AULA 1 introdução à USP Geohistórica (2014)

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Noções de Geotectônica 
 
Introdução ao curso Geologia Histórica e 
do Brasil: Pré-Cambriano 
2 
Sumário da Aula 
 - Desenvolvimento da Ciência e o pensamento geológico 
- Tempo Profundo e geodinâmica da Terra; 
- Geocronologia e o Tempo Geológico 
- Geosferas da Terra: estruturação interna e dinâmica 
- Regimes tectônicos: evolução primitiva da Terra 
- Hadeano (a construção planetária) 
- Planetologia Comparada 
 
 
EON PRÉ-CAMBRIANO 
Intervalo temporal entre a fase inicial da Terra 
e o aparecimento de formas complexas de 
vida. 
Corresponde a 85% da Coluna do Tempo 
Geológico. 
Em termos geográficos: corresponde a mais 
50% das exposições de rocha na superfície 
terrestre 
3 
Decifrando a Terra, cap. 20 (2009) 
7 
Em Busca do Tempo Perdido 
Geologia: ciência eminentemente 
histórica 
 
• Idéia de memória natural: as rochas, 
suas estruturas, os minerais e os 
fósseis registram a longa e complexa 
história da Terra. 
 
• As diferentes visões da Terra: séculos 
de avanço científico rompe os dogmas 
da “idade das trevas” 
 
(Grand Canyon, EUA) 
Um século passou entre a captação das duas imagens... 
9 
O MITO MEDIEVAL E A IDADE DA TERRA 
Arcebispo James Ussher - (1581 - 1656) 
Tratado sobre a 
cronologia bíblica 
VISÕES CIENTÍFICAS INICIAIS: 
 (sob domínio do dogma religioso) 
Nicolau Steno 
(1638-1686) 
(pai da Estratigrafia) 
A Terra tem memória! 
As rochas e seus fósseis narram 
a história natural. 
Prodromus (1699): tratado em Geologia com os princípios que 
regem a organização das seqüências sedimentares. 
11 
SÉCULO XVIII – o dogma religioso predomina na Europa 
 
Doutrina do Catastrofismo 
 
Teoria do Netunismo (1755) 
Abraham Werner 
Todas as rochas seriam sedimentares: foram depositadas em um oceano 
primitivo (Dilúvio) que, outrora, cobria a Terra. 
Vulcões seriam produto da queima de carvão. 
Formações Universais 
1a. granito, gnaisse, xisto, etc 
2a. ardósia, grauvaca e calcário 
 
Formações Parciais 
3a. arenito, calcário, carvão e basalto 
4a. argila, areia e cascalho 
12 
13 
A Geologia e o conceito do 
Tempo Profundo 
Muralha de Adriano (120 aC) 
O escocês que estabeleceu 
a Geologia como ciência moderna; 
Siccar Point (Escócia) 
“...Nosso mundo é, assim, destruído em uma parte, mas é 
renovado em uma outra.” .. 
“ O que mais se pode exigir? Nada, senão tempo.”..... 
 
James Hutton (1726-1797) 
O naturalista revolucionário 
15 
 A Descoberta do Tempo Profundo 
 
 
- Interpretação de discordâncias como limites entre ciclos 
naturais sucessivos de criação de relevo e erosão. 
 
- Reconheceu os 
granitos como rochas ígneas 
intrusivas, representando 
forças internas de restauração 
de relevo (Plutonismo). 
 
 Ciclos sem fim 
Fenômenos lentos e sucessivos (causas normais), durante o 
“tempo profundo”, podem produzir todos os eventos geológicos 
da Terra (1795; livro Teoria da Terra). 
 
16 
JOHN PLAYFAIR 
 Ilustrações da Teoria Huttoniana (1802). 
Divulgador das idéias de 
Hutton sobre geologia. 
 
Ilustrações de como as 
rochas se depositam sobre 
outras durante ciclos 
geológicos (desgaste, 
construção, erosão e 
renovação) , entre outros 
aspectos da história 
natural. 
CHARLES LYELL (1797-1875) 
A Terra e a vida possuem evolução (teoria contraposta à doutrina catastrofista de 
Werner) 
 
Princípios de Geologia 
(14 edições entre 1830 e 1875) 
“o presente é a chave para entender o passado” 
1. Os registros geológicos pretéritos teriam sido 
originados por processos similares aos que ainda 
hoje estão atuando. 
2. transformações naturais mínimas poderiam, com o tempo, ter enormes efeitos 
cumulativos. 
 
 
 
Este princípio, fundamental da geologia, não só fez desabar os dogmas da Igreja, mas 
também ressaltou a enorme amplitude temporal da história terrestre. 
18 
 Uniformitarianismo (Hutton & Lyell) 
 A natureza e a velocidade dos processos geológicos são invariáveis no tempo 
geológico. 
“As leis geológicas são uniforme para o passado e no presente.” 
 
A teoria uniformitarista revelou-se dogmática demais para 
representar a complexa evolução do mundo natural. 
 
 
 Atualismo (visão moderna, hoje adotada). 
Todas as ações geológicas do passado são similares às do 
presente. 
Esta teoria contempla uma variabilidade na intensidade dos 
processos geológicos através do tempo, regidos pelas leis 
naturais. 
 
 
 
19 
William Smith (1769 - 1839) 
Agricultor, engenheiro e 
topógrafo. 
 
• Fósseis - Sucessão faunal. 
• Correlações de estratos fossilíferos 
 (sem continuidade física) 
20 
William Smith (1769-1839) 
• Elaborou o primeiro mapa (1815) geológico com 
base na correlação temporal de fósseis e “camadas-
guia” (Inglaterra, País de Gales e Escócia). 
• Estabeleceu os critérios de classificação fossilífera 
na Geologia Histórica. 
• Demonstrou que a diversidade dos fósseis 
representa mudança progressiva do simples para o 
complexo. Isto revela o desenvolvimento da Vida no 
tempo. 
21 
Busca e entendimento de fenômenos naturais que aconteceram 
há milhares, milhões ou até bilhões de anos, pelo exame do 
registro geológico (rochas, fósseis, estruturas geológicas). 
 
Tempo Geológico 
22 
ESCALA DO TEMPO GEOLÓGICO 
• Objetivo: organizar os eventos geológicos mais 
importantes da evolução terrestre. 
 
• Principais ferramentas: estratigrafia, determinação da 
idade da rocha, comparações regionais; correlação global 
(história comum). 
 
• Implicações: estudo do desenvolvimento da vida durante a 
história da Terra. 
 
23 
ESCALA DO TEMPO GEOLÓGICO 
Investigação dos processos geológicos que extrapolam a dimensão 
do tempo humano; a descoberta da radioatividade 
DATAÇÃO RELATIVA 
 correlação física e fossilífera 
entre rochas 
 
DATAÇÃO ABSOLUTA 
radioatividade de elementos químicos 
(Becquerel, 1896) 
 
Medidas em Ma (milhões de anos) 
 e Ga (bilhões de anos) 
24 
DATAÇÃO RELATIVA 
25 
Geocronologia e o Tempo Geológico 
• Desenvolvimento tecnológico desde o século XX. 
Datação de minerais de rochas terrestres, da Lua e 
Marte (uso do decaimento radioativo natural de 
minerais). 
• Idade calculada da Terra: 4.560.000 anos (4,5 Ga) 
(extrapolação a partir da idade de meteoritos) 
 
• Mesma idade do Sistema Solar 
26 
ESCALA DE TEMPO GEOLÓGICO 
4,5 Ga 
3,85 Ga 
2,5 Ga 
0,54 Ga 
ÉON 
FANEROZÓICO 
PROTEROZÓICO 
ARQUEANO 
HADEANO 
ERA 
PALEOZÓICO 
MESOZÓICO 
CENOZÓICO 
27 
ESCALA DE TEMPO GEOLÓGICO 
ÉON ERA PERÍODO 
FANEROZÓICO 
PROTEROZÓICO 
ARQUEANO 
HADEANO 
CENOZÓICO 
MESOZÓICO 
PALEOZÓICO 
QUATERNÁRIO 
TERCIÁRIO 
CRETÁCEO 
JURÁSSICO 
TRIÁSSICO 
PERMIANO 
PENSILVANIANO 
MISSISSIPIANO 
DEVONIANO 
SILURIANO 
ORDOVICIANO 
CAMBRIANO 
CARBONÍFERO 
1,8 
65 
144 
206 
248 
290 
323 
354 
417 
443 
490 
541 
MILHÕES ANOS (Ma) 
28 
A Terra é dinâmica no tempo! 
A Terra sólida: convecção no manto 
induz movimentos das placas 
litosféricas 
GEODINÂMICA DA TERRA 
A Terra fluida: os oceanos, a atmosfera, movem-se devido ao rotação 
do planeta e à ação de agentes externos, como o Sol e a Lua. Assim 
se originam as marés, os ciclones e outros fenômenos superficiais 
Zoneamento Químico 
Função: gravidade, abundância de elementos, características 
químicas dos compostos 
• 99% da massaterrestre são 8 elementos: Fe, O, Si, Mg, 
Ni, S, Ca, Al, outros (< 1%). 
• 90% da Terra são 4 elementos: Fe, O, Si, Mg 
• Crosta: óxidos e silicatos “leves” de Ca, Na, K (+U, 
Th). Estes fundem-se em temperaturas mais baixas 
(700-1000 0C). 
• Manto: silicatos “pesados”de Fe, Mg: ponto de fusão 
mais elevado. Corresponde a um isolante térmico em 
relação ao núcleo. 
• Núcleo: Fe (+Ni). 
Estrutura Interna 
da Terra 
 
Modelo clássico: camadas 
concêntricas, com base em 
dados de velocidade das 
ondas sísmicas. 
 
 
C R O S T A
OC
EÂ
NIC
A 5-10km
ZON
A DE 
BAIXA VELOCIDADE
MANT
O TRANSICIONAL
MANTO
 SUPERIOR
MA
NTO INFERIOR
D"
Descontinuidade
de Mohorovicic
Descontinuidade
de Gutenberg
km
400
650
2900
5100
6400
EXTERNO
NÚCLEO
NÚCLEO
INTERNO
CONTINENTAL 30-80km
Estruturação Geoquímica 
• Crosta: continental (espessa, rochas de menor densidade) e oceânica (mais 
fina, mais densa; 3 camadas). Ajustes isostáticos em função da dinâmica das 
correntes de convecção; 
• Manto (83% do volume da Terra): maior densidade que a crosta, com 
variações internas. Materiais com diferente comportamento (rígido e plástico). 
 Rochas ricas em silicatos de magnésio e ferro (e.g., Peridotitos e 
Eclogitos). Ondas sísmicas definem várias subdivisões (e.g., zona D; 
irregular). É a fonte principal dos magmas. 
• Núcleo (1/3 da massa da Terra) : 
 i) externo (bloqueio das ondas “s”, não há fricção (rigidez nula) - 
comportamento de fluidos; ondas “p “ propagam-se como onda compressiva); 
 ii) interno (sólido). Composições fundamentadas em estudos 
astronômicos, dados laboratoriais e sísmicos. Material muito denso da própria 
diferenciação original do proto-planeta, compatível com abundância no 
universo (Fe). Extrapolações com base no estudo de meteoritos. Material om 
estrutura anisotrópica em condições extremas de P, T: cristais de Fe alinhados 
preferencialmente em uma mesma direção (influência do campo magnético 
terrestre, ou pelas tensões da própria rotação): ondas “P’ propagam-se mais 
rapidamente na direção N-S do que E-W. 
 
32 
Estrutura Dinâmica Terrestre 
 
• Litosfera (rígida): 
Sob os oceanos (80-100km); 
Nos continentes (100-400 km). 
 
• Astenosfera (dúctil): fonte principal dos magmas. Domínio onde 
ocorrem as correntes de convecção. 
• Debate atual: tamanho das células convectivas (manto inteiro; 
manto superior vs. manto inferior; base do manto superior e fluxo 
ascendente estacionário. 
• Apoio à Tectônica Global: movimento das placas litosféricas. 
33 
Simulação de material frio (azul) e material quente 
(vermelho) no interior da Terra. O primeiro desce e o 
segundo sobe (movimento tridimensional). 
 
Tempo Profundo 
 
Wilson Teixeira 
A DANÇA GLOBAL DOS 
 CONTINENTES E 
OCEANOS 
35 
Convecção no manto induz o movimento 
das placas litosféricas 
EON ERA 
 
 
ARQUEANO 
 
Neo-ARQUEANO 
 2800 Ma 
Meso-ARQUEANO 
 3200 Ma 
Paleo-ARQUEANO 
 3600 Ma 
Eo- ARQUEANO 
3850 Ma 
Origem do planeta Terra : 4600 Ma 
2500 Ma 
HADEANO 
Regimes tectônicos no Tempo 
geológico 
Produção de calor maior no início da evolução terrestre (Hadeano) 
Regime termal elevado: produção da crosta primitiva e rápida 
reciclagem no manto 
Resfriamento subsequente do planeta, por convecção 
Crescimento de crosta continental no tempo geológico. 
Adições a partir do manto e reciclagens das rochas pré-existentes 
Paradigma: Placas litosféricas 
 
Tectônica de Placas 
Origem da rochas e de suas 
Transformações. 
Soerguimento de Montanhas; 
Formação de Oceanos 
40 
SISTEMA SOLAR 
 
PLANETOLOGIA COMPARADA 
O Sistema Solar. Os quatro planetas internos situam-se mais perto do Sol e são rochosos e menores em 
tamanho. Os quatro planetas externos são gigantes e possuem satélites majoritariamente gasosos e com 
núcleos rochosos. O mais distante, Plutão, é um pequeno corpo congelado de metano, água e rocha. 
O cinturão de asteróides se situa entre o grupo de planetas internos e externos. 
42 
Elementos de Planetologia Comparada 
Elementos de Planetologia Comparada 
Sequência de fotos do 
Asteróide Gaspra 
Sonda Galileo, 1991. 
Cometa Hale-Bopp, 1977 
46 
Esquema da origem dos corpos parentais dos 
meteoritos. 
+
Crosta
Manto
Núcleo
Sideritos
Acondritos
Condritos
+
+
+
+ +
+
+ +
+
++
+
+
+
+ +
+
+ +
+++ +
++
+
+
+
+
+
+
++ +
+
+
+
+ +
+
++
+
+
+
+
+
Acresção
Acresção
Fragmentação
Diferenciação Fragmentação
Meteorito 
condrítico 
 
 Barwell, 
Inglaterra 
 
Fonte: BGS, 
NERC. 
Siderito de Coopertown, EUA. Face polida mostrando a estrutura típica de Widmanstätten, 
produzida por intercrescimento de dois minerais diferentes, Fe e Ni. 
Sistema Terra-Lua 
 1 – impacto na Terra 
 
 2 – fragmentos em orbita 
 terrestre 
 
 3 – formação do satélite 
50 
Elementos de Planetologia Comparada 
 
 
 LUA 
 
 
MARTE 
 
 
 
VÊNUS 
• solo lunar : - pó de meteoritos + fragmentos lunares 
• composição silicática 
• Terras Altas (Highlands) x Mare (Grandes bacias) 
• impactos - crateras de variadas idades e dimensões 
• datações : - fragmentos + KREEP : 4.0 - 4.6 Ga 
 - basaltos: 3.0 - 4.0 Ga 
 
• superfícies antigas com crateras (50% do planeta) 
• grandes vulcões (27 km) - litosfera estável 
• canyons gigantes, vulcões alinhados, rios secos, campos de dunas 
• sem movimentos horizontais (sem dinâmica visível) 
 
 
• superfície com muitos vulcões e poucas crateras 
• Terras Altas (8 %) e Terras Baixas (27 %) 
• crosta basáltica, processos erosivos reduzidos 
• atmosfera densa, CO2 + N2; chuva ácida (H2SO4). 
51 
Principais feições 
observáveis da 
superfície lunar. 
 
 Terras Altas (com 
crateras) e alguns dos 
mares lunares 
(depressões) preenchidas 
por derrames de lava e 
sedimentos) 
 
 
Fonte: NASA 
52 
Principais episódios da história geológica da LUA 
53 
Mercúrio 
 
Região de 
Shakespeare 
 
Topografia de Vênus 
 
Terras Altas 
Terras Baixas 
 
Posição de algumas sondas 
Venera e Pioneer, 
na superfície do planeta 
“Panquecas de Vênus” 
Domos vulcânicos, topos planos, diâmetro de 65km e altura de 1km 
Marte visto do espaço. Destaque para os vulcões e o Canion Valles Marineris, formado por processos geológicos 
internos. Evidência de Tectônica de Placas? Fonte: NASA 
Mecanismos de aquecimento da proto-Terra 
(500-700 Ma iniciais) 
Estágio inicial “frio”: agregado de materiais da nebulosa solar. 
 
• Impacto de planetésimos: energia de movimento 
transforma-se em calor; 
• Compressão gravitacional: redução de volume, causando 
aumento na temperatura interna; 
• Desintegração de elementos radioativos: (U,Th, K, Rb, 
etc.) 
 
Consequência principal: estruturação interna via 
reorganização de compostos químicos, norteado pela 
densidade dos compostos e pela temperatura e pressão de 
equilíbrio. Depende de correntes de convecção. 
58 
59 
Evolução primitiva da Terra 
Hadeano (pré - 3,85 Ga) 
HADEANO – do grego: Hades = invisível, inferno 
Acreção planetária – Transformação de uma nuvem de gás e poeira em corpo sólido. 
Agregação através de colisões de planetésimos: planetésimos → microplanetas → 
protoplanetas. 
Estruturação interna: formação de núcleo metálico e manto silicático da Terra, por atração 
gravitacional intrínseca da matéria. Ferrolíquido mais denso migra para o interior 
(continua até hoje). 
Fontes de calor – Impactos durante a acresção e isótopos radioativos de meia-vida curta 
(26Al, 60Fe, 127I, etc.) 
Perda de voláteis durante a fase Oceano de Magma: K é apenas 1/5 em relação a 
meteoritos. Crosta sólida forma-se com resfriamento sob temperaturas de 1000 oC. 
Na Lua esta fase ocorreu até 400 km. Cristalização de crosta anortosítica, por flotação de 
feldspatos 
Primeiros fragmentos de crosta reabsorvidos para o interior do oceano de magma. 
Reciclagem intensa. Crosta sólida primitiva (basáltica?) destruída por impactos (até 3900 
Ma) e também por injeções de magmas mantélicos por adição vertical. 
Arco 
Pluma 
n = 1 
n = 9 
n = 28 
n = 25 
n = 35 
n = 18 
> 3 Ga 1.0 - 2.5 Ga 2.5 - 3 Ga 
Regimes tectônicos no Arqueano e Proterozoico 
(plumas? arcos magmáticos?) 
Convecção Terrestre 
• Principal mecanismo para otimizar as trocas de calor 
internas ao planeta, por causa da baixa condutividade 
térmica das rochas. 
• Oplaneta primitivo resfria-se rapidamente pela convecção 
interna: formação da crosta terrestre primordial. 
• Manto se solidificou, porém há lenta movimentação na 
escala temporal de milhões de anos 
(calor/expansão/densidade menor/movimento); 
• P. e T. controlam fusões parciais, criando bolsões de 
material fluido (magma). 
• Núcleo externo: líquido. 
REGISTRO DO HADEANO NA TERRA 
ZIRCÃO - Silicato de zircônio (Zr SiO4) 
Cristaliza a partir de magmas de composição granítica, 
a temperaturas de pelo menos 700 OC 
Depois de formado, apresenta grande estabilidade em 
processos de intemperismo, alteração hidrotermal e 
mesmo metamorfismo de médio e alto grau 
 
“Zircon is forever” 
63 
Refinamentos da ETG 
Avanços tecnológicos e maior precisão na medida das 
idades radiométricas 
Estratigrafia paleomagnética: reconstrução 
paleocontinental. 
Eventos globais e impactos: extinção da Vida, era do 
Gelo, etc. 
Planetologia comparada (eventos em outros mundos) 
Antropologia: reconstrução da evolução humana e 
datação de assentamentos humanos. 
Datações Radiométricas 
• a Crosta terrestre contém rochas de todas as idades, a partir de 
4030 Ma (Gnaisse Acasta, Canadá). Na evolução primitiva, 
número importante de datações aparece entre 3800 e 2600 Ma 
 
• no histograma global de freqüência de datações radiométricas e, 
zircão, ocorrem os seguintes períodos principais: 
 2800 - 2600 Ma (fim do Arqueano) 
 2200 – 2000 Ma (Paleoproterozóico) 
 1300 - 1100 Ma (Mesoproterozóico) 
 700 - 500 Ma (Neoproterozóico) 
  350 Ma (Fanerozóico) 
 o material mais antigo conhecido na Terra consiste de cristais de 
zircão com cerca de 4400 Ma (no conglomerado de Jack Hills). 
HARRISON 
 
Cavosie et al. 2004 
Geocronologia U-Pb “in situ” - SHRIMP 
69 
70 
História da Terra 
•minerais mais antigos conhecidos 4320 Ma. 
•rochas mais antigas conhecidas 4030 Ma. 
•formação extensa de rochas continentais ~2700 Ma. 
•Oxigênio livre na superfície do planeta ~2000 Ma. 
 
•Supercontinente Rodínia ~1100 Ma. 
•Supercontinente Gondwana ~700 Ma. 
 
•início do Fanerozóico (expansão da vida) 545 Ma. 
•Supercontinente Pangea 300 Ma. 
 
•abertura do Atlântico Sul 120 Ma. 
•início do Terciário (extinção dos grandes répteis) 65 Ma. 
•início das glaciações do Quaternário 2,5 Ma. 
•aparecimento do Homo Sapiens 0,5 Ma.