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Gabriela Marcomini de Lima Henrique Suriani de Oliveira Tiago Zanquêta de Souza Andréia Marega Luz Ricardo Baratella A vida na Terra © 2012 by Universidade de Uberaba Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Universidade de Uberaba. Universidade de Uberaba Reitor: Marcelo Palmério Pró-Reitora de Ensino Superior: Inara Barbosa Pena Elias Pró-Reitor de Logística para Educação a Distância: Fernando César Marra e Silva Assessoria Técnica: Ymiracy N. Sousa Polak Produção de Material Didático: • Comissão Central de Produção • Subcomissão de Produção Editoração: Supervisão de Editoração Equipe de Diagramação e Arte Capa: Toninho Cartoon Edição: Universidade de Uberaba Av. Nenê Sabino, 1801 – Bairro Universitário Catalogação elaborada pelo Setor de Referência da Biblioteca Central UNIUBE V667 A vida na Terra / Gabriela Marcomini de Lima ... [et al.]. – Uberaba : Universidade de Uberaba, 2012. 332 p. : il. ISBN 978-85-7777-398-5 1. Biologia. 2. Geologia. 3. Paleontologia. I. Lima, Gabriela Marcomini de. II. Oliveira, Henrique Suriani de. III. Souza, Tiago Zanquêta de. IV. Luz, Andréia Marega. V. Baratella, Ricardo. VI. Universidade de Uberaba. CDD: 570 Gabriela Marcomini de Lima Especialista em Gestão e Manejo Ambiental na Agroindústria pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). Graduada em Licenciatura em Ciências Biológicas pela Universidade de Uberaba (Uniube). Docente do curso de Ciências Biológicas, na modalidade EAD, na Universidade de Uberaba. Henrique Suriani de Oliveira Especialista em Gestão e Manejo Ambiental na Agroindústria pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). Graduado em Licenciatura em Ciências Biológicas pela Universidade de Uberaba (Uniube). Docente do curso de Ciências Biológicas, na modalidade EAD, na Universidade de Uberaba. Docente no Ensino Médio, na rede particular de ensino em Uberaba e em Igarapava-SP. Tiago Zanquêta de Souza Especialista em Docência do Ensino Superior e em Gestão Ambiental pelas Faculdades Integradas de Jacarepaguá (FIJ). Graduado em Licenciatura em Ciências Biológicas pela Universidade de Uberaba (Uniube). Professor dos cursos de Engenharia Ambiental (presencial/EAD), Engenharia Civil, Engenharia de Produção e Engenharia Elétrica (EAD). Professor tutor dos Cursos de Licenciatura em Ciências Biológicas, Geografia, História, Letras, Matemática e Química (EAD), desta universidade. Professor de Biologia no Ensino Médio e de Curso Preparatório para Vestibular, da rede particular de ensino. Andréia Marega Luz Especialista em Gestão e Manejo Ambiental na Agroindústria pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). Graduada em Licenciatura em Ciências Biológicas pela Universidade de Uberaba (Uniube). Docente do curso de Ciências Biológicas, na modalidade EAD, na Universidade de Uberaba. Sobre os autores Ricardo Baratella Especialista em Biologia Evolutiva pela Universidade de Franca (Unifran) – SP. Especialista em Educação a Distância, em Gestão Escolar e em Docência do Ensino Superior pelas Faculdades Integradas de Jacarepaguá (FIJ) − RJ. Graduado em Ciências Biológicas pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras Barão de Mauá, em Ribeirão Preto − SP. Graduado em Pedagogia pela Universidade de Uberaba (Uniube). Docente nesta universidade, atuando nos cursos de licenciatura em Ciências Biológicas e Pedagogia. Gestor do curso de Ciências Biológicas desta instituição. Sumário Apresentação ....................................................................................IX Capítulo 1 Estruturando um planeta e explorando seu interior .......... 1 1.1 O método científico e os estudos de geologia ......................................................3 1.1.1 As práticas modernas e as teorias geológicas ............................................6 1.2 Explicando as origens do sistema planetário .......................................................8 1.2.1 A hipótese da nebulosa ................................................................................9 1.2.2 A formação de um planeta em camadas ...................................................11 1.3 Terra: um sistema de componentes interativos ..................................................21 1.4 Explorando o interior do planeta Terra ................................................................25 1.4.1 Os tipos de ondas e os estudos sismológicos ...........................................26 1.5 Processos geodinâmicos internos ......................................................................33 1.5.1 Teoria das correntes de convecção ...........................................................34 1.5.2 O campo gravitacional e magnético da Terra ............................................37 Capítulo 2 Da deriva dos continentes à tectônica de placas: a teoria unificadora .......................................................... 43 2.1 Os caminhos até a teoria unificadora .................................................................46 2.1.1 Teoria da deriva continental: o ponto chave de uma revolução nas ciências geológicas ....................................................................................47 2.2 Teoria da tectônica de placas .......................................................................55 2.2.1 América do Sul e África: indícios de uma união pretérita ..........................57 2.2.2 As placas tectônicas...................................................................................59 2.2.3 A natureza das placas tectônicas e os tipos de limites entre elas .............61 2.3 A formação das cordilheiras continentais ...........................................................64 2.3.1 A origem das montanhas ...........................................................................68 2.4 A distribuição da vida no passado e no presente ...............................................71 Capítulo 3 Minerais e rochas: os componentes consolidados da crosta terrestre ................................................................ 79 3.1 Minerais ...............................................................................................................82 3.1.1 De onde surgem os minerais? ...................................................................84 3.1.2 Propriedades físicas dos minerais .............................................................85 3.1.3 Propriedades ópticas dos minerais ............................................................87 3.1.4 Principais usos e a importância de alguns minerais ..................................88 3.1.5 Gemologia ..................................................................................................92 3.2 Rochas ................................................................................................................94 3.2.1 Rochas ígneas ou magmáticas .................................................................95 3.2.2 Rochas sedimentares ................................................................................98 3.2.3 Rochas metamórficas ..............................................................................103 3.2.4 O ciclo das rochas....................................................................................105 3.3 Recursos minerais do Brasil .............................................................................107 3.3.1 Outros minerais encontrados no Brasil .................................................... 111 3.3.2 As consequências da exploração dos recursos minerais ........................111 Capítulo 4 Paleontologia: desvendando o passado biológico da Terra ......................................................................... 117 4.1 Importância do estudo dos fósseis ...................................................................121 4.2 Formação dos fósseis .......................................................................................125 4.2.1 Morte ........................................................................................................126 4.2.2 Decomposição e desarticulação ..............................................................127 4.2.3 Transporte ................................................................................................129 4.2.4 Intemperismo ...........................................................................................130 4.2.5 Diagênese ................................................................................................130 4.2.6 Fatores que atuam no processo de fossilização .....................................132 4.3 Tipos de fósseis ................................................................................................133 4.3.1 Restos ......................................................................................................134 4.3.2 Vestígios ...................................................................................................136 4.3.3 Pseudofósseis ..........................................................................................137 4.3.4 Fósseis vivos ............................................................................................137 4.4 Profissão paleontólogo .....................................................................................139 4.5 Princípios de estratigrafia .................................................................................141 4.5.1 Utilização dos fósseis como ferramenta para datação ............................143 4.6 Microfósseis ......................................................................................................146 Capítulo 5 Paleontologia: a Terra em constante transformação e a evolução da vida ao longo do tempo ...................... 151 5.1 Aprofundando o estudo da Paleontologia .........................................................153 5.1.1 Fósseis, evolução e registro fóssil ...........................................................154 5.1.2 Tectônica de placas e deriva continental .................................................162 5.2 Tempo geológico ...............................................................................................166 5.2.1 A evolução da vida ao longo do tempo geológico ...................................168 5.2.2 Éon Hadeano ...........................................................................................169 5.2.3 Éon Arqueano ..........................................................................................169 5.2.4 Éon Proterozoico......................................................................................170 5.2.5 Éon Fanerozoico ...................................................................................171 5.3 Fósseis no Brasil ...............................................................................................181 5.4 A Paleontologia no livro didático e a democratização da ciência .....................187 5.5 Turismo paleontológico .....................................................................................189 Capítulo 6 A distribuição dos seres vivos no tempo e no espaço .. 197 6.1 A Geografia da vida: a distribuição dos seres vivos .........................................199 6.2 A história da Terra ............................................................................................201 6.3 O clima da Terra ................................................................................................202 6.4 As modificações da posição dos continentes ...................................................205 6.5 Novos ambientes precisam de novas adaptações ..........................................208 6.6 A fragmentação dos continentes e o surgimento de novas espécies ..............210 6.6.1 A especiação possibilita o surgimento de espécies endêmicas ..............215 6.6.2 Regiões fitogeográficas ...........................................................................222 6.7 A compreensão do padrão de distribuição dos seres vivos .............................223 6.8 Introdução aos métodos biogeográficos ...........................................................225 6.9 A influência do homem na distribuição das espécies .......................................226 Capítulo 7 O papel dos fatores e elementos ambientais na distribuição dos seres vivos .......................................... 231 7.1 A importância dos fatores e elementos ambientais ..........................................233 7.2 O clima ..............................................................................................................235 7.2.1 O clima varia com a latitude .....................................................................237 7.2.2 Tipos de clima ..........................................................................................241 7.2.3 Influência da topografia sobre o clima .....................................................243 7.2.4 O clima tem papel significativo na formação dos solos ...........................244 7.3 A pluviosidade ..................................................................................................247 7.3.1 Formação das chuvas ..............................................................................248 7.3.2 Tipos de nuvens .......................................................................................250 7.3.3 Tipos de chuvas .......................................................................................252 7.3.4 Medição das chuvas ................................................................................253 7.4 Frentes frias e frentes quentes .........................................................................255 7.5 Eventos climáticos extremos ............................................................................257 7.6 As estações do ano ...........................................................................................258 7.7 Os ambientes aquáticos ...................................................................................261 7.7.1 Lagos........................................................................................................262 7.7.2 Águas correntes .......................................................................................262 7.7.3 Estuários ..................................................................................................263 7.7.4 Oceanos ...................................................................................................263 Capítulo 8 As chaves da vida .......................................................... 269 8.1 Origem da ideia de evolução ............................................................................281 8.2 Adaptação e ambiente ......................................................................................286 8.3 Darwin e o mecanismo evolutivo ......................................................................289 8.4 O registro geológico e fossilífero ......................................................................308 Caro(a) aluno(a). A humanidade busca saber como, quando e onde a vida se originou e de que modo surgiram as numerosas espécies de animais e vegetais. Em todas as partes, nos mais distintos recantos do planeta, encontraremos seres vivos diferentes. Hoje em dia, acreditamos que essa diversidade seja fruto de um processo lento, que vem ocorrendo há milhares de milhões de anos, desde a origem da vida, há cerca de 3,5 bilhões de anos. Vivemos em um universo em constantes mudanças. O relevo e o clima mudam, florestas se transformamem desertos, fundos de mares se transformam em montanhas. Desse modo, podemos dizer que os seres vivos só estão momentaneamente adaptados a um determinado ambiente, pois, quando esse ambiente muda, o ser vivo deixa de estar adaptado. Por outro lado, ambientes que permanecem inalterados por milhões de anos possuem fauna e flora extremamente adaptadas que pouco mudaram ao longo desse tempo. Os animais que vivem, hoje, constituem apenas parte da grande e contínua população que tem habitado a Terra por milhões de anos. Os fósseis comprovam a existência de animais e plantas antigos, e qualquer mudança nas características físicas ou biológicas de um ambiente influencia, de modo diverso, as espécies de animais e plantas que ali vivem. Apresentação X UNIUBE As forças naturais que agem sobre as populações de seres vivos têm-se somado à influência do homem, com intensidade, em muitos lugares nos séculos e décadas recentes. Nessa perspectiva, a seguir, veremos a que se destina cada um dos capítulos, deste livro. No capítulo 1: “Estruturando um planeta e explorando seu interior”, você iniciará seus estudos sobre a Geologia, a ciência que estuda a Terra, sua composição, estrutura, propriedades físicas, história e os processos que lhe dão forma. No capítulo 2: “Da deriva dos continentes à tectônica de placas: a teoria unificadora”, você irá diferenciar e relacionar a teoria da deriva continental à das placas tectônicas; assim como irá estudar as relações do tectonismo com a união dos continentes. O capítulo 3: “Minerais e rochas: os componentes consolidados da crosta terrestre”, descreve os processos pelos quais são formados e os principais usos e aplicações das rochas e dos minerais. O capítulo 4: “Paleontologia: desvendando o passado biológico da Terra”, aponta as diferentes utilidades e importância dos fósseis no estudo da Paleontologia, enumera, descreve e interpreta os diferentes e sucessivos passos na formação dos fósseis. No capítulo 5: “Paleontologia: a Terra em constante transformação e a evolução da vida ao longo do tempo”, irá propiciar a você o entendimento referente ao objeto de estudo da Paleontologia, a como essa ciência se relaciona com a Biologia, e sua importância para a população. UNIUBE XI No capítulo 6: “A distribuição dos seres vivos no tempo e no espaço”, serão apresentados alguns conceitos iniciais de Biogeografia e como os principais acontecimentos da história geológica da Terra influenciaram na distribuição geográfica dos seres vivos. O capítulo 7: “O papel dos fatores e elementos ambientais na distribuição dos seres vivos”, explica a existência de fatores ambientais envolvidos na distribuição dos seres vivos, e identifica os principais elementos ambientais que interferem na distribuição das espécies. No capítulo 8: “As chaves da vida”, você irá estudar os mecanismos que propiciaram a imensa variedade de seres vivos; distinguir os aspectos básicos das ideias de Lamarck e Darwin e sua importância para o desenvolvimento do conhecimento humano; o que o levará a compreender as bases da teoria evolutiva atual e reconhecer a diversidade dos mecanismos de isolamento reprodutivo entre espécies diferentes, completando, assim, o processo permanente de ação – reflexão – ação sobre a realidade atual. Esperamos que os conhecimentos construídos a partir deste livro possam ser significativos para sua formação profissional e atuação no mercado de trabalho. Bons estudos! Tiago Zanquêta de Souza Capítulo 1 O planeta Terra é um lugar único, um abrigo de milhares de seres vivos, inclusive do ser humano. Até hoje, não foi descoberto nenhum outro lugar que tenha um equilíbrio dinâmico e capaz de oferecer condições à vida. A geologia é a ciência que estuda a Terra (geo = terra; logia = estudo), explicando a forma como ela surgiu, a forma como evoluiu e vem evoluindo, os mecanismos de funcionamento, além de ajudar-nos a entender a necessidade de preservar e conservar os recursos naturais e os habitats que promovem a sustentação da vida. Este capítulo dará a você condições para entender como os geólogos pensam, começando pelo método científico, ou seja, pela abordagem objetiva do universo físico na qual toda investigação científica é baseada. Em seguida, apresentaremos as principais teorias que explicam a origem da Terra, para depois entendermos sua composição e estrutura interna. A Terra é um planeta dinâmico, em constante transformação e movimento. Para entendermos as partes do planeta, estudaremos seus sistemas e subsistemas. Estruturando um planeta e explorando seu interior Introdução 2 UNIUBE Ao final de seus estudos, esperamos que você esteja apto(a) a: • defender o método científico como alternativa para entender a geologia; • identificar e analisar a gênese, estrutura, composição e evolução da Terra; • demonstrar a origem dos oceanos e da atmosfera; • identificar que a tectônica de placas permitiu a formulação de um modelo geral para a deriva continental, baseado na periodização da história geológica da Terra; Objetivos É preciso entender também que a Terra evoluiu ao longo do tempo. Estima-se que a Terra tenha cerca de 4,5 bilhões de anos, enquanto que a vida teria surgido há 3 bilhões pretéritos. A espécie humana, como a conhecemos, acredita-se ter surgido há cerca de poucos milênios (PRESS et al., 2006). Antigos pensadores acreditavam no universo fragmentado em apenas duas partes: o céu e o inferno. Um céu de luz, acima, cheio de estrelas vagantes e iluminado. O inferno embaixo, um mundo inferior, escuro, impossível de ser visto pelos olhos humanos (PRESS et al., 2006). Enfim, neste capítulo, exploraremos o interior terrestre, fazendo referência às técnicas de sismologia e investigando também as altas temperaturas do interior do planeta, para assim entendermos o funcionamento que determina a Terra como ela é. Bons estudos! UNIUBE 3 Esquema Toda a ciência tem o objetivo de explicar como o universo funciona. Para isso, o método científico é utilizado, por meio da pesquisa baseada em observações metodológicas e experimentais. Para alguns cientistas, os eventos físicos têm explicações físicas, mesmo quando estas estejam longe de serem entendidas pelo ser humano (PRESS et al., 2006). Observe o esquema sobre o método científico nos estudos de geologia: O método científico e os estudos de geologia1.1 1º momento - O método científico e os estudos de geologia 2º momento - Explicando as origens do sistema planetário 3º momento -Terra: um sistema de componentes interativos 4º momento - Explorando o interior do planeta Terra 5º momento - Processos geodinâmicos internos • reconhecer que vivemos sobre um território dinâmico, palco de enfrentamento de forças geológicas de diferentes origens, acionadas pela geodinâmica interna e por toda gama de fenômenos relacionados. 4 UNIUBE A partir desse esquema é possível entender que: • hipótese: é a tentativa de explicar algo baseado em dados cole- tados por meio de experimentações e observações. A hipótese, quando confirmada por outros cientistas, adquire mais credibili- dade (PRESS et al., 2006); UNIUBE 5 • teoria: é a hipótese que sobreviveu a mudanças repetidas e obteve um significado expressivo para a ciência. Vale lembrar que uma teoria jamais pode ser considerada definitivamente provada. Se evidências novas e convincentes indicam que uma teoria está incorreta, os cientistas deverão modificá-la ou descartá-la (PRESS et al., 2006); • modelo científico: é a representação de algum aspecto da natureza com base em um conjunto de hipóteses, incluindo teorias bem estabelecidas. Para testar as hipóteses, é necessário fazer a comparação entre as predições do modelo e as observações realizadas. Hoje, os modelos costumam ser computadorizados (PRESS et al. 2006). Para dar razão às ideias, os cientistas compartilham-nas com seus colegas, por meio de publicações em revistas, encontros em congressos,fóruns ou seminários. Pelo livre intercâmbio intelectual, criou-se um código de ética para ser utilizado pelos cientistas, que prevê a fidelidade de informações e a responsa- bilidade de instruir a geração de futuros pesquisadores à conduta adequada para pesquisa. Como disse Albert Einstein: “Na ciência (...) o trabalho científico do indivíduo está tão inseparavelmente conectado ao de seus antecessores e contemporâneos, que parece ser quase um produto impessoal de sua geração” (PRESS, et al., 2006). Para a geologia, o método científico é imprescindível, uma vez que a origem do Universo, bem como a origem da Terra, são explicadas por uma teoria, a conheci- da como Teoria da Grande Explosão ou Big Bang. Teoria da Grande Explosão ou Big Bang Em 1948 foi divulgada a teoria da Grande Explosão ou Big Bang por dois grandes cientistas: George Gamow (1904-1968), russo, naturalizado americano, e pelo padre e astrônomo Georges Lemaître (1894- 1966), nascido na Bélgica. De acordo com esses pesquisadores, o universo se originou após uma grande explosão do cosmo, há cerca de 10 e 20 bilhões de anos. O termo explosão faz referência a uma grande liberação de energia que teria ocorrido, o que deu origem ao espaço- tempo. Se você quiser saber mais a respeito, acesse ao endereço: <http://www. brasilescola.com/geografia/ big-bang.htm>. 6 UNIUBE 1.1.1 As práticas modernas e as teorias geológicas Segundo Press et al., (2006, p.26): a geologia é uma ciência fundamentada nas observações e experimentos orientados no local do objeto de estudo. Várias comparações são feitas por geólogos, entre as observações diretas do passado e aquelas que inferem informações a partir do registro geológico. É evidente que, pela idade das rochas, é possível também determinar a idade dos fósseis que nelas são encontradas. Registro geológico É a informação preservada nas rochas,originadas em vários tempos da longa história da Terra (PRESS et al., 2006). “O presente é a chave do passado”. Essa frase do escocês James Hutton tornou-se conhecida como o princípio do uniformitarismo, o qual considera que os processos geológicos de hoje também aconteceram de modo muito semelhante ao longo da história e do tempo geológico. Press et al. (2006, p.27) afirmam ainda que: um bólido quando cai sobre a Terra, pode escavar uma cratera (Figura 1) em questão de segundos. Um vulcão pode entrar em erupção, rachar o solo e liberar o magma, também muito rapidamente. Mas, vários milhões de anos são gastos para que uma rocha seja erodida ou soerguida. Isso mostra que os eventos geológi- cos acontecem em variadas escalas, tanto no tempo como no espaço (Figura 2). AMPLIANDO O CONHECIMENTO Bólido Bólido é o termo sinônimo a meteoroide grande. SAIBA MAIS O princípio do uniformitarismo não significa que todo fenômeno geológico ocorre de forma lenta. Alguns podem ocorrer subitamente (PRESS et al., 2006). UNIUBE 7 Prova disso é que, recentemente, vários vulcões têm entrado em erupção, como no Chile (América do Sul), na Indonésia (Ásia) e na Europa. Veja a Figura 1, a seguir: Figura 1: Cratera provocada pela queda de um bólido. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Observe que essa figura representa a cratera deixada por um bólido, quando em impacto na superfície da Terra. Os fenômenos geológicos podem estender-se por milhares de anos, e, até mesmo, ocorrer em velocidades surpreendentes. Veja a Figura 2: Figura 2: Fenômenos geológicos. Foto: Ricardo Baratella. 8 UNIUBE Essa figura retrata uma paisagem proveniente das várias movimentações de Terra e/ou rocha, que aconteceram há milhares de anos e que, com certeza, está, lentamente, passando por movimentos e modificações até hoje. Não existe nenhum registro histórico, pelo menos até agora, de que um homem pôde presenciar a queda de um bólido sobre a superfície da Terra. No passado, tem-se a certeza de ter ocorrido essas quedas, que voltarão a acontecer novamente, apenas não se estima quando. A evolução da Terra é gradativa e lenta, mas marcada por eventos extremados, mesmo que irregulares, envolvendo mudanças bruscas e extraordinárias no sistema terrestre (PRESS et al., 2006). Para explicar como surgiu o universo e até mesmo a própria vida, o ser humano busca diferentes linhas de pesquisa e entendimento. Uns se fundamentam na religião, outros na ciência e outros na estagnação, procurando ainda uma explicação plausível e que de fato os convença. A teoria mais aceita e a que melhor explica a origem do universo com todos os seus planetas, satélites e estrelas, é a do Big Bang, que teria acontecido entre 13 e 14 bilhões de anos atrás, a partir da explosão cósmica. Até então, toda a matéria estava concentrada num único ponto de densidade inconcebível (PRESS et al., 2006). Os geólogos acreditam que a Terra, junto ao sistema solar, surgiu há mais ou menos 4,5 bilhões de anos, período que vem sendo estudado pelos cientistas com a finalidade de entender melhor a formação do sistema solar (inclusive do Sol) para, depois, entender a formação da Terra. Explicando as origens do sistema planetário1.2 UNIUBE 9 As possíveis explicações para a origem do sistema solar, para a origem do Sol e para a formação dos planetas são encontradas na hipótese da nebulosa, formulada pelo filósofo alemão Immanuel Kant. 1.2.1 A hipótese da nebulosa Em 1755, o filósofo alemão Immanuel Kant supôs que a origem do sistema solar se dera por meio da rotação de uma nuvem de gás e poeira fina. Mais tarde, com o uso de equipamentos mais sofisticados, como o telescópio, os cientistas chamaram essas mesmas nuvens gasosas de nebulosas. De acordo com as pesquisas, as nebulosas são formadas, predominantemente, pelos gases hélio e hidrogênio, que também compõem o Sol (PRESS et al., 2006). Vejamos a hipótese da nebulosa: a) existia uma nebulosa difusa, grosseiramente esférica, e em rotação contrativa; b) como resultado da contração, há a formação de um disco achatado, que gira rapidamente, transformando-se no protossol; c) têm-se os planetesimais, formados pela colisão de grãos, junto aos gases presentes; d) os planetas terrestres estruturam-se a partir de múltiplas colisões e adição de planetesimais, condicionados pela ação gravitacional; e) há a formação do Sol e a formação da crosta incandescente, de um planeta terrestre. SAIBA MAIS De acordo com Press et al. (2006), a gravidade gerada pela massa dos corpos fez contrair a nuvem difusa, acelerando a rotação das partículas, e essa rotação mais rápida achatou a nuvem, que passou a ter a forma discoidal. 10 UNIUBE 1.2.1.1 Como se formou o Sol? A ação da gravidade foi crucial para a formação do Sol. A matéria, por essa ação, começou a se concentrar e a se aquecer, tornando-se mais densa. A temperatura interna chegou a milhares de graus Celsius, provocando fusão nuclear. Até hoje essa fusão continua, pois os átomos de hidrogênio que estão sobre intensa pressão e em alta temperatura combinam-se e fundem-se para formar o gás hélio. Então, entende-se que parte da massa transforma-se em energia, que é refletida como luz, por meio de explosões (PRESS et al., 2006). Para entender melhor a fusão nuclear, acesse o link: <http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/fissao-e-fusao-nuclear/fissao- e-fusao-nuclear.php>. Nele, você encontrará um artigo que explica, de forma bem didática, sobre esse assunto tão importante para sua formação. Boa leitura! PESQUISANDO NA WEB O gás hélio, que compõe o Sol, é conhecido como gás nobre. Pesquise as características desse gás, onde ele pode ser encontrado, além do Sol, e qual(is) sua(s) utilidade(s). 1.2.1.2 Planetas em formação Mesmo com a concentração da maior parte da massa atmosférica que formou o Sol, uma pequena porção gasosa ainda se fazia presente, em rotação, externamente, e, por esse motivo, mais fria, permitindo a condensação dos gases. Mais uma vez, a ação da gravidade promoveu a agregação de poeira e materialcondensado por meio de colisões sucessi- vas, formando corpos maiores, aproximados ao tamanho lunar. Nossos oito planetas, com suas órbitas, teriam se formado dessa maneira. UNIUBE 11 Caso você queira conhecer lindas imagens e fotos de nosso sistema solar e de cada planeta separadamente, sugerimos que acesse o site da Nasa: <http://solarsystem.nasa.gov/index.cfm>. Você irá se impressionar! PESQUISANDO NA WEB Nosso sistema solar é composto atualmente por oito planetas, pois Plutão não faz mais parte do “grupo dos nove”. Por isso, agora são oito. O Sol é a estrela que aquece e mantém a vida do sistema. Alguns dos oito planetas do sistema solar possuem um ou mais satélites naturais. No caso do nosso planeta, o satélite natural é a Lua. Com base nessa informação, busque em livros, ou até mesmo em sites, respostas para as perguntas a seguir: • Quais as diferenças entre satélites, planetas e estrelas? • Por que Plutão não é mais considerado um planeta do nosso sistema solar? • Por que alguns dos planetas do sistema solar possuem anéis exteriores? • O que é e qual a composição de um planeta exterior e de um planeta interior? • Qual a importância da força gravitacional? • O que é órbita? Aproveite as suas pesquisas para registrar suas respostas em seu TCA! AGORA É A SUA VEZ 1.2.2 A formação de um planeta em camadas Vamos começar essa discussão levantando o seguinte questionamento: Como é que a Terra evoluiu até um planeta vivo, com continentes, oceanos e atmosfera? 12 UNIUBE De acordo com Press et al (2006), a resposta reside na diferenciação. Acredita-se que um planetesimal colidiu com a Terra numa velocidade equivalente de 15 a 20 km/s, liberando, por isso, uma energia 100 vezes maior que seu peso. Essa energia liberada foi convertida em calor. Isso quer dizer que foram ejetados no espaço uma grande quantidade de detritos, e gerou, além de tudo, calor suficiente para fundir a maior parte do que restou da Terra. Os detritos que obviamente ficaram dispersos ao redor da Terra foram se agregando, até formar o satélite natural terrestre, que é a Lua. O impacto sofrido pela Terra teria acelerado o processo rotacional e mudado também seu eixo, atingindo uma inclinação de 23 graus (PRESS et al., 2006, p. 31). Diferenciação Para Press et al. (2006), diferenciação é a transformação de blocos aleatórios de matéria primordial num corpo cujo interior é dividido em camadas concêntricas, que diferem umas das outras, tanto física como quimicamente. É um processo que deve ter ocorrido nos primeiros momentos da história terrestre, quando o calor permitiu a fusão dos materiais. De acordo com a hipótese de formação da Lua, entendemos: a) no primeiro estágio, um corpo, aproximadamente do tamanho de Marte, colidiu com a Terra, há cerca de 4,5 bilhões de anos; b) o grande impacto ejetou, para o espaço, detritos tanto do corpo que impactou a Terra, como dela própria; c) esse impacto, além de acelerar a rotação do planeta, condicionou a inclinação de seu eixo para 23º; d) a Terra, posteriormente, reconstituiu-se como planeta e a Lua agregou-se a partir dos detritos expulsos para a atmosfera. SAIBA MAIS UNIUBE 13 É muito importante lembrar que toda a formação da Terra aconteceu há cerca de 4,5 bilhões de anos, entre o período de acrescimento da Terra (4,56 bilhões de anos) e a idade das rochas mais antigas da Lua, que é de 4,47 bilhões de anos. A informação da idade da Lua foi trazida pelos astronautas da nave espacial Apollo (PRESS et al., 2006, p. 31). 1.2.2.1 A diferenciação e a formação da Terra em camadas Existem alguns trabalhos que apontam evidências de que cerca de 30 a 65% da Terra fundiu-se, dando origem a uma camada externa de centenas de quilômetros de espessura, a qual é chamada de oceano de lava, ou rocha derretida. Do mesmo modo, o interior esquentou-se até um estado menos denso, no qual seus componentes eram móveis. O material mais pesado mergulhou para o interior, tornando-se o núcleo, enquanto o mais leve flutuou, formando a crosta. O que permitiu o resfriamento da Terra? Como afirmam Press et al. (2006), o material mais leve que emergiu do interior terrestre carregou consigo energia na forma de calor, irradiando-o, dessa maneira, para o espaço. Assim, a Terra resfriou-se e transformou- -se em um planeta diferenciado ou zoneado em três camadas principais (Figura 3). 14 UNIUBE Veja, a seguir, a composição de cada uma dessas camadas: • CROSTA Os materiais líquidos e obviamente menos densos separaram-se das substâncias geradoras, flutuando em direção à superfície do oceano magmático. Uma vez resfriados, formou-se a crosta sólida da Terra, uma fina camada externa com apenas 40 km de espessura. Os minerais que a constituem são: silício, alumínio, ferro, cálcio, magnésio, sódio e potássio, combinados com o oxigênio. Todos, com exceção do ferro, constituem-se em elementos sólidos leves (PRESS et al., 2006). De acordo com Teixeira et al. (2003), a crosta é dividida em: crosta superior (SIAL) e crosta inferior (SIMA). A primeira é composta por minerais mais leves como silício e alumínio, e é também chamada de crosta continental. Sua espessura varia de 25 a 90 km. Na segunda, também chamada de crosta oceânica, predominam os elementos silício e magnésio. Sua espessura nas áreas oceânicas é de apenas 5 a 10 km. Figura 3: Estrutura do planeta Terra. UNIUBE 15 • MANTO Camada situada entre o núcleo e a crosta, uma região que forma a maior parte da Terra. Abrange profundidades que vão de 40 até 2.900 km. A densidade das rochas que o compõem é intermediária. O manto é composto basicamente de oxigênio com magnésio, ferro e silício (PRESS et al., 2006). O manto pode ser dividido em: manto externo ou astenosfera; e manto interno. É responsável pelas perturbações na crosta como dobramentos, falhamentos e terremotos, que você estudará em maior detalhe nos próximos capítulos (TEIXEIRA et al., 2003). • NÚCLEO (NIFE) A temperatura do núcleo pode variar na parte mais externa, com 4000°C, até na parte mais interna, com 6000°C. Constitui-se de níquel e ferro (TEIXEIRA et al., 2003). Os cientistas consideram que o núcleo começa a uma profundidade de 2.900 km, líquido em sua parte externa, mas sólido numa região chamada de núcleo central, que atinge cerca de 5.200 km até o centro da Terra, acerca de 6.400 km. O núcleo interno é sólido porque a pressão central é muito alta, o que leva o ferro a fundir-se (PRESS et al., 2006). Um resumo dos períodos de tempo que descrevem a origem da Terra e sua evolução num planeta diferenciado é mostrado na Tabela 1, a seguir. 16 UNIUBE Tabela 1: O tempo geológico Por meio da tabela do tempo geológico, é possível inferir, evolutivamente, quais organismos foram ocupando os múltiplos ambientes terrestres. Vale ainda lembrar que a evolução é lenta, processual e gradativa, e que, por isso, não pode ser sentida instantaneamente, afinal, nada é instantâneo na natureza, como nos ensina o maior evolucionista dos últimos tempos, Charles Darwin. UNIUBE 17 1.2.2.2 A formação dos oceanos, dos continentes e da atmosfera terrestres Até hoje, o processo de resfriamento da Terra continua acontecendo, por meio de atividades vulcânicas, que expulsam o magma quente do interior da Terra e, por isso, colaborando para diminuição de sua temperatura. Diante da alta temperatura da superfície da Terra, durante sua formação, há milhares de anos, uma gota d'água que caía da atmosfera sobre a superfície, evaporava-se imediatamente. A água evaporada, quando encontrava as camadas mais frias da atmosfera, transformava-se em chuvas torrenciais, ajudando a diminuir a temperatura da superfície do planeta. Com o resfriamento da superfície da Terra, deu-se origem à formação de uma camada fina de material sólido que, por sua vez, deu origem à crosta terrestre. Com o passar do tempo, a água das chuvas não retornava mais à atmosferaem forma de vapor, pois a crosta já vinha diminuindo sua tempera- tura em função do ciclo hidrológico. Parte dessa água escorria pelas elevações formando os rios. Uma outra parte acumulava-se nas depressões da crosta terrestre originando os lagos, os mares e os oceanos. Dessa forma, formou-se a hidros- fera primitiva, de constituição diferente da atual. Com a composição do globo terrestre, criou-se um imenso bloco continental denominado Pangea, também chamado de Pangeia (o Super Continen- te), circundado por um imenso Oceano, denomi- nado Pantalassa. Veja a Figura 4: Pangea ou Pangeia Grande bloco de terra emersa que, no dizer de A. Wagener, constituía o único continente que existia até o período Cretáceo. Pantalassa Denominação dada por Suess para o grande mar universal, isto é, a camada líquida ou hidrosfera, que atualmente constitui 71% da superfície do globo terrestre. 18 UNIUBE Figura 4: Pangea e Pantalassa. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Os continentes começaram a crescer logo após a diferenciação, e esse crescimento continuou ao longo do tempo geológico. É possível supor que o magma partiu do interior derretido da Terra e atingiu a superfície, onde esfriou e solidificou para formar a crosta terrestre rochosa, que, como já apontado anteriormente, é chamada Pangea (PRESS et al., 2006). E os oceanos e a atmosfera, como se formaram? Sabemos que o planeta Terra é o único a manter água líquida em sua superfície. A teoria mais aceita sobre a formação dos oceanos relata que a emissão de gás das rochas na formação do planeta liberou gases em quantidade suficiente para o surgimento de um efeito estufa. Parte destes gases era vapor d’água que se condensava a partir de certa altitude e voltava a cair sobre a superfície como chuva. UNIUBE 19 Você acabou de ler que aconteceu a formação de um efeito estufa, caracterizando a atmosfera primitiva. Esse efeito, como todos sabem, acontece até hoje, e é de fundamental importância para que a vida na Terra continue se perpetuando. Tendo como base essa informação, pesquise: • o que é o efeito estufa? • por que esse efeito é crucial para a manutenção da vida na Terra? • qual a relação entre o efeito estufa com o que chamamos de aquecimento global? • o que tem provocado o aumento do efeito estufa? Reflita sobre essas questões! PESQUISANDO De acordo com Press et al. (2006), a água estava aprisionada em certos minerais trazidos pela agregação dos planetesimais. Da mesma forma, o nitrogênio e o carbono estavam ligados a outros minerais. Quando a Terra esquentou e aconteceu a fusão parcial de seus componentes, o vapor d’água e outros gases foram liberados e levados para a superfície pelos magmas, sendo lançados na atmosfera pela atividade vulcânica. No entanto, o calor extremo do solo ainda semiderretido, fazia com que a água evaporasse antes mesmo de tocar o solo, voltando a se condensar, transformando-se em chuvas. Este processo não era contínuo, porém, durou aproximadamente 100 milhões de anos, ocasionando, em função da constante precipitação e evaporação da água, o abaixamento da temperatura superficial. Assim que a temperatura do solo atingiu um ponto abaixo do ponto de ebulição da água, foi possível que ela começasse a se acumular nos pontos mais baixos da superfície do globo. Ponto de ebulição O ponto de ebulição da água é de 100o C ao nível do mar. É o ponto que marca a transição completa da água do estado líquido ao estado de vapor. 20 UNIUBE Com o forte escoamento das partes mais altas da superfície, provocando consequentemente erosão, ocasionou o arraste de grandes quantidades de sais para os oceanos recém-formados, tornando-os salgados. Porém, ao se formarem os oceanos, outros componentes, além dos sais arrastados da superfície, foram acrescentados a eles. As chuvas torrenciais dissolviam, em suas gotas, parte do gás carbônico atmosférico (CO2), transformando-o em ácido carbônico (H2CO3). O ácido carbônico que reagia com os silicatos das rochas, transformava-se em carbonato de cálcio (CaCO3), que era arrastado aos mares onde se acumulou. Este processo diminuiu o efeito estufa, consequentemente amenizando a temperatura do planeta, além de permitir que a atmosfera se tornasse mais transparente à radiação solar. Você sabe dizer por que a água do mar é salgada? Caso não saiba e queira entender sobre isso, acesse o site Ambiente Brasil, e leia o texto Por que a água do mar é salgada?, no endereço: <http://ambientes.ambientebrasil.com.br/agua/artigos_agua_salgada/ por_que_a_agua_do_mar_e_salgada%3F.html>. Boa leitura! PESQUISANDO NA WEB O planeta Terra foi abatido por bólidos ao decorrer de milhares de anos. Um dos impactos mais importantes aconteceu há 65 milhões de anos, quando ocorreu a extinção dos dinossauros. Esse fato possibilitou o surgimento dos mamíferos, espécies dominantes sobre o planeta e precursora da vida humana na Terra. UNIUBE 21 Pensando nisso, o poeta Robert Frost (apud PRESS et al., 2006, p. 36) pensou, talvez, na vulnerabilidade da vida na Terra quando produziu as seguintes palavras: Alguns dizem que o mundo terminaria em labareda quente, outros dizem que em frio enregelado. Do que eu provei do desejo ardente, Eu concordo com os que torcem pelo fogo inclemente. Mas se eu tiver de perecer dobrado, eu acho que conheço bem o querer mal Para dizer que a destruição do gelo desapiedado é também colossal e suficiente pro mundo ser acabado. Reflita sobre as palavras desse poeta. Você concorda com ele? PARADA PARA REFLEXÃO Em relação à formação das águas dos oceanos, existem duas possibilidades: • a primeira: faz referência às altas temperaturas da Terra, na qual a água estaria presente na forma gasosa, envolvendo-a. Após o resfriamento e solidificação da crosta, os oceanos teriam se formado por condensação. Dessa forma, desde os primór- dios, o oceano teria um volume de água semelhante ao atual; • a segunda: está relacionada a um corpo frio de água, retido nos minerais hidratados. Graças ao aquecimento gradual e à fusão parcial, em decorrência do calor provindo da desintegração ra- dioativa, a água teria vindo até a superfície englobada em líqui- dos vulcânicos e gases. Nesse caso, o volume de água seria acrescido continuamente por adições a partir do interior da Terra. A Terra apresenta a forma de elipsoide, com diâmetro equatorial de 12.756.776 metros e diâmetro polar de 12.713.824 metros. Sua área é Terra: um sistema de componentes interativos1.3 22 UNIUBE de 510.100.934 km², com circunferência de 40.076.59 km². A densidade das rochas que ocorrem com maior frequência na crosta apresenta um valor médio de 2,76 g/cm³, porém, se medirmos sua densidade global, teremos, aproximadamente, 5,52 g/cm³. Muito embora a Terra tenha se resfriado desde seu início, podemos caracterizá-la como um sistema dinâmico, devido às atividades geológicas, tais como os terremotos, vulcões e glaciações que acontecem até hoje. Essas atividades, como coloca Press et al. (2006), são governadas por dois mecanismos térmicos: um externo e outro interno. • O mecanismo externo é controlado pela energia do Sol, pois seu calor tem a capacidade de energizar a atmosfera e os oceanos, sendo responsável, então, pelo clima e tempo. O vento, a chuva e o gelo provocam a erosão de montanhas, modelando a paisagem e dando forma à superfície, alterando, em consequência, o clima. • O mecanismo interno é gerenciado pela energia térmica aprisionada durante a origem da Terra; energia essa originada pela radioatividade em seus níveis mais profundos. O calor interno da Terra controla os movimentos do manto e do núcleo, provocando por isso, movimentos da crosta, movendo continentes e soerguendo montanhas. Como já visto, estudos afirmam que a crosta é menos densa nas massas montanhosas do que sob as planícies e menos densa também sob as planícies do que sob os oceanos. A litosfera, por ter menor densidade, flutua sobre a astenosfera,à semelhança de um iceberg no oceano. Isso acontece, por meio da isostasia, que é o estado de equilíbrio entre os blocos continentais mais leves que flutuam no substrato mais denso do manto. Quando a litosfera tem seu peso aumentado, seja por depósito de espessas capas de gelo, seja por grandes depósitos de material sedimentar, ou pela formação de cordilheiras, ocorre uma subsidência até UNIUBE 23 se encontrar um novo equilíbrio isostático. Ocorrendo o contrário, isto é, uma diminuição do peso da litosfera, ocorre um soerguimento. Os casos mais comuns em que ocorre a diminuição do peso são os derretimentos das capas glaciais e a denudação de uma área ou cordilheira por meio da erosão. Veja a Figura 5, a seguir: Figura 5: Iceberg, barco e montanha. Fonte: Acervo EAD-Uniube. De igual forma, o volume relativamente leve da crosta continental, projetado no manto, permite a “flutuação”. Podemos comparar esse fenômeno ao do iceberg e do navio que flutuam, porque o volume submerso é mais leve que o volume de água deslocado. PARADA PARA REFLEXÃO Vamos refletir/pensar sobre algumas características básicas do planeta Terra. Você sabe que a Terra é um sistema aberto, no sentido de que troca massa e energia com o restante do cosmos. Dessa forma, a energia do Sol assume funções. a) Quais seriam elas? b) O que podemos entender por tempo? E clima? c) Que relação tem o clima com o sistema Terra? Pense em torno desses questionamentos, reflita e disponibilize sua reflexão em seu TCA. 24 UNIUBE Todas as interações entre as partes de nosso planeta constituem o sistema Terra. Os principais componentes do sistema Terra estão colocados no Quadro 1. Você perceberá que alguns deles já foram descritos e estudados anteriormente. Quadro 1: Os principais elementos do sistema Terra A energia do Sol energiza os componentes Atmosfera Camada gasosa que se estende da superfície da Terra até uma altitude de aproximadamente 100 km. Hidrosfera Parte líquida que compreende todos os oceanos, lagos, rios e água subterrânea. Biosfera Toda a matéria orgânica que condiciona a vida, próxima à superfície da Terra. O calor do interior da Terra energiza os componentes Litosfera Camada rochosa espessa externa da Terra sólida, constituída pela crosta e parte do manto superior, até uma profundidade de aproximadamente 100 km, formando as placas tectônicas. Astenosfera É uma fina camada dúctil do manto, situada sob a litosfera, diretamente ligada ao movimento das placas tectônicas. Manto inferior Localizado sob a astenosfera, chega a aproximadamente 2.900 km de profundidade. Núcleo externo Camada líquida constituída predominantemente por ferro, estendendo-se de aproximadamente 2.900 km, chegando até 5.100 km de profundidade. Núcleo interno É a esfera mais interna que constitui o planeta. É formada principalmente de ferro sólido, estendendo-se de aproximadamente 5.100 km até cerca de 6.400 km de profundidade. Fonte: Adaptado de Teixeira et al.(2003). Vejamos cada um dos sistemas: • o sistema do clima é constituído pela atmosfera e hidrosfera, que constituem a biosfera, ou seja, a parte que permite a vida no planeta; UNIUBE 25 A luz, o som e a sísmica constituem os diferentes tipos de ondas, que têm uma única característica em comum: a velocidade com que viajam depende do material que atravessam. O interior e a crosta terrestre apresentam uma constituição diferente. Isto é demonstrado nas observações da densidade e da gravidade do globo terrestre. Grande parte do conhecimento do interior do planeta é fornecido por meio de estudos geofísicos, principalmente com o auxílio da Sismologia. A partir da sismologia, constatou-se a astenosfera. A astenosfera é uma região do manto superior, entre 100 e 350 km de profundidade, com características plásticas minerais e capaz de fluir. Sua existência viabilizou a teoria da deriva continental e, por extensão, a da tectônica de placas, que você estudará nos próximos capítulos. Sismologia Do grego seismos, abalo + logos, tratado. Estuda os movimentos que ocorrem na superfície terrestre. Explorando o interior do planeta Terra1.4 • o sistema de placas tectônicas é formado pela litosfera, astenosfera e manto inferior (parte anterior da mesosfera); • o sistema do geodínamo é formado pelo núcleo externo e nú- cleo interno. Vale lembrar aqui que esses sistemas se comu- nicam, pois a litosfera move-se sobre porções do manto mais liquefeito, e pode afundar, sendo arrastada pela astenosfera, onde é movida para o manto inferior, que emerge novamente, num ciclo convectivo. Os dois núcleos interagem entre si e são responsáveis, por isso, pela criação do campo magnético da Terra. 26 UNIUBE 1.4.1 Os tipos de ondas e os estudos sismológicos Para Press et al. (2006), as ondas sonoras desempenham um movimento de puxa-empurra sobre o sólido, movimento esse chamado de onda compressional (ondas P), para diferenciar do movimento lado a lado das ondas cisalhantes (ondas S): • as ondas P são as primeiras a chegar, e são sempre compressionais. Propagam-se em materiais sólidos, líquidos e gasosos em sucessivas compressões e expansões; • as ondas S, secundárias, são cisalhantes, de velocidade nula, pois os gases e os líquidos não têm resistência ao cisalhamento. Elas não se propagam por meio de qualquer fluido, como ar, água ou ferro líquido. São chamadas ondas de cisalhamento, porque deslocam o material em ângulos perpendiculares à sua trajetória de propagação; • as ondas L (de superfície) propagam-se sobre a crosta terrestre, mais rapidamente no início e, depois de algum tempo, mais lentamente. Vejamos a Figura 6, a seguir: A estrutura interna da Terra foi formada a partir da propagação de ondas sísmicas, originadas de grandes terremotos ou mesmo de explosões atômicas. Sendo os principais tipos de onda: P - Longitudinais (sólidos e líquidos); S - Transversais (sólidos); L – Superfície. UNIUBE 27 Figura 6: Tipos de ondas e seus movimentos. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Os movimentos seguem o processo: • em (A), está representada uma onda primária, caracterizando movimento de onda P, pois são ondas compressionais, como ondas sonoras, que se propagam rapidamente nas rochas, na forma de contrações e expansões, empurrando e puxando partículas na direção da trajetória percorrida; A B C D ONDA SECUNDÁRIA ONDA LOVE ONDA RAYLEIGH ONDA PRIMÁRIA 28 UNIUBE • em (B), está representada uma onda secundária, caracteri- zando movimento de onda S, propagando-se em velocidade próxima à metade da velocidade das ondas P. Essas ondas S são de cisalhamento, que empurram o material em ângulos perpendiculares à sua direção de propagação; • em (C), está representada uma onda Love, um segundo tipo de ondas de superfície, em que o chão é movimentado lateral- mente, sem movimento vertical; • em (D), está representada uma onda Rayleigh, em que a su- perfície do chão move-se verticalmente num movimento elíp- tico ondulante, que se extingue na medida em que a profundi- dade aumenta. As ondas P e S viajam aproximadamente 17% mais rápido por meio de rochas da crosta oceânica, como o gabro, do que por meio das rochas da crosta superior, como o granito, e, além disso, viajam aproximadamente 33% mais rápido por meio do manto superior (peridotito) (PRESS et al., 2006). EXEMPLIFICANDO! Assim, o modelo que os sismólogos têm concebido é mostrado na Figura 7. Nela, pode-se perceber como as velocidades de ambas as ondas compressionais e de cisalhamento mudam com a profundidade e como essas alterações estão relacionadas com as principais camadas da Terra. Figura 7: Modelo de propagação de ondas. UNIUBE 29 Esse modelo de propagação de ondas é proposto pelos sismólogos da atualidade. Note que a velocidade varia conforme a profundidade. Por meio da Sismologia, estabeleceu-se, também, um novo conceito de litosfera, que é a região rígida acima da astenosfera, e, portanto, incluindoa crista e porção externa do manto superior (TEIXEIRA et al., 2003). • A crista: não é homogênea, variando em composição e espessura, tendo nos continentes, composição granítica de 50 km, em média, de espessura. Nos oceanos, tem composição basáltica e, aproximadamente, 8 km de espessura. • As placas litosféricas: este termo representa uma camada rígida capaz de se movimentar sobre a astenosfera plástica e geradora de fusões magmáticas. • O manto: representa 82% do volume e 68% da massa da Terra, e admite-se ser composto, principalmente, por silicatos de ferro e magnésio. Os estudos sismológicos concluem, então, que a Terra é dividida em três camadas concêntricas, separadas por zonas conhecidas como descontinuidades, e que apresentam a seguinte sequência: • Crosta Sua camada externa tem espessura variável entre 10 e 70 km de profundidade. É dividida em siálica (Si, Al) e simática (Si, Mg), que são separadas pela descontinuidade de Conrad. Na base da crosta, as ondas sofrem um aumento de velocidade, rápida no início, até mais ou menos 1000 km de profundidade, e, depois, mais lenta. Esse aumento se dá graças às rochas mais densas que constituem o manto. O limite crosta-manto é marcado pela descontinuidade de Mohorovicic ou molho. A crosta externa é a sede dos fenômenos geológicos observáveis originados na crosta inferior ou manto. 30 UNIUBE • Manto De acordo com Press et al. (2006), o principal tipo de rocha do manto superior é o peridodito, constituído de dois silicatos à base de magnésio e ferro. A mudança dessa rocha se dá por meio da diminuição ou aumento das ondas S, nas profundezas da Terra. Alguns dados indicam, de acordo com Press et al. (2006) que as temperaturas próximas à base litosférica variam de 1.300 a 1.400° C. O manto, como já dito anteriormente, é subdividido em superior e inferior. O superior atinge os 700 km de profundidade e o inferior vai até o núcleo a 2.900 km de profundidade. Ele é sólido, mas tem certa plasticidade, permitindo ajustes com a crosta e a subida de material até próximo à superfície, isso graças à sua grande temperatura. Assim, o manto é a sede de vários eventos e movimentos percebidos na crosta (TEIXEIRA et al., 2003). • Núcleo É dividido em núcleo externo e núcleo interno. O núcleo é líquido em sua parte externa, o que pode ser comprovado por não transmitir as ondas S. Seu contato com o manto é separado pela descontinuidade de Gutenberg, em que as ondas P sofrem redução brusca de velocidade. O núcleo interno é sólido e vai de 5150 km a 6371 km de profundidade (TEIXEIRA et al., 2003). No núcleo externo, a temperatura pode chegar a 3.000° C. Já no núcleo interno, onde as pressões são ainda mais fortes, da ordem de 4 milhões de vezes a pressão atmosférica na superfície terrestre, a temperatura pode variar de 6000 a 8000° C (PRESS et al., 2006, p. 535-537). UNIUBE 31 • descontinuidade de Gutenberg: descontinuidade sísmica que se encontra a uma profundidade de 2900 km de profundidade, local onde a velocidade das ondas longitudinais (ondas L) diminui bruscamente de 14 km/s para 8 km/s, enquanto as ondas transversais tornam-se fraquíssimas, não conseguindo atravessar a camada que ali se inicia. Representa o limite entre o manto inferior e o núcleo externo; • descontinuidade de Conrad: limite entre a crosta continental superior e a crosta con- tinental inferior, onde a velocidade das on- das longitudinais aumenta de 6 km/s para 6,4 km/s. Sua profundidade varia de 10-25 km nos continentes, podendo alcançar 50 km sob os cinturões orogênicos; • descontinuidade de Mohorovicic: desconti- nuidade sísmica na base da crosta (conti- nental e oceânica), onde as ondas longitu- dinais (ondas L) diminuem sua velocidade de 7,8 km/s para 6,3 km/s e as ondas trans- Figura 8: Principais componentes do sistema Terra. De acordo com Teixeira et al. (2003), existem limites que separam as partes do planeta Terra, a saber (Figura 9): Cinturões orogênicos Orogênese é o conjunto de processos que levam à formação ou rejuvenescimento de montanhas ou cadeias de montanhas (cinturiões), produzido principalmente pelo diastrofismo (dobramentos, falhas ou a combinação dos dois), ou seja, pela deformação compressiva da litosfera continental, formando cadeias, aqui chamadas de cinturões. Veja a Figura 8: 32 UNIUBE Figura 9: Divisão do interior da Terra em três camadas concêntricas, mostrando as descontinuidades de, Conrad. Observe a descontinuidade de Mohorovicic, que delimita a crosta (sólida) da astenosfera. Note também a descontinuidade de Gutenberg, que delimita a mesosfera (manto inferior) do núcleo externo. A crosta externa é constituída por rochas ígneas, sedimentares e metamórficas. • 95% do volume da crosta externa é constituído por rochas ígneas ou metaígneas, as quais ocupam uma área de apenas 25% da crosta terrestre; • 5% do volume da crosta são constituídos por rochas sedimen- tares e metassedimentares, as quais ocupam 75% de sua área. Os outros 95% constituem-se de rochas magmáticas in- trusivas. Essas rochas são encontradas nos continentes com a composição granítica e granodiorítica, sendo que 95% das rochas magmáticas extrusivas oceânicas são basálticas. versais, de 4,4 km/s para 3,7 km/s. Sua pro- fundidade é de 30 a 40 km no continente, de até 75 km sob os cinturões orogênicos, de 10 a 12 km nos oceanos, e de 25 a 30 km nas dorsais; Na Figura 9, temos a divisão do interior da Terra em três camadas concêntricas: Dorsais É o nome dado à cadeia montanhosa submersa nas águas oceânicas. UNIUBE 33 Quanto à constituição química da crosta, há o oxigênio, que ocupa mais de 90% do espaço, deixando o restante para os outros componentes. Os outros oito elementos perfazem 98,5% do peso da crosta, sendo eles: oxigênio (O), silício (Si), alumínio (Al), ferro (Fe), cálcio (Ca), sódio (Na), potássio (K) e magnésio (Mg). A crosta é formada basicamente por rochas que, na maioria, são constituídas de mineraloides, como: vidro vulcânico, carvão e outros compostos orgânicos. Você estudará, nos próximos capítulos, os vários tipos de rochas e minerais. Aqui, fizemos uma pequena abordagem do assunto para que você possa compreender melhor a formação e constituição da crosta terrestre. IMPORTANTE! Os processos geológicos que agem no interior da Terra são denominados processos endogenéticos ou geodinâmicos internos, que dependem da energia do seu interior para o desenvolvimento. A movimentação da matéria, do interior para o exterior do planeta, e vice-versa, é contínua, e constitui o ciclo das rochas. Neste sentido, as massas rochosas, impulsionadas para a superfície, determinam o relevo e impedem um aplainamento. Os processos geodinâmicos internos envolvem movimentos e transformações químicas e físicas da matéria existente dentro do planeta. Relacionam-se, então, à geodinâmica interna, as erupções vulcânicas e plutônicas, os terremotos, os dobramentos, os falhamentos, a orogênese, a epirogênese, a deriva continental e a tectônica de placas. Porém, todos esses processos originam-se de uma dinâmica interna denominada correntes de convecção. Processos geodinâmicos internos1.5 34 UNIUBE Várias ideias procuram explicar os fenômenos orogenéticos pelas supostas correntes de convecção do substrato da crosta terrestre. Tais ideias têm em comum: os movimentos verticais e horizontais da litosfera são originados por correntes e deslocamentos de massas que se substituem mutuamente nas profundidades, situadas abaixo da delgada crosta terrestre. Os blocos siálicos seriam afetados por estas correntes, podendo ser arrastados pelo fluxo horizontal, que se deslizam por baixo, ou mesmo soerguidos ou abatidos, conforme a direção dessas correntezas. Muitos autores 1.5.1 Teoria das correntes de convecção Para Press et al. (2006), a Terra é quimicamente zoneada por sua crosta, manto e núcleo, que constituem em camadas quimicamente distintas quese agregaram durante a diferenciação primordial. De acordo ainda com o autor, a Terra é zoneada pela Reologia. Por sua vez, a deformação do material depende da composição química e da temperatura. Como se sabe, a parte externa da Terra é sólida, e comporta-se como uma bola de cera quente (cera fria é frágil; cera quente, dúctil). Portanto, com o resfriamento da superfície, a litosfera fica fragilizada e, ao mesmo tempo, sendo envolvida pela quente e dúctil astenosfera. Reologia São os diferentes tipos de comportamento que apresentam os materiais ao resistir à deformação (PRESS et al., 2006). A crosta e o topo do manto, juntos, formam a litosfera, que atinge uma profundidade média de 100 km. Quando a litosfera é acondicionada a uma forma, tende-se a comportar como uma casca rígida e frágil, enquanto que a astenosfera, logo abaixo, se comportará como um sólido moldável ou dúctil, adquirindo certo movimento. EXPLICANDO MELHOR Blocos siálicos Zona da crosta terrestre que se manteve relativamente estável durante longo período de tempo. UNIUBE 35 acreditam que são correntes conveccionais térmicas, provenientes do calor produzido pela radioatividade e pela conversão da energia gravitacional em térmica, com a formação do núcleo, há mais de 4 bilhões de anos. Alguma energia calorífica, derivada dos processos iniciais de formação da Terra, restou, em parte, porque as temperaturas internas são mantidas pelas transformações radioativas de isótopos instáveis. A teoria da tectônica de placas infere que a litosfera não é uma casca contínua, mas sim quebrada em cerca de 12 “placas” que se movem sobre a superfície, com velocidade de alguns cm/ano (centímetros por ano). Pode-se dizer que cada placa é uma unidade rígida diferente que se move sobre a astenosfera, a qual também está em movimento (PRESS et al., 2006). A litosfera, ao formar uma placa, pode ter espessura de poucos quilôme- tros nas áreas onde exista atividade vulcânica e, provavelmente, pode estender-se até 200 km ou mais nas regiões mais antigas e frias dos continentes. A descoberta das placas tectônicas em 1960 deu condições aos cientistas de elaborarem a primeira teoria unificada para explicar a distribuição mundial dos terremotos e vulcões, que é a Teoria das derivas dos continentes ou deriva continental, que explica o soerguimento de montanhas e muitos outros fenômenos geológicos (PRESS et al., 2006). Isótopos Nomenclatura química dada aos átomos que apresentam mesmo número de prótons (carga positiva, presente no núcleo atômico), entretanto, diferentes números de massas. Os radioelementos de vida curta, presentes nos primórdios da história do planeta, não são considerados emissários de calor interno, uma vez que tal emissão é muito menor em relação ao calor produzido pela desintegração do urânio 238 e 235, do tório 232 e do potássio 40, que, por apresentarem vida longa, ou seja, um tempo de desintegração maior, liberam uma grande quantidade de calor quando quebrados, o que mantém a dinâmica interna da Terra até os presentes dias. AMPLIANDO O CONHECIMENTO 36 UNIUBE SAIBA MAIS A radioatividade libera calor que, por sua vez, se transforma em trabalho, gerando forças que movimentam placas litosféricas e erguem imensas cordilheiras. Mas, por que as placas tectônicas se movimentam na superfície terrestre, ao invés de se manterem fixas completamente numa casca rígida? Porque existem forças que empurram e arrastam as placas ao redor da superfície originando-se do manto sólido, provocando convecção. Por isso, pode-se entender por convecção o mecanismo de transferência de energia e de massa no qual o material aquecido sobe para a crosta e o resfriado afunda (PRESS et al., 2006). Podemos ilustrar a convecção num processo, envolvendo fluidos e gases, como acontece nas correntes de circulação de água fervendo numa panela, na fumaça que sai de uma chaminé ou, até mesmo, no ar aquecido que sai do seu corpo e precipita no ambiente quando está frio. Mas, a convecção também pode acontecer em sólidos que estão submeti- dos a altas temperaturas, tornando-os frágeis e consequentemente dúcteis. Nesse caso, o fluxo será mais lento, pois os sólidos frágeis (como o tijolo, a cera, o caramelo) são mais resistentes à deformação que os fluidos comuns (como o mercúrio, a água, as barras de sabão) (PRESS et al., 2006). EXEMPLIFICANDO! A convecção acontecerá então quando um sólido dúctil for aquecido em sua base e quando for resfriado no topo. A matéria quente torna-se menos densa, tendendo, por isso, subir para a superfície. Quando na superfície chega, perde calor, e se torna mais densa. Quando fica mais densa, ela afunda sobre a ação da gravidade. Radioelementos Elementos químicos radioativos encontrados no interior da Terra que emitem calor das profundezas até os dias atuais. UNIUBE 37 O movimento das placas é resultado da convecção do manto, controlado pelo calor interno do planeta. O que acontece de fato é a subida do material quente do manto onde as placas se separam, e então começa endurecer a litosfera. Na medida em que se move para longe do limite divergente, a litosfera vai se enrijecendo por ficar cada vez mais fria. Mas, ela pode afundar sobre a astenosfera, e com ela arrastar material de volta para o manto, nos bordos onde as placas são convergentes (PRESS et al., 2006). Veja na Figura 10, a seguir, temos uma visão simplificada das correntes de convecção no interior da Terra: Figura 10: O movimento de placas tectônicas. Para os estudos de geologia, as placas tectônicas representam os mais importantes componentes e interações do planeta. Por isso, os cientistas estão sempre revisando modelos cujas implicações desacordam com os dados reais. 1.5.2 O campo gravitacional e magnético da Terra Para abordarmos esse assunto, vamos responder a três questionamentos fundamentais. Núcleo externo Núcleo interno 38 UNIUBE O que o campo de gravidade da Terra aponta sobre seu interior? As variações da ação da gravidade na superfície da Terra e as corres- pondentes distorções em sua forma podem ser mensuráveis via satéli- te. Essas variações acontecem principalmente devido às variações de temperaturas, provocadas pela convecção do manto, os quais afetam diretamente a densidade das rochas. O campo gravitacional em observa- ção está de acordo com o padrão da convecção do manto inferido a partir de tomografia sísmica. O que o campo magnético da Terra aponta sobre o fluido do núcleo externo? Estudos de geólogos mostram que o núcleo externo também possui movimentos convectivos, que agitam o fluido rico em ferro e condutor elétrico, formando um geodínamo, que produz o campo magnético. O magnetismo na crosta (superfície) é principalmente dipolar, mas tem uma parte não dipolar. Estudos recentes mostram que o campo magnético da Terra tem mudado nos últimos séculos, o que nos permite concluir que os movimentos do fluido do núcleo externo controlam o geodínamo (Figura 11). Geodínamo É um forte campo magnético criado por movimentos rápidos do fluido do núcleo externo, constituído principalmente por ferro, um ótimo condutor elétrico. Essas correntes elétricas geradas é que criam esse forte magnetismo. Figura 11: Campo magnético da Terra. Fonte: Acervo EAD-Uniube. UNIUBE 39 As linhas do campo geomagnético apontam para fora do solo no polo norte magnético e para dentro no polo sul magnético. Por isso, dizemos que as linhas de força comportam-se como um campo magnético dipolar. Observe que os polos norte e sul magnéticos são diferentes em localização, quanto aos polos norte e sul geográficos, fato explicado também pelo comportamento das linhas de força. As rochas podem se tornar magnetizadas na direção do campo magnético, no momento em que se formam. Essa magnetização fica gravada nas rochas por milhares de anos. O paleomagnetismo explica- -nos que o campo geomagnético reverte-se, variando de um lado a outro,ao longo de todo o tempo geológico. A cronologia (período de ocorrência) da inversão tem sido muito estudada, de modo que a direção da magnetização remanescente de uma rocha é um bom indicador de sua idade estratigráfica. O que é paleomagnetismo? Qual sua importância? Resumo A Geologia, como colocada na introdução deste capítulo, é a ciência que estuda a Terra, sua composição, estrutura, propriedades físicas, história e os processos que lhe dão forma. Na verdade, é uma das ciências da Terra. A Geologia foi essencial para determinar a idade da Terra, estimada em aproximadamente 4,5 bilhões de anos. Essa ciência deu condições ao desenvolvimento da teoria que afirma que a litosfera terrestre se encontra fragmentada em várias placas tectônicas, que se deslocam sobre o manto superior fluido e viscoso (astenosfera) de acordo com um conjunto de processos denominado tectônica de placas. 40 UNIUBE Atividades Atividade 1 Leia a citação, a seguir. A crosta está em contínuo movimento, empurra- da, comprimida, distendida, rompida, dobrada pela movimentação do manto superior. A crosta não é rígida e imutável, mas pode parecer, à primeira vista. Tensões de origem interna transmitem-se à crosta externa, provocando enormes sulcos alongados ou, então, elevações montanhosas que fazem mudar a configuração dos mares e continentes. (LEINZ & AMARAL, 2001, p. 237). A partir de seus estudos sobre crosta terrestre, justifique a citação. Atividade 2 Analise a seguinte questão: É possível imaginar como será a crosta terrestre e o interior do nosso planeta daqui alguns bilhões de anos? Formule uma hipótese para essa problemática. A Geologia relaciona-se diretamente com muitas outras ciências, em especial com a Geografia e Astronomia. Por outro lado, serve-se de ferramentas fornecidas pela Química, Física e Matemática, entre outras, enquanto que a Biologia e a Antropologia servem-se da Geologia para dar suporte a muitos dos seus estudos. UNIUBE 41 Atividade 3 Responda: a) O que é o princípio de isostasia? Qual sua importância? b) Como se deu a origem dos oceanos? LEINZ, Viktor e AMARAL, Sérgio Estanislau do. Geologia geral. São Paulo: Editora Nacional, 1989. PRESS, Frank et al. Para entender a Terra. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006, p. 656. TEIXEIRA, Wilson et al. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos, 2003. Referências Tiago Zanquêta de Souza Introdução Capítulo 2 Este capítulo tem como tema a teoria da tectônica de placas e lhe dará condições de entender e examinar, mais profundamente, como as forças que controlam o movimento das placas estão diretamente relacionadas com o sistema de convecção do manto. A litosfera da Terra, ou seja, a parte rochosa, mais externa, rígida e resistente, é quebrada (fragmentada) em torno de 12 placas, que deslizam, divergem (separam-se) ou convergem (unem-se e consomem-se) em relação umas às outras, na medida em que se movem sobre a astenosfera, que, como você já estudou, é menos resistente e dúctil. As placas são criadas onde se fragmentam, ou seja, onde se convergem, sendo também, por isso, recicladas, em um processo contínuo de criação e destruição. Os continentes, como os conhecemos, migram junto com as placas em movimento, pois estão encravados na litosfera. A teoria da tectônica de placas é extremamente útil por explicar a distribuição de muitos retratos geológicos de grandes dimensões que resultam do movimento ao longo dos limites de placa, como: associações de rochas, vulcões, cadeias de montanhas, estruturas Da deriva dos continentes à tectônica de placas: a teoria unificadora 44 UNIUBE do fundo marinho e também terremotos. Além disso, a teoria unificadora descreve o movimento das placas e as forças que atuam entre elas. Ela constitui uma base conceitual para grande parte deste capítulo. Ainda neste capítulo, analisaremos como os geólogos coletam e interpretam observações de campo para construir a história geológica de uma determinada região. Por meio de estudos da Geologia moderna, foi possível concluir que a maioria das rochas sedimentares é originalmente depositada no fundo do mar, como uma camada horizontal no início mole e, após algum tempo, resfriada e enrijecida, pelo contato direto com a água. No entanto, essas rochas endurecidas ou estavam encurvadas, ou inclinadas ou fraturadas. Dessa forma, um questionamento pode ser levantado: que tipo ou que forças são capazes de deformar rochas duras e rijas dessa maneira? O que os geólogos da atualidade fazem é, na verdade, uma reconstrução da história das rochas a partir de padrões de deformação encontrados no campo. Mas, outros questionamentos poderiam ser feitos, como: qual a relação entre a tectônica de placas e a deformação das rochas? Como eram essas rochas em sua originalidade? O que, de fato, aconteceu com elas? Para responder a esses questionamentos, vamos abordar conceitos como o de dobramento e falhamento que, de uma forma geral, são as formas de deformação mais comuns em rochas ígneas, metamórficas e sedimentares, que formam a crosta do planeta Terra. Poderíamos comparar, segundo Press et al. (2006), as dobras das rochas com as dobras das roupas. Do mesmo modo que a UNIUBE 45 roupa fica enrugada quando suas extremidades são empurradas uma contra a outra, também as camadas de rocha dobram-se, quando são vagarosamente comprimidas por forças da crosta. Portanto, os geólogos acreditam que as forças que movem as placas tectônicas também são as grandes responsáveis pelas deformações encontradas em muitos locais (PRESS et al., 2006, p. 272). Para saber a responder a esta pergunta, você deverá fazer a leitura deste capítulo em sua íntegra. Ao longo do texto a ser apresentado, você encontrará subsídios que o(a) ajudarão a formular uma resposta satisfatória. Bons estudos! Objetivos Mas, por que dizemos que a teoria da tectônica de placas é uma teoria unificadora? Ao final do estudo desse capítulo, esperamos que você esteja apto a: • diferenciar e relacionar a teoria da deriva continental à das placas tectônicas; • identificar e explicar as relações do tectonismo com a união dos continentes; • distinguir a natureza das placas tectônicas; • demonstrar a estrutura e o comportamento das placas tectônicas; • distinguir e enumerar os tipos de limites de placas; • demonstrar e explicar a distribuição de espécies segundo as teorias apresentadas neste capítulo. 46 UNIUBE Esquema 1º momento - Os caminhos até a teoria unificadora 2º momento - Teoria da tectônica de placas 4º momento - A distribuição da vida no passado e no presente Por mais de 200 anos, os geólogos desenvolveram diversas teorias tectônicas (do grego tekton = “construtor”), mas apenas em 1960 que o termo geral que eles usaram para descrever a formação das montanhas, o vulcanismo e outros processos geológicos que formam os retratos (feições) na crosta terrestre, foi solidificado (PRESS et al., 2006). Até então, nenhuma teoria conseguia, separadamente, explicar satisfatoriamente a variedade de processos geológicos. A teoria da tectônica de placas não é apenas abrangente, é também expansiva, pois explica várias observações bastando-se de poucos princípios simples. Portanto, as ideias fundamentais da tectônica de placas foram reunidas como uma teoria unificada há menos de 40 anos. 3º momento - A formação das cordilheiras continentais Os caminhos até a teoria unificadora2.1 UNIUBE 47 PONTO CHAVE A constatação da existência das placas tectônicas deu uma nova roupagem às antigas ideias da deriva dos continentes ou deriva continental, explicando clara e satisfatoriamente, os movimentos internos da Terra, que geram feições externas, alterando a litosfera do planeta. A tectônica global ou tectônica de placas é a chave para a compreensão da história geológica da Terra e de como será o futuro do planeta onde vivemos (TEIXEIRA et al., 2003). 2.1.1 Teoria da deriva continental:
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