Aula 3 Estrutura da Terra

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Aula 3 – Estrutura 
interna da Terra
Profa. Dra. Aline Carneiro Silverol
Leituras recomendadas
 Cap. 1 = Para entender a Terra
 Cap. 2 = Decifrando a Terra 2ed (xerox)
 Cap. 3, 4 e 5 = Decifrando a Terra 1ed.
Na aula anterior....
“Nascimento”dos planetas
 Planetas terrestres = estágio de fusão 
(parcial ou total) = dependente dos 
isótopos radioativos existentes.
 Interior no estado pastoso = diferenciação 
química (de acordo com suas densidades e 
afinidades químicas) = 
 Pesados : núcleo metálico denso (Fe e Ni) 
 Leves: espesso manto silicático e crosta
Formação da Terra
Sabemos que houve a tal 
diferenciação, mas....
Como ocorreu a diferenciação 
das “camadas” da Terra?
Objetivos da aula:
1. Como ocorreu a diferenciação?
2. Como a existência dessas camadas foi 
comprovada?
3. Quais são as camadas e suas 
propriedades?
Início da diferenciação
 Ocorreu nos primeiros momentos = 
Terra adquiriu calor suficiente para se 
fundir.
De onde veio esse calor?
 Impacto de planetésimos: energia de 
movimento transforma-se em calor
(primeiros 500 Ma da Terra)
 Compressão gravitacional: redução de 
volume, causando aumento na temperatura
interna;
 Decaimento elementos radioativos
(isótopos de meia-vida curta e longa)
E o que é decaimento radioativo?
 Minerais e rochas = elementos químicos = 
átomos (nuclídeos) = núcleo
 Núcleo = número característico de prótons 
e nêutrons + nuvem de elétrons
 Número de prótons = número atômico
 Prótons+ nêutrons = número de massa
E o que é decaimento radioativo?
 Mudança no número de prótons = novo 
elemento químico com estrutura atômica 
diferente
 Elementos com mesmo número atômico ≠ 
números de massa = isótopos
 Ex. Carbono
C : número atômico igual (6)
Número de massa diferente (12, 13, 14)
Dois prótons e dois nêutrons
Nêutron emite elétron que se 
transforma em próton
Próton captura um elétron e 
forma um nêutron
Quanto tempo é 
necessário para 
o decaimento do 
U para o Pb ?
Mas a Terra ainda não se 
apresentava como 
conhecemos hoje....
INICIO DA HISTÓRIA DA TERRA
UMA ESFERA DE MATERIAL FUNDIDO
Com o resfriamento da Terra 
forma-se a crosta primitiva
Evolução do planeta Terra associa-se a 
diferenciação
Transformação de uma mistura caótica de 
materiais em um corpo estruturado em 
camadas concêntricas que
Diferem entre si quimicamente e 
fisicamente
Material mais pesado afunda e segue para o 
interior da Terra; Material mais leve flutua
A subida de material mais leve teria trazido o 
calor para a superfície e dissipando-o
A Terra vai resfriando e solidificando, 
transformando-se em um planeta zonado e 
diferenciado em 3 camadas principais:
Camadas Principais da Terra
Crosta
Manto (sólido)
Núcleo externo 
(líquido)
Núcleo interno 
(sólido)
1. Calor interno da Terra
 Decaimento radioativo dos isótopos de meia
vida longa (urânio, tório, potássio) =
mesma idade do Sistema Solar.
Fluxo geotérmico: variação da temperatura x 
profundidade = gradiente geotérmico 
(condutividade térmica das rochas).
E porque é importante?
Calor interno da Terra:
 Os processos de movimentação das placas
tectônicas,
 geração do campo geomagnético,
 e/ou qualquer outro processo dinâmico no
interior da Terra
E como se dá o transporte de 
calor no interior da Terra? 
O transporte acontece de duas maneiras:
 Condução: processo mais lento, 
transferência de energia de uma molécula 
para as vizinhas.
Acontece nos sólidos e nos primeiros 
200km do interior da Terra.
 Convecção: processo resultante do 
movimento de massa, ou seja, quando o 
gradiente térmico excede o valor do 
gradiente adiabático = quando há variação 
de pressão e volume sem troca de calor.
É um processo rápido e eficiente de 
transporte de calor.
No nosso dia a dia...
Convecção do líquido
Condução no cabo e no metal 
da panela
Na Geologia....
 Pouco se sabe sobre a real temperatura do 
interior da Terra:
Furos de sondagem: 30º C a 40º C por 
quilômetro.
Mas a temperatura do interior da Terra não 
aumenta continuamente, senão todo o 
material estaria fundido...
Então, o que complementaria 
essas informações??
2. Sismologia
 Vibrações
E como surgem essas vibrações?
resultado do acúmulo lento e liberação 
rápida de tensões.
E como ocorrem?
 Tensão atinge o limite de resistência das 
rochas, ocorre uma ruptura. O movimento 
repentino entre os blocos de cada lado da 
ruptura gera vibrações que se propagam 
em todas a direções.
Terremoto
 Terremotos podem ocorrer no contato entre 
duas placas (mais freqüente) ou no interior 
de uma delas.
• O ponto onde se 
inicia a ruptura e a 
liberação das tensões 
chama-se hipocentro. 
E sua projeção na 
superfície é o 
epicentro.
Japão, 2011
 As rupturas → terremotos → ondas sísmicas 
→ propagam-se em todas as direções.
 Há 4 tipos de ondas:
 Onda P (longitudinal): são paralelas à 
direção de propagação
 Onda S (transversal): são 
perpendiculares à direção de propagação
 Onda Rayleigh: combinação de ondas P 
e S (plano vertical) onde cada partícula 
oscila em um movimento elíptico.
 Onda Love: superposições de ondas S 
com vibrações horizontais
Deformações de 
dilatação e compressão
(para frente e para 
trás)
Deformações 
tangenciais 
(cisalhamento) – as 
partículas descrevem 
um movimento circular)
Sismologia: estudo das vibrações, dos 
registros deixados por essas vibrações.
Registros = Sismógrafo
Monitoramento online:
http://www.apolo11.com/terremotos.php
http://www.apolo11.com/sismogramas.php
http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/
 As velocidades de propagação das ondas P e 
S são dependentes do meio em que se 
propagam.
 A velocidade de propagação da onda P é 
maior que a da onda S. A onda P chega 
primeiro (por isso P e S).
 Onda P = se propaga no ar e em meio líquido 
(pastoso/plástico).
 Onda S = meio sólido
E o que isso significa??
A partir desses dados fornecidos pelas ondas 
sísmicas, foi possível determinar as camadas 
e diferenciá-las de acordo com suas 
propriedades
P = líquido (pastoso/plástico)
S = sólido
Então, devido a essas 
características de 
propagação das ondas 
sísmicas, pode-se deduzir a 
estrutura principal da Terra: 
crosta, manto e núcleo. 
 Com base na análise de milhares de
terremotos, durante muitas décadas:
características físicas e químicas do
interior da Terra.
 Divisão do interior da Terra com base em
informações físicas
 Divisão do interior da Terra com base em
informações químicas
P = dúctil 
(plástico)
S = sólido
Velocidade das 
ondas sísmicas 
está relacionada 
com a densidade 
e a composição 
química das 
rochas
Divisão química
P = dúctil 
(plástico)
S = sólido
•Litosfera = rígida
•Astenosfera = 
maleável (plásticas)
•Mesosfera = 
comportamento 
rígido
•Endosfera = plástico 
+ rígido
Divisão física
E qual a importância?
Zona entre o manto e o núcleo:
 Afeta a ligeira oscilação do eixo da Terra
 Convecção
 Campo magnético
3. Geomagnetismo
 1100 a.C. = chineses já utilizaram a bússola 
= magnetismo natural.
Terra → dínamo interno
Como funciona? 
Três condições:
 Núcleo externo líquido rico em Fe
 Energia para induzir a convecção
 Movimento de rotação da Terra: fluidos 
ascendentes dentro do núcleo se inclinam 
(efeito de Coriolis) → fluido convectido é 
defletido
Mas como funciona?
 Fluidometálico está 
em movimento na 
presença de um 
campo magnético já 
existente (o fraco 
campo magnético que 
permeia o sistema 
solar).
 Correntes elétricas 
por indução
• Espirais conforme o movimento de rotação da Terra e 
os movimentos de convecção, gerando um campo 
magnético dipolar.
Além disso.... 
Outras características
 O campo magnético da Terra é dipolar.
 A localização dos pólos magnéticos da Terra 
difere dos pólos geográficos.
 O magnetismo da Terra não é estático e os 
pólos não são fixos. Deslocam-se à 
velocidade média 0,2º/ano de leste para 
oeste.
 Os pólos magnéticos também mudam de 
hemisfério: inversão de polaridade, que pode 
ter duração variável (alguns a várias dezenas 
de milhões de anos). Última inversão: 
780.000 anos.
 A inversão de polaridade deixa marcas nas 
rochas, chamadas de magnetismo fóssil 
(Paleomagnetismo).
E qual a importância disso?
 Magnetosfera: parte externa da atmosfera, na 
qual o campo magnético da Terra se encontra 
confinado e controla todas as ações
 Sol e a Terra→espaço preenchido por gás 
ionizado emitidas pelo Sol → Vento Solar
Magnetosfera: blindagem
 Entretanto, nas regiões polares → linhas 
de força do campo colocam-se 
perpendiculares à superfície da Terra →
entrada de partículas até a ionosfera (60 –
100km) 
O efeito do Sol sobre o campo geomagnético
 Entretanto, nas regiões polares → linhas 
de força do campo colocam-se 
perpendiculares à superfície da Terra →
entrada de partículas até a ionosfera (60 
– 100km) 
 Variação e perturbação no campo 
magnético = tempestades magnéticas
Quando as partículas elétricas penetram até
próximo da superfície da Terra, interagem
com os átomos da Atmosfera e originam as 
AURORAS
Hemisfério Norte Aurora Boreal
Hemisfério Sul: Aurora Austral
4. Gravidade
 Gravitação: propriedade fundamental da
matéria
 Newton: dois corpos de massas, cujas
dimensões são menores que a distancia que
as separam, atraem-se na razão direta do
produto de suas massas e na razão inversa
do quadrado da distância entre os centros
de massa.
 A intensidade de g é máxima nos pólos, 
diminuindo gradualmente em relação ao 
equador, onde é mínima.
 Movimento de rotação: achatamento dos 
pólos da terra = raio equatorial (6.398 km) 
é maior que o raio polar (6.357 km) = 
objetos são mais pesados nos pólos do que 
no equador.
 Estudo do achatamento terrestre: o 
interior da Terra comporta-se como um 
fluido.
Mas e os dados de Sismologia?
 As rochas do manto comportam-se como 
um sólido elástico em curtos intervalos de 
tempo, durante a passagem das ondas 
sísmicas, e como um fluido viscoso na 
escala do tempo geológico.
Importância da gravimetria
 Valor médio da gravidade = 9,8 m/s2 ou 980 Gal
 Com o movimento de rotação e o achatamento 
da Terra = o valor diminui 5,3 Gal dos pólos ao 
equador, representando um decréscimo de 
0,5%.
 Atração exercida pela Lua e pelo Sol, diferenças 
de altitude nos diversos pontos de medida = 
alterações nos valores da gravidade.
 Altos e baixos gravimétricos (anomalias):
◦ Densidade dos materiais que ocorrem na crosta e no 
manto superior
Satélite GOCE, da ESA, 
agência espacial européia
•Anomalias “positivas”: rochas de alta densidade na 
superfície ou em profundidade.
•Anomalias “negativas”: rochas com densidade baixa 
ou sedimentos (cadeias de montanhas).
Importância
 anomalias podem indicam:
◦ Minérios
◦ Presença de metais
◦ Poluição com metais potencialmente tóxicos...
◦ E isostasia.
Isostasia
 1735 – 1745: expedição para determinar a 
forma da Terra = força gravitacional na 
Cordilheira dos Andes era menor (Bourguer) 
do que o esperado.
 Após um século = G. Everest = mesma 
observação nos Himalaias
 1855: Pratt e Airy proposeram hipóteses
 1889: termo isostasia foi utilizado para 
explicar esse fenômeno
O que é isostasia?
 Princípio de equilíbrio 
hidrostático de 
Arquimedes: 
 Um corpo, ao flutuar, 
desloca uma massa 
de água equivalente 
a sua. 
Então....
 Uma cadeia montanhosa pode-se
comportar como uma rolha de menor
densidade, flutuando na água de maior
densidade.
 A camada superficial da Terra
relativamente rígida (crosta e manto
superior) encontra-se em um substrato
mais denso (manto), que se comporta
como um fluido viscoso, com propriedades
plásticas, no decorrer do tempo geológico.
 O equilíbrio isostático é atingido quando o 
acúmulo de carga ou a deficiência de massa 
são compensados por uma deficiência de 
massa ou excesso de carga em 
subsuperfície, respectivamente.
Airy Pratt
 Airy: as montanhas são mais altas por
possuírem raízes profundas, da mesma
forma que um imenso bloco de gelo
flutuando no mar.
 Pratt: as montanhas são elevadas por 
serem compostas de rochas de menor 
densidade do que as existentes nas regiões 
vizinhas.
 Hoje, sabe-se que as teorias de Pratt e Airy
trabalham conjuntamente.
 Mesmo após ter sofrido intemperismo, a 
crosta continental situa-se acima do nível do 
mar por causa da isostasia. A medida que a 
erosão remove as camadas mais superficiais, 
ocorre lento soerguimento.
5. Estruturas do interior da 
Terra
A Crosta
A crosta
 Separada do manto pela discontinuidade de 
Mohorovicic, ou a Moho.
 Crosta oceânica: 7 a 10 km
Composição: basáltica
 Crosta continental: ~ 35 a 40 km e 60-70km.
Composição: granítica
Everest, Himalaia. Vista entre 4500 e 5000 m. Média de altitude: 
8850m
Cordilheira dos Andes, Chile.
Média de altitude: 5000m
O Manto
 Camada de 2.885 
km de espessura, 
separada do 
núcleo pela 
descontinuidade de 
Gutemberg.
 manto superior: da 
Moho até a Zona 
de Transição (400 
km)
 manto inferior: 
670 a 2.900 km
Composição: o manto é basicamente 
formado por silicatos de Fe, Mg e Ca
O Núcleo
 O núcleo compreende 
uma porção interna 
(sólida) e externa 
(líquida).
 o núcleo interno é 
composto 
principalmente por Fe e 
Ni.
 a separação entre 
núcleo externo e interno 
situa-se a 5.155 km
 no núcleo externo é 
gerado o campo 
magnético da Terra
 a temperatura no núcleo 
interno é da ordem de 
5.000 °C, e ele gira 
mais rápido que a Terra