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1 INTRODUÇÃO O planeta Terra está em constante transformação, tanto em seu interior quanto na superfície. Durante sua formação, a configuração da crosta terrestre era completamente diferente da que observamos hoje. Essas transformações continuam acontecendo porque o planeta possui muita energia em seu interior e porque a superfície da crosta terrestre sofre a ação permanente de forças externas, como a chuva ou o vento, e do próprio homem, que constrói cidades, desmata, refloresta, extrai minérios, faz aterros, represas, desvia rios, etc. 2 A FORMAÇÃO DA TERRA 2.1 TEORIA DA EVOLUÇÃO DA TERRA 2.1.1 Eras geológicas Era Pré-cambriana: desde o início dos tempos até aproximadamente 545 milhões de anos atrás; Era Paleozoica: aproximadamente entre 545 e 248 milhões de anos atrás; Era Mesozoica: aproximadamente entre 248 e 65 milhões de anos atrás; Era Cenozoica: aproximadamente desde 65 milhões de anos atrás até os dias atuais. 2.1.1.1 Pré-cambriana Há cerca de 4,6 bilhões de anos, uma densa nuvem de gás e poeira se contraiu e constituiu o Sol. Outras partes dessa nuvem formaram partículas solidas de gelo e rocha, que se uniram e deram origem aos planetas. A radioatividade das rochas fez com que a Terra recém-formada derretesse. O ferro e o níquel se fundiram, formando o núcleo da Terra, enquanto na superfície flutuavam oceanos de rocha incandescente. Há aproximadamente 4 bilhões de anos, a crosta terrestre começou a adquirir forma. No princípio, havia grande número de pequenas plaquetas solidas, que flutuavam na rocha fundida. Com o passar de milhões de anos, a crosta terrestre se tornou mais espessa, e os vulcões entraram em erupção e começaram a emitir gases, que formaram a atmosfera. O vapor de água se condensou, constituindo os oceanos. Há aproximadamente 3,5 bilhões de anos, a maior parte da crosta terrestre já estava formada, mas a configuração dos continentes era muito diferente da atual. As rochas mais antigas da Terra datam do período imediatamente anterior a esse. 2.1.1.2 Cenozoica A Terra continua em transformação. A crosta está dividida em enormes placas, cujas bordas estão em constante modificação. Os continentes estão sempre em movimento, como resultado das forças do interior da Terra. 2.2 ESCALA GEOLÓGICA DO TEMPO O tempo geológico é dividido em milhões de anos. A história geológica da Terra é dividida em éons (períodos de tempo imensuráveis ou infinitamente longos), que são subdivididos em eras, que se subdividem em períodos, que por sua vez são subdivididos em épocas. Tabela 1 – Escala geológica do tempo. Tabela 2 – A determinação da idade das rochas. 2.3 O “ANO-TERRA” Para entendermos melhor os 4,6 bilhões de anos de idade da Terra, utilizaremos uma tabela em que a história de formação da Terra é comparada, proporcionalmente, aos meses de um ano. Imagem 1 – O “Ano-Terra” em proporcionalidade ao calendário mensal. O “ANO-TERRA” Tempo histórico Eventos Tempo geológico Mês Dia Idade (em milhões de anos) Janeiro 1º Formação da Terra 4560 Março 2 Mais antigas evidencias de vida 3800 Junho 14 Consolidação dos primeiros continentes Termina o Arqueamento e inicia o Proterozoico 2500 Julho 24 Primeiros organismos eucariontes (células mais complexas, com núcleo) 2000 Outubro 12 Eucariontes começam a se diversificar 1000 Novembro 18 Início da Era Paleozoica Os grandes continentes (como Gonduana) se formam 450 Dezembro 3 Primeiros répteis 350 12 Inicio da Era Mesozoica e da deriva continental 248 20 Inicio da separação entre América e África 140 26 A extinção dos dinossauros e outros organismos marca o fim da Era Mesozoica e inicio da Cenozoica 65 31 Ás 19h12min: primeiro membro do nosso gênero (Homo), na África 2 Ás 23h59min57seg: Cabral chega ao Brasil 500 anos Ás 23h59min59seg: Inicia o século XX 100 anos Tabela 3 – Detalhamento e explicação do “Ano-Terra” 2.4 A CONSTITUIÇÃO DA TERRA A fusão primitiva promoveu a formação da Terra e, ocasionalmente, dos continentes. A partir da diferenciação, entre leves e pesados, os continentes começaram a crescer e continuam ao longo do tempo geológico. 2.4.1 Continentes O magma ascendeu para a superfície, resfriando e solidificando, formando as rochas. Estas, devido aos movimentos de água e vento erodiram-se, levando-as a decomporem-se e desintegrarem-se. Deste material formaram-se as praias, deltas e os assoalhos dos mares adjacentes. Desta dinâmica de processo estruturou os continentes. As camadas mais leves se concentraram nas zonas exteriores, permitindo a liberação dos gases leves, formando a atmosfera e, as mais pesadas nas zonas interiores. 2.4.2 Atmosfera, Hidrosfera e Biosfera Existem algumas teorias sobre a formação dos oceanos e da atmosfera, que são: Uma, é que a formação da agua e do ar vieram de fora do sistema solar, por meio de materiais ricos em voláteis. Ex.: os cometas são formados de carbono e outro gases congelados; Outra, os corpos e poeiras que formaram a Terra, tinham gelo, água e outros voláteis. Estes originalmente estavam aprisionados nos corpos e, quando a Terra se aqueceu e seus materiais fundiram-se parcialmente, o vapor d’água e outros gases foram liberados e levados a superfície pelos magmas, sendo lançados a superfície pelos vulcões. A atmosfera primitiva permitiu que a luz solar alcançassem a superfície terrestre, onde havia dióxido de carbono e vapor d’água suficientes para aprisionar o calor, mantendo a Terra quente (uma estufa). O surgimento da molécula auto-replicável – RNA (ácido ribonucléico) posteriormente levou ao DNA (ácido desoxirribonucléico), que por ser mais complexo caracterizou a Biosfera. Os organismos primitivos forneceram quantidades relativas de matéria orgânica produzidas por processos químicos inorgânicos ou recicladas de outros organismos. A grande mudança ocorreu quando a vida evoluiu para produzir o próprio alimento, através da fotossíntese. Um dos produtos da fotossíntese é o oxigênio. A rochas de 2,5 Ba, que foram oxidadas (enferrujadas) indica que já havia oxigênio naquele tempo. Quando as moléculas de oxigênio atmosférico difundiram-se para a estratosfera, foram transformadas pela radiação solar em ozônio. O ozônio absorve certas porções de radiação UV, protegendo a vida orgânica. A vida primitiva consistiu basicamente de pequenos organismos unicelulares, que flutuavam nos mares ou habitam no fundo dos oceanos. Entre 1 a 2 bilhões de anos arás, a vida tornou-se multicelulares, quando as algas marinhas foram originadas. Os primeiros animais surgiram a partir dos 600 milhões de anos. Há 250 milhões de anos, foram extintos 95% de todas as espécies, devido a duas situações: a grande glaciação e a uma erupção vulcânica com 2 a 3 milhões de km³ de lava. 2.4.3 Componentes Interativos da Terra: As atividades da Terra são governadas por dois mecanismos térmicos: um interno e o outro externo. O interno é governado pela energia térmica aprisionada durante a origem cataclísmica e gerada pela radioatividade em seus níveis mais profundos. Este calor controla os movimentos no manto e no núcleo, suprindo energia para fundir rochas, mover continentes e soerguer montanhas. Externo é controlado pelo Sol, que energiza a atmosfera e os oceanos e é responsável pelo nosso clima e tempo. A chuva, vento e gelo erodem montanhas e modelam a paisagem e, por sua vez, a forma da superfície muda o clima. Nas últimas décadas do século XX, os cientistas dispuseram de equipamentos adequadospara investigar como o sistema Terra realmente funciona. Com os novos avanços tecnológicos pode-se calcular a massa e a energia transferida dentro do sistema. Os principais componentes da Terra estão nas imagens e quadro abaixo: Tabela 4 – Principais componentes do sistema Terra. Imagem 2 – Sistema Terra. Imagem 3 – Sistema Terra, partes do planeta e interações. Para tornar mais fácil o entendimento do sistema Terra divide-se três geosistemas: Sistema clima; Sistema de placas tectônicas; Sistema geodínamo. 2.4.3.1 Sistema clima Inclui todas a propriedades e interações dos componentes dentro do sistema Terra necessárias para determinar o clima numa escala global e descobrir como ele muda com o tempo. Tempo é o termo usado para descrever a temperatura, precipitação, nebulosidade e os ventos observados num ponto da Terra. O clima não é apenas o comportamento da atmosfera, pois ele envolve outros processos a hidrosfera, a biosfera e a Terra sólida; 2.4.3.2 Sistema das placas tectônicas Os eventos geológicos, como erupções vulcânicas e terremotos, são controlados pelo calor interno do globo, que escapa por meio de circulação de material no manto sólido num processo conhecido como convecção. A Terra é dividida ou zoneada quimicamente em três zonas: crosta, manto e núcleo. A reologia também causa zoneamento devido aos diferentes comportamentos dos materiais, que apresentam ao resistir à deformação. A litosfera não é uma placa contínua, ele está dividida em 12 grandes placas, que se movem sobre a superfície terrestre com taxas de alguns centímetros por ano. Cada placa atua como uma unidade rígida distinta que se move sobre a astenosfera, a qual também está em movimento. A litosfera pode ter espessura de poucos km nas áreas de atividade vulcânica e, talvez, de até 200 km nos continentes mais antigos. 2.4.3.3 Sistema geodínamo Divide-se em núcleo externo e interno. O externo de ferro e níquel, pastoso e responsável pelo campo magnético da terrestre. Utiliza-se as ondas sísmicas, mais precisamente, a de refração para obter dados desta região. Através das ondas compressivas (P) e as transversais (S) foi possível verificar o conteúdo do núcleo. Imagem 4 – Placas tectônicas. As placas se movem devido as forças que as empurram e as arrastam ao redor da superfície originando-se do motor térmico do manto sólido da Terra, o qual causa convecção. As correntes de convecção é um mecanismo de transferência de energia e de massa no qual o material aquecido ascende e o resfriado afunda. Imagem 5 – Correntes de convecção. 2.5 ESTRUTURA DA TERRA As descontinuidades nas velocidades das ondas sísmicas indicam a presença de camadas na Terra. Descontinuidade de Mohorovicíc (Moho): profundidade de algumas dezenas de km (38 a 40 km) sob os continentes, e alguns km (6 a 8 km) sob os oceanos. Esta descontinuidade caracteriza a crosta terrestre. A partir da base da litosfera, com espessura de aproximadamente 150 km, encontra- se uma camada menos rígida, em estado parcialmente fundido, que pode ser considerada como um fluido muito viscoso para esforços de longo intervalo de tempo, chamada astenosfera. Os limites superior e inferior não são bem definidos, mas a astenosfera atinge em média a profundidade de 670 a 700 km. A partir da base da astenosfera, temos o mando inferior, ou mesosfera, que é uma camada composta basicamente por óxidos de ferro, magnésio e silicatos ferromagnesianos. A mesosfera se apresenta em estado semissólido (comportamento plástico), e possui composição homogênea em sua maior parte. Imagem 6 – Estrutura da Terra. Próximo da interface manto/núcleo encontra-se uma camada de aproximadamente 150 a 200 km de espessura, denominada camada D’’, detectável pela sismologia, que apresenta aspectos interessantes, como variação lateral de velocidades (sugerindo estrutura lateralmente heterogênea) em extensões comparáveis aos continentes e oceanos da superfície. A camada D’’ deve ser a fonte do material que origina as plumas, intimamente ligada aos pontos quentes (hotspots) verificados na superfície terrestre. Esta camada tem um papel importante nos processos geodinâmicos por ser a fonte do material das plumas, e por suas propriedades térmicas, que podem influenciar o transporte de calor a partir do núcleo, e afetar os processos que geram o campo geomagnético. O núcleo terrestre deve ter sido formado por migração dos elementos mais densos para o interior terrestre, com ascensão dos silicatos menos densos para a região superficial. Estudos da composição dos meteoritos e do comportamento das ligas metálicas a altas pressões e temperaturas tem fornecido importantes indicações sobre a provável composição e comportamento desta região. O núcleo terrestre tem uma parte externa fluida, e uma parte interna sólida. O núcleo externo vai de aproximadamente 2900 km até a profundidade de 5150 km. Sua constituição é de Fe (quase 90%), Ni (pouco menos de 10%) e pequenas quantidades de Si, S e O. O núcleo externo é fluido, com uma viscosidade semelhante à da água. Assume-se que seja homogêneo, devido a convecção e rotação terrestre. O material do núcleo deve estar se solidificando, incorporando-se ao núcleo interno e deixando os materiais menos densos no núcleo externo. O núcleo interno é sólido, apresentando composição similar à do núcleo externo (Fe, Ni, S, Si e O). Existe a possibilidade do núcleo interno não ser completamente sólido, mas ser uma mistura de fases sólidas e líquidas a uma condição de temperatura e pressão muito próxima da necessária para a solidificação. Os processos de convecção no núcleo terrestre são fundamentais para a geração do campo geomagnético e processos geodinâmicos. Imagem 7 – Estrutura terrestre. 2.6 PLACAS TECTÔNICAS De acordo com a teoria da Deriva Continental, a crosta terrestre é uma camada rochosa descontínua, que apresenta vários fragmentos, denominados placas litosféricas ou placas tectônicas. Essas placas compreendem partes de continentes e o fundo dos oceanos e mares. Portanto, as placas tectônicas são gigantescos blocos que integram a camada sólida externa da Terra, ou seja, a litosfera (crosta terrestre mais a parte superior do manto). Elas estão em constante movimentação (se movimentam sobre o magma do manto), podendo se afastar ou se aproximar umas das outras. Esses processos são classificados em: Zonas de divergência – as placas tectônicas afastam-se umas das outras. Zonas de convergência – as placas tectônicas se aproximam, sendo pressionadas umas contra as outras. Esse fenômeno pode ser de subducção (quando as placas movem-se uma em direção a outra e a placa oceânica, mais densa, “mergulha” sob a continental, menos densa) ou obducção (quando há choque entre duas placas na porção continental. Acontece em virtude da grande espessura dos trechos nos quais estão colidindo). Esse movimento das placas tectônicas altera lentamente o contorno do relevo terrestre, elevando cordilheiras e abrindo abismos marinhos. Outra consequência desse fenômeno (causado pelo encontro das placas) são os terremotos e tsunamis. 2.7 COMPOSIÇÃO E CARACTERISTICAS DA TERRA A crosta oceânica é constituída essencialmente por basalto, enquanto que a crosta continental é constituída majoritariamente por granito. A crosta oceânica é mais densa do que a crosta continental, por conter mais ferro em sua composição. No manto, logo abaixo da litosfera, é constituído de material ígneo rochoso, há uma zona de baixa velocidade das ondas sísmicas, situada no topo da astenosfera. Nesta zona as rochas encontram-se parcialmentefundidas, uma vez que o aumento da temperatura nessa zona ultrapassa a curva de fusão de alguns minerais das rochas mantálicas. Esta fusão parcial das rochas da astenosfera superior, ainda que muito pequena, provoca uma diminuição da rigidez dessas rochas, que apresentam um comportamento fluido à escala geológica. Isto resulta no estabelecimento de correntes de convecção, que permitem o deslizar das placas litosféricas num fenômeno designado por deriva continental que está na origem da teoria da tectônica de placas. A composição da crosta é majoritariamente de óxidos combinados, sendo os principais o silício, o alumínio, o ferro, o cálcio, magnésio, potássio e óxidos de sódio. A sílica é o principal componente da crosta, e está presente sob a forma de minerais de sílica nas rochas ígneas e metamórficas. Através do cálculo de muitas análises feitas em diferentes rochas.
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