração.

Destru

tivas

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Variação do tempo de chegada das ondas sísmicas e a sua relação com a distância ao epicentro

Quanto mais distante do epicentro, maior é o atraso verificado entre a chegada das ondas P, em relação às ondas S. Porquê?

Sendo as ondas S mais lentas, quanto mais distante do epicentro se localiza uma estação sismográfica mais se acentua esta diferença de tempo.

É este atraso nos tempos de chegada entre as ondas P e S que permite determinar a distância epicentral (distância da estação sismográfica ao epicentro). Basta recorrer a gráficos padrão de tempo-distância.

Maior atraso Maior distância ao epicentro

Para conhecer a localização do epicentro, e não a distância ao epicentro. Para isso precisamos de 3 ou mais estações sismográficas

Velocidade de propagação das ondas sísmicas no interior da Terra

Se a Terra fosse uma esfera homogénea, ou seja, se a composição e propriedades físicas dos materiais fossem idênticas em qualquer ponto do Globo, a velocidade das ondas sísmicas devia manter-se constante em qualquer direcção e as trajectórias dos raios sísmicos seriam retas.

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Se a velocidade de propagação das ondas sísmicas é tanto maior quanto mais profundamente elas mergulham, tem de concluir-se que a rigidez aumenta muito mais com a profundidade do que a densidade.

Por que motivo as trajectórias dos raios sísmicos através da Terra são curvilíneas?

Se considerarmos vários meios em que haja um aumento regular da velocidade com a profundidade o trajeto dos vários raios sísmicos, através desses meios, terá a concavidade virada para a superfície em virtude de a série de refracções dar origem a ondas com a concavidade voltada para cima.

Descontinuidade – Superfície que separa meios com propriedades físicas diferentes.

1 - Como se explica que a estação A receba apenas um conjunto de ondas P e S?

2 - Relacione a informação dada por Mohorovicic com os dados dos esquemas.

3 - Que caraterísticas dos materiais podem explicar o diferente comportamento dos dois conjuntos de ondas P e S, registados em determinadas estações.

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1 – Conhecendo exactamente a distância epicentral, bem como o momento preciso em que ocorreu o sismo, Mohorovicic pensou que um grupo de ondas P e S seguiu um caminho mais direto entre o foco e a estação com a velocidade prevista, correspondente à velocidade calculada pela crosta.

2 – Um grupo de ondas P e S seguiu um caminho mais direto entre o foco e a estação. Outro grupo de ondas devia ter encontrado um meio com rigidez e outras caraterísticas físicas diferentes e teria desviado a trajectória e modificado a velocidade das ondas. Este último grupo devia ter sido refratado no interior da Terra, a sua velocidade aumentou tendo chegado à estação C antes das ondas do primeiro grupo.

3 – Às estações localizadas até 200 km do epicentro só chegam as ondas que se propagam através da crosta, com uma velocidade mais baixa. As estações localizadas entre 200 e 800 km dois tipos de ondas P e dois tipos de ondas S: as ondas propagadas na crosta e ondas refratadas no manto, que chegam mais cedo, pois atingem maior velocidade. Estações localizadas a maiores distâncias apenas recebem ondas refratadas no manto. Os meios apresentam densidade e rigidez diferentes.

Descontinuidade de Mohorovicic

Presumiu que existia um limite que define a transição entre a crosta e o manto. Atualmente designa-se por descontinuidade de Mohorovicic ou descontinuidade de Moho. Esta descontinuidade situa-se a profundidades entre os 5 a 10 km nas placas oceânicas e os 35 a 70 km nas placas continentais.

A maior velocidade das ondas sísmicas nas placas oceânicas é explicada pelo facto de serem formadas por rochas basálticas maís rígidas do que as rochas graníticas que compõem os continentes.

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Zona de baixas velocidades

1 – A partir da descontinuidade de Moho a velocidade das ondas aumenta, começando a diminuir a partir dos 100 km.

2 – Entre os 100 e os 210 km a velocidade das ondas diminui, voltam a partir daí a aumentar lentamente.

3 – A zona de baixa velocidade deve justificar-se pela mudança de estado físico da matéria que constitui a zona em questão. Será uma zona pouco rígida, mais plástica.

4 – Um dos pontos da teoria da tectónica de placas assenta no facto das placas flutuarem sob uma zona mais plástica, a astenosfera, o que corresponderá à zona de baixas velocidades

1 – As ondas sísmicas sofrem refracção e descontinuidade entre o meio I e o meio II.

2 – As ondas terão passado por um meio mais rígido, pelo que a velocidade de propagação das ondas aumentou.

3 – Pelo facto de a velocidade de propagação aumentar, pode-se inferir que o meio II é mais rígido do que o meio I.