Aula 3 - Estrutura Interna da Terra

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Estrutura Interna da Terra
Sumário
• Terra – Generalidades;
• Métodos de investigação do interior da Terra;
• Ondas sísmicas;
• Tipos de ondas sísmicas;
• Composição e propriedades das camadas da 
Terra;
• Descontinuidades;
• Camadas da Terra vs Placas Tectônicas
• O que há no interior da Terra?
• Como estudar sua estrutura interna?
• Qual a importância desses estudos?
Terra - Generalidades
• Forma:
– Corpo esferóide achatado nos pólos e dilatado no 
equador;
• Diâmetro polar - 12.714 km; Raio polar – 6.357 km
• Diâmetro equatorial – 12.756 km; Raio equat. – 6378 km
• Achatamento nos pólos aferido ao movimento
rotacional;
• g = ag + ac
• ac = direção perpendicular ao eixo varia em função
da distância;
• g coincide com ag somente nos pólos (por isso o
achatamento);
• Densidade – aprox. 5,52 g/cm³
– Rochas crustrais em torno de 2,7g/cm³ a 3g/cm³ (Rochas das
camadas mais internas > densidade);
• Composição – 90% da Terra constitui-se de apenas 4
elementos:
– Ferro, Oxigênio, Silício e Magnésio;
– Alumínio, Cálcio, Enxofre e Níquel (9%);
– Outros elementos (<1%);
Peridotito (Olivina + Piroxênio) -
Manto superior.
Granito (Quartzo, Feldspato e 
Mica) – Crosta terrestre.
• Século IV a. C. (Filósofos gregos) – Terra era um
sólido estacionário envolto por outro que
constituía o céu;
• Fim do século VII – Athanasius Kircher propõe um
modelo da Terra sólida que possuía dutos
conectados a materiais parcialmente fundidos que
alimentavam os vulcões;
• Séc. XVI Galileu estudos de movimentos em queda livre;
• Isaac Newton publica seus trabalhos (1687), gravitação
universal; (Século XVIII) – estimativas da densidade da
Terra (4,5 g/cm³ = massa total/volume Terra) –
perceberam que havia rochas > dens.
• Densidade da Terra cresce de 2,5g/cm³ na superfície até
10 – 15g/cm³ no seu centro;
Métodos de investigação do interior 
da Terra
• Diretos – observação do material que extravasa
(magma), rochas que ascenderam do interior,
sondagem*, minas;
Peridotito
• Indiretos – sismologia (ondas sísmicas) 
http://neic.usgs.gov/neis/eq_depot/2002/eq_021103/ak_seismic_waves.html
• Métodos diretos – dificuldade em atingir altas
profundidades:
– Tecnologia ainda indisponível;
– Gradiente geotérmico (> 1° C a cada 30m de
prof.);
• Furo mais profundo – 12km em Kola, Rússia;
–Raio da Terra = 6.370 km
Ondas Sísmicas
• Sismologia – ciência que estuda os
terremotos;
• Richard Oldham (1906) – possibilidade de se
conhecer a constituição interna da Terra por
propagação de ondas geradas por terremotos;
• Em 1909 em Zagreb Andrija Mohorovicic
analisou ondas sísmicas desta região definindo
a crosta terrestre e a transição entre a crosta e
o manto (Moho);
• 1936, sismóloga Inge Lehmann – Propõe parte
mais profunda composta de um núcleo sólido;Em apenas 30 anos, estrutura 
interna praticamente definida
• Conceitos:
• Ondas sísmicas – vibrações que se propagam
pelo planeta e são detectadas pelos
sismógrafos;
• Quando ocorre uma ruptura no
interior da Terra, são geradas
vibrações que se propagam em
todas as direções (semelhante às
ondas sonoras – no ar);
• Geração de sismo – acúmulo e
liberação de esforços em uma
ruptura (Figura);
– Hipocentro ou foco: ponto de
ruptura inicial;
– Epicentro: projeção do foco na
superfície;
Tipos de Ondas Sísmicas
• Principais ondas sísmicas:
1. Ondas longitudinais ou P = propagam-se
paralelas à direção de propagação; propagam-se
tanto em sólidos quanto líquidos;
http://web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/waves/Pwave.htm
2. Ondas transversais ou S (secundárias) =
propagam-se perpendicularmente à direção de
propagação (figura); propagam-se apenas em
sólidos;
http://www.tjhsst.edu/~jlafever/wanimate/Wave_Properties2.html
• Ondas de superfície – combinação das ondas 
P e S;
1. Ondas Love (ondas longas) = propagação
transversal e perpendicular à direção de
propagação na superfície;
http://www.tjhsst.edu/~jlafever/wanimate/Wave_Properties2.html
2. Ondas Rayleigh – onda de comprimento longo que
se propaga por deformação; partículas
movimentam-se em órbitas elipsóides;
http://www.tjhsst.edu/~jlafever/wanimate/Wave_Properties2.html
• Análise de milhares de terremotos por décadas
permitiu a construção de curvas tempo-distância de
ondas refratadas e refletidas no interior da Terra;
• Dedução da estrutura principal e propriedade de cada
camada;
• A direção de propagação das ondas sísmicas muda
(refrata) ao passar de um meio para outro; conversão
de onda P para S pode ocorrer e vice-versa; repartição
de energia entre duas ondas;
Lei de Snell – a velocidade de
refração varia em função do
meio (índice de refração);
V1 = senθ1
V2 senθ2
• As ondas P e S se comportam diferentes ao
passar pelas diferentes camadas da Terra;
Ao encontrar uma 
descontinuidade 
(zona de sombra);
Reflexão e Refração de Ondas
• Reflexão – fenômeno em que as ondas
incidentes tendem a voltar para o meio de onde
vieram; Geralmente ocorre nos limites das
camadas internas;
• Refração – ocorre quando a onda incidente se
propaga de um meio para o outro, ocorrendo
desvio em sua trajetória;
Raio de luz sofre desvio na sua trajetória ao se
propagar no limite ar-água
Reflexão e Refração ocorrem
simultaneamente
Composição e Propriedades das Camadas 
da Terra
• Crosta (25 – 50 km nos continentes e 5 - 10 km nos
oceanos) – rochas sedimentares, metamórficas e
ígneas (níveis rasos e profundos);
Subdivisão: 
1. Crosta continental – rochas graníticas (rochas
graníticas - Si e Al) < densidade;
2. Crosta oceânica – (rochas basálticas - Si e Mg) >
densidade;
Princípio da Isostasia
Princípio da Isostasia
• Baseado no princípio de Arquimedes
(equilíbrio hidrostático) – um corpo ao
flutuar desloca uma massa de água
equivalente à sua – semelhante aos
icebergs;
Modelo de Airy
Modelo de Pratt
Os modelos de Airy e Pratt ocorrem simultaneamente 
na natureza
Soerguimento e Subsidência
• Soerguimento – Elevação da superfície
terrestre decorrentes de processos geológicos;
• Subsidência – processo de rebaixamento da
superfície terrestre por processos tectônico
(rifteamento) ou não-tectônicos (explotação de água
subterrânea);
Subsidência (rifteamento)
Anomalias gravimétricas
Princípio isostático e gravidade
Anomalia negativa
Anomalia positiva
• Manto (Abaixo da crosta até 2.950 km):
1. Manto superior: abaixo da zona de baixa velocidade (ap.
400 km de prof.) rico em rochas peridotíticas (olivinas +
piroxênios = Mg, Ca) rochas com densidade entre 3,2 –
3,7 g/cm³;
2. Manto inferior: intervalo entre 650 – 2900 km rico em
silicatos ferromagnesianos (Mg, Fe, Al) a densidade
aumenta para 4,0 a 5,0 g/cm³;
• Litosfera* (Crosta + porção superior 
do manto):
– Crosta continental + oceânica +
parte superior rígida do manto
acima da zona de baixa
velocidade (Astenosfera);
– Abaixo disto o manto é plástico,
T >;
– Descontinuidade entre 400 e
650km de profundidade (>
densidade) ; alguns elementos
pesados presentes (Fe?);
• Astenosfera (zona de baixa
velocidade) – região onde as
condições de P, T e densidade
são um pouco maiores e a
composição das rochas máficas
(2% desta porção em estado
líquido – fusão parcial);
• Localizada entre Moho e ~ 400
km;
• Característica plástica ao longo
do tempo geológico;
• Núcleo externo – (2.950 – 5.100 km) velocidades das
ondas P diminuem enquanto que as ondas S não se
propagam (estado líquido – material metálico em
estado de fusão);
• Composto por liga metálica de Fe-Ni, com densidade <
que as ligas naturais; provavelmente contenha
elementos de nº atômico baixo, como: H, O, Na, Mg e
S.
• O campo magnético da Terra é
atribuído a um mecanismo de dínamo;
• Fluido metálico está em movimento na
presença de um campo magnético pré-
existente (solar) produzindo correntes
elétricas que se formam em espirais
conforme o movimento de rotação da
Terra e de convecção gerando um
campo magnético dipolar;
• Autossustentável (feedback) enquanto
existir calor para manter o fluido em
movimento;Inversão do campo magnético
• Núcleo interno – (5.100 – 6.370 km) composto de
liga metálica Fe-Ni (sólido = meteoritos e
planetologia comparada) com densidade calculada =
a da liga; velocidade das ondas > núcleo externo;
Sideritos e o Núcleo Terrestre
• Meteoritos – são fragmentos que caem na Terra devido a
força de atração gravitacional;
• Meteorítica – área da ciência que estuda os meteoritos;
• Apresentam idades entre 4,4 e 4,6 G.a.;
• Formaram-se pelo processo de aglutinação de
planetesimais;
• Meteoritos Condritos (não diferenciados) – são
aqueles formados por aglutinação de pequenas gotas
quentes que vagavam no sistema solar e que se
aglutinaram por meio da gravidade (nebulosa);
– Caracteriza-se por apresentar côndrulos e por não ter sofrido
diferenciação geoquímica;
– Os côndrulos seriam as pequenas gotas quentes (2000 °C)
cristalizadas que compõe a textura destes tipos de
meteoritos. Possuem formas esferóides (0,5 mm – 1 mm)
compostas de óxidos de silício. Os espaços entre os côndrulos
são compostos por ligas metálicas de Fe e Ni ou sulfetos
desses elementos;
• Meteoritos Acondritos (Diferenciados) – formados
por aglutinação de partículas que sofreram
diferenciação geoquímica;
– Após um aumento progressivo da massa, esta atinge um
limite crítico de tamanho que dá início ao processo de fusão
interna por liberação de energia do decaimento radioativo
dos isótopos aprisionados; Em seguida, ocorre a
diferenciação geoquímica dos elementos formando uma
estrutura semelhante a estrutura interna da Terra
(camadas);
Meteorito Condrito
Côndrulos
Sideritos – Composição de liga metálica de Fe e Ni.
• Núcleo externo x Núcleo interno:
Núcleo Externo Núcleo Interno
Composição Fe e Ni Fe e Ni
Estado Líquido Sólido (Liga metálica)
Densidade 10 g/cm³ 11.5 g/cm³
Elementos 
adicionais H, O, S, Na, Mg -
Composição das camadas internas da Terra
Densidade e Temperatura
Densidade 
(g/cm³)
Camada da Terra Temperatura (°C)
2.5 – 3.0
Crosta (granítica a 
basáltica)
700 – 800
3.2 – 3.7
Até 400 km (Manto 
superior)
800 – 3.900
4.0 – 5.0 
De 650 km até o limite 
Manto-Núcleo
10 Núcleo externo 3.900 – 4.300
11.5 Núcleo interno 4.300
Descontinuidades
• Descontinuidades de propagação das ondas sísmicas
= mudanças do estado físico e composicionais;
limites entre camadas e áreas transicionais;
Descontinuidades:
1. Conrad: limite crosta continental superior (-
densa: siálica) com crosta oceânica inferior (+
densa: simática). Ondas sísmicas variam de 6 a
6.8 km/s;
2. Moho (Mohorovicic): limite crosta manto –
abrupta, indica mudança de composição;
3. Gutemberg: limite entre o manto e núcleo
externo; aprox. 2.800 km as ondas S deixam de
se propagar (fusão parcial);
Camadas da Terra vs Placas Tectônicas
• Placas tectônicas: camadas litosféricas rígidas (crosta 
+ manto superior);
• Astenosfera: região do manto superior com
comportamento plástico (fusão parcial);
– Placas rígidas deslizam sobre astenosfera plástica =
Tectônica global.
Recapitulando
• O que há no interior da Terra?
• Como estudar sua estrutura interna?
• Qual a importância desses estudos?
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