Origem e Evolução da Terra

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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 )( −=
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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
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: 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
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Considerando: Maior elevação: Monte Everest (Himalaias): 
9.000 m de altura
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Considerando: Maior depressão: Trincheira Mariana 
(Fossa das Filipinas) : 11.000 m de profundidade
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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.
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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
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Aspectos físicos – raio e volume
A humanidade sempre intuiu a forma esférica da Terra.
Mapa das estrelas Hem. Norte
Mapa estrelas Hem. Sul
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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.)
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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
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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
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Aspectos físicos – Densidade
Para a Terra como um todo: 5,117 g/cm3
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Aspectos físicos – Densidade 
Entretanto rochas mais comuns da superfície terrestre
Densidade Média= 
2,17 g/cm3
Densidade deve aumentar com a profundidade da Terra.
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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
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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.
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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
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A Terra e o Sistema Solar
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A Terra e o Sistema Solar
Origem da Terra deve atender às características do Sistema Solar
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� 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
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� 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
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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
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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
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Sistema Solar
Via Láctea
A Terra e o Sistema Solar
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A Galáxia mais próxima de nós é Andrômeda que dista cerca de 2,2 milhões de anos-luz. 
A Terra e o Sistema Solar
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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
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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.
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Formação do Sistema Solar
Contração e condensação da nébula primitiva, material oriundo do Big Bang
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Formação do Sistema Solar
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Composição Química do Sol (Fotosfera)
Características do Sistema Solar
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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.
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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
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Características Evolutivas dos Planetas Terrestres
Meteoritos
Classificação
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Características Evolutivas dos Planetas Terrestres
Meteoritos
Condritos
Sideritos
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Características Evolutivas dos Planetas Terrestres
Meteoritos
Origem
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Meteoritos e a composiMeteoritos e a composiçção do sistema solarão do sistema solar
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Estrutura Interna da Terra
Crosta (S)
Manto (L)
Núcleo Externo (L)
Núcleo Interno (S)
Modelo de Camadas
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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.
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a- Normal, b- Inversa, c- Transcorrente, d- Oblíqua (a+c).
Estrutura Interna da Terra & Terremotos
Principais tipos de Falhas
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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
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Estrutura Interna da Terra &Terremotos
• Sismógrafo : aparelho que registra a chegada das ondas sísmicas na 
superfície da Terra.
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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.
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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.
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• 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
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• 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
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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
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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
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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.
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Estrutura Interna da Terra & Terremotos
• Ondas sísmicas permitem estabelecer o Modelo da Terra 
Heterogênea em camadas concêntricas.
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Dados Geofísicos do Interior da Terra
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Estrutura Interna da Terra
• Crosta:
Camada mais externa:
35 km nos continentes,
5 km nos oceanos.
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Estrutura Interna da Terra
• Manto Superior:
Mohorovicic
até 700 km de 
profundidade.
Espessura ~ 670 km. 
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Estrutura Interna da Terra
Manto Inferior:
De 700 até 2.885 km.
Espessura ~ 2.185 km.
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Estrutura Interna da Terra
Núcleo Externo:
Gutemberg
de 2.885 km até 5.155 
km.
Espessura ~ 2.270 km.
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Estrutura Interna da Terra
Núcleo Interno:
de 5.155 até 6.370 km.
Espessura ~1.215 km.
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Campo Magnético
A Terra possui um 
campo magnético.
A agulha da bússola 
aponta para o Polo
Norte.
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Campo Magnético
Terra:comportamento de um imenso imã. 
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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.
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Estrutura Interna da Terra
Campo Magnético 
• Campo magnético: blindagem Terra das radiações solares.
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Estrutura Interna da Terra
Campo Magnético 
• Efeitos: Auroras boreais.
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Estrutura Interna da Terra
Campo Magnético
• O campo geomagnético associado aos dados sísmicos 
indicam que o núcleo terrestre deve ser metálico.
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CondritosCondritos CarbonososCarbonosos x Composix Composiçção da Fotosfera Solarão da Fotosfera Solar
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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.
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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↑
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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. 
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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.
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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
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As Camadas Internas da TerraAs Camadas Internas da Terra
Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA)Crosta Continental= (SIAL); Crosta Oceânica= (SIMA)
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Crosta + Manto superior= Litosfera, rígida = placas tectônicas 
que tem até 100 km de espessura.
As Camadas Internas da TerraAs Camadas Internas da Terra
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Litosfera= flutua sobre o manto um material pastoso= astenosfera.
As Camadas Internas da TerraAs Camadas Internas da Terra
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Estrutura Interna da Terra 
A Teoria da Deriva Continental
• O Princípio da Isostasia
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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
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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.
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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. 
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Estrutura Interna da Terra 
A Teoria da Deriva Continental
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• O que movimenta as placas são as correntes de 
convecção que atuam no manto. Velocidade média= 1 a 
3 cm /ano.
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Estrutura Interna da Terra 
A Teoria da Deriva Continental
• Superfície da Terra se encontra em 
modificação constante.