Para Entender a Terra cap 1

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:'õ.Cham 551.1/.4P935u4.ed.
. Título: Paraentenderaterra."
1111\1\ 111111111111111111I111111111111111111111111
10078519 Ac,936309
EX.IJ BCE
omét.od.ocientífic.o26
ATerra éumlugarúniCO,)!càsademilhõesdeor-, . ". ganismos,incluindo~ó;(mesnlOs.Nenhumoutrolocalquejá tenhamosâes.cobertotemo mesmo
delicadoequilíbriodecondiçõesparamantera vida.A
Geologiaéaciênciaque'tstqda.aTerra:cOlTlonasceu,co-
moevoluiu,comofuncionaecomopodemosajudarapre-
servaroshábitatsquesustentamavida.NesteJivro,e.stru-
turamosostemasdaGeologiaemtornodetrêsconceitos
básicos,quevãoapareceremquasetodososcapítulos:(1)
a Terracomosistemadecomponentesinterativos;(2) a
tectônicadeplacascomoumateoriaunificadoradaGeo-
logia; e (3) asmudançasdo sistemaTerraao longodo
tempogeológico.Estecapítuloofereceráumaamplavi-
são de comoos geólogospensam.Ele começacom o
métodocientífico,_ouseja, a abordagemobjetivado
universofísiconaqual todainvestigaçãocientíficaébaseada.Com estelivro,você
veráométodocientíficoemaçãoàmedidaquedescobrircomoosgeólogosobtêm
einterpretamasinformaçõessobreonossoplaneta.Depoisdestaintrodução,des-
creveremosasexplanaçõescientíficasgeralmentemaisaceitasdecomoa Terrafoi
formadaedepor queelacontinuaa mudar.
Veremosquenossoplanetatrabalhacomoumsistemademuitoscomponentesin-
terativossobsuasuperfíciesólida,emsuaatmosferae emseusoceanos.Muitosdes-
sescomponentes- porexemplo,abaciaatmosféricadeLos Angeles,osGrandesLa-
gos,o vulcãoMaunaLoa, noHavaí,e asflorestastropicaisbrasileiras- são,por sua
vez,subsistemascomplexos.ParaentenderasváriaspartesdaTerra,costumamoses-
tudarseussubsistemasseparadamente,comosecadaumdelesexistissesozinho.En-
tretanto,paraobterumaperspectivacompletadecomoaTerrafunciona,precisamos
entenderosmodoscomoseussubsistemasinteragementresi- porexemplo,comoos
gasesdeumvulcãopodemocasionarmudançasclimáticasoucomoosorganismosvi-
vospodemmodificaraatmosferae,porsuavez,seremafetadosporessasmudanças.
Devemosentender,também,comoosistemaTerraevoluiuaolongodotempo.Você
iráperceberque,enquantolêestaspáginas,suaidéiadetempocomeçaráamudar.Uma
visãogeológicadotempodeveacomodarintervalostãovastosquenós,àsvezes,temos
dificuldadesdecompreendê-Ios.OsgeólogosestimamqueaTerratemcercade4,5bi-
lhõesdeanos.Antesde3bilhõesdeanosatrás,célulasvivasdesenvolveram-sesobrea
e aspráticasm.odernasda
Ge.ol.ogia27
"Eu digoàminhaesposaquea águafrescaemseucopo
nãoêiãojrescaássim.Seusátomostêmnadamenosdo2e
que14~ifhõesdeanos." eee ••··.,2.,
ASTRÔNOMO ANDY MCWILLIAM
.origemd.on.oss.osistema
planetári() 28
A Terraprimitiva:f.ormaçã.odeum
planehlemfamadas 30
ATerracom.oumsiÜemade
c.omp.onentesinterativ.os36
A Terraa.oI.ong.od.otemp.oge.ológic.o39
~ ParaEntender a Terra
V
Outras
teorias
\j
Outras
hipóteses
Sim
TEORIA
Observaçõese
~p";r~~C:~d;P;d'd')
...e umconjuntode
hipóteseseteoriastorna-
seummodelocientífico.
Umahipótese- oumúltiplas
hipóteses- podeacumular
confirmaçõessuficientes
parasetornarumateoria. 11~
+Teoriastambémsão
modificadas,confirmadas,
revisadasoudescartadas...
A hipótesepodeserrevisa-
daou novamentetestada.
Mudançasrepetidasda
hipóteseporoutros
cientistas...
Descobertasventurosase
aoacaso- serendiptosas-
podemajudara motivar
umahipótese.
Observaçõese
experimentosfornecem
dadosparaumahipótese.
sorese contemporâneos,quepareceserquaseumprodutoim-
pessoaldesuageração".
Pelo fatodeesselivre intercâmbiointelectualpoderestar
sujeitoaabusos,umcódigodeéticafoi desenvolvidoentreos
cientistas.Eles devemreconhecerascontribuiçõesdetodos
osoutroscientistascujostrabalhosconsultaram.Tambémnão
devemfabricaroufalsificardados,utilizaro trabalhodeter-
ceirossemfazerreferências,ou, deoutromodo,serfraudu-
lentosemseutrabalho.Devem,ainda,assumiraresponsabili-
dadedeinstruirapróximageraçãodepesquisadoreseprofes-
sores.Tão importantesquantoqualquerumdessesprincípios
sãoosvaloresbásicosdaCiência.BruceAlberts,o presiden-
tedaNationalAcademyof SciencedosEstadosUnidos,apro-
priadamentedescreveuessesvalorescomosendoosde"ho-
Figura 1.1 Umesboçodo métodocientífico.
Modeloscientíficos _
"mbém"O mOd;~
I O processocientíficoé umacontínuadescobertae
compartilhamentodeevidênciasparaconfirmar,descartar
ou revisarhipóteses,teoriase modelos.
método científico
O objeti"odetodaaCiênciaé explicarcomoo Universofun-
ciona.O métodocientífico,quetodocientistaadota,éumpIa-
nogeraldepesquisabaseadoemobservaçõesmetodológicase
experimentos(Figura 1.1). Os cientistasacreditamque os
eventosfísicos têmexplicaçõesfísicas,mesmoquandoestão
alémdanossacapacidadeatualdeentendimento.
Quandooscientistaspropõemumahipótese- umatentativa
deexplicaçãobaseadaemdadoscoletadospormeiodeobserva-
çãoeexperimentação-, elesasubmetemàcomunidadecientífi-
caparaquesejacriticadaerepetidamentetestadacontranovos
dados.Umahipótesequeéconfirmadaporoutroscientistasob-
témcredibilidade,particularmentesepredizoresultadodenovos
experimentos.
Umahipótesequesobreviveuarepetidasmudançaseacumu-
lou umsignificativocorpodesuporteexperimentaléelevadaà
condiçãodeteoria.Emboraa forçaexplanatóriae preditivade
umateoriatenhasidodemonstrada,elanuncapodeserconside-
radadefinitivamenteprovada.A essênciadaCiênciaé quene-
nhumaexplicação,nãoimportao quãoacreditadaouatraente,é
exatamenteconcordantecomoproblema.Seevidênciasnovase
convincentesindicamqueumateoriaestáerrada,os cientistas
podemmodificá-Iaoudescartá-Ia.Quantomaistempoumateo-
ria resisteatodasasmudançascientíficas,tantomaisconfiável
elaseráconsiderada.
Um modelocientíficoé a representaçãodealgumaspecto
danaturezacombaseemumconjuntodehipóteses(incluindo,
geralmente,algumasteoriasbemestabelecidas).A comparação
entreasprediçõesdomodeloeasobservaçõesfeitaséumama-
neiraeficazdetestarseashipótesesdiscutidaspelomodelosão
mutuamenteconsistentescomele.Atualmente,osmodeloscos-
rumamserformuladosemtermosdeprogramascomputadori-
zado . queprocuramsimularocomportamentodesistemasna-
rurai pormeiodecálculosnuméricos.As simulaçõescompu-
tadorizadasãoimportantes,porpermitiremqueseentendam
aspeto docomportamentodesistemasdelongaduraçãoque
nemasobser"açõesdecamponemosexperimentoslaborato-
riais ozinho poderiamelucidar.
Paraen orajara discussãode suasidéias,os cientistasas
omparti1hamomseuscolegas,juntamentecomosdadosem
queelas e baseiam.Elesapresentamsuasdescobertasemen-
contro profi ionais.publicam-nasemrevistasespecializadase
explicam-nasem con"ersaçõesinformaiscomseuspares.Os
cientistaaprendemcomo trabalhosdosoutrose,também,com
asdescobertasfeitasnopassado.A maioriadosprincipaiscon-
ceitosdaCiência,quesurgemtantoa partirdeumlampejoda
imaginaçãocomodeumaanálisecuidadosa,éfrutodeincontá-
veisinteraçõesdessanatureza.AlbertEinsteinassimsereferiu
sobreessaquestão:"Na Ciência(...) o trabalhocientíficodoin-
divíduoestátãoinseparavelmenteconectadoaodeseusanteces-
Terra,masnossaorigemhumanaocorreuháapenaspoucosmi-
lhõesdeanos- mero centéimo percentuaisdetodaaexistên-
ciadaTerra.As escalasquemedemasvidasdosindivíduosem
décadasemarcamperíodosdaHistóriahumana,escritaemcen-
tenasoumilharedeanos. ãoinadequadasparaestudaraTerra.
Os geólogo de"emexplicareventosqueevoluíramemdezenas
demilhares.enrenasdemilharesoumuitosmilhõesdeanos.
CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~
preservadanasrochasoriginadasemváriostemposdalongahis-
tóriadaTerra.
No séculoXVIII, o médicoe geólogoescocêsJamesHut-
tonantecipouumprincípiohistóricodaGeologiaquepodeser
assimresumido:"opresenteéachavedopassado".O conceito
deHuttontornou-seconhecidocomoo princípio douniformi-
tarismo,o qualconsideraqueosprocessosgeológicosqueve-
mosatuanteshojetambémfuncionaramdemodomuitoseme-
lhanteaolongodotempogeológico.
O princípiodouniformitarismonãosignificaquetodofenô-
menogeológicoocorredeformalenta.Algunsdosmaisimpor-
tantesprocessosocorremcomoeventossúbitos.Um meteorói-
degrandequeimpactaaTerra- umbólido- podeescavaruma
vastacrateraemquestãodesegundos.Um vulcãopodeexplo-dir seucumee umafalhapoderacharo solo numterremoto
muitorapidamente.Outrosprocessosocorremdemaneiramais
lenta.Milhõesdeanossãonecessáriosparaquecontinentesmi-
grem,montanhassejamsoerguidaseerodidas,e sistemasflu-
viaisdepositemespessascamadasdesedimentos.Osprocessos
geológicosocorremnumaextraordináriagamadeescalastanto
noespaçocomonotempo(Figura 1.2).
,-sidade,respeitopelasevidênciase abertura
::opinjões".
ase as práticasmodernas
gla
.'"ourrasciências,aGeologiadependedeexpe-
~ :;i;)oratóriose simulaçõescomputacionaispara
_ _ ~riedadesfísicase químicasdosmateriaister-
osprocessosnaturaisqueocorremnasuperfí-
~ _daTerra.Entretanto,aGeologiatemseupróprio
Ir' . ular.Ela é uma"ciênciadecampo"quese
- - observaçõeseexperimentosorientadosnolocal
.:..c :=,.""3doecoletadospordispositivosdesensoriamen-
_ ~ odesatélitesorbitais.Especificamente,osgeó-
asobservaçõesdiretasdosprocessos,naforma
~ no mundoatual,comaquelasqueinferemapar-
geológico.O registrogeológicoé a informação
DDurante milhõesde anos, camadas
de sedimentos acumularam-se
sobre aquelas rochas.A camada
mais recente - o topo - tem cerca
de 250 milhõesde anos.
As rochasda basedo
GrandCanyontêmde1,7
a 2,0 bilhões de anos.
Há cerca de 50 mil anos, o impacto
explosivo de um meteorito
(talvez pesando 300 mil toneladas)
criou esta cratera de 1,2 km de
diâmetro em apenaspoucos segundos.
'" Os fenômenosgeológicospodemestender-sedurantemilharesde séculosou ocorrercom
-:"5bl:upendas.(Esquerda)O GrandCanyon,no Arizona(EUA). [JohnWang/PhotoDisc/Getly Images]
- ::i2:erado Meteorito,Arizona(EUA). [JohnSanford/Photo Researchers]
:>Zf2 :: "tendera Terra
oprincípiodouniformitarismonãoimplicaqueosúnicosfe-
- -meno-geológico significativossãoaquelesqueobservamos
ocorrerhoje.Algunsprocessosnãotêmsidodiretamenteobser-
\<ldono últimosdoisséculosemeiodesdequeHuttonformu-
lou seufamosoprincípio,emboranãohajadúvidadequeeles
--o importantesparao atualsistemaTerra.No registrohistórico,
o humanosnuncapresenciaramo impactodeumgrandebólido,
massabemosquetaiseventosacontecerammuitasvezesnopas-
adogeológicoequecertamenteacontecerãodenovo.O mesmo
podeserditodevastosderramesvulcânicos,quecobriramcom
la\asáreasmaioresqueoTexasleenvenenaramaatmosferaglo-
balcomgases.A longaevoluçãodaTerraépontuadapormuitos
e\entosextremos,aindaqueinfreqüentes,envolvendomudanças
rápidasnosistemaTerra.
DesdeaépocadeHutton,osgeólogostêmobservadootra-
balhodanaturezae utilizadoo princípiodo uniforrnitarismo
parainterpretarfeiçõesencontradasemformaçõesgeológicas
antigas.Apesardo sucessodessaabordagem,o princípiode
Huttonémuitolinútadoparamostrarcomoaciênciageológica
é praticadaatualmente.A modernaGeologiadeveocupar-se
comtodoo intervalodahistóriadaTerra.Como veremos,os
violentosprocessosquemoldaramaprimitivahistóriadaTerra
foramsubstancialmentediferentesdaquelesqueatuamhoje.
--igem donossosistema'~etário
A buscadaorigemdo Universoe denossaprópriaepequena
partecontidaneleremontaàsmaisantigasmitologiasregistra-
das.Atualmente,aexplicaçãocientíficamaisaceitaé a teoria
da GrandeExplosão(Big Bang), a qualconsideraquenosso
Universocomeçouentre13a 14bilhõesdeanosatrásapartir
deuma"explosão"cósmica.Antesdesseinstante,todaamaté-
ria eenergiaestavamconcentradasnumúnicopontodedensi-
dadeinconcebível.Emborasaibamospoucodoqueocorreuna
primeirafraçãodesegundoapóso iníciodotempo,osastrôno-
mosobtiveramumentendimentogeraldosbilhõesdeanosque
e seguiram.Desdeaqueleinstante,numprocessoqueainda
continua,o Universoexpandiu-seediluiu-separaformargalá-
xiase estrelas.Os geólogosaindaanalisamos últimos4,5bi-
lbõe deanosdessavastaexpansão,umtempoduranteoqualo
no o istemasolar- a estrelaquenóschamamosdeSol e os
planetasquenelaorbitam- formou-seeevoluiu.Mais especi-
fi amente,osgeólogosexaminamaformaçãodosistemasolar
paraentenderaformaçãodaTerra.
A hipótesedanebulosa
Em 175-, o filósofoalemãoImmanuelKantsugeriuqueaori-
gemdosi temasolarpoderiasertraçadapelarotaçãodeuma
nuvemdegásepoeirafina.Descobertasfeitashápoucasdéca-
daslevaramos astrônomosdevoltaaessaantigaidéia,agora
chamadadehipótesedanebulosa.Equipadoscomtelescópios
modernos,elesdescobriramqueo espaçoexterioralémdosis-
temasolarnãoestávaziocomoanteriormenteerapensado.Os
Figura1.3 Evolução do sistema solar
Planetesimal
• " q>..
•. :
'c::i
- 1 km
CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~
externasmenosdensas.Umavezformado,o discocomeçoua
esfriaremuitosgasescondensaram-se.Ou seja,elesmudaram
para suasformaslíquidasou sólidas,assimcomo o vapor
d'águacondensaemgotasnaparteexternadeumcopogelado
eaáguasolidificaemgeloquandoesfriaatéopontodeconge-
lamento.A atraçãogravitacionalcausouaagregaçãodepoeira
e materialcondensadopor meiodecolisões"pegajosas"em
pequenosblocosouplanetesimaisde1km.Por suavez,esses
planetesimaiscolidiram e se agregaram,formandocorpos
maiores,como tamanhodaLua. Numestágiofinal deimpac-
tos cataclísmicos,uma pequenaquantidadedessescorpos
maiores- cujaatraçãogravitacionalé tambémmaior- arras-
touosoutrosparaformarosnossosnoveplanetasemsuasór-
bitasatuais.
Quandoosplanetasseformaram,aquelescujasórbitases-
tavammais próximasdo Sol desenvolveram-sede maneira
marcadamentediferentedaquelescomórbitasmaisafastadas.
A composiçãodosplanetasinterioresémuitodiferentedaque-
la dosplanetasexteriores.
• OsplanetasinterioresOs quatroplanetasinteriores,emor-
dem de proximidadedo Sol, são:Mercúrio,Vênus,Terrae
Marte(Figura 1.4).Eles tambémsãoconhecidoscomoplane-
tasterrestres("parecidoscomaTerra").Em contrastecomos
planetasexteriores,osquatroplanetasinterioressãopequenos
e constituídosderochasemetais.Elescrescerampróximosao
Sol, ondeascondiçõesforamtãoquentesquea maioriados
materiaisvoláteis- aquelesquesetomaramgasese evapora-
ramemtemperaturasrelativamentebaixas- nãopôdeserreti-
da.O fluxoderadiaçãoematériaprovenientedoSol impeliua
maiorpartedohidrogênio,dohélio,daáguae deoutrosgases
e líquidoslevesquehavianessesplanetas.Metaisdensos,como
o ferroe outrassubstânciaspesadasconstituintesdasrochas
queformaramosplanetasinteriores,foramdeixadosparatrás.
A partirdaidadedosmeteoritos,queocasionalmentegolpeiam
aTerrae sãotidoscomoremanescentesdoperíodopré-plane-
tário,deduzimosqueosplanetasinteriorescomeçaramaacres-
cerhácercade4,56bilhõesdeanos.Cálculosteóricosindicam
queelesteriamcrescidoatéo tamanhodeplanetanuminterva-
lo detempoimpressionantementecurto,demenosde 100mi-
lhõesdeanos.
__-:;uarammuitasnuvensdomesmotipo daque
- denominadoasmesmasdenebulosas.Eles
':::::rramosmateriaisqueformamessasnuvens.
- :._nominantementehidrogênioe hélio,os dois
-rimemtudo,excetoumapequenafraçãodo
'culasdotamanhodopó sãoquimicamente
·-eriai encontradosnaTerra.
nossosistemasolarterficadocoma forma
_ - detalnuvem?Essanuvemdifusaemrotação
_-:~deYidoàforçadagravidade,aqualresultada
_ ~s porcausadesuasmassas(Figura 1.3).A
:::nayez,acelerauarotaçãodaspartículas(exa-
: patinadoressobreo gelo,quegirammaisrá-
:ontraemos braços)e essarotaçãomaisrápida
::-mnaformadeumdisco.
Sol Sobaatraçãodagravidade,amatériacome-
-:~paraocentro,acumulando-secomoumaprato-
orado nossoSol atual.Comprimidosobseu
o materialdo prato-Soltornou-semaisdensoe
- -~peraturainternadoproto-Solelevou-separarni-
- :mciando-seentãoumafusãonuclear.A fusãonu-
"o e ontinuaatéhoje,éamesmareaçãonuclearque
bombadehidrogênio.Emambososcasos,áto-
'=~niosobintensapressãoe em altatemperatura
-:~ fundem-se)paraformarhélio.Nesseprocesso,
~ - -- é onvertidaemenergia.Essaconversãoérepre-
famosaequaçãodeAlbertEinstein,E = me2, na
_ =: -o.~tidade deenergiaemitidapelaconversãodemas-
= :: ~ Yelocidadeda luz. Comoe é umnúmeromuito
_ __ de 300.000kmJs)e e2 é imensa,umapequena
- ~ massapodegerarumagrandequantidadedeener-
~[e partedessaenergiacomoluz; umabomba-H,
='- deexplosão.
•- dosplanetas Emboraa maiorpartedamatéria
- originaltenhasidoconcentradanoproto-Sol,res-
degásepoeira,chamadodenebulosasolar,en-- . A nebulosasolar tomou-sequentequandose
- :armadeumdiscoe ficou maisquentenaregião
_~maismatériaseacumulou,do quenasregiões
Os quatroplanetasexterioresgigantese
suasluassãogasososcomnúcleosrochosos.
_ .4 O sistemasolar.A figuramostrao tamanhorelativodos planetase o
- ~- ce as eróidesqueseparaos planetasinterioresdos planetasexteriores.
Figura 1.5 Ilustraçãode umasimulaçãocomputadorizadada origemda Luapor meiodo impactode um
corpo do tamanhode Marte. (SolidEarthSciencesandSociety,NationalResearchCouncil,1993.)
3 ~ :.n:en eraTerra
• Osp/miease:rrerioresoigantesA maioriadosmateriaisvolá-
~s \ .do daregiãodosplanetasinterioresfoi impelidaparaa
:- ..emaisexternaefriadanebulosa.Issopossibilitouaosistema
solarformaro planetasexterioresgigantes,constituídosdegelo
egases- Júpiter,Saturno,UranoeNetuno-, e seussatélites.Os
planetaSgigantes,suficientementegrandese comforteatração
_ útacional,varreramosconstituintesmaislevesdanebulosa.
.-\5 imoemboratenhamnúcleosrochosos,eles(comoo Sol)são
ompostospredominantementeporhidrogênioehélio,alémde
outrosconstituinteslevesdanebulosaoriginal.
Essemodelo-padrãodaformaçãodosistemasolardeveriaser
consideradosomentepeloqueé:umaexplicaçãotentativaque
muitoscientistaspensamestarmaisbemajustadaaosfatosco-
nhecidos.Talvezo modeloaproxime-sedaquiloquerealmente
tenhaacontecido.Entretanto,maisimportanteaindaéo fatode
queessemodelonosofereceumamaneiradepensarsobreaori-
gemdo sistemasolarquepodesertestadapelaobservaçãode
nossosplanetasepeloestudodeoutrasestrelas.Sondasespaciais
ame11canaserussasobtendoprovasplanetáriastêmtransmitido
dadossobreanaturezae composiçãodasatmosferase superfí-
ciesdeMercúrio,Vênus,Marte,Júpiter,Saturno,Urano,Netuno
edaLua.Umaimpressionantedescobertafoi adequeemnosso
sistemasolar,queconsisteemnoveplanetasepelomenos60sa-
télites,nãohásequerdoiscorposquesejamiguais!
Outrossistemassolares
Duranteanos,cientistase filósofostêmespeculadoquetalvez
hajaplanetasaoredordeoutrasestrelasquenãoapenaso nosso
Sol.Nadécadade1990,usandograndestelescópios,osastrôno-
mosdescobl1ramplanetasorbitandopróximosaestrelasseme-
lhantesaoSol.Em 1999,aprimeirafamíliadeexoplanetas- os
sistemassolaresdeoutrasestrelas- foi identificada.Essesplane-
tastêmluzmuitofracaparaseremvistosdiretamentepelosteles-
cópios.Porém,suaexistênciapodeserinferidaapartirdeuma
leveatraçãogravitacionaldaestrelaemqueorbitam,causando
nelamovimentosdevaivémquepodemsermedidos.Atualmen-
te,maisde90exoplanetasjá foramidentificados.A maioriade-
lesédotamanhodeJúpiterouaindamaior,eorbitampróximos
dasestrelas-mães- muitosa umadistânciaabrasante.Planetas
dotamanhodaTerrasãomuitopequenosparaseremdetectados
poressatécnica,masosastrônomospodemsercapazesdeen-
Duranteosestágiosintermediáriose finaisdo acres·
cimentodaTerra,hácercade4,5 bilhõesdeanos,
umcorpodotamanhodeMarteimpactouaTerra...
contrá-losutilizandooutrosmétodos.Porexemplo,numprazode
cercade10anos,sondasespaciaisforadaatmosferadaTerrapo-
deriamsercapazesdeprocurarporumesmorecimentodaluzde
umaestrela-mãe,exatamentenomomentoemqueumplaneta
emsuaórbitapassasseemsuafrente,interceptandoalinhadevi-
sadaparaaTerra.
Somosfascinadospelossistemasplanetáriosdeoutrasestre-
laspeloqueelespodemviranosensinarsobrenossaprópriaori-
gem.Nossoredobradointeresse,todavia,residenaprofundaim-
plicaçãocientíficaefilosóficacontidanaquestão:"Existemais
alguémforadaqui?".Dentrode20anos,umasondaespacialde-
nominadaDescobridoradaVida(LifeFinder)poderiaestarequi-
padacominstrumentosparaanalisarasatmosferasdeexoplane-
tasemnossagaláxianabuscadeindíciosdapresençadealgumti-
podevida.Tendoemvistaoqueconhecemossobreosprocessos
biológicos,avidaemumexoplanetaseria,provavelmente,basea-
daemcarbonoeprecisariadeágualíquida.As temperaturasbran-
dasquedesfrutamosnaTerra- nãotãoafastadasdointervaloen-
treospontosdecongelamentoeebuliçãodaágua- parecemser
essenciais.Umaatmosferaénecessáriaparafiltrararadiaçãopre-
judicialdaestrela-mãeeoplanetadevesergrandeosuficientepa-
raqueseucampogravitacionalimpeçaaatmosferadeescaparpa-
ra o espaço.Paraqueexistaumplanetahabitávele comvida
avançadacomonósaconhecemos,sãonecessáriascondiçõesain-
damaislimitantes.Porexemplo,seo planetafossemuitogrande,
organismosdelicados,taiscomooshumanos,seriamfrágeisde-
maispararesistirasuavigorosaforçagravitacional.Essesrequi-
sitossãomuitorestritivosparaqueavidaexistaemalgumoutro
lugar?Muitoscientistaspensamquenão,considerandoaexistên-
ciadebilhõesdeestrelassemelhantesaoSolnanossagaláxia.
~
:' ~.~r'4\
~1:~rraprimitiva:formação de umplanetaem camadas
Como,a partirdeumamassarochosa,aTerraevoluiuatéum
planetavivo, comcontinentes,oceanose umaatmosfera?A
respostaresidenadiferenciação:a transformaçãodeblocos
aleatóriosdematériaprimordialnumcorpocujointeriorédivi-
dido emcamadasconcêntricas,quediferemumasdasoutras
...e o impactogiganterapidamenteejetou
parao espaçoumachuvadedetritostanto
do corpoimpactantecomodaTerra.
CAPíTULO 1 •Estruturando um Planeta ~
Começa a diferenciação
EmboraaTerraprovavelmentetenhainiciadocomoumamistu-
ranão-segregadadeplanetesimaiseoutrosremanescentesdane-
bulosa,elanãomanteveessaformadurantemuitotempo.Uma
fusãodegrandeproporçãoocorreucomoresultadodeumgigan-
tescoimpacto.Algunstrabalhossobreessetemaespeculamque
cercade30a65%daTerrafundiram-se,formandoumacamada
externadecentenasdequilômetrosdeespessura,aqualchama-
ramde"oceanodelava"(rochaderretida).Da mesmaforma,o
interioraqueceu-seatéumestado"leve"(menosdenso),noqual
seuscomponentespodiammover-sedeumladoparaoutro.O
materialpesadomergulhouparao interiorparatomar-seo nú-
cleoeo materialmaisleveflutuouparaasuperfícieeformoua
crosta.A emersãodomaterialmaislevecarregouconsigocalor
internoparaa superfície,deondeelepoderiairradiar-separao
espaço.Dessaforma,aTerraresfriou-seegrandepartedelasoli-
dificou-seefoi transformadaemumplanetadiferenciadoouZQ-
neadoemtrêscamadasprincipais:umnúcleocentraleumacros-
taexternaseparadosporummanto(Figura1.6).Umresumodos
períodosdetempoquedescrevemaorigemdaTerraesuaevolu-
çãonumplanetadiferenciadoémostradonaFigura1.12.
NúcleodaTerra O ferro,queémaisdensoquea maioriados
outroselementos,correspondiaacercadeumterçodomaterial
doplanetaprimitivo.O ferroeoutroselementospesados,como
o níquel,mergulharamparaformaro núcleocentral.Oscientis-
tasconsideramqueo núcleo,o qualcomeçanumaprofundidade
decercade2.900krn,é líquidonaparteexterna,massólidonu-
maregiãochamadadenúcleocentral,queseestendedesdeuma
profundidadedecercade5.200krnatéocentrodaTerra,acerca
de6.400krn.O núcleointernoésólidoporqueapressãonocen-
tro é muitoaltaparao ferrofundir-se(a temperaturaemque
qualquermaterialsefundeeleva-secomo aumentodapressão).
CrostadaTerra Outrosmateriaislíquidosemenosdensosse-
pararam-sedassubstânciasgeradorasflutuandoemdireçãoà
emcalor.O calorradioativoteriacontribuídoparaaquecere
fundirmateriaisdaentãojovemTerra.Elementosradioativos,
emboraapenaspresentesempequenasquantidades,tiveramum
efeitoconsiderávelnaevoluçãodaTerraecontinuamamanter
o calorinterior.
~ amente.A diferenciaçãoocorreunos
- . dahistóriadaTerra,quandoo planetaad-
- _ ~Ie parasefundir.
e fusão da Terra primordial
, e truturaemcamadasdaTerra,devemos
~IDqueelafoi expostaaosviolentosimpac-
. edecorposmaiores.O movimentodeob-
=-~a inemáticaoudemovimento.(Penseno
_ =-~~.adomovimentocomprimeumcarronuma
etesimalcolidindocomaTerranumaveloci-
-O kmJs liberaráumaenergiaequivalentea
_ oemTNT.2 Quandoplanetesimaisecorpos
:mIcomaTerraprimitiva,amaiorpartedaener-
: . conyertidaemcalor,umaoutraformadeener-
_ -::z impactodeumcorpo,comaproximadamente
o deMarte,colidindocomaTerraseriaequi-
. "áriostrilhõesdebombasnuclearesdeI me-.
_ de I milhãodetoneladasdeTNT ou1.015cal;
- -~rríveisbombasdestruiriaumagrandecidade).
- _'enteparaejetarnoespaçoumagrandequantida-
- egerarcalorsuficienteparafundiramaiorparte
_Qa Terra.
_ ~ri tasagorapensamquetalcataclismodefato
-~o estágiostardiosdeacrescimentodaTerra.O-:o riouumachuvadedetritostantodaTerraco-
impactante,quesepropalouparao espaço.A Lua
~-?ffi1irdessesdetritos(Figura 1.5).A Terrateriase
~omoumcorpoemgrandepartefundido.Esse
impactoacelerouavelocidadederotaçãodaTer-
_ =~ueixorotacional,golpeando-odaposiçãoverti-
:'i aoplanoorbitaldaTerraparasuaatualinclina·
::-udo issohácercade4,5bilhõesdeanos,entreo
_ _'000de acrescimentodaTerra(4,56bilhõesde
~dasrochasmaisantigasdaLua (4,47bilhõesde
~ pelosastronautasdaApollo.
- impactocolossal,umaoutraforçadecalorteria
_ - ·-0nosprimórdiosdahistóriadaTerra.Váriosele-
:- '0.porexemplo)sãoradioativos,o quesignifica
-egramespontaneamentecomaemissãodepartícu-
. Como essaspartículassão absorvidaspela
- entorno,suaenergiademovimentoé transformada
Rochasda lua com 4,47
bilhões de anos, trazidas pelos
astronautasda Apol/o, confirmaram
essa hipótese do impacto.
3_ ~ c -::-e der a Terra
Durantea diferenciação,o ferro afundouemdireção
ao centroe o materialmaisleveflutuou paracima...
...de modo que aTerrase apresenta
como umplanetazoneado.
Figura 1.6 A diferenciaçãoda Terra
primitivaresultounumplanetazoneadocom
umdenso núcleode ferro,umacrostade
rochaslevese ummantoresidualentre
ambos.
superfíciedooceanodemagma.Aí resfriaram-separaformara
crostasólidadaTerra,umafinacamadaexternacomcercade
40kmdeespessura.A crostacontémmateriaisrelativamentele-
vescomtemperaturasdefusãobaixas.A maioriadessesmate-
riais,quefacilmentesefundem,écompostadeelementosdesi-
lício,aluITÚnio,ferro,cálcio,magnésio,sódioepotássiocombi-
nadoscomoxigênio.Todoseles,comexceçãodoferro,estão
entreoselementossólidosmaisleves.(OCapítulo3discutiráos
elementosquímicoseoscompostosqueelesformam.)
Recentemente,nooestedaAustrália,umfragmentodomine-
ral zircãofoi datadocoma idadede4,3a4,4bilhõesdeanos,
constituindo-senomaisantigomaterialterrestrejá descoberto.
Análisesquímicasindicamqueelefoi formadopróximoàsuper-
fície,napresençadeágua,sobcondiçõesrelativamentefrias.Se
essadescobertaforconfirmadapordadoseexperimentosadicio-
nais,podemosconcluirqueaTerrapodeterresfriadoo suficien-
teparaformarumacrostasomente100milhõesdeanosdepois
detersereconstituídodogigantescoimpacto.
TERRA INTEIRA
Outros «1 %)
AI"mi"iO(l"%)~
Cálcio (1,1'70)~~
Enxofre(1,9%) ~~erro (35%)Níquel (2,4%) .~
Magnésio (13'70)~ .
\ Silício Oxigênio (30'70Y
~~
Figura 1.7 A abundânciarelativados elementosda Terrainteira
comparadacoma dos elementosda crostaé dadaempercentuais
ee peso.A diferenciaçãocriouumacrostaleve,empobrecidade
<erroe ricaemoxigênio,silício,alumínio,cálcio,potássioe sõdio.
Manto daTerra Entreo núcleoeacrostaencontra-seomanto,
umaregiãoqueformaamaiorpartedaTerrasólida.O mantoéo
materialdeixadonazonaintermediáriadepoisquegrandequan-
tidadedamatériapesadaafundoueamatéIiamaisleveemergiu.
O mantoabrangeprofundidadesquevãodesde40até2.900km.
Ele consisteemrochascomdensidadeintermediária,emsua
maioriacompostosdeoxigêniocommagnésio,ferroesilício.
Existemmaisdecemelementos,masasanálisesquímicas
dasrochasindicamqueapenasoitoconstituem99%damassa
daTerra(Figura 1.7).De fato,cercade90%daTerraconsis-
temem apenasquatroelementos:ferro, oxigênio,silício e
magnésio.Quandocomparamosa abundânciarelativados
elementosconstituintesdacrostacomsuaabundânciaemre-
laçãoatodaaTerra,podemosconstatarqueo ferrosoma35%
damassadesta.Devidoà diferenciação,entretanto,hápouco
ferronacrosta,ondeoselementoslevespredominam.Como
sepodevernaFigura1.7,asrochascrustaissobreasquaises-
tamossãoconstituídasporquase50%deoxigênio.
CROSTA DA TERRA
Alumínio (8%) Fer/%ro(6'70) Magnésio(4%)
~ / Cálcio (2,4%)
. ,~potássiO (2,3%)
y----5ódio (2,1%)
Outros «1 %)
Oxigênio (46'70)
Apenasquatroelementosconstituemcercade 90% da Terra:
ferro,oxigênio,silícioe magnésio.Observequeo oxigênio,o
silícioe o alumínio,sozinhos,formammaisde 80% da crosta.
A formação dos continentes, dos oceanos e
da atmosfera da Terra
A fusãoprimitivapromoveuaformaçãodacrostadaTerrae,for-
tuitamente,doscontinentes.Elafezcomqueosmateriaismaisle-
\'e: seconcentrassemnascamadasexternase permitiuquepelo
menososgasesmaislevesescapassemdointerior.Essesgasesfor-
maramgrandepartedaatmosferaedosoceanos.Atéhoje,rema-
nescentesretidosdanebulosasolaroriginalcontinuamaseremi-
tidoscomogasesprimitivosemerupçõesvulcânicas.
ContinentesA feiçãomaisvisíveldacrostadaTerrasãooscon-
tinentes.O crescimentodoscontinentescomeçoulogoapósadi-
ferenciaçãoecontinuouaolongodotempogeológico.Tem-se,
quandomuito,apenasumanoçãogeraldoquelevouàsuafor-
mação.Imaginamosqueo magmapartiudointeriorderretidoda
Terrae ascendeuàsuperfície,ondeesfrioue sesolidificoupara
formaracrostarochosa.Essacrostaprimitivafundiu-seesolidi-
ficou-serepetidamente,fazendocomqueosmateriaismaisleves
eseparassemdosmaispesadoseascendessemaotopo,parafor-
marosnúcleosprimitivosdoscontinentes.A águadachuvaeou-
trosconstituintesdaatmosferaerodiramasrochas,levando-asa
decomporem-seedesintegrarem-se.Água,ventoegelodespren-
deram,então,osdetritosrochosose moveram-nosparalugares
dedeposiçãomaisbaixos.Aí seacumularamemcamadasespes-
sas,formandopraias,deltaseosassoalhosdosmaresadjacentes.
A repetiçãodesseprocessodurantemuitosciclosestruturouos
continentes.
Oceanosea atmosferaAlgunsgeólogospensamqueamaior
partedoare daáguadaTerraatualvieramdeforadosistema
solarpormeiodemateriaisricosemvoláteisqueimpactaramo
planetadepoisqueelefoi formado.Por exemplo,oscometas
quevemossãocompostospredominantementede gelomais
dióxidodecarbonoeoutrosgasescongelados.Incontáveisco-
metaspodemterbombardeadoaTerranosprimórdiosdesua
história,fornecendoáguae gasesque,subseqüentemente,de-
ramorigemaosoceanose àatmosferaprimitivos.
Muitosoutrosgeólogosacreditamqueosoceanoseaatmos-
ferapodemtersuaorigemrastreadano"nascimentoúmido"da
própriaTerra.Deacordocomessahipótese,osplanetesimaisque
seagregaramparaformarnossoplanetatinhamgelo,águaeou-
trosvoláteis.Originalmente,aáguaestavaaprisionada(quimica-
menteligadacomooxigênioe hidrogênio)emcertosminerais
trazidospelaagregaçãodosplanetesimais.De fonnasimilar,ni-
trogênioecarbonotambémestavamquimicamenteligadosnos
minerais.QuandoaTerraseaqueceueseusmateriaisfundiram-
separcialmente,o vapord'águaeoutrosgasesforamliberadose
levadosparaa superfíciepelosmagmas,sendolançadosnaat-
mosferapelaatividadevulcânica.
Os gasesemitidospelosvulcõeshácercade4 bilhõesde
anosconsistiam,provavelmente,nasmesmassubstânciasque
sãoexpelidasdosvulcõesatuais(emboranãonecessariamente
namesmaquantidaderelativa):fundamentalmentehidrogênio,
dióxidodecarbono,nitrogênio,vapord'águae algunsoutros
gases(Figura 1.8).Quasetodoohidrogênioescapouparao es-
paçoexterior,enquantoosgasespesadosenvolveramo planeta.
Essaatmosferaprimitivaeradestituídadeoxigênio,elemento
queconstitui21% daatmosferaatual.O oxigênionãofaziapar-
tedaatmosferaatéqueorganismosfotossintéticosevoluíssem,
comoserádescritoposteriormentenestecapítulo.
CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~
Para a atmosfera
Figura 1.8 A atividadevulcânicaprimitivacontribuiucomo
lançamento,paraa atmosferae os oceanos,de grandes
quantidadesde vapord'água,dióxidode carbonoe outrosgases
e, paraos continentes,de materiaissólidos.A fotossíntesedos
microrganismosremoveuo dióxidode carbonoe adicionou
oxigênioà atmosferaprimordial.O hidrogênio,devidoà sua
leveza,escapouparao espaçoexterior.
A diversidade de planetas
Hácercade4bilhõesdeanos,aTerratornou-seumplanetaintei-
ramentediferenciado.O núcleoencontrava-semuitoquenteeem
grandepartefundido,masomantoestavarazoavelmentebemso-
lidificadoeumacrostapIimitivaeseuscontinentestinhamsede-
senvolvido.Osoceanoseaatmosferahaviamseformado,prova-
velmente,apartirdesubstânciaslançadasdointeriordaTerra,e
osprocessosgeológicosquehojeobservamosestavaminiciando
seufuncionamento.
Mas o queocorreucomosoutrosplanetas?Tiveramames-
mahistóriainicial?Informaçõestransmitidaspelassondases-
paciaisindicamquetodososplanetasterrestressofreramdife-renciação,porém,seuscaminhosevolutivosvariaram.
Mercúrio temumatênueatmosfera,predominantemente
formadaporhélio.A pressãoatmosféricanasuasuperfícieé
menorqueumtrilionésimodapressãonaTerra. ãoháaçãode
ventosouáguaparaerodiresuavizarsuaantigasuperfície,que
seassemelhacomadaLua:predominantementecrateriformee
cobertaporumacamadadedetritos,osquaissãoosfragmentos
remanescentesdebilhõesdeanosdeimpactosdemeteoritos.
Devidoaofatodenãoexistirpropriamenteumaatmosferaees-
tarmuitopróximodo Sol, a superfíciedo planetaseaquece
comtemperaturasde467°Cduranteo diae esfriapara-173°C
à noite.Essaé a maiorvariaçãodetemperaturaconhecidano
3 cf2 ün:nder a Terra
Figura 1.9 Umacomparaçãodassuperfíciessólidasde Vênus,
Terrae Marte,todas namesmaescala.A topografiade Vênus,que
mostrao menorcontrastealtitúdico,foi medidaentre 1990e
1993por umaltímetrode radar,a bordo da sondaorbitadora
Magellan(Magalhães).A topografiada Terra,dominadapelos
continentese oceanose comcontrasteintermediário,foi
sintetizadaa partirde medidasaltimétricasda superfíciedo solo,
sistemasolar(alémdaquelaencontradano Sol,emcujasuper-
fície háumavariaçãomuitomaisdrástica).Os cientistasestão
intrigadoscomaorigemdoenormenúcleodeferrodeMercú-
rio.Ele constitui70%desuamassa,umrecordedentreospla-
netasdosistemasolar.
Vênusevoluiuparaumplanetaemqueascondiçõessuperfi-
ciaisultrapassama maioriadasdescriçõesdo inferno.Ele está
envoltonumaatmosferapesada,venenosaeincrivelmentequen-
te(475°C),compostasobretudopordióxidodecarbonoenuvens
degotículasdeácidosulfúricocorrosivo.Um humanoqueper-
manecesseemsuasuperfícieseriaesmagadopelapressão,cozi-
dopelocalorecorroídopeloácidosulfúrico.Imagensderadar,
quevêematravésdaespessacoberturadenuvens,mostramque
pelomenos85%dasuperfíciedeVênussãocobertosporderra-
mesde lavas.O restanteé predominantementemontanhoso-
evidênciadequeoplanetatemsidogeologicamenteativo(Figu-
ra 1.9).VênuségêmeodaTerraemmassaetamanho.Comopô-
deevoluirnumplanetatãodiferentedonossoéumaquestãoque
intrigaosgeólogosplanetários.
Marte temsofridomuitosdosmesmosprocessosquetêm
modeladoaTerra(Figura1.9),porémcontacomumafinaat-
mosferacompostaquaseinteiramentededióxidodecarbono.A
águalíquidanãoestápresentenasuasuperfícieatual- oplane-
taétãofrio e suaatmosferatãodelgadaqueaáguaoucongela
ouevapora.As redesdevalesecanaissecosderios,entretanto,
indicamqueaágualíquidafoi abundantenasuperfíciedeMar-
tehámaisde3,5bilhõesdeanos.Algumasdasrochasobserva-
daspelorobômóvelSojourner,daMissãoExploradordeMar-
te(MarsPathfinder)de 1997,mostraramevidênciasdeterem
sidodesgastadaspelofluxodeágua.As sondasorbitadorasde
Martetêmrecentementeencontradoevidênciasdequegrande
quantidadedegelopodeestararmazenadaabaixodasuperfície
e segregadanascapasdegelopolares.A vidapodeterexistido
numplanetaMarteúmidodebilhõesdeanosatrásepodeexis-
tirhojecomomicróbiossobasuperfície.A NASA estáproje-
batimétricasdos oceanos,obtidaspor navios,e medidasdo
campogravimétrico,obtidasda superfíciedo assoalho oceãnico
por satélitesorbitaisda Terra.A topografiade Marte,quemostra
o maiorcontraste,foi medidaentre 1998e 1999por meiode um
altímetroa lasera bordo da sondaorbitadoraMars Global
Surveyor(TopografiaGlobaldeMarte). [Cortesiade Greg
Neumann/MITIGSFClNASA]
tandoumasondaquepoderiaresponder,dentrodepoucosanos,
aquestãodesehávidaemMarte!
A maiorpartedasuperfíciedo planetatemmaisde3 bi-
lhõesdeanos.Na Terra,emcontraste,grandepartedasuperfí-
ciedemaisde500milhõesdeanosfoi obliteradapelaativida-
degeológica.Oscapítulosseguintesvãodescrevercomoesses
processosativostêmmodeladoafacedonossoplanetaaolon-
godesuahistória.
Além daTerra,aLua é o outrocorpomaisbemconhecido
dosistemasolardevidoàsuaproximidadeeaosprogramasde
exploraçãotripuladae não-tripulada.Comoexplicitadoante-
riormente,a teoriamaisaceitasobrea origemdaLua propõe
queelacoalesceucomoumgrandecorpofundidodepoisque
umgigantescoimpactoejetousuamatériadaTerra.Emgeral,
osmateriaisdaLua sãomaislevesqueosdaTerra,porquea
matériamaispesadadogigantecorpocolidentee adeseual-
vo primitivopermaneceramencravadasnaTerra.A Lua não
tematmosferae, comoVênus,é predominantementemuito
seca,tendoperdidosuaáguadevidoao calor geradopelo
enormeimpacto.Há algumasevidênciasnovas,apartirdeob-
servaçõesdesondasespaciais,dequepodeexistirgeloempe-
quenasquantidadesemcraterasprofundasesombriasnospó-
los norteesul daLua.
A superfíciequevemoshojeéaqueladeumcorpomuitove-
lhoegeologicamenteinativo.Dois terrenosdominamasuperfí-
cielunar.O maisantigoéo dasterrasaltas,decoloraçãoclara.
Essasregiõesrugosase intensamentecrateriformescobremcer-
cade80%dasuperfície.As terrasaltassãoresultantesdosdetri-
tosejetadospelosimpactosdosprimórdiosda histórialunar,
quandoaLua foi bombardeadaporgrandesasteróides.Os res-
tantes20%dasuperfíciesãoconstituídosporplaníciesescuras
maisnovas,chamadasdemaria(quesignifica"mares"emlatim,
poiséassimqueseparecemquandovistasdaTerra).Os"mares"
foramformadosmaistarde,quandoasgrandesbaciasdeimpac-
tosforamsubseqüentementepreenchidasporlavas.
CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~
_ planetasexterioresougigantesgasosos- Júpiter,Satur-
_-ranoeNetuno- permanecerãocomoumquebra-cabeça
-:rito tempo.Essasimensasbolasdegasessãoquimica-
-~tãodistintase tãograndesquedevemterseguidouma
, 'a evolutivainteiramentediferentedaqueladospeque-
erastelúricos.Entendemosmenosaindasobreo plane-
_ - '- di tante,o minúsculoPlutão, umaestranhamistura
~ladadegás,geloerocha,sendoo únicoplanetaaindanão
pornossassondasespaciais.
mbardeamento vindo do espaço
rfíciessalpicadasporcraterasdaLua,Marte,Mercúrioe
- orpossãoevidênciasdeumimportanteintervalodahis-
primordialdosistemasolar:operíododeBombardeamen-
-:J.'5ado (verFigura1.3).Duranteesseperíodo,quedeveter
c1 desdeaformaçãodosplanetasaté600milhõesdeanos
:;.;,osplanetasvarreramecolidiramcomamatériaresidual
paratrásnaépocaemqueforamagregados.A atividade
anaTerraobliterouosefeitosdessebombardeamento.
oespaçoestácheiodeasteróides,meteoróides,cometase
outrosdetritosabandonadosdesdeo iníciodonossosistemaso-
lar.Pequenosblocosdedetritosaqueceram-seevaporizaram-se
naatmosferadaTerraantesdealcançarasuasuperfície,enquan-
to blocosmaioresatravessaram-naporcompleto.Atualmente,
cercade40mil toneladasdematerialextraterrestrecaemnaTer-
raacadaano,sobretudocomopoeiraepequenosobjetosnãoob-
servados.Emboraaatualtaxadeimpactoseja,emváriasordens
demagnitude,menorqueaqueladoperíododeBombardeamen-
toPesado,umgrandebloco,de I a2 kmdediâmetro,aindapo-
decolidircomaTerraemintervalosaproximadosdepoucosmi-
lhõesdeanos.Emborataiscolisõestenhamsetomadoraras,te-
lescópiosestãosendoprogramadosparalocalizaros maiores
corposnoespaçoe,assim,possibilitarquesejamosantecipada-
menteadvertidosdapotencialidadedealgunsdelesvirema se
chocarcomaTerra.Recentemente,osastrônomosdaNASA pre-
viram, "com uma probabilidadenadanegligenciável"(uma
chanceem300),queumasteróidede1kmdediâmetrocolidirá
comaTetTaemmarçode2880.Um eventocomoesseconstitui-
riaumaameaçaàcivilização.
Última ocorrência
Exemplo4
(emanos)EfeitosplanetáriosEfeitosna vida
Eventode
4,45x 109FusãodoplanetaForteemissãodevoláteis;
formaçãodaLua
extinçãodavidanaTerra
Plutão
MaisdoqueFusãodacrostaExtinçãodavidanaTerra
4,3x 109
4VestaS(um
CercadeVaporizaçãodosoceanosA vidapodesobreviversob
grandeasteróide)
4,0 x 109 asuperfície
Chiron(maior
3,8x 109VaporizaçãodotopodosCozimentosobpressãodo
cometaem
oceanosaté100mvapornazonafótica;apode
movimento)
cessarafotossíntese
CometaHale-
CercadeAquecimentodaatmosferaCauterizaçãodoscontinentes
Bopp
2x 109edasuperfícieatécerca
de727°C
BólidodoKJT6;
65X 106Incêndios,poeira,escmidão;Extinçãodemetadedas
433Eros(o
mudançasquímicasnooce-espécies;o eventoKff levou
maiorasteróide
anoenaatmosfera;grandeàextinçãodosdinossauros
próximodaTerra)
oscilaçãodetemperaturas
Tamanho
CercadeSuspensãodepoeiraemInterrupçãodafotossíntese;
aproximadode300miltodaaatmosferaindivíduosmorrem,mas
500asteróides
durantemesespoucasespéciessãoextintas;
próximosdaTerra
ameaçaàcivilização
EventodeTunguska
1908(ano)DerrubouárvoresnumrastroManchetesnosjornais;pôr-
(Sibéria)
dedezenasdequilômetros;do-solromântico;crescimento
causoupequenosefeitos
dataxadenatalidade
hemisféricos;suspensão depoeiranaatmosfera
. ,-
Impactos de bólidos e seus efeitos na vida na Terra
-;:l=queno
>1 km
_ édioR >10km
10 pequeno
-:;> >100 m
~ ande
":'>-Okm
de
"::">"'Okm
-:' .:c--odaTerraquerecebealuzdoSol,ouseja,aatmosferaeotopodosoceanosaté100m deprofundidade.
~: :\IodificadadeJ. D.Lissauer,Nature402:Cll-C14.
36 ParaEntenderaTerra
Um impactoimportanteocorreuhá65milhõesdeanos.O
bólido,compoucomaisde 10km,causouaextinçãodemeta-
dedasespéciesdaTerra,incluindotodososdinossauros.Tal-
"ez, esseeventotenhapossibilitadoqueosmamíferossetor-
nassema espéciedominante,preparandoo caminhoparao
homem.O Quadro1.1descreveosefeitosdeimpactosdevá-
lias tamanhosem nossoplanetae na vida. O poetaRobert
FrosttalveztenhapensadonavulnerabilidadedavidanaTerra
quandoescreveu
Algunsdizemqueo mundoterminaráemlabaredaquente,
Outrosdizemqueemfrioenregelado.
Do queeuproveido desejoardente
Euconcordocomosquetorcempelofogoinclemente.
Masseeutiverdeperecerdobrado,
Euachoqueconheçobemo querermal
Paradizerquea destruiçãodo gelodesapiedado
É tambémcolossal
Esuficientepromundoseracabado.?
Emboraa Terratenhaseesfriadodesdeseuinício ardente,ela
continuaumplanetainquieto,mudandocontinuamentepormeio
deatividadesgeológicas,taiscomoterremotos,vulcõeseglacia-
ções.Essasatividadessãogovemadaspordoismecanismostér-
micos:umintemoe o outroextemo.Mecanismosdetaltipo-
como,porexemplo,omotoragasolinadeumautomóvel-trans-
formamcaloremmovimentomecânicooutrabalho.O mecani-
mointemodaTerraégovemadopelaenergiatérmicaaprisiona-
daduranteaorigemcataclísmicadoplanetaegeradapelaradioa-
tividadeemseusníveismaisprofundos.O calorinteriorcontrola
osmovimentosnomantoenonúcleo,suprindoenergiaparafun-
dirrochas,movercontinentesesoerguermontanhas.O mecani-
moextemodaTerraécontroladopelaenergiasolar- calordasu-
perfícieterrestreprovenientedoSol.O calordoSolenergizaaat-
mosferaeosoceanoseéresponsávelpelonossoclimaetempo.
Chuva,ventoegeloerodemmontanhasemodelamapaisageme.
porsuavez,a fon11adasuperfíciemudao clima.
Todasaspartesdonossoplanetaetodassuasinterações,to-
madasjuntas,constituemo sistemaTerra.Emboraoscientistas
daTerrapensemjá háalgumtempoemtermosdesistemasna-
turais,foi apenasnasúltimasdécadasdo séculoXX queele
dispuseramdeequipamentosadequadosparainvestigarcomoo
sistemaTerrarealmentefunciona.Dentreosprincipaisavanços.
estãoasredesdeinstrumentosesatélitesorbitantesdecoletade
informaçõesdo sistemaTena numaescalaglobale o usode
computadoreseletrônicoscompotênciasuficienteparacalcular
amassaeaenergiatransferidasdentrodosistema.Osprincipai
componentesdosistemaTerraestãodescritosnoQuadro1.2e
representadosnaFigura panorâmica1.10.Já disconemosso-
brealgunsdelesedefiniremososoutrosaseguir.
Dedicaremosnossaatençãoàsdiversasfacetasdo sistema
Tenanoscapítulosposteriores.Vamosagoracomeçarapensar
sobrealgumasde suasfeiçõesbásicas.A Terraé umsistema
aberto,nosentidodequetrocamassae energiacomo restante
docosmos.A energiaradiantedoSolenergizao intemperismoe
a erosãodasuperfícietenestre,bemcomoo crescimentodas
plantas,asquaisservemdealimentoamuitosoutrosseresvivos.
Nossoclimaécontroladopelobalançoentreaenergiasolarque
Quadro 1.2
~ . ".. :,,:.' ..• ",
Os principaiscomponentesdo sistemaTerra
Atmosfera
Hidrosfera
Biosfera
Lira fera
Astenofera
Mantoinferior
Núcleoextemo
Núcleointerno
A energiasolar energizaestescomponentes
Invólucrogasosoqueseestendedesdeasuperfícieterrestreatéumaaltitudedecercade100km
A esferadaáguacompreendetodososoceanos,lagos,rioseaáguasubterrânea
Todamatériaorgânicarelacionadaàvidapróximaàsuperfícieterrestre
ocalor internodaTerra energizaestescomponentes
EspessacamadarochosaextemadaTerrasólidaquecompreendeacrostaeapartesuperiordomantoatéuma
profundidademédiadecercade100km;formaasplacastectônicas
Finacamadadúctildomantosobalitosferaquesedeformaparaacomodarosmovimentoshorizontaiseverti-
aisdasplacastectônicas
:\1antosobaastenosfera,estendendo-sedesdecercade400kmatéo limitenúcleo-manto8(cercade2.900km
deprofundidade)
CamadalíquidacompostapredominantementeporfeiTOliquefeito,estendendo-sedesdecercade2.900kmaté
5,150kmdeprofundidade
E feramai intemaconstituídapredominantementedefeITOsólido,estendendo-sedesdecercade5.150kmaté
ocentrodaTerra(cercade6.400kmdeprofundidade)
CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~
.., :ERRA É UM SISTEMA ABERTO QUE TROCA ENERGIA E MASSA COM SEU ENTORNO
O mecanismointerno da Terra
é governado pelo calor apri-
sionado durante suaorigem...
liO calor irradiado pela Terra equilibra
o calor interno e aquele recebido do Sol.
A energiasolar é
responsávelpor nosso
climae tempo meteorológico.
11O Sol controla o mecanismo
externo da Terra.
Sol
SISTEMA TERRA É CONSTITUíDO POR TODAS AS PARTES DE NOSSO PLANETA E SUAS INTERAÇÕES
O sistemado clima envolvegrande
troca de massa(p. ex.,água) e
energia (p. ex.,calor) entre a
atmosfera e a hidrosfera...
Núcleo interno
... bem como interações
com a litosfera (p. ex.,
exalaçãode gases pelos
vulcões e erosão).
Os organismosvivos,a biosfera,
ocupam9parte da atmosfera,
da hidrosfera e da litosfera.
I A litosfera move-sesobre porções
do manto maisliquefeito,afunda
e éarrastadaparaa astenosfera...
... onde é movida para o manto
inferior e emergenovamente
num ciclo convectivo.
O núcleo externo e o núcleo
interno interagemno sistemado
geodínamoque é responsávelpelo
campo magnéticoterrestre.
Figurapanorâmica1.10 Principaiscomponentese subsistemasdo sistemaTerra
( er Quadro 1.2). As interaçôesentreos componentessãogovernadaspelaenergiado
Sol e do interiordo planetae organizadasemtrês geossistemasglobais:o sistemado
dima,o sistemadasplacastectônicase o sistemado geodínamo.
- - ~~ =--"'- er 2. Terra
_-~_dio si-temaTerrae a energiaqueo planetairradiade
o e pa,o. A. transferênciasdemassaentreaTerrae
,o d,-,re erammarcadamentedepoisdo períodode
30mb deamentoPesado,masaindadesempenhamumpapel
. -o o i temaTerra- ésóperguntaraosdinossauros!
EmborapenemosaTerracomosendoumúnicosistema,é
omde afioe tudá-laporinteirodeumasóvez.Ao invésdisso,
seenfocarrnosnossaatençãoempartesdosistema,estaremos
a'-an,andonoseuentendimento.Por exemplo,nasdiscussões
obremudançasclimáticasrecentes,consideraremosprimeira-
mentea interaçõesentreatmosfera,hidrosferae biosfera,as
quai sãocontroladaspelaenergiasolar.Nossaabordagemso-
breaformaçãodoscontinentesenfocaráasinteraçõesentrea
ro taeasporçõesmaisprofundasdomanto,quesãocontrola-
da pelaenergiainternadaTerra.Os subsistemasespecíficos
queencenamelementoscaracterísticosdadinâmicatenestre
ão chamadosde geossistemas.10O sistemaTena podeser
pensadocomoumacoleçãodessesgeossistemasabertose inte-
rativos(efreqüentementesesobrepondo).
Nestaseção,apresentaremosdoisgeossistemasimportantes
queoperamnumaescalaglobal:o sistemadoclimaeo sistema
dasplacastectônicas.O terceirosistemaglobaléo dogeodína-
mo,o qualéresponsávelpelocampomagnéticoterrestre,que
tratadeumaparteimportantedofuncionamentodaTerracomo
planetae tambémseconstituiemuminstrumento-chavepara
explorarascamadasinternas.O geodínamoserádiscutidono
Capítulo21.A suaimportânciaparaacompreensãodasplacas
tectônicasédiscutidanoCapítulo2.Posteriormente,ainda,te-
remosocasiãodediscorrersobrediversosgeossistemasmeno-
re . :\qui estãotrêsexemplos:vulcõesqueexpelemlavaquen-
te (Capítulo6), sistemashidrológicosquenosproporcionam
-guaparaconsumo(Capítulo13)e reservatóriosdepetróleo
quefome emóleoe gás(Capítulo22).
o sistema do clima
Tempoé o termoqueusamosparadescrevera temperatura,a
precipita,ão.anebulosidadeeosventosobservadosnumpon-
toda uperfí ie terrestre.Todossabemoso quantoo tempopo-
deser"ariá"el- quenteechuvosonumdia,frio eseconooutro
-, dependendodosmovimentosde sistemasdetempestades,
frente friasequenteseoutrasmudánçasrápidasdosdistúrbios
atmosfério . Comoa atmosferaémuitocomplexa,mesmoos
melhore meteorologistastêmdificuldadesemprevero tempo
comanteedênia demaisdequatrooucincodias.Entretanto,
podemo inferir ornoeleserá,emtermosgerais,numfuturo
bemmaisdi tante.pois o tempopredominanteé governado
principalmentepelas"ariaçõesdo influxodeenergiasolarnos
ciclossazonai ediário : "erõessãoquentese invernos,frios;
diassãoquentese noite . maisfrescas.O climaé adescrição
dessesciclosdetempoemtermosdasmédiasdetemperaturae
outrasvariáveisobtidasdurantemuitosanosde observação.
Além dosvaloresmédios,umadescriçãocompletado clima
tambémincluimedidasdequantotemsidoavariaçãodo tem-
pometeorológico,taiscomoastemperaturasmaisaltasoumais
baixasjá registradasnumcerrodia.
O sistemado clima inclui todasaspropriedadese intera-
çõesdoscomponentesdentrodosistemaTenanecessáriaspa-
radeterminaro climanumaescalaglobale descobrircomoele
mudacomo tempo.O problemaé incrivelmentecomplicado
porqueoclimanãoéapenaso comportamentodaatmosferaso-
zinha.Ele ésensívelamuitosoutrosprocessosenvolvendoaru-
drosfera,a biosferae a Terrasólida(verFigura panorâmica
1.10). Paraentenderessasinterações,os cientistaselaboram
modelosnuméricos- sistemasclimáticosvirtuais- emsuper-
computadorese comparamos resultadosde suassimulações
comosdadosobservados.(Emmarçode2002,o Japãoanun-
ciouo maioremaisrápidocomputadordomundo,o Simulador
daTerra- EarthSimulator-, dedicadoàmodelagemdoclima
terrestreeoutrosgeossistemas.)
Os cientistasganhamcredibilidadequandoseusmodelos
apresentamumaboacoincidênciacomos dadosobservados.
Eles utilizamos desajustesparaidentificarondeosmodelos
estavamerradosouincompletos.Além disso,esperamaperfei-
çoarsuficientementeos modelospor meiodetestesfeitosa
partirdediversostiposdeobservações,demodoquepossam
fazerprediçõesacuradassobrecomoo climamudaránofutu-
ro.Um problemaparticularmenteurgenteéentendero aqueci-
mentoglobalquepoderesultardasemissõesde dióxido de
carbonoeoutrosgases-estufageradosporatividadeshumanas.
Partedo debatepúblicosobreo aquecimentoglobalcentra-se
sobrea precisãodasprediçõescomputadorizadas.Os céticos
argumentamquemesmoos modeloscomputadorizadosmais
sofisticadosnãosãoconfiáveisporquedesconsideramvárias
feiçõesdosistemaTerrareal.No Capítulo23,discutiremosal-
gunsaspectosdecomoo sistemado climafuncionae ospro-
blemaspráticosdasmudançasclimáticascausadaspelasativi-
dadeshumanas.
o sistema das placas tectônicas
Alguns dosmaisdramáticoseventosgeológicosdoplaneta-
erupçõesvulcânicasetenemotos,porexemplo- tambémresul-
tamdeinteraçõesdentrodo sistemaTena. Essesfenômenos
sãocontroladospelocalor internodo globo,queescapapor
meiodacirculaçãodematerialnomantosólido,emumproces-
soconhecidocomoconvecção.
Vimos quea Terraé quimicamentezoneada:suacrosta,
mantoenúcleosãocamadasquimicamentedistintasquesese-
gregaramduranteadiferenciaçãoprimordial.A Terraétambém
zoneadapelareologia,ouseja,pelosdiferentescompOltamen-
tosmateriaisqueapresentaaoresistirà deformação.Por sua
vez,adeformaçãodomaterialdependedacomposiçãoquími-
ca(tijolossãofrágeis;banasdesabão,dúcteis)edatemperatu-
ra (cerafriaéfrágil;ceraquente,dúctil).Decerraforma,apar-
teexternadaTerrasólidacomporta-secomoumaboladecera
quente.O resfriamentodasuperfícietornafrágil acascamais
externaou litosfera (dogregolithos,"pedra"),a qualenvolve
umaquentee dúctilastenosfera(dogregoasthenes,"fraque-
za").A litosferaincluiacrostae o topodomantoatéumapro-
fundidademédiadecercade100km.Quandosubmetidaauma
força,alitosferatendeasecomportarcomoumacascarígidae
frágil, enquantoa astenosferasotopostaflui comoum sólido
moldáveloudúctil.
De acordocomanotávelteoriadatectônicadeplacas,ali-
tosferanãoé umacascacontínua;elaé quebradaemcercade
12grandes"placas"quesemovemsobrea superfícieterrestre
comtaxasdealgunscentímetrosporano.Cadaplacaatuaco-
CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~
...ondeelaseesfria,
move-selateralmente,
afunda...
... levandoasplacasa
seformare divergir.
Ondeasplacas
convergem,umaplaca
resfriadaé arrastada
soba placavizinha...
...mergulha,aquece-se
e,novamente,sobe.
: ra 1.11 (a) A águafervendoé umexemplofamiliarda convecção.(b) Umavisão
_ -Glda dascorrentesde convecçãono interiorda Terra.
'\
'ti rra ao longo do tempo
eológico
Até agora,discutimosdois tópicosimportante: comoaTerra
seformounosprimórdiosdosistemasolarecomodoisgeossis-
temasglobaisfuncionamhoje.Mas o queocorreuduranteos
4,5bilhõesdeanossubseqüentes?Pararesponderessaquestão,
iniciaremoscomumaabordagemgeraldo tempogeológico,
desdeonascimentodoplanetaatéopresente.Oscapítulospos-
terioresapresentarãomaisdetalhes.
Uma visão geral do tempo geológico
Compreenderaimensidãodotempogeológicopodeserumde-
safioparaosleigos.O escritorJohnMcPheeobservoueloqüen-
ilustradona Figura 1.11.A circulaçãocontinuaráduranteo
temponecessárioparaqueo calorexistenteno interiorseja
transferidoparaasuperfíciefria.
O movimentodasplacasé a manifestaçãosuperficialda
convecçãodomantoe nosreferimosa todoessesistemacomo
o sistemadasplacastectônicas.Controladopelocalorinterno
daTerra,omaterialquentedomantosobeondeasplacassese-
param,eentãocomeçaaendureceralitosfera.À medidaquese
moveparalongedesselimitedivergente,a litosferaesfriaetor-
na-semaisrígida.Porém,elapodeeventualmenteafundarna
astenosferae arrastarmaterialdevoltaparao manto,nosbor-
dosondeasplacasconvergem(Figura1.11b).Assimcomono
sistemadoclima(queenvolveumaamplavariedadedeproces-
sosconvectivosnaatmosferaenosoceanos),oscientistasestu-
damasplacastectônicasusandosimulaçõescomputadorizadas
pararepresentaro quepensamserosmaisimportantescompo-
nenteseinterações.Elesrevisamosmodeloscujasimplicações
estãoemdesacordocomosdadosreais.
unidaderígidadistintaquesemovesobreaastenosfe-
_ -?Jal tambémestáemmovimento.Ao formarumaplaca,a
podeterumaespessuradeapenasalgunsquilômetros
comatividadevulcânicae, talvez,deaté200km ou
- regiõesmaisantigasefriasdoscontinentes.A desco-
placastectônicasna décadade 1960forneceuaos
aprimeirateoriaunificadaparaexplicara distribui-
- ~nndialdosterremotose dosvulcões,a derivadosconti-
-=os.o soerguimentodemontanhasemuitosoutrosfenôme-
~=ológicos.O Capítulo2 serádestinadoadescreverdeta-
enteatectônicadeplacas.
~ queasplacassemovemnasuperfícieterrestreaoinvés
~·xaremcompletamentenumacascarígida?As forçasque
. earrastamasplacasaoredordasuperfícieoriginam-
• o: motortérmicodo mantosólidodaTerra,o qualcausa
~ ,ão.Emtermosgerais,aconvecçãoéummecanismode
-"erênciadeenergiae demassanoqualo materialaqueci-
-=-endee o resfriadoafunda.Tendemosapensara convec-
- :orno um processoenvolvendofluidos e gases- como
- enascorrentesdecirculaçãodeáguafervendonumpo-
- -~ fumaçaascendendodeumachaminéou noaraquecido
_ -: beparao tetoenquantoo frio desceparao chão-, mas
bémpodeocorreremsólidosqueestãoemtemperaturas
- _-entementealtas,tornando-osfrágeise dúcteis.Observa-
- : .ueo fluxo dossólidosdúcteisé comumentemaislento
_ - do fluidos,poismesmoossólidos"frágeis"(comoace-
_ o caramelo)sãomaisresistentesà deformaçãoqueos
- - - omuns(comoaáguaouo mercúrio).
..:. onvecçãopodeocorreremqualquermaterialqueflui,
__ ::unfluidoouumsólidodúctil,quandoéaquecidonabase
=_.sITiadonotopo.A matériaquentedabasesobesobaforça
. =illPUXO, poissetornoumenosdensaqueamatériaqueestá
~ elanotopo.Quandoalcançaasuperfície,elaperdecalor
= :=,,-;naapartirdo quesemovelateralmentee setornamais
-- ~omomentoemqueadquiremaisdensidadequeo ma-
~ ' -ubjacente,elaafundapelaatraçãodagravidade,como
40 ParaEntender a Terra
2.500 Ma
Completada a
principal fase de
formação dos
continentes
LO,12 Ma
Primeiro aparecimento
de nossa espécie,
Homosapienssapiens
4.000 Ma
Fim do BombardeamentoPesado; rochas
continentais maisantigas
5 Ma
Primeiros
hominídeos
4.470 Ma
Acrescimento da Terra,
formação do núcleo e
diferenciação completadas
4.560 Ma
Acrescimentodos
planetesimais;início do
acrescimentoda Terra
439 Ma
Extinção ~
em massa 420 Ma
Animais
terrestrês
maisantigos
324 Ma
Extinção
em massa
565 Ma
Distribuição mundialde
organismosmulticelulares
.570 milhões de anos atrás (Ma)
Formaçãodo
Sol e disco de
acrescimento
545-530 Ma
"Big Bang"
evolutivo
Figura 1.12 A fita do tempogeológicodesdea formaçãodo
sistemasolaratéo presente,medidaembilhõesde anose
marcadapor algunsdos principaiseventose transiçõesda
históriadaTerra.Nossos hominídeosancestraistornaram-se
evidentesno registrogeológicohácercade 5 milhõesde anos,
somenteumdécimode 1% da idadetotal daTerra.O intervalode
existênciahumana(cercade 120 milanos11)é menorquea
espessurada linhano fimdafita!Algunseventosaquimostrados
são especulativose muitostêmidadeimprecisa.
tementequeos geólogosolhamparao "tempoprofundo"do
iníciodahistóriadaTerra(medidoembilhõesdeanos)dames-
mamaneiraqueumastrônomoolhaparao "espaçoprofundo"
do universo(medidoembilhõesdeanos-luz).A Figura 1.12
apresentao tempogeológicocomoumafitamarcadacomal-
gunsdosprincipaiseventose transições.
Já descrevemosas teoriasatualmenteaceitasde acresci-
memoplanetárioediferenciaçãoduranteosprimeiros500mi-
lhõ~ deanosdahistóriadaTerra.Esseintervalopodesercha-
madoapropriadamentedeidadegeológica"dastrevas",porque
muiropoucodoregistrogeológicofoi capazdesobreviverao
lJeríododo BombardeamentoPesado.As rochasmaisantigas
encontradasatualmentenasuperfícieterrestretêmcercade4
bilhõesdeanos.Rochasmuitoantigas,comidadede 3,8bi-
lhõesdeanos,mostramevidênciasdeerosãopelaágua,indi-
candoaexistênciadahidrosfera.Há 2,5bilhõesdeanos,reu-
niu-sesuficientecrostadebaixadensidadenasuperfícieterres-
treparaformargrandesmassascontinentais.Osprocessosgeo-
lógicosquesubseqüentementemodificaramessescontinentes
forammuitosimilaresàquelesquehojevemosatuandonaspla-
castectônicas.
A partirdecercade2,5bilhõesdeanosatrás,oregistrofós-
sil davidaprimitivadaTerratomou-seprogressivamentemais
rico,revelandoumconjuntodiversodecomportamentosadap-
_= dospioneirosdavidano planeta.Algunsdessescom-
<:ntostiveraminfluênciaglobal,resultandoemumapro-
=--Ç~ oxigenaçãodaatmosferaedooceanoduranteos2 bi-
-F' c.e anosseguintes.Ao decifraresseregistrogeológico,
- - --;:;:0 reconstruirahistóriadaevoluçãobiológica.
- ""olução da vida
- - - o organismosvivoseamatériaorgânicaqueproduzem,
-::"'''fadoscomoumacoisasó,constituemabiosfera(dogre-
= - s."vida")daTerra.A evoluçãodavidaenvolveuintera-
- - ::omplexasentrebiosfera,atmosfera,hidrosferaelitosfera.
- Icio davida Hápoucomaisde4bilhõesdeanos,aatmos-
'"a hidrosferaprimitivasdaTerrajá tinhamseformado.
=""':::sleves,comoohidrogênio,escaparamparaoespaço,dei-
- paratrásgasesmaispesados,comovapord'água,dióxi-
j;: arbonoe dióxidodeenxofre.Essaatmosferaprimitiva
-e:=itiuquequasetodososcomponentesdaluz solaralcanças-
uperfícieterrestre- incluindoosraiosultravioleta(UV),
=ai sãodanososparaavida.Na mesmaépoca,haviadió-
~- decarbonoevapord'águasuficientesparaaprisionaro ca-
_ eseirradiavadasuperfície,mantendoaTerraquente.Es-
: =~ômenoéconhecidocomoefeitoestufa,poisguardaana-
.=' como aquecimentodeumaestufa,ondeo vidrodeixaa
sar,enquantopoucocalorconseguesair.
De algummodo,a vidainiciouno efeitoestufadaTerra,
_ daintensaradiaçãoUV edaatmosferahostil,pobreem
-~nio. Evidênciasdiretas,emboraatualmentequestionadas,
-~-'em napreservaçãodosprimeirosfósseis(traçosdeorga-
::s::LOS deépocasgeológicaspassadaspreservadosnacrosta).
- :-eis debactériasprimitivasforamencontradosemrochas
_-_das de3,5bilhõesdeanos.Umalinhadeevidênciasmais
=::'s::iya,emboraindireta,é fomecidapelacomposiçãodamaté-
- orgânicapreservadanasrochasdessaidade.Essesremanes-
_~[esquímicosdosorganismosantigosestãorapidamenteul-
_ assandoaevidênciafóssilcomosendoaprincipalbasepa-
_ oentendimentodaevoluçãoprimitivadavidanaTerra.
Há umaforteprobabilidade,entretanto,dequeavidatenha
.ginado-seemépocaanterior,talvezhá4 bilhõesdeanosou
- -moantes.°primeirodegrauatéaevoluçãodabactériapri-
~Ya épensadocomosendoareuniãodegrandesmoléculasde
::-.:s.es,comoometanoeaamônia.A energiaparaessastransfor-
.:.,,õesfoi supridapelaforteradiaçãoUV. Essedegrautemsido
~lorado emmuitosexperimentosquímicosquemostramcomo
~ diversostijolosfundamentaisdavidapoderiamtersefor-
do.De algumamaneira,essasmoléculasorgânicasagrega-
:s:n-see formaramsistemascapazesdecrescere metabolizar.
-=-- ssistemasnãoerampropriamenteavida,poisnãoserepro-
~am, desortequesãochamadosdeprotovida.Algunscientis-
-.,- argumentamquea protovidafoi concentradaemnascentes
__entesalimentadasporvulcõesnoassoalhodooceano.
- O próximodegraucriticofoi o desenvolvimentodaprimei-
.0: moléculaverdadeiramenteauto-replicável:o ácidoribonu-
:::éico(RNA). Essamoléculacomumaúnicacadeiadenucleo-
.: eos- assimcomoseuprimocomduascadeias,o ácidodeso-
xirribonucléico(DNA) - éenvolvidaintimamentenoprocesso
::eauto-repbcação.°"mundodoRNA" foi transitórioe logo
CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~
evoluiuparao "mundodoDNA", maiscomplexo,oqualcarac-
terizouabiosferapelorestodahistóriageológica.
Nem todososcientistasaprovamessashipóteses.Poucos
delesacreditamqueo impactodecometastrouxeparaaTerra
nãoapenasosgasesdaatmosferae osoceanos,mastambéma
própriavida.De acordocomessavisão,avidanaTerrainiciou
quandocometascaíram- bolasdegeloegasescongelados- e
"colonizaram"o planeta.Um cientistapropôsqueo constante
bombardeamentodaTerranessestemposiniciaispodemuito
bemterdestruídoavidalogodepoisqueelaforasintetizada.Se
issodefatoocorreu,avidateriareiniciadodiversasvezes.
Essesestágiosprimitivosdaorigemdavida,provavelmen-
te,nãoafetaramdemodoimportantea atmosfera,a qualper-
maneceucompostadominantementepornitrogênioe dióxido
decarbono.
aoxigêniotorna-seo principal gásda atmosfera Os orga-
nismosprimitivosdevemterfomecidoquantidadesrelativa-
mentepequenasdematériaorgânicaproduzidaporprocessos
químicosinorgânicosou recicladade outrosorganismos.A
principalmudançaocorreuquandoa vida evoluiuparafazer
seupróprioalimentopormeiodafotossíntese.Esseéoproces-
sopeloqualasplantase outrosorganismosverdesutilizama
clorofila(queoscoloredeverde)e a energiadaluz solarpara
produzircarboidratosapartirdodióxidodecarbonoedaágua.
A evoluçãodafotossínteseno início dahistóriageológica
daTerrateveimensasconseqüências.Um produtoderivadoda
fotossínteseé o oxigênio(02)'À medidaqueamatériaorgâ-
nicadavidafotossintéticaerasoterrada,o carbonoeraremo-
vido daatmosferaeo oxigênio,acumulado.A partirdasevi-
dênciasfósseis,parecequeprocessossemelhantesocorreram
há 2,5 bilhõesde anos.Os geólogosencontraramrochasde
ferro bandeadomuitoantigas,com idadede 2,5 bilhõesde
anos,queforamoxidadas("enferrujadas")durantesuaforma-
ção,indicandoquehaviamaisoxigênionaatmosferanaquele
tempo.°aumentoparaosatuaisníveisdeoxigênioatmosfé-
rico é agorapensadocomoo resultadodeumasériedeetapas
crescentesocorridasnumperíododetempodepelomenos2
bilhõesdeanos.
Quandoasmoléculasdeoxigênioatmosféricodifundiram-
separaaestratosfera(atmosferasuperior),foramtransforma-
daspelaradiaçãosolaremozônio(03)'criandoumacamada
estratosféricade ozônio.A camadadeozônioabsorvecertas
porçõesderadiaçãoUV antesqueatinjama superfície,onde
poderiamprejudicarecausarmutaçõesnascélulasdeanimais
eplantas.Semesseescudoprotetor,avidanãoteriaflorescido
natena.
a"Big Bang" biológico Comparadacomavidaatual,a vida
no início daTerraeraumacoisaprimitiva,consistindobasica-
menteem pequenosorganismosunicelularesqueflutuavam
próximoà superfíciedosoceanosouviviamnofundodosma-
res.Entre1e2 bilhõesdeanosatrás,avidatomou-semultice-
lular,quandoalgase algasmarinhasforamoriginadas.Então,
porrazõesnãomuitobementendidas,osprimeirosanimaisen-
traramemcenahácercade600milhõesdeanos,evoluindonu-maseqüênciadeondas.A primeiraondaproduziuformassim-
ples,semelhantesaáguas-vivaseasamambaiascomcorposle-
ves,bemcomoseresdecorpodurocomformaslembrandota-
42 ParaEntender a Terra
Namaca/athus Ha//ucigenia Trilobitas
Figura 1.13 Os fósseisque registrama explosãodo Cambriano
incluemfósseiscalcificadosdo Pré-Cambriano(esquerda), que
foramos primeirosorganismosa utilizarcaleitanaproduçãoda
concha.Elesforamextintosno limitePré-Cambriano-Cambriano,
junto comoutrosorganismos,e abriramcaminhoparaoutro
estranhogrupode novosorganismos,incluindoo Hallucigenia
(centro) e os maisfamiliarestrilobitas (direita). Essesdois últimos
çasdevinhocomburacos(verFigura 1.13).Muitorapidamen-
teforamextintas,emborapoucaspossamterservidocomopro-
tótiposparaumasegundaonda,aqualconstituiuamaiordiver-
sificaçãodenovasformasdevidanahistóriadaTerra.
Numbreveperíodoiniciadohá543milhõesdeanose,pro-
vavelmente,comumaduraçãomenorque10milhõesdeanos,
oitoramos(filas)inteiramentenovosdoreinoanimalforames-
tabelecidos,incluindoosancestraisdequasetodososanimais
queconhecemoshoje.Essesorganismosformavamumzooló-
gicodebestasestranhas,descritaspeloensaÍstacientíficoSte-
venJ. Gouldcomosefossemcoisasde"filmedeficçãocientí-
fica". Uma criaturaparticularmentebizarrafoi chamadade
Hallucigenia (ver Figura 1.13).Formasmais familiaresin-
cluemvermesterrestrese seuscorrelativosmarinhos,estrelas-
do-mare bolachas-da-praia,12moluscos,insetos,crustáceose
oscordadosque,finalmente,evoluíramparaosanimaissupe-
riores(inclusivenós).Outrostiposdeanimais,agoraextintos,
taiscomoostrilobitas,comsuaaparênciaprimitiva(verFigura
1.13),tambémpassarama existir.Foi duranteessaexplosão
formaramcarapaçasfrágeisde materialorgânicosimilaràsunhas.
[(Esquerda, topo) John Grotzinger;(embaixo) W.A. Watters.(Topo,
centro) MuseuNacionalde HistóriaNaturallSmithsonian
Institution; (embaixo) ChaseStudio/Photo Researchers.(Direita,
topo) Cortesiado Muséecantonalde géologie,Lausanne.
Fotografiade StefanAnsermet;(embaixo) ChaseStudio/Photo
Researchers.]
evolutiva,àsvezesrefelidacomo"Big Bang" ("grandeexplo-
são")dabiologia,queanimaiscujocorpocontinhapartesduras
e ricasemcálciodeixarampelaprimeiravezcarcaçasfósseis
noregistrogeológico.
Extinçõesemmassapor eventosextremosEmboraaevolu-
çãobiológicasejacomumentevistacomoumprocessomuito
lento,astendênciasevolutivasmaisamplasforamfreqüente-
mentepontuadasporbrevesperíodosdemudançarápida.Um
primeiroexemplonotáveléo daexplosãoevolutivaqueacaba-
mosdedescrever.Igualmenteespetacularesforamasextinções
emmassaduranteasquaismuitostiposdeanimaise plantas
desapareceramsubitamentedoregistrogeológico.Cinco des-
sasimensasreviravoltasestãoindicadasnaFigura1.12.A últi-
ma,já discutidanestecapítulo,foi causadapeloimpactodeum
grandebólidohá65milhõesdeanos.Esseeventoextremoen-
cerroua IdadedosDinossauros.As comunidadesbentônicas
dosrecifestambémforamextintasereorganizadas.Formaspe-
lágicasgrandesdo marazulprofundoforanl varridas,junta-
-? om a maioriade outrosprodutoresprimários.Esses
_ :0- fizeramcomquealgumaspessoasos chamassemde
- 2;O"31l0 doestranhoamor".13
_.- ausasdasoutrasextinçõesaindaestãosendodebatidas.
do impactodebólidos,oscientistastêmpropostooutros
::deeventosextremos,comovariaçõesclimáticasrápidas
- nadasporglaciaçõeseenormeserupçõesdematerialvul-
:o.As evidênciassãofreqüentementeambíguasou incon-
:es.Por exemplo,o maioreventodeextinçãodetodosos
ocorreuhácercade250milhõesdeanos,varrendo95%
asespécies.Um impactodeumbólidotemsidopro-
poralgunsinvestigadores,maso registrogeológicomos-
_ ~ascapasdegeloseexpandiramnessaépocaequehouve
-. ,a dacomposiçãoquímicadaáguado mar,o queseria
--= entecomumagrandecriseclimática.Simultaneamente,
~ormeerupçãovulcânicacobriuumaáreanaSibériacom
~ametadedotamanhodosEstadosUnidos,com2 ou3mi-
=-:: dequilômetroscúbicosdelava.Essaextinçãoemmassa
•::õ:ÍZ.adade"AssassinodoExpressoOriente",14 poisexistem
- uspeitos!
_-~-tecapítulointrodutório,tratamosdemuitostópicosque
- desenvolvidosmaiscompletamentenospróximoscapítu-
Começamosdiscutindocomooscientistaspensametraba-
c. então,descrevemoscomoelestêmdesenredadoahis-
o nossoplanetaedeseussistemasinterativos.Acompa-
essahistóriadesdeo inícioardentedaTerraesuasmu-
, - aolongodotempogeológicoe desdeaorigemdavida
aparecimentodossereshumanos.Nemtodosos tópicos
'dosnestaintroduçãosobreviverãosemmudançasnas
âmasdécadasou, talvez,atéapróximaediçãodestelivro.
- J.=ologiaestápassandoporumperíododeintensaspesqui-
:~itaspelosseusestudiosos,quepreencherãoosdetalhes,
-andoashipótesesexistenteseapresentandooutrasnovas,
::~uempenhopornovosconhecimentos.
SUMO
e éGeologia? Geologiaé aciênciaquetratadaTerra-
- ória,composiçãoeestruturainternae suasfeiçõessu-
~alS.
osgeólogosestudama Terra? Os geólogos,comoou-
::.:ientistas,utilizamométodocientífico.Elescompartilham
~os queobtiverameverificammutuamenteseustrabalhos.
hipóteseéumatentativadeexplicaçãodeumconjuntode
- -_Se elaéconfirmadarepetidamentepelosexperimentos
oscientistas,entãopodeserelevadaàcondiçãodeteo-
_ Iuitasteoriassãoabandonadasquandotrabalhosexperi-
- . subseqüentesmostramqueeramfalsas.A credibilida-
- :7eS enaquelasqueresistemrepetidamenteaostestese são
_. ue depredizerosresultadosdenovosexperimentos.
o seoriginouo nossosistemasolar? O Sol e suafamília
=- anetasprovavelmentese formaramquandoumanuvem
-- dial degáse poeiracósmicasecondensouhácercade
CAPíTULO 1 •EstruturandoumPlaneta 43
4,5bilhõesdeanos.Osplanetasvariamsuacomposiçãoquími-
cadeacordocomsuadistânciadoSol ecomo seutamanho.
ComoaTerra seformoueevoluiuatravésdotempo? A Ter-
raprovavelmenteaumentouporacrescimentodematériacoli-
dente.Logodepoisdeformada,elafoi impactadaporumbóli-
dogigantesco.A matériaejetadaparao espaço,tantodaTerra
comodobólido,agregou-separaformaraLua. O impactofun-
diu grandepartedaTerra.A radioatividadetambémcontribuiu
parao aquecimentoeafusãoinicial.A matériamaispesada,ri-
caemferro,afundouparao centrodaTerraeamatériamaisle-
veascendeuparaformarascamadasmaisexternas,queconsti-
tuíramacrostae oscontinentes.O escapedegasescontribuiu
paraa formaçãodosoceanose daatmosferaprimitiva.Dessa
forma,a Terrafoi transformadaemumplanetadiferenciado,
comdistintaszonasquímicas:umnúcleodeferro;ummanto
predominantementedemagnésio,ferro, silício e oxigênio;e
umacrostaricaemelementoslevescomooxigênio,silício,alu-
mínio,cálcio,potássioesódioe emelementosradioativos.
QuaissãooselementosbásicosdatectônÍCadeplacas? A li-
tosferanãoé umacascacontínua;elaé fragmentadaemcerca
de12grandes"placas".Governadaspelaconvecçãodomanto,
asplacasmovem-seaolongodasuperfíciedaTerracomtaxas
dealgunscentímetrosporano.Cadaplacaatuacomoumauni-
daderígidadistinta,arrastando-sesobrea astenosfera,a qual
tambémestáemmovimento.O materialquentequeascendedo
mantosolidifica-seondeasplacasdalitosferaseseparam.A
partirdisso,esfriae torna-semaisrígidoàmedidaqueseafas-
tadesselimitedivergente.Por fim,aplacaafundanaastenosfe-
ra,arrastandomaterialdevoltaparao manto,nosbordosonde
asplacasconvergem.
Como fazemospara estudara Terra comoum sistemade
componentesinterativos?Quandotentamosentenderumsis-
temacomplexocomoa Terra,freqüentementeconsideramos
queé maissimplesfragmentá-Iaemváriossubsistemas(geos-
sistemas)paraanalisarcomotrabalhameinteragemunscomos
outros.Doisdosprincipaissistemasglobaissãooclimático,que
envolveinteraçõescontroladaspelocalordoSol,principalmen-
teentrea atmosfera,ahidrosferae a biosfera,e o sistemadas
placastectônicas,queenvolveinteraçõespredominantemente
entreoscomponentessólidosdaTerra(litosfera,astenosferae
todoo manto),controladaspelocalorinternodoplaneta.
QuaissãoosprincipaiseventosdahistóriadaTerra? A Ter-
raformou-secomoplanetahá4,5bilhõesdeanos.Rochascom
até4 bilhõesdeanosforampreservadasnasuacrosta.A evi-
dênciamaisantigadevidafoi encontradaemrochascomidade
de cercade 3,5bilhõesde anos.Há cercade 2,5 bilhõesde
anos,aquantidadedeoxigênionaatmosferaaumentoudevidoàfotossÍntesedosvegetaisprimitivos.Os animaisapareceram
repentinamentehácercade600milhõesdeanos,diversifican-
do-serapidamentenumagrandeexplosãoevolutiva.A subse-
qüenteevoluçãodavidafoi marcadaporumasériedeextinções
emmassa,a últimadelascausadapeloimpactodeumgrande
bólidohá65milhõesdeanos,o qualaniquilouosdinossauros.
Nossaespécieapareceuhácercade40mil anos.15