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Departamento de Petrologia e Metalogenia Noções Básicas para a Classificação de Minerais e Rochas Aula 1: Origem e Evolução da Terra Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos Físicos Forma esférica ou levemente achatada nos polos: Raio equatorial= 6.378,160 km Raio polar= 6.356.775 km (diferença ≈21km.) O grau de achatamento terrestre é dado por: Onde a= raio equatorial c= raio polar Resultando em 1/298,25 a caf )( −= Departamento de Petrologia e Metalogenia Forma compatível com elipsóide de revolução de uma massa líquida (manto+núcleo externo ), em função da força centrífuga exercida pela rotação da Terra. A Figura mostra a variação dos valores da aceleração centrífuga (ac) com a latitude : ac= ω2 R, sendo ω= velocidade angular da Terra e R= raio Terrestre, T= Período de rotação da Terra e então: ωωωω= 2pipipipi/T Aspectos Físicos: Forma Departamento de Petrologia e Metalogenia : Dados Relativos a aceleração da gravidade na superfície terrestre indicam que a Terra seria periforme ⇒ raio médio do hemisfério norte é maior que o do hemisfério sul (cerca de 15 metros) Na Figura a linha tracejada corresponde a um esferóide de achatamento 1/300 e a contínua ao geóide. (valores das escalas em metros). geóide Aspectos Físicos: Forma Departamento de Petrologia e Metalogenia Considerando: Maior elevação: Monte Everest (Himalaias): 9.000 m de altura Departamento de Petrologia e Metalogenia Considerando: Maior depressão: Trincheira Mariana (Fossa das Filipinas) : 11.000 m de profundidade Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos Físicos Desnível= 20 km. • Se Terra= esfera 10 cm de raio -> rugosidade de 0,15 mm • Esfera quase perfeita, pouco achatada e de superfície lisa. • Área superficial: 510 milhões de km2. Departamento de Petrologia e Metalogenia Massa • Cálculo – Lei de Gravitação Universal de Newton: Massa da Terra= 6 x 1027g ou 6 sextilhões de toneladas. 2)000.000.637( 1 )86,56( 577,0000.775.55000 2 cm gMtx cm dgx = = Atração da Terra Atração Bola de Pb e Hg Experimento de Jolly (1879) - Alemanha Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – raio e volume A humanidade sempre intuiu a forma esférica da Terra. Mapa das estrelas Hem. Norte Mapa estrelas Hem. Sul Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – raio e volume 1ª Medição – Eratóstenes 276-194a.C Em determinada época do ano – Sol ao meio dia, atingia o fundo de um poço em Siena (vertical) Em Alexandria, simultaneamente, ângulo raios solares e fio de prumo Conhecida a distância entre a duas cidades AB R= AB*360o/α (erro=± 14% do valor atual) R Raio equatorial= 6.378,160 km Raio polar= 6.356.775 km (diferença ≈21km.) Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – raio e volume • O volume aproximado da Terra pode ser calculado a partir do valor de seu raio médio resultando: 10,83 x1020 m3 ou 10 sextilhões de m3 Departamento de Petrologia e Metalogenia Volume • O volume aproximado da Terra pode ser calculado a partir do valor de seu raio médio resultando: 10,83 x1020 m3 ou 10 sextilhões de m3 Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – Densidade Para a Terra como um todo: 5,117 g/cm3 Departamento de Petrologia e Metalogenia Aspectos físicos – Densidade Entretanto rochas mais comuns da superfície terrestre Densidade Média= 2,17 g/cm3 Densidade deve aumentar com a profundidade da Terra. Departamento de Petrologia e Metalogenia Outros Dados Físicos � Superfície coberta pelos Oceanos: 71%. � Superfície coberta pelos Continentes: 29% � Altitude média Continentes: 623 m � Profundidade média dos oceanos: 3,8 km � Massa da Atmosfera: 5,1 x 10 21 kg � Massa do Gelo: 25 – 30 x 1018 kg � Massa dos Oceanos: 1,4 x 1021 kg Departamento de Petrologia e Metalogenia Origem e Evolução da Terra A Terra em relação ao Universo Embora a Terra seja um corpo celeste distinto muitas evidências de sua origem, composição e evolução provêm dos demais planetas e satélites do sistema solar, dos meteoritos, do sol e também de inferências acerca da natureza do Universo. Para conhecer o interior do planeta, necessário obter informações acerca de sua origem, evolução e dos demais corpos do sistema solar. Departamento de Petrologia e Metalogenia Terra Terra éé um dos 9 planetas que gira ao redor do Sol.um dos 9 planetas que gira ao redor do Sol. A Terra e o Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia A Terra e o Sistema Solar Origem da Terra deve atender às características do Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia � Sol detém 99,8 da massa total do sistema � Todos os planetas giram num mesmo plano (eclíptica), segundo um mesmo sentido (anti-horário) � Os planetas giram ao redor de seu eixo segundo o mesmo sentido de translação ao redor do sol (exceto Urano e Vênus), o mesmo ocorre com seus satélites. � A distância entre os planetas guardam entre si e com o sol um espaçamento regular � o dobro da distância em relação ao anterior = Lei de Titius-Bode. � Falta um planeta entre Marte e Júpiter – Cinturão de Asteróides Características do Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia � Os planetas terrestres, e seus satélites, constituem cerca de 0,00006% da massa total do sistema solar ou então 0,44% da massa de todos os planetas. � Dos planetas terrestres a Terra representa 50,3% da massa total, seguido por Vênus (40,9%), Marte (5,4%) e Mercúrio (2,8%). Características do Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia O Sistema Solar encontra-se inserido em um dos braços da Via-Láctea, uma Galáxia com forma de espiral. A Via Láctea A Terra e o Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Via Láctea – Perfil Extensão: 100.000 anos-luz (1 ano luz ≅ 9,5 quatrilhões de quilômetros) O Sistema Solar ocupa um dos braços da Via Láctea A Terra e o Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Sistema Solar Via Láctea A Terra e o Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia A Galáxia mais próxima de nós é Andrômeda que dista cerca de 2,2 milhões de anos-luz. A Terra e o Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Teoria do Big-Bang � Hubble (1929): observou agrupamento de 18 galáxias (Virgo) se afastava da Terra, com bandas de absorção espectral se deslocando em direção ao vermelho: - Efeito Doppler-Fisseau. � Universo estaria em expansão Agrupamento Wolf 1206 Bandas de absorção Efeito Doppler Efeito Doppler Fisseau A Origem do UniversoA Origem do Universo Departamento de Petrologia e Metalogenia A Origem do Universo � Se dois objetos estão se afastando com velocidade ν, o tempo “t” necessário para junta-los a partir de uma distância “d”seria: H d t 1 == ν Onde: H é a constante de Hubble= 15 km/s/106 anos luz � A idade fornecida pela equação e também no estudo da nucleossíntese dos elementos (Hainenbach et al., 1978) � A idade mais aceita para o Universo é : 14,5 ± 1,0 bilhão de anos. Departamento de Petrologia e Metalogenia Formação do Sistema Solar Contração e condensação da nébula primitiva, material oriundo do Big Bang Departamento de Petrologia e Metalogenia Formação do Sistema Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Departamento de Petrologia e Metalogenia Composição Química do Sol (Fotosfera) Características do Sistema Solar Departamento de Petrologiae Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres � Os planetas terrestres foram constituídos todos por planetesimais de diferentes composições: Metálicos e Silicáticos, todos eles passaram por processos de fusão que os levaram a serem estratificados. � Possivelmente todos os protoplanetas terrestres, capturaram planetesimais de elementos voláteis, que originaram os planetas jovianos. �A Terra rapidamente converteu estes gases em vapores de água, metano, amônia, etc que constituíram a atmosfera primitiva da Terra. � Mercúrio, devido a sua pequena massa não conseguiu manter estes vapores em sua atmosfera, e resfriou tanto e tão rapidamente que se tornou geologicamente estável. � Vênus e Marte, assim como a Terra retiveram mais o calor produzido durante suas formações e mantêm-se geologicamente ativos. �Vênus tem uma densa atmosfera, porém constituída por CO2, que provoca elevadas temperaturas e baixa umidade em sua superfície. Departamento de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos • Fragmentos de Matéria sólida provenientes do espaço que caem na superfície terrestre – Material que deu origem ao Sistema Solar. • Boa parte é destruída, volatilizada, por seu ingresso na atmosfera terrestre • Foram estudados 40 mil meteoritos • Trajetória: boa parte do cinturão de asteróides Cratera do Arizona, EUA. • 1200 m de diâmetro •183m profundidade •83 m acima do nível do solo. • Tentativa de exploração Geólogo Daniel M. Barringer Departamento de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos Classificação Departamento de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos Condritos Sideritos Departamento de Petrologia e Metalogenia Características Evolutivas dos Planetas Terrestres Meteoritos Origem Departamento de Petrologia e Metalogenia Meteoritos e a composiMeteoritos e a composiçção do sistema solarão do sistema solar Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Crosta (S) Manto (L) Núcleo Externo (L) Núcleo Interno (S) Modelo de Camadas Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra & Terremotos Terremoto = tremor de terra com liberação instantânea de grande quantidade de energia. A causa principal dos terremotos é a ocorrência de falhamentos ou fraturas no interior da Terra que podem chegar a mais de 100 km de extensão. Departamento de Petrologia e Metalogenia a- Normal, b- Inversa, c- Transcorrente, d- Oblíqua (a+c). Estrutura Interna da Terra & Terremotos Principais tipos de Falhas Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos � Os terremotos produzem vibrações = ondas sísmicas que podem se propagar por longas distâncias. � Ex.: terremotos que ocorrem nos Andes são percebidos pelas pessoas em São Paulo (distância de 2000 km). • O ponto onde começa o terremoto e de onde são emitidas as vibrações é chamado de foco ou hipocentro, que pode estar a mais de 700 km de profundidade. • O ponto na superfície acima do foco é chamado de epicentro Figura – Epicentro & Hipocentro Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos • Sismógrafo : aparelho que registra a chegada das ondas sísmicas na superfície da Terra. Departamento de Petrologia e Metalogenia Magnitude: Escala Richter e Efeitos Associados 1 Não é sentido pelas pessoas. Só os sismógrafos registram 2 É sentido nos andares mais altos dos edifícios 3 Lustres podem balançar. A vibração é igual à de um caminhão passando t=0,3s; d=1mm 3.5 Carros parados balançam, peças feitas em louça vibram e fazem barulho 4.5 Pode acordar as pessoas que estão dormindo, abrir portas, parar relógios de pêndulos ecair reboco de paredes 5 É percebido por todos. As pessoas caminham com dificuldades, livros caem de estantes; os móveis podem ficar virados t=4 min.; d= 1cm 5.5 As pessoas têm dificuldades de caminhar, as paredes racham, louças quebram 6.5 Difícil dirigir automóveis, forros desabam, casas de madeira são arrancadas de fundações. Algumas paredes caem 7 Pânico geral, danos nas fundações dos prédios, encanamentos se rompem, fendas no chão, danos em represas e queda de pontes. t=2 dias; d= 1m 7.5 Maioria dos prédios desaba, grandes deslizamentos de terra, rios transbordam, represas e diques são destruídos 8.5 Trilhos retorcidos nas estradas de ferro, tubulações de água e esgoto totalmente destruídas 9 Destruição total. Grandes pedaços de rocha são deslocados, objetos são lançados no ar t= 4,5 anos; d= 10m • M= logA – LogA0 , A= Amplitude do sismo. t= tempo de energia gerada por Itaipu, (12.000 MW), d= deslocamento ao longo do espelho de falha • Aumentar 1 ponto na escala > 30X a energia gerada. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos Ondas Sísmicas • Dois tipos: • P ou Principais • S ou Secundárias • As ondas do tipo P são 2x mais velozes que as do tipo S. Departamento de Petrologia e Metalogenia • Ondas do Tipo P Longitudinais: direção de vibração paralela a de propagação, Iguais às ondas sonoras, Propagam-se em qualquer meio. Ondas tipo P - animação Estrutura Interna da Terra &Terremotos Ondas Sísmicas Departamento de Petrologia e Metalogenia • Ondas do Tipo S Transversais: direção de vibração perpendicular a de propagação, Propagam-se somente em meios sólidos. Ondas tipo S - animação Estrutura Interna da Terra &Terremotos Ondas Sísmicas Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos • Em geral: o tempo que as ondas sísmicas demoram para atravessar o planeta é da ordem de 20 minutos. • animação internet Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos • A velocidade de propagação das ondas sísmicas no interior da Terra é proporcional às densidades dos materiais. Quanto mais denso maior a velocidade. • Rochas sedimentares= 2 a 3 km/s • Rochas vulcânicas= 7km / s Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra &Terremotos � O diagrama mostra a distribuição das velocidades das ondas P e S no interior da Terra. � Assim a Terra pode ser divida em três grandes camadas: Crosta, Manto e Núcleo. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra & Terremotos • Ondas sísmicas permitem estabelecer o Modelo da Terra Heterogênea em camadas concêntricas. Departamento de Petrologia e Metalogenia Dados Geofísicos do Interior da Terra Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra • Crosta: Camada mais externa: 35 km nos continentes, 5 km nos oceanos. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra • Manto Superior: Mohorovicic até 700 km de profundidade. Espessura ~ 670 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Manto Inferior: De 700 até 2.885 km. Espessura ~ 2.185 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Núcleo Externo: Gutemberg de 2.885 km até 5.155 km. Espessura ~ 2.270 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Núcleo Interno: de 5.155 até 6.370 km. Espessura ~1.215 km. Departamento de Petrologia e Metalogenia Campo Magnético A Terra possui um campo magnético. A agulha da bússola aponta para o Polo Norte. Departamento de Petrologia e Metalogenia Campo Magnético Terra:comportamento de um imenso imã. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Internada Terra Campo Magnético • O campo magnético terrestre é muito fraco = 0,5 gauss (centenas de vezes menor que um imã de brinquedo). • Não é igual em todos os lugares da superfície terrestre. • É maior nos pólos e menor no equador. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Campo Magnético • Campo magnético: blindagem Terra das radiações solares. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Campo Magnético • Efeitos: Auroras boreais. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra Campo Magnético • O campo geomagnético associado aos dados sísmicos indicam que o núcleo terrestre deve ser metálico. Departamento de Petrologia e Metalogenia CondritosCondritos CarbonososCarbonosos x Composix Composiçção da Fotosfera Solarão da Fotosfera Solar Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra �Terra se formou pela acresção de planetesimais, possivelmente condritos. Porém não há razão para mudanças drásticas dos planetesimais fornecidos nos diferentes estágios de evolução da Terra. � Primeiros estágios de acrescção: campo da proto-Terra era pequeno ⇒ velocidade de acresção e energia de impacto baixas. ⇒ planetesimais não deveriam ter mais do que alguns quilômetros. ⇒ temperaturas relativamente baixas permitindo a sobrevida de elementos voláteis como O, N, C, S, elementos alcalinos, etc. Departamento de Petrologia e Metalogenia A História pré-geológica da Terra � Quando planeta atingiu 1/10 de sua massa atual ⇒ campo gravitacional permitiu a aumento da velocidade de acresção ⇒ fragmentação intensa ⇒ aumento significativo da temperatura na superfície do planeta ⇒ perda de voláteis ⇒ formação da atmosfera primitiva da Terra (que seria principalmente de H2O, CO2, NH3, H2S e CH4 ) ⇒ não é perdida devido ao valor de G alcançado ⇒ superfície deve ter sofrido fusão parcial. � Com a migração do Oxigênio para a atmosfera há redução química do material silicático remanescente em especial do Ferro, através de reações do tipo: 2[Fe,Mg)SiO4] → 2MgSiO3 + 2FeO (Olivina) (Enstatita) e 2FeO+C → 2FeO + CO2↑ Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra � Quando p processo de acresção havia se encerrado na superfície T= 1000 – 1500º C. � Início da Fusão do Feº A fusão estava restrita apenas à superfície. � Início da migração do FeO para o centro da Terra, escoando através de uma massa silicática sólida. Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra � Aumento da temperatura no interior do planeta com transferência de energia potencial para cinética, da ordem de 640 cal/g. � Do calor gerado apenas 6% desta energia seria gasta na fusão do Fe. Os 94% restantes ⇒ no aquecimento da Terra como um todo. � Processo auto-sustentado que foi capaz de fornecer o calor necessário para a fusão parcial do material silicático. � Processo de formação do núcleo deve ter sido rápido ⇒ máximo 500 M.a. após a formação do planeta. ⇒ Dados paleomagnéticos revelam que a Terra possuia campo magnético há, pelo menos 3,5 b.a. atrás. � Não deveria ter havido fusão em grande escala no manto. Dados petrológicos ⇒ fusão parcial leva a massas diferenciadas e heterogêneas ⇒ dados geofísicos (especialmente sismológicos) não mostram grandes heterogeneidades no manto. Departamento de Petrologia e Metalogenia A História Pré-geológica da Terra � Após migração: Terra mostrava-se diferenciada em camadas heterogêneas: 1- Crosta: sólida, silicática, perdia calor rapidamente por irradiação, ainda muito instável, diferente da composição atual. 2- Manto: silicático, em estado sólido ou plástico 3- Núcleo: de composição metálica Departamento de Petrologia e Metalogenia As Camadas Internas da TerraAs Camadas Internas da Terra Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA)Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA) Departamento de Petrologia e Metalogenia Crosta + Manto superior= Litosfera, rígida = placas tectônicas que tem até 100 km de espessura. As Camadas Internas da TerraAs Camadas Internas da Terra Departamento de Petrologia e Metalogenia Litosfera= flutua sobre o manto um material pastoso= astenosfera. As Camadas Internas da TerraAs Camadas Internas da Terra Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • O Princípio da Isostasia Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • Wegener, 1912 observando o contorno dos continentes e baseado no princípio da isostasia, admitiu que a litosfera poderia se mover sobre a astenosfera. • O “quebra-cabeça” dos continentes Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • Postulou a Teoria: Deriva Continental (ou Tectônica das Placas) • Todos os continentes estiveram juntos um dia. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental A superfície da Terra à 300 m.a atrás – supercontinente da Pangeae. Hemisfério norte: Laurásia, Sul= Gondwana. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental Departamento de Petrologia e Metalogenia • O que movimenta as placas são as correntes de convecção que atuam no manto. Velocidade média= 1 a 3 cm /ano. Departamento de Petrologia e Metalogenia Estrutura Interna da Terra A Teoria da Deriva Continental • Superfície da Terra se encontra em modificação constante.
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