SOBRE A PULSAÇÃO DE FENOMENOS GEOLOGIOOS

POR

FREDERICO MACHADO

1 - INTRODUÇÃO

Para explicar os enrugamentos orogénicos foi desenvolvida, no século passado, uma teoria baseada na contracção do interior da Terra por arrefecimento progressivo; esta teoria tem ainda alguns partidários (d. JEFFREYS, 1959, cap. 11). Mais tarde, quando se descobriu a existência dos riftes médio-oceânicos, outros autores (d. JORDAN} 1966) propuseram a teoria oposta, que admite expansão mais ou menos contínua do interior da Terra.

Alguns autores (BUCHER, 1933; UMBGROVE, 1947) têm reco­nhecido, porém, o carácter pulsante de vários fenómenos geoló­gicos. O assunto foi recentemente retomado, especialmente em relação a fenómenos tectónicos e paleoclimáticos (STEINER, 1967; MACHADO, 1967).

No que se segue, o problema vai ser revisto uma vez mais, procurando-se estabelecer as principais características das pulsações que parecem realmente existir na história geológica.

2 - TRANSGRESSÕES E REGRESSÕES MARINHAS

A variação do nível «médio» do mar é, às vezes, fenómeno relativamente localizado. Variações consideráveis verificam-se, por exemplo, nos geossinclinais durante a fase de elevação das cadeias montanhosas.

Há contudo transgressões e regressões marinhas que actuam simultâneamente em toda a Terra. Na fig. 1 mostram-se as varia­ções de nível ( desse tipo) admitidas por BELOUSSOV (1962, p. 290 e seg.) para os tempos fanerozóicos.

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CICLO CICLO CICLO CALEDÓNICO HERCíNICO ALPINO

Câmbrico Ordov. Dev. Carbón. Pérm. Tri. Jur. Crel. Terciário

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TEMPO ( MILHÕES DE ANOS)

Fig. 1 - Variação provável do nível do mar nos tempos fanerozóicos (baseada em BELOUSSOV, 1962) A curva tracejada é a oscilação principal

admitida (cf. MACHADO, 1967).

I O

Estas oscilações parecem apresentar um período de 200 milhões de anos (d. MACHADO, 1967), mas sobre essa oscilação principal estão sobrepostas variações um tanto irregulares. As elevações máxi­mas do nível do mar verificaram-se no Silúrico, no Carbónico (fim do Mississipiano?) e no Cretácico. Os mínimos correspondem à base do Câmbrico, ao limite Silúrico-Devónico, ao Pérmicoe ao Quaternário (FAIRBRIDGE, 1961, admite que o último mínimo tenha ocorrido há cerca de 30 000 anos). Um mínimo, aparente­mente irregular, surgiu no Carbónico superior (,Pensilvaniano).

A amplitude destas transgressões e regressões à escala mun­dial atinge frequentemente algumas centenas de metros. A causa parece residir, em parte, nas variações do volume do interior da Terra (EGYED, 1956; MACHADO, 1967), mas a oscilação original é decerto exagerada por' outros factores (nomeadamente pela for­mação e fusão de calotes glaciárias, d. § 3).

3 - VARIAÇÕES CLIMÁTICAS

As grandes glaciações correspondem a curtos intervalos da história geológica. Há notícia de glaciações nos fins do Precâm­brico (e base do Câmbrico?), no começo do Devónico, no meio do Carbónico (começo do Pensilvaniano?), no Pérmico e no Qua­ternário.

Pelo contrário, os climas quentes parecem corresponder ao Silúrico, ao Carbónico e ao Jurássico (e Cretácico). Há por­tanto razoável correspondência com as variações do nível do mar (cf. fig. 1). As glaciações correspondem aos máximos de regressão marinha, e os climas quentes, às transgressões. No Carbónico nota-se variação climática mais ou menos repentina, o que parece concordar com a brusca regressão do princípio do Pensilvaniano.

A variação da temperatura média, correspondente a estas mudanças de clima, é incerta; pode talvez estimar-se em 20 a 30°C a diferença térmica entre épocas frias e quentes (BRINKMANN,

1966). Vários factores podem contudo influir, tendo BROOKS (1949) admitido que uma glaciação pode ser provocada por uma dimi­nuição da temperatura média de 3°C apenas.

Durante as glaciações, grande parte cÍa água do mar é con­vertida em calotes de gelo; daqui resultam regressões marinhas que têm sido invocadas para explicar a totalidade das oscilações da fig. 1. Afigura-se porém mais prováyel que as variações de nível do mar e as mudanças climáticas tenham uma causa comum, os dois fenómenos sobrepondo-se, isto é, a formação de gelo exagerando as regressões já iniciadas ( cf. § 7).

4 - CICLOS OROGENICOS E TRANSLAÇÕES DA CROSTA

BELOUSSOV (1962) admitiu que os ciclos orogemcos estão relacionados com as oscilações marinhas. As três orogenias' dos tempos fanerozóicos seriam limitadas por mínimos do nível do mar (fig. 1).

Uma análise pormenorizada mostra que as fases mais intensas destas orogenias se encontram nos tempos geológicos seguintes (d. MOORE, 1958; BELOUSSOV, 1962):

Ciclo caledónico

- Ordovícico superlor, - Silúrico superior,

Ciclo hercbzico

- D~vónico superior (?), - Carbónico superlor, -Pérmico,

Ciclo alpino

- Jurássico superior (?), ----, Fim do Cretácico, - Terciário (especialmente Miocénico?).

Comparando estas fases com as variações do nível do mar (fig. 1), verifica-se que os enrugamentos mais intensos coincidem com o progresso das regressões (isto é, com as épocas de descida do nível do mar). .

Por outro lado, BRIDEN (1967) reconheceu que as transla­ções da crosta têm tido carácter intermitente, correspondendo as principais fases de deriva aos seguintes intervalos de tempo:

~ Devónico médio (?), - Carbónico superior, - Pérmico superior, - Cretácico superior, - Miocénico até o presente.

De modo geral, estas fases de deriva coincidem com as fases orogénicas indicadas para os ciclos hercínico e alpino. Tanto os enrugamentos das montanhas como as tramlações da crosta são portanto contemporâneos das principais descidas do nível do mar (fig. 1).

257

Estas épocas correspondem talvez a intervalos de expansão do interior da Terra e consequentemente ao desenvolvimento de trac­ções na crosta. À primeira vista, parece paradoxal que os enruga­mentos se produzam ,em épocas de extensão da crosta; este assunto será novamente discutido no § 7.

A amplitude dos movimentos tectónicos é um tanto incerta. Pode talvez admitir-se que a abertura do Atlântico (cerca de 5000 km) se tenha produzido desde o Triásico, portanto num intervalo de tempo de cerca de 200 milhões de anos. Aquela exten­são seria também a medida do encurtamento total dos enruga­mentos alpinos.

5 - ACTIVIDADE SÍSMICA E VULCÀNICA

o estudo estatístico dos abalos de terra tem mostrado a pre­sença de certa periodicidade. Nos Açores, por exemplo, há nítida correlação com as manchas solares (MACHADO, 1948, 1960). Na fig. 2 mostra-se a frequência de abalos nas ilhas do Faial e do Pico; a correspondência das principais crises sísmicas com os máximos das manchas solares é flagrante.

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Fig. 2 - Comparação da frequência de abalos de Terra do Faial e do Pico (Açores) com a abundância de manchas solares (índices de Zurique)

(seg. MACHADO, 1960, com adições).

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1970p

" :Para os sismos mundiais parece haver também razoá.vel correlação. A energia sísmica libertada em todo o mundo tem máximos situados nas épocas em que diminui a actividade solar (fig. 3). A correlação entre os dois fenómenos foi agora definitivamente estabelecida por SIMPSON (1967).

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Fig. 3 - Comparação da energia sísmica libertada em toda a Terra (seg. GUTENllIiRG' e RICHTER, 1952) com a abundância de manchas solares (índices de Zurique). O tracejado corresponde a médias de

3 anos consecutivos.

Nos Açores, a frequência sísmica apresenta ainda uma pulsa­ção anual ou semestral que parece derivar de efeito secundário (d. MACHADO, 1948).

A distribuição geográfica dos sismos está relacionada com as faixas tectónicas. As maiores intensidades sísmicas localizam-se, com efeito, nas cadeias da orogenia alpina; há também actividade considerável ao longo dos riftes médios dos oceanos (d. GUTEN­

BERG e RrCHTER, 1952). Isto faz suspeitar que a actividade tectó­nica em todas essas faixas se processe também por impulsos suces­sivos com periodicidade de cerca de 11 anos (semelhante à das manchas solares); TAMRAZYAN (1962) encontrou oscilações epiro­géniças com esse período, o que favorece decerto a presente hipótese.

Com menor intensidade poderá actuar uma pulsação com período anual ou semestral, porventura relacionada com o movi­mento orbital da Terra.

A variação da actividade vulcânica parece um pouco mais complexa. Nas ilhas do Atlântico Norte, muitas erupções ocorrem na vizinhança dos máximos das manchas solares, mas ali há igualmente influência da maré terrestre (MACHADO, 1965), o que complica o estudo estatístico.

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Fig. 4 - Índice de Zurique dos máximos de manchas solares (seg. SCHOVE, 1955) e erupções vulcânicas das ilhas Atlântidas.

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A relação entre as erupções e a intensidade dos máximos da actividade solar não é muito clara. Contudo, parece que "no con­junto daquelas ilhas (Açores, Canárias, Cabo Verde) as erupções são, em regra, tanto mais frequentes quanto mais elevado éo valor dos máximos das manchas solares (fig. 4).

6 - POSSIVEIS CAUSAS DAS PULSAÇÕES .-1 .

Conforme se disse, os enrugamentos orogénkos têm sido atri­buídos a contracção do interior da Terra, ao 'passo que a abertura dos riftes oceânicos seria causada pelo fenómeno inverso.

A presença dos dois fenómenos tectónicos pode portanto ser explicada pela alternância 'de contracções e expansões (que subme­teriam sucessivamente a crosta a esforços de compressão e de contracção). Estas pulsações do volume do interior da Ter.ra eXipli-

260

cam também a variação mais ou menos periódica do nível «médio» do mar (por variar assim a área dos oceanos; cf. EGYED, 1956).

Muitos autores preferem admitir gue as montanhas e os riftes (ie as translações crustais associadas) sejam devidas a correntes de convecção térmica no manto da Terra. Esta última teoria não explica, porém, as transgressões e regressões marinhas, fenómenos guepoderiam contudo ser devidos a outros agentes.

A causa das variações climáticas é também incerta; uma das causas mais sugestivas reside nas variações da radiação solar.

7 - VARIAÇÕES DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL

Todos os fenómenos mencionados podem explicar-se por varia­ções da gravitação universal. A diminuição progressiva da cons­tante de gravitação é admitida por vários autores (DIRAC, 1937; JORDAN, 1966); o possível carácter pulsante desta variação foi considerado recentemente (STEINER, 1967; MACHADO, 1967).

Uma variação BF, na força de atracção newtoniana F, produz uma variação relativa do raio R da Terra (cf. MACHADO, 1967)

(I)

Por outro lado, a temperatura à superfície terrestre depende da radiação solar e da distância do Sol à Terra, ambas as gran­dezas variando com a gravrtação. Vamos admitir gue a variação da atracção pode ser devida ou à variação geral das massas (Bmjm) ou à variação da constante f da gravitação; teremos

e, segundo a estimativa de TÉLLER(1948), podemos escrever

onde T é a temperatura absoluta à superfície da Terra.

261

Se admitirmos que a gravitação varia porque variam apenas as massas, virá por (2) e (3)

n w T=I,75 T

e se a variação for devida a f

(5)

Para uma estimativa grosseiramente aproximada podemos tomar, em qualquer dos casos,

õT ~F --=2--

T F (6)

Vimos que a variação de temperatura à superfície da Terra, entre um período quente (Jurássico ou Cretácico ) e uma gla­ciação, é de 20 a 30°C. A temperatura absoluta média é de cerca de 280°K. Teremos portanto ST/T = 0,1 e virá SF /F = 0,05 e SR/R = 3 X 10-3

•

Tanto o encurtamento nos geossinclinais como a extensão nos riftes ocorrem nas áreas oceânicas que representam aproximada­mente 2/3 da superfície terrestre. Supondo constante o volume de água, teremos para a correspondente variação de nível

onde h = 4 500 m é a profundidade média da água (nas áreas oceânicas) .

A variação SR/R = 3 X 10-3, anteriormente obtida, corres­

ponde portanto uma oscilação do nível do mar Sh = 40 m. Con­forme se disse, esta oscilação parece ser depois amplificada pela formação e fusão de calotes glaciárias.

262

As variações de temperatura e as oscilações do nível do mar corresponderiam assim a uma pulsação da gravitação com período (principal) de 200 milhões de anos e amplitude 8FjF= 5 X 10-2 .

As variações irregulares sobrepos'tas parecem ter amplitude da mesma orqem de grandeza.

As orogenias são certamente mais complexas. Mostrámos que podem ser produzidas por pequenas pulsações com período de 11 anos apenas.

Em cada fase de expansão abrir-se-ão fracturas ao longo dos riftes oceânicos; as fendas são imediatamente preenchidas por magma intrusivo (d. BODVARSSON e W ALKER, 1964; THORA­

RINSSON, 1965) e os filões sólidos, formados depois, vão impedir o encurtamento durante a seguinte fase de contracção. A contrac­ção será assim desviada para outras faixas oceânicas que consti­tuem os geossinclinais. Desta forma se produziriam também translações da crosta, por pequenas deslocações sucessivas.

Conforme se indicou, a actividade tectónica parece desenvol­ver-se apenas durante metade de cada ciclo orogénico (fas,es prin­cipais de expansão, totalizando cerca de 100 milhões de anos). Uma deslocação total 81 equivalente à abertura do Atlântico (8ljl ~ 0,13) corresponderia então a uma pulsação 8RjR ~ = 1,4 X 10-8 ou 8FjF= 3 X 10-7

, em cada intervalo de 11 anos. Aquela variação 8R/R é, porém, insuficiente para produzir

a fractura inicial por tracção. A rotura à tracção exige, com efeito, uma extensão correspondente a 8Rj jR ~- 10-5 (a contracção no limite de rotura à compressão é ainda superior, excedendo 10-3

).

Aquele limite só é por isso atingido nas fases principais de expan­são (correspondentes às descidas da curva da fig. 1), onde a amplitude chega a atingir 8RjR = 3 X 10-3

•

Uma vez produzida a primeira fractura (por tracção), a soli­dificação incompleta dos filões permitirá talvez que a pequena expansão seguinte reabra as fendas. Desta forma, as tracções e compressões na crosta alternam com intervalos de cerca de 11 anos, mas apenas durante as fases de expansão das oscilações principais da gravitação. Na escala dos tempos geológicos os dois fenómenos aparecerão, porém, como simultâneos.

Dentro destas ideias, a presença de actividade sísmica actual (certamente associada a actividade tectónica) faz suspeitar que o tempo presente corresponda ainda a fase de expansão, não se confirmando o mínimo admitido por FAIRBRIDGE (1961).

As variações de gravitação permitem ainda extrair o magma intersticial dum manto peridotítico em fusão parcial (MACHADO, no prelo). O magma é, na realidade, muito mais compressível do que os grãos de olivina, dilatando portanto muito mais quando baixa a pressão no manto (fases de expansão). Desta forma, realizam-se também as condições necessárias para a acti­vidade vulcânica.

O facto destas possíveis pulsações de gravitação estarem corre­lacionadas com a actividade do Sol sugere que as próprias man­chas solares possam ser igualmente consequência das variações de gravitação.

8 _. CONCLUSÕES

Parece razoàvelmente estabelecido que vários fenómenos geo­lógicos têm carácter pulsante. As pulsações da gravitação uni­versal são capazes de produzir, por um lado, variações do volume do interior da Terra (sem afectar pràticamente, de maneira directa, o volume das camadas superficiais) e, por outro, variações da temperatura à superfície. Explicam portanto não só os fenómenos tectónicos, mas também as mudanças de clima.

As principais pulsações que se deduzem da história geológica parecem ser as seguintes:

- Pulsação com período de cerca de 200 milhões de anos ( e variação irregular sobreposta), com amplitude máxima 8F/F= 5 X 10-2

,

- Pulsação com período de 11 anos e amplitude aproxi­mada 8F/F = 3 X 10-7

•

A primeira produz as variações de nível do mar e as mudan­ças climáticas; a segunda é talvez responsável pelos enruga­mentos orogénicos, pela abertura de riftes, pelas translações da crosta e pela actividade sismo-vulcânica associada.

Existe ainda uma possível pulsação com período anual ou semestral que parece excitar a actividade sísmica, mas é aparente­mente secundária nos outros fenómenos geológicos.

AGRADECIMENTOS

Parte da presente investigação foi feita no Departamento de Geologia e Mineralogia da Universidade de Oxford, onde o autor foi sucessivamente bolseiro do Instituto de Alta Cultura e da Fundação Calouste Gulbenkian.

O autor agradece ao Prof. Carlos Teixeir.a a leitura e discussão do manuscrito deste artigo.

SUMÁRIO

Vários fenómenos geológicos têm provàvelmente carácter pulsante, facto que pode ser devido a variações da gravitação universal. Nesta hipó­tese, parece haver, na força de atr.acção newtoniana, uma pulsação principal com período de 200 milhões de anos e amplitude relativa máxima de 5 X 10-2 (à qual se sobrepõem variações irregulares) e uma outra com período de 11 anos e amplitude de cerca de 3 X 10-7 • Pulsações semes­trais ou anuais, talvez secundária" aparecem também na actividade sísmica dalgumas regiões.

ABSTRACT

Several geological phenomena appear to have a pulsating nature. The cause is pJ:"obably to be found in changes of gravitation; in this case, Newtonian attraction would have a main pulsation (with some irregular minor (?) v:ariations) with period of 200 million years and maximum relative amplitude of 5 X 10-2 ; another probable pulsation has period of 11 years and amplitude of about 3 X 10-7 • Some seasonal pulsations of seismic activity are considered as seconduy.

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Laboratório de Estudos Petrológicos e Paleontológicos Junta de Investigações do Ultramar, Lisboa.