Sumário

1Entendendo a Terra: Uma Introdução à Geologia Física 1Introdução 2O que é geologia? 3

GEOFOCO 1.1: O mar de Aral 5A GEOLOGIA E A EXPERIÊNCIA HUMANA 7COMO A GEOLOGIA AFETA O NOSSO DIA-A-DIA 7

Fenômenos naturais 7Economia e política 8 Nosso papel como tomadoresde decisão 8Consumidores e cidadãos 8Desenvolvimento sustentável 9

QUESTÕES GEOLÓGICAS GLOBAIS E AMBIENTAIS 9A ORIGEM DO SISTEMA SOLAR E A FORMAÇÃO DA TERRA PRIMITIVA 11A TERRA COMO UM PLANETA DINÂMICO 13GEOLOGIA E A FORMULAÇÃO DE TEORIAS 14TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACAS 15O CICLO DAS ROCHAS 17

Grupos de rochas 18O ciclo das rochas e a tectônica de placas 19

TEMPO GEOLÓGICO E UNIFORMITARISMO 19COMO O ESTUDO DA GEOLOGIA NOS BENEFICIA 22

2Tectônica de Placas: Uma Teoria Unifi cadora 23Introdução 24IDÉIAS INICIAIS SOBRE A DERIVA CONTINENTAL 24

Edward Suess e a Flora Glossopteris 25Alfred Wegener e a hipótese da deriva

continental 25EVIDÊNCIAS DA DERIVA CONTINENTAL 26

Ajuste continental 26 Semelhanças das seqüências das rochas e cadeias de montanhas 26Evidência glacial 27Evidência dos fósseis 28

CONEXÕES CULTURAIS: A luta pelo progresso científi co 30

Paleomagnetismo e deslocamento polar 30

REVERSÕES MAGNÉTICAS RELACIONADAS À EXPANSÃO DO ASSOALHO OCEÂNICO 32TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACAS 35

O ciclo do supercontinente 36TRÊS TIPOS DE LIMITES DE PLACAS 37

Limites divergentes 37Limites convergentes 39Limites transformantes 41

O MOVIMENTO DAS PLACAS E O MODO DE DESLOCAMENTO 42

Geologia_iniciais_H.indd VGeologia_iniciais_H.indd V 1/15/09 6:42:41 PM1/15/09 6:42:41 PM

VI FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Deslocamento relativo e velocidade média 43Deslocamento absoluto 44

O MECANISMO QUE DIRECIONA A PLACA TECTÔNICA 45TECTÔNICA E RECURSOS NATURAIS 46

GEOFOCO 2.1: Petróleo, placa tectônica e política 47

3Minerais: Os Constituintes Rochosos 49Introdução 50MATÉRIA SÓLIDA 50

Elementos e átomos 50Ligações e compostos 53

INICIANDO COM OS MINERAIS 55 Substâncias que ocorrem na natureza e são inorgânicas 56Minerais cristalinos 56Composição química dos minerais 56

GEOFOCO 3.1: Ouro e prata 57Propriedades físicas dos minerais 59

A MULTIPLICIDADE DOS MINERAIS 59GRUPOS MINERAIS 59

Os silicatos 61Outros grupos mineralógicos 63

IDENTIFICAÇÃO DOS MINERAIS 64Cor e brilho 64Formas do cristal 65Clivagem e fratura 65Dureza 66Peso específi co 67Outras propriedades minerais úteis 67

ONDE E COMO SE FORMAM OS MINERAIS 68OS MINERAIS FORMADORES DAS ROCHAS 68

CONEXÕES CULTURAIS: A história humana e os minerais 69

RECURSOS E RESERVAS MINERAIS 70

4Rochas Ígneas e Atividade Ígnea Intrusivas 73Introdução 74 AS PROPRIEDADES E O COMPORTAMENTO DO MAGMA E DA LAVA 74

Composição do magma 75Temperaturas do magma e lava 75Viscosidade – resistência ao fl uxo 76

COMO O MAGMA SE ORIGINA E SE MODIFICA 77

Séries de reação de Bowen 77 A origem do magma nas cadeias de espalhamento 79 Zonas de subducção e a origem do magma 80 Processos que resultam em mudanças químicas no magma 81

CARACTERÍSTICAS DAS ROCHAS ÍGNEAS 82Textura de rochas ígneas 83

CONEXÕES CULTURAIS: Como o inferno ajudou os primórdios da ciência na Terra 84

A composição das rochas ígneas 85Classifi cação das rochas ígneas 86

GEOFOCO 4.1: Rocha pequena, grande história 90

OS CORPOS INTRUSIVOS ÍGNEOS − OS PLÚTONS – CARACTERÍSTICAS E ORIGEM 92

Diques e soleiras 92Lacólitos 93Pipes vulcânicos e necks 93Batólitos e stocks 93

COMO OS BATÓLITOS SÃO COLOCADOS NA CROSTA TERRESTRE 94

Geologia_iniciais_H.indd VIGeologia_iniciais_H.indd VI 1/15/09 6:42:42 PM1/15/09 6:42:42 PM

5Vulcanismo e Vulcões 97Introdução 98VULCANISMO 98

CONEXÕES CULTURAIS:Os vulcões moldam a história romana 99Gases vulcânicos 100Fluxos de lava 102Materiais piroclásticos 103

TIPOS DE VULCÕES 104Vulcões-escudos 106Cones de cinzas 107Vulcões compostos 108Domos de lava 109

OUTROS TIPOS DE VULCÕES 110GEOFOCO 5.1: Erupções dos

vulcões da cadeia de Cascades 111Erupções fi ssurais e platôs basálticos 112Depósitos de lençóis piroclásticos 113

TAMANHO E DURAÇÃO DAS ERUPÇÕES 114PREDIZENDO AS ERUPÇÕES 115DISTRIBUIÇÃO DE VULCÕES 117TECTÔNICA DE PLACAS, VULCÕES E PLÚTONS 118

Limites divergentes de placa e atividades ígneas 119 Atividade ígnea em limites convergentes de placa 119Vulcanismo intraplaca 120

6Intemperismo, Erosão e Solo 121Introdução 122INTEMPERISMO MECÂNICO 123

Ação do congelamento 123Liberação da pressão 123Expansão e contração termal 124Organismos e intemperismo mecânico 125

INTEMPERISMO QUÍMICO – DECOMPOSIÇÃO DOS MATERIAIS DA TERRA 125

Solução 125Oxidação 127Hidrólise 128

VELOCIDADE DO INTEMPERISMO QUÍMICO 128

O tamanho da partícula e a velocidade do intemperismo químico 129Clima e intemperismo químico 129A importância do material parental 130

COMPOSIÇÃO DO SOLO 130GEOFOCO 6.1:

Industrialização e chuva ácida 131O PERFIL DO SOLO 133FATORES NA FORMAÇÃO DO SOLO 135

Clima e solo 135Material parental 136Atividades dos organismos 136 A confi guração da Terra – relevo e encosta 137Tempo 137

CONEXÕES CULTURAIS: A revolução agrícola 138

DEGRADAÇÃO DO SOLO 139INTEMPERISMO E RECURSOS NATURAIS 141

7Sedimentos e Rochas Sedimentares 143Introdução 144TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DOS SEDIMENTOS 145DO SEDIMENTO À ROCHA SEDIMENTAR 146TIPOS DE ROCHAS SEDIMENTARES 147

Rochas sedimentares detríticas 148 Rochas sedimentares químicas e bioquímicas 150

FÁCIES SEDIMENTARES 151CONEXÕES CULTURAIS:

O tempo geológico 153

VIIWICANDER • MONROE

Geologia_iniciais_H.indd VIIGeologia_iniciais_H.indd VII 1/15/09 6:42:43 PM1/15/09 6:42:43 PM

VIII FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

LENDO A HISTÓRIA NAS ROCHAS SEDIMENTARES 154

Estruturas sedimentares 155GEOFOCO 7.1: Leão de arenito 158

Fósseis 159 Determinando o ambiente deposicional 160

RECURSOS EM SEDIMENTOS E ROCHAS SEDIMENTARES 161

Petróleo e gás natural 162Formação de ferro em camadas 163

8Metamorfi smo e Rochas Metamórfi cas 165Introdução 166OS AGENTES DO METAMORFISMO 166

Calor 167Pressão 168Atividade do fl uido 168

OS TRÊS TIPOS DE METAMORFISMO 169Metamorfi smo de contato 169

CONEXÕES CULTURAIS: A face real do método científi co 170

Metamorfi smo dinâmico 172Metamorfi smo regional 173

A CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS METAMÓRFICAS 175

Rochas metamórfi cas foliadas 175GEOFOCO 8.1: Começando com

uma ardósia limpa 177Rochas metamórfi cas não-foliadas 178

ZONAS METAMÓRFICAS 179METAMORFISMO E TECTÔNICA DE PLACAS 180METAMORFISMO E RECURSOS NATURAIS 182

9Terremotos e o Interior da Terra 183Introdução 184A TEORIA DO REBOTE ELÁSTICO 185SISMOLOGIA 186ONDE OCORREM OS TERREMOTOS 188ONDAS SÍSMICAS 189

Ondas internas 189Ondas de superfície 190

COMO É LOCALIZADO O EPICENTRO DE UM TERREMOTO 191TAMANHO E FORÇA DE UM TERREMOTO 191

Intensidade 192Magnitude 193

EFEITOS DOS TERREMOTOS 195Tremor de terra 196

GEOFOCO 9.1: Projetando estruturas resistentes aos terremotos 197

Fogo 199Tsunami: ondas assassinas 199Rachaduras no chão 200

PREDIZENDO TERREMOTOS 200Precursores do terremoto 201 Programas de previsão de terremotos 202

CONEXÕES CULTURAIS: Reagindo aos terremotos 203

OS TERREMOTOS PODEM SER CONTROLADOS? 204INTERIOR DA TERRA 206

Comportamento das ondas sísmicas 207O núcleo 207O manto 209Tomografi a sísmica 210A crosta 211

O CALOR INTERNO DA TERRA 212

Geologia_iniciais_H.indd VIIIGeologia_iniciais_H.indd VIII 1/15/09 6:42:43 PM1/15/09 6:42:43 PM

10Deformação e Formação de Montanhas 213Introdução 214DEFORMAÇÃO DAS ROCHAS 215DIREÇÃO E MERGULHO – DETERMINANDO A ORIENTAÇÃO DAS CAMADAS ROCHOSAS 217DEFORMAÇÃO E ESTRUTURAS GEOLÓGICAS 218

Camadas de rocha dobradas 218Juntas 222Falhas 223

GEOFOCO 10.1: Mapas geológicos – construção e usos 227

DEFORMAÇÃO E A ORIGEM DAS MONTANHAS 229

Defi nição de montanha 230Tipos de montanhas 230

TECTÔNICA DE PLACAS E A ORIGEM DAS MONTANHAS 231

Limites de placas e formação de montanhas 232Terrenos suspeitos e a origem das

montanhas 235CROSTA CONTINENTAL DA TERRA 236

Continentes fl utuantes? 237O princípio da isostasia 237Rebote isostático 239

11Movimento Gravitacional de Massa 241Introdução 242FATORES QUE AFETAM A MOVIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL DE MASSA 243

Declividade da encosta 244Intemperismo e clima 245

Conteúdo de água 245Vegetação 246Sobrecarga 246

GEOFOCO 11.1: A tragédia em Aberfan, Gales 247

Geologia e estabilidade da encosta 248Mecanismos de desencadeamento 249

TIPOS DE MOVIMENTO GRAVITACIONAL DE MASSA 249

Quedas 250Escorregamento 251Corridas de massa 254Movimentos complexos 257

RECONHECENDO E MINIMIZANDO OS EFEITOS DOS MOVIMENTOS DE MASSA 259

12Água Corrente 263Introdução 264O CICLO HIDROLÓGICO 265ÁGUA CORRENTE 266

Fluxo laminar e fl uxo de canal 266Gradiente, velocidade e vazão 266

GEOFOCO 12.1: Represas, reservatórios e energia hidrelétrica 267

COMO A ÁGUA CORRENTE PROVOCA EROSÃO E TRANSPORTA SEDIMENTOS 270DEPOSIÇÃO POR ÁGUA CORRENTE 271

Depósitos de canais entrelaçados e canais de meandros 273Depósitos em planície de inundação 274Deltas 274Leques aluviais 276

BACIAS DE DRENAGEM E PADRÕES DE DRENAGEM 273

CONEXÕES CULTURAIS: Histórias de enchentes ao redor do mundo 279

NÍVEL DE BASE 283RIOS EM EQUILÍBRIO 283EVOLUÇÃO DO VALE 284

IXWICANDER • MONROE

Geologia_iniciais_H.indd IXGeologia_iniciais_H.indd IX 1/15/09 6:42:43 PM1/15/09 6:42:43 PM

X FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Estágios na formação de vales e correntes 284Terraços de corrente 283Meandros encaixantes 287

13Água Subterrânea 289Introdução 290ÁGUA SUBTERRÂNEA E CICLO HIDROLÓGICO 290COMO OS MATERIAIS DA TERRA ABSORVEM ÁGUA 290O LENÇOL FREÁTICO 292COMO SE MOVIMENTA A ÁGUA SUBTERRÂNEA 293FONTES, POÇOS DE ÁGUA E SISTEMAS ARTESIANOS 293

Fontes 293Poços 295Sistemas artesianos 295

COMO A ÁGUA SUBTERRÂNEA PODE ERODIR E DEPOSITAR MATERIAL 296

CONEXÕES CULTURAIS: Hidroscopia 297

Dolinas e topografi a cárstica 298Grutas e depósitos em grutas 300

COMO OS HOMENS ALTERAM O SISTEMA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA 303

Rebaixamento do lençol freático 303Invasão de água salgada 305Subsidência 305 Contaminação da água subterrânea 306Qualidade da água subterrânea 308

GEOFOCO 13.1: Arsenic and Old Lace 309

ATIVIDADE HIDROTERMAL E ÁGUA SUBTERRÂNEA 311

Águas termais 311Gêiseres 312Energia geotermal 313

14Geleiras e Glaciação 315Introdução 316GELEIRAS – PARTE DO CICLO HIDROLÓGICO 317COMO AS GELEIRAS SE FORMAM E SE MOVEM 318TIPOS DE GELEIRAS 319

Geleiras de vale 319Geleiras continentais 320

ACUMULAÇÃO E PERDA − O BALANÇO GLACIAL 320

CONEXÕES CULTURAIS: O Homem do Gelo 321

MOVIMENTO GLACIAL 323EROSÃO E TRANSPORTE PELAS GELEIRAS 324

Erosão pelas geleiras de vale 325GEOFOCO 14.1: Geleiras em

parques nacionais 327 Geleiras continentais e formações erosionais 330

DEPÓSITOS GLACIAIS 331Formações compostas por till 332Formações compostas de

drift estratifi cado 334Depósitos em lagos glaciais 336

CAUSAS DAS ERAS GLACIAIS 338A teoria de Milankovitch 339Eventos climáticos de curto prazo 340

15O Trabalho do Vento e os Desertos 341Introdução 342COMO O VENTO TRANSPORTA SEDIMENTOS 342

Carga de fundo 342

Geologia_iniciais_H.indd XGeologia_iniciais_H.indd X 1/15/09 6:42:44 PM1/15/09 6:42:44 PM

Carga suspensa 343COMO O VENTO ERODE AS FORMAÇÕES TERRESTRES 343

Abrasão 344Defl ação 344

TIPOS DE DEPÓSITOS DE VENTO 345Formação e migração de dunas 345Tipos de dunas 347Loess 349

CINTURÕES DE PRESSÃO DE AR E PADRÕES DE VENTO GLOBAL 349LOCALIZAÇÃO DOS DESERTOS 350CARACTERÍSTICAS DOS DESERTOS 352

Temperatura e vegetação 352Intemperismo e solos 352

GEOFOCO 15.1: Descarte do lixo radiativo: seguro ou desolador? 353

Dispersão de massa, água corrente superfi cial e água subterrânea 355

CONEXÕES CULTURAIS: Vivendo no deserto 356

Vento 357TIPOS DE FORMAÇÕES NOS DESERTOS 357

16O Assoalho Oceânico, o Litoral e os Processos Litorâneos 359Introdução 360EXPLORAÇÃO DOS OCEANOS 360CARACTERÍSTICAS DO ASSOALHO OCEÂNICO 361

Margens continentais 362Bacias do fundo do oceano 364

SEDIMENTOS E RECIFES DO FUNDO DO MAR 366O LITORAL E OS PROCESSOS LITORÂNEOS 367

Marés 369Ondas 370

GEOFOCO 16.1: Energia dos oceanos 371

Correntes próximas ao litoral 374DEPOSIÇÃO AO LONGO DA LINHA COSTEIRA 376

Praias 376 Restingas, barreiras na entrada das baías e tômbolos 378Ilhas de barreira 378O balanço do sedimento

perto da costa 379EROSÃO DAS LINHAS COSTEIRAS 381TIPOS DE COSTAS 382

Costas deposicionais e erosionais 382Costas submergentes e emergentes 383

RECURSOS DO MAR 384

17Tempo Geológico: Conceitos e Princípios 387Introdução 388A ORIGEM DO CONCEITO DE TEMPO GEOLÓGICO 389AS CONTRIBUIÇÕES DE JAMES HUTTON 389MÉTODOS DE DATAÇÃO RELATIVA 390

Princípios fundamentais da datação relativa 390

CONEXÕES CULTURAIS: Idade da Terra e tradições cristãs 391

Discordâncias 394A CORRELAÇÃO DAS UNIDADES DE ROCHA 398MÉTODOS DE DATAÇÃO ABSOLUTA 400

Decaimento radioativo e meias-vidas 400GEOFOCO 17.1: Radônio:

o assassino silencioso 401Fontes da incerteza 403 Pares de isótopos radioativos de longa vida 405Método de datação carbono 14 406

COMO A ESCALA DO TEMPO GEOLÓGICO FOI DESENVOLVIDA 407

XIWICANDER • MONROE

Geologia_iniciais_I.indd XIGeologia_iniciais_I.indd XI 1/16/09 5:47:22 PM1/16/09 5:47:22 PM

XII FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

18História da Terra 409Introdução 410HISTÓRIA PRÉ-CAMBRIANA DA TERRA 410

A origem e a evolução dos continentes 411Escudos, plataformas e crátons 412História arqueana da Terra 413História proterozóica da Terra 414

A GEOGRAFIA PALEOZÓICA DA TERRA 417EVOLUÇÃO PALEOZÓICA DA AMÉRICA DO NORTE 421

A seqüência Sauk 421A seqüência Tippecanoe 421A seqüência Kaskaskia 422A seqüência Absaroka 422

A HISTÓRIA DOS CINTURÕES MÓVEIS PALEOZÓICOS 425

O cinturão móvel Apalachiano 426O cinturão móvel Cordilheirano 427O cinturão móvel Ouachita 428

O PAPEL DAS MICROPLACAS 429O ROMPIMENTO DO PANGÉIA 429A HISTÓRIA MESOZÓICA DA AMÉRICA DO NORTE 430

Região da Costa Leste 430Região costeira do Golfo 432Região Oeste 433

HISTÓRIA DA TERRA NO CENOZÓICO 437GEOFOCO 18.1: Parque Nacional

da Floresta Petrifi cada 438 Tectônica de placas e orogenia Cenozóica 439A Cordilheira Norte-Americana 440 O interior do continente e a planície da costa do Golfo 442Leste da América do Norte 443Glaciação do Pleistoceno 444

19História da Vida 447

Introdução 448HISTÓRIA DA VIDA PRÉ-CAMBRIANA 448VIDA PALEOZÓICA 451Invertebrados marinhos 451A extinção em massa do Permiano 453Vertebrados 454Plantas 456VIDA MESOZÓICA 457Invertebrados marinhos 457A diversifi cação dos répteis 458

GEOFOCO 19.1: Comportamento do dinossauro 461

Pássaros 466Mamíferos 467Plantas 468Extinção em massa do Cretáceo 469HISTÓRIA DA VIDA NO CENOZÓICO 470Invertebrados marinhos e fi toplâncton 470Diversifi cação dos mamíferos 470Mamíferos cenozóicos 471Faunas do Pleistoceno 473Evolução dos primatas 474

CONEXÕES CULTURAIS: As lições da história da Terra 477

Apêndices

A: Tabela de Conversão do Sistema Inglês para o Sistema Métrico 479

B: Tabela Períodica dos Elementos 480

Glossário 482

Índice 492

Geologia_iniciais_I.indd XIIGeologia_iniciais_I.indd XII 1/16/09 5:47:23 PM1/16/09 5:47:23 PM

Prefácio

A Terra é um planeta dinâmico, em contínua evolução no decorrer de seus 4,6 bilhões de anos de existência. Seu tamanho, formato e a distribuição geográfi ca de seus continentes e bacias oceânicas têm mudado ao longo do tempo, assim como sua atmosfera e sua biota. Por outro lado, uma consciência cada vez mais apurada da fragilidade do planeta e de como são interdependentes os seus vários sistemas têm norteado ações globais contra a poluição do meio ambiente e o cuidado com os recursos naturais da Terra, que são limitados e, em muitos casos, não-renováveis. Portanto, o estudo geológico é um dos mais importantes cursos de graduação que um estudante pode escolher.

Considerando esses aspectos, este livro – Fundamentos de Geologia – é um texto introdu-tório para os cursos de Geologia ou Ciências da Terra em geral, e foi escrito tendo em mente os estudantes. Um dos problemas de qualquer curso introdutório de ciências da Terra é que os estudantes estão assoberbados por um montante de matérias que não parecem estar vinculadas a nenhum tema unifi cador, nem são relevantes para as suas futuras carreiras profi ssionais.

Assim, os objetivos deste livro são os de oferecer aos estudantes uma compreensão básica da geologia e seus processos e, principalmente, um entendimento de como a geologia se relaciona com a experiência humana, já que ela afeta não somente os indivíduos, mas toda a sociedade. Portanto, para dar aos estudantes uma visão geral do assunto e lhes permitir ver como os vários sistemas da Terra são inter-relacionados, apresentamos os principais temas do livro no primeiro capítulo. Tam-bém entremeamos os aspectos econômicos e ambientais da geologia por todo o livro, em vez de tratar esses tópicos em capítulos separados. Dessa maneira, os estudantes podem ver, por meio de exemplos interessantes e relevantes, como a geologia causa impacto em nossas vidas.

ASPECTOS DA PRIMEIRA EDIÇÃO EM PORTUGUÊS

primeira edição em português é a versão da quarta edição norte-americana, que sofreu considerável atualização e revisão e traz um elevado nível de informações atuais e novas ilustrações. A partir dos comentários e sugestões dos revisores técni-

cos, incorporamos novos aspectos nesta edição, inclusive, exemplos brasileiros.Em primeiro lugar, entre os novos aspectos estão as Conexões Culturais, que ajudam

os estudantes, especialmente aqueles de outros ramos da ciência, a visualizar a interação da geologia com outras matérias do seu currículo. Para isso, contamos com a colaboração do Dr. E. Kirsten Peters, especialista em história e fi losofi a da ciência. Os tópicos das Conexões

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XIV FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Culturais incluem, por exemplo, a origem dos nomes dos minerais no mundo antigo; os anta-gonismos que se desdobram quando o método científi co é expresso; o confl ito entre uma parte pequena, mas expressiva, da Igreja cristã e os geólogos a respeito da idade e da história da Terra, entre outros.

Esta edição também inclui atualizações em cada um de seus capítulos. O recente “tsu-nami” no Oceano Índico, por exemplo, é discutido no texto.

A nova redação e as atualizações feitas no texto, assim como a adição de novas ilustra-ções, enriquecem esta edição, tornando-a mais fácil de ler e entender e, por conseguinte, uma ferramenta de ensino mais efetiva.

ORGANIZAÇÃO DO TEXTO

teoria da tectônica de placas é o tema unificador da geologia e, também, deste livro. Essa teoria revolucionou a geologia ao fornecer uma perspectiva global da Terra, permitindo aos geólogos tratarem muitos fenômenos geológicos, aparentemente

não relacionados entre si, como partes de um sistema planetário único. Por ser tão importante, a teoria da tectônica de placas é esmiuçada no Capítulo 2 e retomada, na maioria dos capítulos subseqüentes, sob a ótica do tema fundamental em curso.

Outro tema que permeia este livro é a complexidade e dinâmica do planeta, que tem mudado a face da Terra, constantemente, desde sua origem, há cerca de 4,6 bilhões de anos. Podemos entender melhor essa complexidade usando uma abordagem de sistemas no estudo da Terra. Como mencionado anteriormente, ampliamos a seção sobre os Sistemas Terrestres no Capítulo 1, e essa abordagem está enfatizada ao longo de todo o livro.

Por outro lado, organizamos informalmente os capítulos deste livro em várias categorias. O Capítulo 1, por exemplo, é uma introdução à geologia e aos sistemas geológicos da Terra, sua relevância para a experiência humana, a teoria da tectônica de placas, o ciclo das rochas, os períodos geológicos e o uniformitarismo, a origem do sistema solar e da Terra. O Capítulo 2 trata da tectônica de placas, enquanto os Capítulos 3–8 examinam os materiais da Terra (minerais e rochas ígneas, sedimentares e metamórfi cas) e os processos geológicos associados a eles, incluindo o papel da tectônica de placas na origem e distribuição desses materiais na crosta terrestre. Os Capítulos 9 e 10 tratam dos tópicos relacionados ao interior da Terra, terre-motos, deformação da crosta terrestre e formação das montanhas. Os Capítulos 11–16 cobrem os processos da superfície da Terra, e o Capítulo 17 discute os períodos geológicos, incluindo os vários métodos para datação geocronológica, e explica como as rochas são correlacionadas geologicamente. Os Capítulos 18 e 19 oferecem uma visão geral da história geológica da Terra e sua biota.

Acreditamos que esse ordenamento informal dos temas funcionará bem para a maioria dos estudantes de geologia e de ciências da Terra. Sabemos, entretanto, que muitos professo-res podem preferir um ordenamento inteiramente diferente, dependendo da ênfase de cada um desses temas em seus cursos. No entanto, seja qual for a opção escolhida, os capítulos deste livro foram escritos de forma independente para que os interessados disponham deles na ordem que melhor se ajuste às suas necessidades.

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Geologia_iniciais_H.indd XIVGeologia_iniciais_H.indd XIV 1/15/09 6:42:45 PM1/15/09 6:42:45 PM

Entendendo a Terra: Uma Introdução à Geologia Física

1C A P Í T U L O O B J E T I V O SAo fi nal deste capítulo, você terá aprendido que:

1 A Terra é um sistema complexo e integrado;

2 A geologia é o estudo da Terra em todas as suas dimensões físi-cas e biológicas;

3 A geologia não somente desem-penha um papel importante na experiência humana, mas tam-bém nos afeta como indivíduos e membros da sociedade;

4 O sistema solar e os planetas evoluíram de uma nuvem turbu-lenta e giratória de material que circundava o Sol embrionário;

5 A Terra é um planeta dinâmico com três principais camadas concêntricas que podem se mover;

6 As teorias são baseadas no método científi co;

7 A teoria da tectônica de placas revolucionou a geologia;

8 O ciclo das rochas ilustra as inter-relações entre os processos internos e externos da Terra e mostra como e por que os três maiores grupos de rochas estão relacionados;

9 Uma avaliação do tempo geoló-gico e o princípio do uniformita-rismo são essenciais para entender a evolução da Terra e sua biota.

Geologia_cap01_H.indd 1Geologia_cap01_H.indd 1 1/15/09 1:45:44 PM1/15/09 1:45:44 PM

2 FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

IntroduçãoN

1

este livro, enfocamos a Terra como um planeta dinâmico e complexo que vem sofrendo mudanças contínuas desde que se formou, há 4,6 bilhões de anos. Essas mudanças e as características atuais

resultaram das interações entre os vários sistemas e ciclos internos e externos à Terra. A Terra é única entre os planetas do nosso sistema solar pelo fato de nela haver vida e oceanos de água, uma atmosfera hospitaleira e uma variedade de climas. A vida na Terra se deve a uma combinação de fatores, tais como a sua distância do Sol e a evolução de seu interior, crosta, oceanos e atmosfera. Por seu turno, os processos vitais, no decorrer do tempo, têm infl uenciado a evolução da atmosfera terrestre, oceanos e, em alguma medida, sua crosta. Esses fatores físicos e as mudanças que eles trazem também têm afetado a evolução da vida.

Se olharmos a Terra como um todo, podemos ver inúmeras interações ocorrendo entre seus vários compo-nentes. Esses componentes não agem isoladamente, mas são interconectados. Quando uma parte do sistema muda, afeta as outras partes. O conceito de sistema torna mais fácil estudar um assunto tão complexo, tal como a Terra. Isso porque ele divide o todo em componentes menores, que podemos facilmente entender, sem perder de vista como os componentes se ajustam no todo.

Podemos apreciar melhor a complexidade da Terra pensando nela como um sistema. Um sistema é uma combinação de partes relacionadas que interagem de modo organizado (■ Figura 1.1). Informações, materiais e energia externos que penetram no sistema são os insumos (inputs), enquanto as informações, materiais e ener-gia que deixam o sistema são os resultados (outputs). Um automóvel é um bom exemplo de sistema. Seus vários subsistemas incluem energia, transmissão, direção e freios. Esses sistemas são interconectados de tal forma que uma mudança em apenas um deles afeta os demais. O principal insumo no sistema do automóvel é a gasolina, e os seus resultados são o movimento, o calor e os poluentes.

Podemos examinar a Terra da mesma forma que examinamos um automóvel – isto é, como um sistema de componentes interconectados que interagem e afetam, de muitas maneiras, uns aos outros. Os principais subsis-temas da Terra são atmosfera, hidrosfera, biosfera, litosfera, manto e núcleo (■ Figura 1.2). As interações complexas entre esses subsistemas resultam em um corpo dinamicamente mutável que troca matéria e energia e os recicla em diferentes formas (Tabela 1.1). O ciclo das rochas é um excelente exemplo disso. Ele ilustra como a interação

entre os processos inter-nos e externos da Terra reciclam os materiais ter-restres para formar os três grandes grupos de rochas (ver ■ Figura 1.9).

Não devemos es- quecer também que os seres humanos são parte do sistema terrestre e só a nossa presença já é sufi -ciente para afetar esse sis-tema em alguma medida. Co n s e q ü e n te m e n te, devemos entender que as ações que executamos podem produzir mudan-ças com efeitos de grande amplitude, dos quais podemos não estar cons-cientes (ver Geofoco 1.1).

■ Figura 1.1

Uma série de engrenagens pode ser utilizada para ilustrar como interagem os sistemas e pro-cessos da Terra. Pistões e barras de direção representam fontes de energia ou mecanismos de direção, as grandes rodas dentadas representam importantes processos ou ciclos e as rodas dentadas pequenas representam processos ou relações de conexão. Polias são usadas para mostrar a relação com outros sistemas. Embora essas engrenagens sejam um meio útil de representar grafi camente um sistema, é necessário lembrar que os sistemas reais da Terra são bem mais complexos.

Conectandorelação ou processo

Conexõescom outrossistemas

Fonte de energia ou mecanismo diretor

Processo ou ciclo

principal

Processose ciclos

em outrossistemas

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■ Figura 1.2

Atmosfera, biosfera, hidrosfera, litosfera, manto e núcleo são os subsistemas da Terra. As interações entre esses subsistemas fazem da Terra um planeta dinâmico que vem evoluindo e mudando desde sua origem, há 4,6 bilhões de anos.

O QUE É GEOLOGIA?

que é a geologia e o que fazem os geólogos? Geologia, do grego geo e logos, é defi nida como o estudo da Terra. Em geral, é dividida em duas grandes áreas: geologia física e geologia histórica. A geologia física estuda os materiais da Terra, tais como os minerais

e as rochas, bem como os processos que operam no interior da Terra e na sua superfície. A geologia histórica examina a origem e a evolução da Terra, seus continentes, oceanos, atmosfera e vida.

A geologia é uma matéria tão ampla que é subdividida em muitos campos diferentes ou especialidades. A Tabela 1.2 lista os muitos campos da geologia e sua relação com as ciências da astronomia, física, química e biologia.

Praticamente, cada aspecto da geologia apresenta alguma relevância econômica ou ambien-tal. Muitos geólogos estão envolvidos na pesquisa de recursos minerais e energéticos, usando seu conhecimento especializado para localizar os recursos naturais nos quais está baseada a nossa sociedade industrializada. À medida que aumenta a demanda por esses recursos não-renováveis, os geólogos aplicam os princípios da geologia, por caminhos cada vez mais sofi sticados, para aju-dar a focalizar sua atenção em áreas com alto potencial de sucesso econômico.

O

Por essa razão, precisamos dar muita importância ao entendimento da geologia, em particular, e da ciência em geral. Se a espécie humana vai sobreviver, devemos entender como os vários sistemas da Terra funcionam e interagir com cada um deles. E, tão importante quanto isso, é saber como as nossas ações afetam o delicado equilíbrio entre esses sistemas.

2

Hidrosfera

Núcleo

Manto

Biosfera

Liberação de gás

Emanações vulcânicas

Atmosfera

Corrente de convecção

Litosfera

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Tabela 1.1

Interações entre os principais subsistemas da TerraAtmosfera Hidrosfera Biosfera Litosfera

AtmosferaInteração entre várias massas de ar

Correntes superfi ciais levadas pelo ventoEvaporação

Gases para respiraçãoDispersão de esporos, pólen e sementes pelo vento

Intemperismo e erosãoTransporte do vapor d’água para precipitação da chuva e da neve

HidrosferaInsumo de vapor d’água e calor solar armazenado

Ciclo hidrológico Água para a vidaPrecipitação,intemperismo e erosão

Biosfera Gases da respiraçãoRemoção de materiais dissolvidos pelos organismos

Ecossistemas globaisCiclos de alimentos

Modifi cação do intemperismo e erosãoFormação do solo

Litosfera

Recurso de calor solar armazenadoPaisagens afetam os movimentos do ar

Fonte de materiais sólidos e dissolvidos

Fonte de nutrientes mineraisModifi cação dos ecossistemas pelos movimentos das placas

Tectônica de placas

Tabela 1.2

Especialidades da geologia e seu relacionamento geral com as outras ciências

Especialidade Área de estudo Ciências relacionadas

Geologia planetária Geologia dos planetas

Geocronologia Tempo e história da Terra Astronomia

Paleontologia Fósseis Biologia

Geologia econômica Recursos minerais e energéticos

Geologia ambiental Meio ambiente

Geoquímica Química da Terra Química

Hidrogeologia Recursos hídricos

Mineralogia Minerais

Petrologia Rochas

Geofísica Interior da Terra Física

Geologia estrutural Deformação das rochas

Sismologia Terremotos

Geomorfologia Formas da superfície da Terra

Oceanografi a Oceanos

Paleogeografi a Características e localizações geográfi cas antigas

Estratigrafi a/Sedimentologia Rochas em camadas e sedimentares

FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

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1.1G E O F O C O

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O mar de Aral

Embora alguns geólogos trabalhem na localização de recursos minerais e energéticos, um trabalho extremamente importante, outros geólogos usam sua especialização para resolver pro-blemas ambientais. Outros, ainda, buscam água subterrânea para atender às necessidades do crescimento explosivo das comunidades e indústrias, ou para monitorar a poluição da água da superfície ou do lençol freático e sugerir os meios para tratá-la. Engenheiros geólogos ajudam a identifi car áreas seguras para a localização de barragens, áreas para disposição de resíduos, usinas de energia e projetos de construções resistentes a terremotos.

O mar de Aral, na região desértica da Ásia Central, na ex-União Soviética

(■ Figura 1), é um contínuo desastre humano e ambiental. Em 1960 era o quarto maior lago do mundo. Desde então, seu tamanho diminuiu drastica-mente, dos 67.000 km² iniciais para cerca de 34.000 km² atuais e, assim, é hoje o sexto maior lago do mundo. Atualmente, ele está dividido em duas bacias separadas: uma menor ao norte e uma maior ao sul. A continuar os atuais índices de redução, o mar de Aral pode desaparecer dentro de trinta anos.

O que causou tamanho desastre? Por milhares de anos, o mar de Aral foi alimentado por dois grandes rios, o Amu Dar’ya e o Syr Dar’ya. Os afl uentes que formam ambos os rios nascem nas montanhas a sudeste e cor-rem para o mar de Aral ao norte,

por mais de 2.000 km, através dos desertos de Kyzyl Kum e Kara Kum. Até o início do século XX, havia um equilíbrio entre a água fornecida pelos rios Amu Dar’ya e Syr Dar’ya e o índice de evaporação do mar de Aral, que não possui escoadouro. Entretanto, para que a União Soviética pudesse se tornar auto-sufi ciente na produção de algodão, foi decretado, em 1918, que as águas dos dois rios que supriam o mar de Aral fossem desviadas para irrigar os milhões de acres de plantações. Como resultado dessa decisão, o mar de Aral se tornou um pesadelo ecológico e ambiental, afetando cerca de 35 milhões de pessoas.

À medida que o mar de Aral encolhe, vastas áreas do fundo do mar, anteriormente submersas, fi cam expostas. Esse novo sedi-mento, longe de ser rico e produ-tivo, contém grande quantidade de cloreto e sulfato de sódio. A

concentração de sal é tão alta que somente uma espécie de planta cresce nele. Ou seja, é muito sal-gado para qualquer outra coisa.

Por outro lado, o vento que sopra por essas terras, quase desérticas, levanta o sal e a poeira que são carregados por toda a região do Aral. Os sais causam grande prejuízo à safra do algodão e também afetam a vegetação da bacia do Aral. Além disso, cobram um alto preço dos seres humanos: a seca e a poeira salgada têm causado doenças respiratórias e oftalmológicas. Casos de câncer de garganta têm aumentado, dramaticamente, nos últimos trinta anos. A água potável da região tornou-se tão contaminada que muitas pessoas sofrem de distúrbios intestinais.

A despeito desses danos causados à região pelo mori-bundo mar de Aral, a irrigação para a produção do algodão continua. O solo em muitos dos

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6 FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Aralsk

Muynak

NORTE

MAR DEARAL

CAZAQUISTÃO

UZBEQUISTÃO

Syr Dar’ya

Am

u

Dar’ya

■ Figura 1

a) Localização. (b) Foto de satélite do mar de Aral, 1985.

NASA

(a)

(b)

Os geólogos também fazem previsões, de curto e longo prazo, de terremotos e erupções vulcânicas e o seu potencial destrutivo. Além disso, os geólogos trabalham com os planejado-res da defesa civil para ajudá-los a formular planos de contingência para o caso da ocorrência desses desastres naturais.

Portanto, como ilustra esse breve resumo, os geólogos possuem uma ampla variedade de car-reiras e atribuições. À medida que cresce a população mundial e aumenta a demanda pelos recur-sos limitados da Terra, nós dependeremos cada vez mais dos geólogos e de suas habilidades.

campos vem se tornando cada vez mais salgado em razão dos baixos níveis de água corrente e subterrânea, exigindo, portanto, mais irrigação para manter os mesmos níveis de produção. Isso signifi ca que mais água é desviada do mar de Aral, fazendo que ele se reduza ainda mais.

O mar de Aral poderia ser salvo? Somente por meio de um esforço concentrado e coopera-tivo dos países que constituem

a bacia do Aral. Percebendo isso, os novos Estados independentes, Cazaquistão, Uzbequistão, Quir-guistão, Tadjiquistão e Turcome-nistão, deram os primeiros passos, assinando um acordo formal em 1992 para compartilhar as águas do Amu Dar’ya e Syr Dar’ya. Adi-cionalmente, esses Estados parti-cipam de uma discussão para criar um conselho que venha super-visionar e coordenar o gerencia-mento dos recursos da bacia.

Ainda que a recuperação completa do mar de Aral não seja possível, é viável manter a superfície atual e, até mesmo, elevar o nível do pequeno mar de Aral do norte. Se isso for con-seguido, os níveis atuais de salini-dade serão reduzidos.

Fonte: Adaptado com autoriza-

ção de Stephen Dutch, James S.

Monroe e Joseph Moran, Earth

Science (Minneapolis/St. Paul: West

Publishing Co.).

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