Geologia Geologia AplicadaAplicada: : Prof. Belarmino LiraProf. Belarmino Lira
Estrutura interna dos corpos do Sistema Solar
Interiores não podem ser observados (Terra e Lua, ondas sismicas)
Estimativa da estrutura interna requer:• suposições quanto a composição • equação de estado do material• estrutura de T depende:
fontes de energiamecanismos de transporte de calor mecanismos de perda de calor
modelo
observações
Estrutura da Terra
– Diametro de 12,756 km (7,972 mi).
– O interior da terra consiste de rocha e metal. ~E formada de 04 camadas:
– 1) A camada interna: a solid metal core formada de niquel e ferro (1200 km diametro)
– 2) Um segunda camada mais interna: Formada de niquel e ferro fundidos iron
–3) O manto: densa rocha sólida silicatica
– 4) A crosta: Fina rocha silicatica
– A temperatura no interior da terra é maior que a superfície do sol. Este calor intenso causa movimentação dos materiais.
– O movimento do material na terra pode causar movimentação de grandes placas tormando que a crosta e o manto se movam na superfície. Também possibilita a geração de campos magnéticos, chamados de magnetosferea
Tendo: massa, tamanho e forma
densidade média composição
pequenos: gelo / alta porosidade ~ 1 g cm-3
grandes: hélio e hidrogênio
<= 3 g cm-3 objeto rochoso
> 3 g cm-3 ferro
Tendo: tamanho, densidade, resistência do material e rotação
sem rotação forma esférica Todo corpo “tipo-fluido”
com rotação esferóide oblato
estado de energia mínima
deformável em tempos geológicos ( ~ milhões de anos) = plasticidade
Forma depende de sua plasticidade + sua taxa de rotação
figura de equilíbrio do efeito combinado gravidade + força centrifuga
equilíbrio hidrostático:
R
r
p drrrgrP ')'()'()(
determina-se P em qualquer ponto do planeta se conhecido)(r
Equações do interior
4 4
3 32
8 8c
GM GMP
R R
fases dos materiais do interior, em função da T e P:
),(),( PTGPTG msml energia livre de Gibbs
A obtenção de valores empíricos é simples a baixaspressões mas os interiores planetários tem pressõese temperaturas muito altas difíceis de reproduzir em laboratório
Equação de estado:
),,( ifTPP composição
equação de estado é obtida a T ambiente e modificada por medidas a T e P maiores
Relação pressão-densidade:
nKP /11 3/5,2/3
,0
Pn
nPbaixas P:
altas P:
planeta incompressível 3RM
se a pressão interna aumenta ao ponto dos elétrons se tornarem degenerados o tamanho do planeta diminui a medida que aumenta a massa estrelas anãs brancas
3
1
RM
abaixo mais massa aumenta o raio Existe limite:
acima mais massa diminui o raio Júpiter está próximo do limite!
Relação massa-raio:
Sismologia fornece informações sobre interior
estudo da passagem de ondas plásticas no interior do planeta
terremotosimpactos de meteoritosexplosões vulcânicasexplosões não naturais (homem)
se propagam no interior, refletidas e transmitias nas interfaces onde varia
Oscilações na direção da propagação da onda
Oscilações transversaisà direção de propagação
Compressão e rarefação do material
Stress e rotação do material
ondas P, ou Primárias ondas S, ou Secundárias
Satélites
Superfícies
Crateras
Vulcanismo
Atividade tectônica
Canais, montanhas
Morfologia superficialGravidade e rotação
Atividade tectônica
Efeitos atmosfericos Superfícies modificadas
Processos endogênicos
Processos exognênicos
Colisões
Topografia medida em relação ao geóide
estrutura local (ex: montanha) sobrevive à gravitação dependendo da densidade e coesão do material
Movimentos de deslizamento (“downhill”) são induzidospela gravidade mas sua ocorrência depende da pendentecomparada com o “ângulo de repouso” do material
maior inclinação que determinado material suporta
corpos pequenos com pequena gravidade podem manteruma forma não esférica
depende
materialgranulaçãoquantidade de ar e águatemperatura
Gravidade e rotação
corpo esférico corpo oblato geóide
Superfície equipotencial de uma elipse em rotação em torno do seu eixo menor
Mapa de gravidade (geóide) da Terra
• Over the course of time there are many things which can cause the surface of a planet to change its appearance.
• winds, as shown in the example from the Martian surface
– Monument Valley on Earth is an example
• weather & water, which cause erosion
• volcanism, which pours out a new surface – The Moon is an example.
• continental drift • slow forces of deformation like those which cause mountains
to form.
• slumping of craters, mountains and volcanoes.
Rock and the Rock Cycle
Earth's Water Cycle Water is always on the
move.
Rain falling where you live may have been water in the ocean just days before. And the water you see in a river or stream may have been snow on a high
mountaintop.
Litosfera - Estratosfera
Notice that the magnetic field is much larger than the planet! Windows Original
The Force of Magnetism
The force of magnetism is directed from one pole to another. A pole can be described as the point where lines of magnetic force come together. Most simple magnets have two poles (that makes them "di-poles"), as shown in this picture. The magnetic field "lines" illustrate where the force of magnetism is, and whether it is stronger (red) or
weaker (blue).
This is an illustration of how magnetism works.
For simple magnets, the force of magnetism works in the following way: When two magnets are brought together, the force will attract the two magnets together if the poles are opposite, that is if the pole of the first magnet is positive and the pole of the second magnet is negative. If that condition is true, the two magnets will be "forced" to stick together.
The Invisible World of Magnetic Fields
• A bar magnet is a seemingly ordinary piece of metal from which invisible magnetic field lines originate. These magnetic field lines effect any magnetic material in the vicinity of the magnet. Magnets have a north pole where, by convention, magnetic lines of force point outward and a south pole where they point inward. Opposite poles attract each other; while similar poles repel each other. A toy bar magnet has a magnetic field (~1000 Oersted) thousands of times larger than the Earth's surface magnetic field(~1/4 Oersted) and about the strength of the field found in sunspots on the solar surface.
• All magnetic fields are the result of moving electric charges. In the case of solid materials, the moving charges are the individual electrons rotating about the atomic nuclei. However, that would not be sufficient to produce a magnetic field because the orbiting electrons are randomly oriented and their individual magnetic fields cancel out. In a permanent magnet, the fields of the individual atoms are all lined up so that they add rather than cancel each other out
The source of this material is Windows to the Universe, at http://www.windows.ucar.edu/ at the University Corporation for Atmospheric Research (UCAR
Earth with its magnetic field
The Earth is a good example of a planetary dipole, where the lines of force point in a direction out of the South (magnetic) Pole and into the North (magnetic) Pole. Planets can also show evidence of quadrupoles (4 poles) and octupoles (8-poles).
Generating a Magnetic Field • there are two essential ingredients for generating a magnetic field.
Those two ingredients are:
magnetic material
currents It is believed a planet, or a star, can generate a magnetic field if it has both of the two ingredients above. It must have enough magnetic material, and it must have currents moving inside the magnetic material. If a planet does not have enough of either of these two ingredients, it will not have a magnetic field. Planets which do not have magnetic fields include Venus (moves very slowly), and Mars (most the iron is on the surface, and not molten). This figure shows a model of the Earth's magnetic
field being generated within the Earth.
If two magnets of the same polarity are brought together, the force of magnetism will repel the two magnets from each other, and they cannot be
made to stick together.
Plate Tectonics
What causes a Planet's surface to change its appearance?
Placas tectônicas
200Myr atrás só tinha um continente: Pangaea
Desde então os continentes tem se separado e afastado:continental drift
induzido pela tectônica de placas
litosfera (crosta) consiste de ~10 grandes placas flutuando em cima da atenosfera
Placas se movem uma em relação as outras ~ 20cm p/ano
movimento das placas causado por convecção no manto estrutura global de circulação com as placas se movendo em cima
não se conhece a força que gera a conveçcão no manto
1. placas se afastam na cordilheira oceânica magma sobe nova crosta
2. placas colidem ou deslizam uma contra a outra gerando terremotos
3. quando uma placa oceânica e uma continental colidem a placa oceânica (mais pesada) vai para baixo aonde é novamente aquecida novas rochas metamórficas são formadasderretimento da crosta ocorre em um meio rico em água
a solidificação deste novo magma resulta em rochas graníticas
ciclo no fundo dos oceanos ocorre numa escala de tempo de 108 anos
Tectonismo de placas é observado apenas na Terra
Mercúrio, Marte e Lua por serem pequenos, resfriaram muito rapidamente criando uma espessa litosfera
Vênus parece mostrar algum indício de movimentolateral tectônico mas não associado a placas
Crosta oceânica– formada: limites divergentes
cordilheiras
- destruída: limites convergentes
crosta derretida ~= crosta
formada ~60.000km cordilheiras ativas + taxa separação ~ 4cm/ano
=2 km2/ano crosta nova
Vulcanismoalguns corpos mostram indícios de vulcanismo passado hoje: apenas Terra e Io
Explosões vulcânicas modificam:- superfície - recobrindo velhas
estruturas e criando novas- atmosfera e clima
Requisito para a atividade vulcânica: presença de um material quente e líquido, magma, abaixo da crosta
Possíveis fontes de calor para criar o magma:(i) calor gerado durante a formação do planeta (ex: Terra) e através da
continua diferenciação de material (ex: Saturno)(ii) interação de maré entre diversos corpos sólidos (ex: Io)(iii) nuclideos radiativos (fonte importante em todos os planetas terrestres)
atividade vulcânica é encontrada na borda entre duas placas tectônicas
acima de “plumes” termais quentes do manto
emissão de gás e vapor sem a erupção de lava ou material piroclástico marca os últimos estágios de atividade vulcânica
Efeitos atmosféricos
Água, fluídosVentosReações químicas
Deslizamentos com velocidade dependendo: viscosidade do fluído, terreno e gravidade
Movimento de poeira dependendo: densidade, viscosidade, temperatura, composição e rugosidade do solo
Interação entre atmosfera e superfícielevando a processos de “weathering”(intemperismo) dependendo da composição da atmosfera e das rochas
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