Iii 04 - Estrutura interna da Geosfera

MODELO E DINÂMICA DA ESTRUTURA DA GEOSFERA

10º Ano de Biologia e Geologia Professores: Ana Cravo e Carlos Almeida

1. CONTRIBUTOS PARA O CONHECIMENTO

1.1. Contributos da Sismologia:

Permitem estabelecer um modelo com 3 camadas concêntricas:- Crosta (camada superficial);- Manto (camada intermédia);- Núcleo (camada interior).

Tiveram como base inicial o estudo de grandes sismos; Após a 2ª Guerra Mundial este modelo foi confirmado a partir do estudo

da propagação de ondas sísmicas geradas por: - ensaios nucleares;- bombas atómicas;- microssismos gerados artificialmente (explosões controladas).

1.1. Contributos da Sismologia

A – A velocidade das ondas sísmicas Em 1906, o geólogo inglês Oldham verificou o seguinte:- o registo da velocidade das ondas P no epicentro (6,5 Km/s), era superior ao

indicado no seu polo oposto ao do epicentro (4,5 Km/s);- formulou a hipótese que as ondas ao atravessarem um núcleo central com

uma composição diferente, diminuíam a sua velocidade. Estudos recentes revelam que para materiais no estado sólido, a velocidade

das ondas P [VP = -(K+4/3μ)/ρ] e S [VS = -μ/ρ] é tanto maior, quanto maior for a distância epicentral (maior a profundidade de propagação) porque:- aumenta a rigidez dos materiais se forem homogéneos (μ);- aumenta o efeito da incompressibilidade/resistência à variação de volume (K).

Em materiais no estado líquido a velocidade das ondas P diminui e a das ondas S é anulada (deixam de se propagar) porque a rigidez é nula (μ = 0):

- VP = -(K+4/3μ)/ρ; se μ = 0, então: VP = -(K+0)/ρ = -K/ρ- VP = -μ/ρ; se μ = 0, então: VP = -0/ρ = -0 = 0


B – A trajetórias das ondas sísmicas: As ondas sísmicas podem-se propagar de três formas:- Direta (a) – segue o percurso normal de incidência;- Refletida (b) – descreve uma trajetória de desvio igual ao ângulo da sua

incidência (b);- Refratada (c) – atravessa dois meios físicos e/ou químicos diferentes onde

são alterados os ângulos de incidência e refração .

cb

a a

As ondas sísmicas possuem trajetórias:- curvilíneas;- côncavas.

Descontinuidades – superfícies no interior da Terra em que existe alteração da trajetória das ondas sísmicas.

(inter-geo.org)

C – As principais descontinuidades:C.1. Descontinuidade de Mohorovicic ou Moho: Descoberta em 1909 pelo geofísico croata Andrija Mohorovicic que verificou o seguinte:

- a partir dos 150 Km do epicentro, as estações sismográficas registam as ondas P refratadas (Pn) antes das ondas P diretas (Pg), logo possuem maior velocidade (maior rigidez do material da geosfera).

- à profundidade de cerca de 10 Km nos fundos oceânicos e de 35/40 Km nas áreas continentais (correspondente à trajetória por refração das ondas) existe uma superfície que delimita a crosta do manto.

Silva, Amparo; et. al. ( 2007) .Terra Universo da Vida. Porto Editora 8adaptado)



C.2. Descontinuidade de Gutenberg:

(netxplica.com)

Descoberta em 1913 pelo sismólogo alemão Beno Gutenberg que verificou o seguinte:

- em qualquer sismo existe uma zona de sombra sísmica localizada, a partir do seu epicentro, a uma distância angular entre os 103º e os 143º

- nessa zona de sombra sísmica não se registam ondas diretas S e P e a partir dos 143º só existe registo das ondas P.

C.2. Descontinuidade de Gutenberg:

(rbrebello.wordpress.com)

Factos:- à profundidade de 2983 Km

(cerca de 2900 Km) as ondas S deixam de se propagar e as ondas P reduzem bruscamente a sua velocidade e são refratadas – o estado físico dos materiais passa de sólido para líquido (μ=0);

- existe uma superfície que delimita o manto do núcleo, em que a parte mais externa está no estado líquido.


C.3. Descontinuidade de Wierchet/Lehman: Descoberta pelo sismologista alemão J. E. Wiechert e mais tarde confirmada pela

geofísica dinamarquesa I. Lehmann que verificou o seguinte:- a partir dos 5150 Km de profundidade as ondas P aumentam bruscamente a sua

velocidade;- ao aumento da velocidade , corresponde ao aumento da rigidez dos materiais que, por

tal motivo estão no estado sólido;- a essa profundidade existe uma superfície que delimita o núcleo externo (líquido) do

núcleo interno (sólido) . Estudos posteriores efetuados em laboratório e baseados na velocidade de propagação

das ondas em função da densidade dos materiais concluíram o seguinte:- o núcleo da Terra é constituído por essencialmente por Ferro (Fe) e Níquel (Ni).



D – Astenosfera (zona de baixa velocidade) :

A partir da descontinuidade de Moho (10/40 Km de profundidade) inicia-se o manto constituído essencialmente por peridotito (rocha granular e escura composta por olivina e alguma piroxena);

À profundidade entre os 100 e 350 Km existe diminuição acentuada da velocidade das ondas P e S, voltando a aumentar;

A redução da velocidade das ondas sísmicas comprova o seguinte:

- existência de uma zona no manto superior de baixa velocidade sísmica (astenosfera);

- diminuição da velocidade que se deve à menor rigidez dos materiais que estão parcialmente fundidos (estado plástico ou semilíquido).

Dias, Amparo. Et. all. (2003).Terra, Universo da Vida. Porto Editora


E – Descontinuidades da Geosfera (resumo geral) :

DescontinuidadeZonas

(separação)

Limite (profundidade)

Ondas P(velocidade)

Ondas S(velocidade)

Materiais(e. físico)

ConradCrosta

Continental Superior da

Inferior15 /20 Km aumenta aumenta sólido

MohorovicicCrosta Continental

Inferior /Crosta Oceânica do Manto

Superior10 /40 Km aumenta aumenta sólido

Repetti Manto Superior do Manto Inferior 700 Km aumenta aumenta sólidos

Gutenberg Manto Inferior do Núcleo Externo 2883 Km diminui nula líquido

Wierchet/Lehman Núcleo Externo do Núcleo interno 5150 Km aumenta nula

(nas diretas) líquido

Adaptado de: netxplica.com

1.2. Contributos da Vulcanologia

Dados vulcanológicos e a composição do manto: O estudo de materiais expelidos pelos vulcões situados em zonas de interplaca (riftes

oceânicos) ou de intraplaca (hot-spots ou pontos quentes) permitem determinar:- a proveniência de um magma primário proveniente de correntes de convecção térmica

existentes na astenosfera (manto superior) ou de plumas térmicas (limite entre o manto superior e núcleo externo);

- a constituição rochosa (peridotitos) que possuem igual densidade do manto (3,3 g/cm3).

(biologiaegeologia.pt)

Vulcanismo interplaca de vale de rifte Vulcanismo intraplaca de “Hot Spot”

1.2. Contributos da Planetologia e Astrologia

A – Registos sísmicos na Lua: A partir de 4 estações sísmicas colocadas desde 1969 pelo

Programa Apollo (NASA) e que têm detetado cerca de 600 a 3000 sismos por ano, com as seguintes características:

- a magnitude é inferior ou igual a 2 na Escala de Richter;- são de longa duração, devido à espessura (70 a 150 Km) e à

rigidez da sua crosta;- os focos sísmicos estão localizados à profundidade situada

entre os 600 e os 900 Km (atividade residual que ocorre no núcleo uma vez que este satélite é geologicamente inativo).

(lpi.usra.edu)

Estação central ALSEP (Apollo 15)

B – Estudo das características dos meteoritos: Por comparação entre as camadas existentes na Terra e os

fragmentos (asteroides) resultantes de planetas que possivelmente se desintegraram:

- aerólitos (ricos em silicatos) – crosta;- siderólitos (igual % de silicatos e Fe-Ni) – manto;- sideritos (praticamente constituídos por Fe-Ni) – núcleo.

(meteoriticainfo.webs.com)

1 2

3

1 – aerólito; 2 – siderólito; 3 - siderito

2. MODELO DA ESTRUTURA DA TERRA

A – Caraterísticas e Modelos da Geosfera:

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(Carlos Almeida - 2006)

ZONAS COMPOSIÇÃO CARACTERÍSTICAS

CROSTA (0-

10/40 km)

Continent

al (0-40 Km)

Superior Rochas siliciosas de Sílica e Alumina (SIAL), Sedimentares, metamórficas e magmáticas

(predominam granitos e granodioritos).

Espessura média de 15 a 20 Km; Idade variável entre 0 a 3.900 M.a. Densidade de 2,7.

Inferior Rochas siliciosas de Sílica e Magnésio (SIMA) Rochas ultrametamórficas e magmáticas

(predominam os granitos de anatexia e gabros)

Espessura média entre 20 a 25 Km ; De 70 a 80 Km de profundidade em “raízes” de cadeias

montanhosas; Densidade > a 2,8.

Oceânic

a (0-10 Km)

Camada sedimentar

R. Sedimentares transportadas da crosta continental e depositadas no fundo do oceano

Espessura de 0 a 0,5 Km; Densidade < a 3,0.

Camada basáltica

Rochas siliciosas de Sílica e Magnésio (SIMA) Basaltos formados pela solidificação do magma à

superfície Espessura de 1 a 4 Km; Densidade > a 3,0.

Camada oceânica

Rochas siliciosas de Sílica e Magnésio (SIMA) Gabros (rochas de igual composição aos basaltos

mas plutónicas). Espessura de 5 a 6 Km; Densidade > a 3,0.

MANTO

(10/40-2.883 Km)

Superior (10/40 – 700 Km) Peridotitos (rocha constituída essencialmente por

minerais de olivina + piroxena). A zona correspondente à a Astenosfera não

apresenta material rochoso.

Espessura entre 660 a 690 Km ; Densidade entre 4,3 (limite superior) e 4,8 (limite

inferior).

Inferior (700 – 2883 Km) Composição provavelmente idêntica à do Manto Superior, sendo os materiais rochosos mais densos.

Espessura de 2183 Km ; Densidade > a 4,8 e < a10,0.

NÚCLEO (2.883-6.371 Km)

Externo (2883 – 5140 Km) Constituído por ligas de Ferro (98%) e Níquel, associado a alguns sulfuretos.

Espessura de 2.257 Km ; Densidade > a 10,0 e < a13,3

Interno (2140 – 6371 Km) Composição idêntica à do Núcleo Externo. Espessura de 1.231 Km ; Densidade de 13,3 a 16,0.


B – Modelo Químico:

ZONAS PROPRIEDADES CARACTERÍSTICAS

LITOSFERA Aumento da velocidade das ondas sísmicas S (2,8 – 3,2 Km/s) e P

(6,0 – 8,4 Km/s). Materiais no estado sólido e são rígidos.

Compreende a Crosta e a parte superior do Manto Superior.

Constituída por placas tectónicas que são construídas nas zonas de rifte e destruídas nas zonas de subducção.

Espessura média de 100 Km (70 Km na litosfera oceânica e 125 a 250 Km na litosfera continental)

ASTENOSFERA

A diminuição da velocidade de propagação das ondas S (3,2 – 3,0 Km/s) e P (8,4 – 7,5 Km/s), voltando a subir até aos 8,0 Km/s.

Diminuição da rigidez (aumento da plasticidade) dos materiais que estão parcialmente fundidos (estado plástico ou semilíquido) em correntes de convecção térmica (ascendentes e descendentes).

Compreende a segunda camada do Manto Superior acima da qual se desloca a litosfera.

Espessura média variável (dos 20 a 100 até aos cerca de 350 Km de profundidade)

MESOSFERA Novo aumento da velocidade das ondas sísmicas S (3,5 – 6,0

Km/s) e P (9,2 – 13,5 Km/s). Os materiais rochosos (sólidos) aumentam a rigidez, porque a

pressão se sobrepõe ao aumento da temperatura.

Compreende a terceira camada do Manto Superior e o Manto Inferior.

Espessura média de 1.933 Km (dos cerca de 350 aos 2.883 Km de profundidade).

NÚCLEO

(ENDOSFERA)

Externo As ondas sísmicas S deixam-se de propagar (3,5 – 0,0 Km/s) com

diminuição brusca e ligeiro aumento das P (8,0 – 10,0 Km/s). Material comparta-se como estando no estado líquido.

Espessura de 2.257 Km (até à profundidade de 5.140 Km).

Interno As ondas sísmicas S já não se propagam (0,0 – 0,0 Km/s) mas há

aumento da velocidade das P (10,0 – 11,2 Km/s). Aumento da rigidez dos materiais indica estarem no estado

sólido.

Espessura de 1.231 Km (até à profundidade de 6.371 Km).

B – Modelo Físico:



C – Modelo Geodinâmico Clássico : O mecanismo responsável pela

dinâmica interna da Terra é o geotermismo, gerado por:-decomposição radioativa;-calor interno proveniente do núcleo.

http://www.youtube.com/watch?v=YDK_VIQ6M2E Adaptado de: Dias, A. et. all. (2007) Geologia 10/11. Areal Editores

O calor ascendente origina na astenosfera células/correntes de convecção térmica:-ascendentes (zonas de rifte);-descendentes (zonas de subducção).

Essas originam forças tectónicas (compressivas, distensivas e de cisalhamento) que originam a atividade sísmica e vulcânica responsável pelo relevo dos continentes e fundos oceânicos.

http://www.youtube.com/watch?v=YDK_VIQ6M2E

Adaptado de: geofisicabrasil.com e colegiovascodagama.pt

D – Modelo Geodinâmico da “Camada D”:

Resulta da controvérsia gerada pela comunidade científica sobre a existência ou não da astenosfera.

Alguns cientistas propõem um modelo geodinâmico baseado na existência da “Camada D” com as seguintes características:-está situada entre o manto

inferior e o núcleo externo;-espessura de 100 a 200Km;-é uma zona de

transferência do calor proveniente do núcleo;

-é responsável pelas correntes de convecção existentes no manto e pelas plumas térmicas que originam os “hot-spots” em zonas de intraplaca.

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