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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ESTUDOS DA TERRA - CETerra Disciplina 080002 Geologia Geral Professor: Luis Eduardo Silveira da Mota NOVAES luis.eduardo.novaes@gmail.com Referências Bibliográficas Deer, W. A.; Howie, R. A.; Zussman, J. 1967. An introduction to the rock-forming minerals. London: Longman, 528 p. Klein, C.; Hurlbut Jr., C. S. 1999. Manual of mineralogy (after J.D.Dana). New York: John Wiley & Sons, 681 p. Leinz, V.; Amaral, S. E. 1988. Geologia Geral. São Paulo: IBEP, 400 p. Lumine, J. I. 2000. Earth – Evolution of a Habitable World. Cambridge: Cambridge University Press, 319 p. Press, F.; Siever, R.; Grotzinger, J., Jordan, T. H. 2004. Understanding Earth. New York: W.H. Freeman and Company, (4o edição) 566 p. Teixeira, W.; Toledo, M. C. M.; Fairchild, T. R.; Taioli, F. 2001. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de textos, 558 p. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA INTRODUÇÃO Geologia É a ciência que estuda o planeta Terra Planeta Terra Imagem da África e Antártica (Nasa, 2001) • Como surgiu?; • Como evoluiu?; • Como é a sua dinâmica?; • Como preservá-la para a vida? INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO O método científico Hipótese Teoria Modelo científico INTRODUÇÃO Conceitos de grandezas em Geologia Tempo geológico Escalas Diâmetro do universo = 1023 Diâmetro do sistema solar = 1010 Diâmetro do Sol = 106 Diâmetro da Terra = 104 Tamanho de uma célula = 10-8 Tamanho de um átomo = 10-13 INTRODUÇÃO A história do Universo Aristóteles – filósofo grego - Natureza esférica da Terra, eclipse lunar como sombra da Terra projetada na superfície da lua – século IV AC; Eratosthenes – circunferência da Terra – século III AC; Terra ou sol centro do sistema solar? Ptolomeu x Aristharchus (400 anos mais tarde) – Copernico e Galileu (1500 anos mais tarde); Hoje – Big Bang INTRODUÇÃO A origem do nosso sistema solar A hipótese da nebulosa A formação dos planetas INTRODUÇÃO A origem do sistema solar Formação da nebulosa solar Contração e rotação Forma discoidal com concentração de matéria no centro Núcleo - Reações termonucleares - Sol Periferia - Condensação de matéria - Protoplanetas Sistema Solar INTRODUÇÃO A origem do sistema solar 9 planetas 60 satélites naturais (luas) Inúmeros pequenos corpos Todos orbitando o Sol Planetas terrestres mistura de rocha e material metálico Planetas gigantes mistura de rochas + icy (Si, Mg, Fe, C, N, S em sua forma atômica devido as altas pressões) e gases (H, He) E plutão? INTRODUÇÃO CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA - Thales de Mileto: aprox. 600 a.C → água - Anaxímenes: aprox. 500 a.C → ar - Heráclito: aprox. 500 a.C → fogo - Aristóteles: aprox. 350 a.C → terremotos por ventos internos MATÉRIA X ENERGIA Camadas concêntricas Aquecimento e fusão Diferenciação Núcleo Manto Crosta A Lua CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA A Lua CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Estrutura da Terra a) Propriedades Físicas da Terra - Forma: elipsóide de rotação Diâmetro equatorial: 12.756.776 m Diâmetro polar: 12.713.824 m - Gravidade: 9,8 m/s² - Volume: V = 4/3πR³ = 1,1 X 10¹² km³, para Rm = 6,368 x 10³ km - Massa: M = 6 x 1027 g = 6 x 1021 ton - Massa Específica e Densidade: MT = 5,547 g/cc As rochas mais comuns da Crosta possuem em média 2,76 g/cc Diferença de constituição (estado químico), ou Maior compressão pelas altas pressões reinantes (estado físico) CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 1. Introdução ─ Estudo da propagação das ondas sísmicas; ─ Estudo da densidade ou variações gravimétricas da Terra; ─ Estudo dos meteoritos; ─ Estudo da temperatura terrestre; ─ Outros. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 2. Dados Sísmicos 2.1 Fontes ─ Tremores naturais → terremotos; ─ Tremores artificiais → explosões; 2.2 Obtenção dos dados Os dados são obtidos através de aparelhos especiais, muito sensíveis, denominados Sismógrafos, que detectam as ondas que voltam à superfície, fornecendo: ─ Tipo de onda; ─ Horário de chegada; ─ intensidade. A principal variável que comanda o fenômeno da transmissão de energia sísmica é a aproximação entre os grãos da rocha. Sismocóspio de Chang Heng CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 2. Dados Sísmicos 2.3 Tipos de Ondas Sísmicas a) Ondas Primárias, Longitudinais ou Compressionais ─ são as mais rápidas: Vp ≈ 8,6 km/s (na superfície); ─ pequena amplitude, pequeno comprimento de onda e alta frequência; ─ são ondas mecânicas longitudinais; ─ pouco destrutivas. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 2. Dados Sísmicos 2.3 Tipos de Ondas Sísmicas b) Ondas Secundárias, Transversais ou Cisalhantes ─ são menos rápidas que P; ─ Vs ≈ 4,8 km/s (na superfície); ─ aumento da amplitude e pequeno comprimento de onda; ─ são ondas mecânicas transversais; ─ mais destrutivas que P. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 2. Dados Sísmicos 2.3 Tipos de Ondas Sísmicas c) Ondas Longas ou Superficiais (Love e Rayleigh) ─ são mais lentas; ─ V ≈ 3 a 4 km/s (na superfície); ─ grande amplitude, grande comprimento de onda; ─ são ondas mecânicas transversais; ─ são as ondas mais destrutivas; ─ não penetram em direção ao interior da Terra; ─ subdividem-se em Love (V>) e Rayleigh (V<). CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Mag 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 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 e cair reboco de paredes 5 É percebido por todos. As pessoas caminham com dificuldades, livros caem de estantes; os móveis podem ficar virados 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. 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 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA MAG TNT EXEMPLO 2.0 1 Explosivo detonado em minas de carvão 4.0 1000 Arma nuclear de pequeno porte 4.5 5100 Energia total em um tornado médio 5.5 80000 Terremoto em Nevada, EUA, 1992 6.0 1 milhão Terremoto em Nevada, EUA, 1994 6.5 5 milhões Terremoto en Northridge, Califórnia em 1992 6.9 23 milhões Terremoto de Kobe, Japão, em 1995 7.0 32 milhões Terremoto de Hyogo-Ken Nanbu, Japão, em 1995. Equivalente à maior explosão termonuclear já realizada. 8.0 1 bilhão Terremoto de São Francisco em 1906. 9.2 64 bilhões Terremoto em Anchorage, Alaska em 1964. Segundo maior terremoto registrado por instrumentos 9.5 180 bilhões Maior terremoto já registrado por instrumentos: Chile, em 1960 12 160 trilhões Quantidade de energia que a Terra recebe do sol diariamente CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 2. Dados Sísmicos2.4 MOHOROVICIC a) Crosta Continental ou SIAL b) Crosta Oceânica ou SIMA 2.5 BENO GUTEMBERG – interface Manto/Núcleo 2.6 Estrutura Geral do Globo Terrestre CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 3. Gravidade e Isostasia 3.1 Fatores a) diferença entre os diâmetros equatorial e polar; b) irregularidades topográficas; c) movimento de rotação da Terra; d) variações laterais de densidade. 3.2 A Teoria de Pratt 3.3 A Teoria de Airy 3.4 O pensamento atual a) Variação lateral de densidade da Crosta; b) Variação lateral na espessura da Crosta; c) Variação lateral na densidade do Manto Superior. 3.5 Epirogênese (epeiro = continente) CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 4. Meteoritos 4.1 Sideritos 4.2 Assideritos 4.3 Litossideritos CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Meteor Crater Arizona, EUA Constituição Interna do Globo 5. Temperatura no Interior da Terra 5.1 Grau Geotérmico a) valor médio → 1°C/30 m (variável); b) exemplo de cálculo → interior da Mina de Morro Velho, MG (ouro), onde: 2.500 m/prof. = 64°C Gradiente Geotérmico regional: (64°C - 18°C)/2.500 = 0,0184°C/m onde: 18°C temperatura média anual 0,0184°C/m grau geotérmico Logo, a 1.000 m de profundidade: 1.000 x 0,0184 + 18 = 36°C. c) valor mínimo → 0,008°C/m (Sul da África e Centro do Canadá) d) estimativa da temperatura do Núcleo Terrestre ─ temperatura das lavas → 1000°C na superfície; ─ transformação em laboratório de Olivina (1 Si/4O) em Espinélio (1Si/6O) → 1500 a 1900°C; ─ fusão do Fe → 3700°C; ─ estima-se em cerca de 5000 a 6000°C a temperatura do Núcleo. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo c) valor mínimo → 0,008°C/m (Sul da África e Centro do Canadá) d) estimativa da temperatura do Núcleo Terrestre ─ temperatura das lavas → 1000°C na superfície; ─ transformação em laboratório de Olivina (1 Si/4O) em Espinélio (1Si/6O) → 1500 a 1900°C; ─ fusão do Fe → 3700°C; ─ estima-se em cerca de 5000 a 6000°C a temperatura do Núcleo. CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Constituição Interna do Globo 5. Temperatura no Interior da Terra 5.2 Quantidade de Calor a) perdido: pelo Gradiente Geotérmico e pela condutividade térmica das rochas → 75 cal/m; b) produzido: desintegração radioativa (Calor Radiogênico); c) Estima-se que a energia radioativa seja 5000 vezes a energia solar que atinge a superfície da Terra CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA rocha quantidade (ppm) U Th K granito 4.00 13.00 4.00 basalto 0.50 2.00 1.50 peridotito 0.20 0.06 0.20 elemento meia-vida (anos) produção térmica (cal/ano/grama) U238 4.51 x 109 0.72 U235 7.13 x 108 4.70 Th232 1.41 x 1010 0.21 K40 1.30 x 109 0.21 Ra226 1.60 x 103 elevada Constituição Interna do Globo 6. Magnetismo Terrestre 6.1 Inclinação Magnética 6.2 Declinação Magnética 6.3 Sede e causas do magnetismo terrestre 6.4 Magnetômetro ─ Fornece o campo magnético interno ou principal; ─ Fornece o campo magnético anômalo; ─ Fornece o campo magnético externo (principalmente a radiação solar); 6.5 Magnetismo Remanescente CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Estrutura Geral do Globo Terrestre Profundidade (km) Camada Litologia d T (°C) VP (km/s) 0 a 33 CROSTA superior SIAL (Granodiorito) 2,7 800 5,6 Descontinuidade de CONRAD CROSTA inferior SIMA (Gabro) 3,2 1000 6,5 Descontinuidade de MOHOROVICIC 33 a 400 MANTO superior Peridotito 3,3 8,2 400 a 1000 Zona de Transição Peridotito c/Fe+sulfetos 1000 a 2800 MANTO inferior similar aos meteoritos 5,5 2000 13,6 Descontinuidade de WIECHERT-GUTEMBERG 2800 a 4980 Núcleo externo (líquido) similar aos Sideritos 9 a 11 3000 8,1 4980 a 5120 Zona de Transição 5120 a 6370 Núcleo interno (sólido) 12 a 14 cerca de 5000 11,2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA IDADE DA TERRA 1. Introdução 2. Métodos Radiométricos 2.1 Objetivos a) idade das rochas e de eventos geológicos; b) Escala absoluta de Tempo; c) idade de corpos celestes; d) auxiliar as Teorias de Evolução Geológica da Terra (Geotectônica Global) 2.2 Sistemas Geocronológicos CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA pai filho constante de desintegração (ano) meia-vida (ano) U238 Pb206 1,54 x 10-10 4,50 x 109 U235 Pb207 9,72 x 10-10 0,71 x 109 Th232 Pb208 0,50 x 10-10 13,90 x 109 Rb87 Sr87 0,14 x 10-10 40,00 x 10 9 K40 Ca 40 Ar40 4,74 x 10-10 0,59 x 10-10 1,30 x 10 9 C14 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA 2.3 ESCALA GEOLÓGICA DO TEMPO ERAS PERÍODOS ÉPOCAS Tempo Decorrido (anos) Características Cenozóica Quaternário Holoceno Pleistoceno 11.000 1.000.000 Homem; Glaciação no Hemisfério Norte Terciário Plioceno Mioceno Oligoceno Eoceno Paleoceno 12.000.000 23.000.000 35.000.000 55.000.000 70.000.000 Mamíferos; Fanerógamas Mesozóica Cretáceo 135.000.000 Répteis gigantescos; Coníferas Jurássico 180.000.000 Triássico 220.000.000 Paleozóica Permiano 270.000.000 Anfíbios; Criptógamas Carbonífero 350.000.000 Devoniano 400.000.000 Peixes; Vegetação nos continentes 430.000.000 Invertebrados; Grande número de fósseis de vida aquática Siluriano Ordoviciano 490.000.000 Cambriano 600.000.000 Pré-Cambriano sup. (Proterozóica) > 2 bilhões Restos raros de algas, crustáceos, esponjas e vermes Pré-Cambriano méd. Pré-Cambriano inf. (Arqueozóica) Início da Terra ± 5 bilhões (?) Evidências fossilíferas de raras bactérias e fungos (?) [1] FANERÓGAMAS – Grupo taxionômico vegetal, onde as plantas apresentam aparelho reprodutor evidente; [2] CRIPTÓGAMAS – Vegetais que não se reproduzem por meio de flores. A LITOSFERA 1. Constituição Química da Litosfera CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA A LITOSFERA 2. Constituição Litológica da Crosta Externa CARACTERÍSTICAS GERAIS DA TERRA Proporção aproximada das rochas que ocorrem na Litosfera (seg. Poldervaart) % Sedimentos 6,2 Granodiorito 38,3 Andesito 0,1 Diorito 9,5 Basalto 45,8 Composição mineralógica média das rochas ígneas (seg. Clark e Washington) % Feldspato 59,5 Quartzo 12,0 Piroxênio e Anfibólio 16,8 Mica 3,8 minerais acessórios 7,0 Composição Química da Crosta Terrestre em %, seg. Peso e Volume Elementos químicos Clark (Peso) Leinz (tilito de Barra Bonita, PR – Peso) Volume O 46,6 46,4 91,77 Si 27,7 28,4 0,8 Al 8,1 7,3 0,76 Fe 5,0 5,1 0,68 Ca 3,6 3,7 1,48 Na 2,8 1,9 1,60 K 2,6 2,5 2,14 Mg 2,1 2,4 0,56 Total 98,5 97,7 99,79
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