Estudo da Terra: Estrutura e Evolução

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Disciplina: Geologia
Aula 02: Estudo da Terra
Apresentação
Os antigos pensadores, como Eratóstenes, dividiam o Universo em duas partes: o
céu, e o hades, embaixo. O céu era transparente e cheio de luz, eles poderiam
enxergar diretamente as estrelas e os planetas vagantes. O interior da Terra era
escuro e fechado para os olhos humanos. Em alguns lugares, o chão tremia e havia
erupção de lava. Com certeza, algo terrível estava acontecendo lá embaixo.
(GROTZINGER e JORDAN, 2006).
Essa visão literária, pouco científica, permaneceu até cerca de um século atrás
quando geólogos começaram a investigar o interior da Terra, não com ondas de luz,
mas sim com as ondas sísmicas produzidas por terremotos. 
Não é possível ter acesso direto às partes mais profundas da Terra devido às
limitações tecnológicas para enfrentar as altas pressões e temperaturas. O furo de
sondagem mais profundo feito até hoje (em Kola, Rússia) atingiu apenas 12 km, uma
fração insignificante comparada ao raio da Terra de 6.370 km. Assim, a estrutura
interna do planeta só pode ser estudada dessa maneira indireta. (TEIXEIRA, 2009)
Objetivos
Analisar como foram os fenômenos e processos de evolução do planeta Terra;
Reconhecer as estruturas da constituição interna do planeta Terra;
Compreender a distribuição dos elementos químicos na crosta terrestre e como
funciona a classificação geoquímica desses elementos;
Identificar as classes de meteoritos que já foram encontrados na superfície
terrestre.
Planeta Terra
O planeta Terra é uma esfera achatada nos polos e com maior diâmetro na
sua parte central, denominada latitude de 0º ou Círculo Equatorial.
Devemos considerar que um círculo tem 360º, cada grau, ao longo das linhas,
virtualmente verticais (meridianos) equivale a 111km de distância, assim,
podemos concluir que a circunferência da terra é 360 vezes 111km, ou seja,
40,075km. 
O achatamento dos polos e o alargamento do equador são produtos do
movimento de rotação terrestre. Na tabela abaixo, podemos observar alguns
dados numéricos essenciais da Terra para exprimir o panorama da sua
estrutura nas próximas linhas.
Raio Equatorial 6,378 km
Raio Polar 6,356 km
Diferença (RE -RP) 22 km
Perímetro no Equador 40,075 km
Área Superficial da Terra 510 milhões de km
Volume 1,083 x 109 km
Massa 5,976 x 1027 g
Densidade Média 5,517 g/cm
Densidade Média na Superfície 2,7 - 3,0 g/cm
Densidade no Núcleo 13 g/cm3
Gravidade no Equador 978,032 cm/s
Elevação Média dos Continentes 623 m
Profundidade Média dos Oceanos 3,8 km
Dados numéricos que caracterizam a estrutura do planeta Terra e servem como base para estudos diretos e indiretos.
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3
3
3
2
 Ilustração 3D que mostra a parte interna do planeta Terra. (Fonte: Vadim Sadovsk / Shutterstock)
As informações das camadas internas da Terra são obtidas a partir de
informações diretas e indiretas. As observações da densidade e da gravidade
do globo terrestre mostram que o interior e a crosta devem possuir uma
constituição diferente.
Observações sismológicas (comportamento das ondas sísmicas) e deduções
baseadas em estudos de meteoritos indicam que a Terra é constituída por
diversas camadas.
De acordo com Popp (2004) os dados mais valiosos do interior da Terra são
frutos da propagação de ondas sísmicas originadas pelos terremotos. Um
terremoto transmite energia, através da Terra, na forma de ondas sentidas
como tremores mesmo a uma distância considerável da origem.
As vibrações da superfície são aferidas através de sismógrafos. Em um
terremoto, são produzidos três tipos de ondas sísmicas:
Primárias (P)
Rápidas, ondas longitudinais com pequena amplitude. Propagam-se com
maior velocidade nas camadas de maior densidade. Velocidade média de
5,5 a 13,8 km/s.
Secundárias (S)
Pouco velozes, ondas transversais, semelhantes à vibração da luz. Só se
propagam através de sólido e possuem velocidade média de 3,2 a 7,3
km/s.
Longas ou de Superfície (L)
Menor velocidade, se propagam próximas à superfície, apresentam
grande comprimento de onda e velocidade média de 4 a 4,4 km/s.
A Sismologia, que é o estudo das ondas sísmicas, permite registrar tremores
de diferentes níveis de magnitude, mesmo aqueles que não somos capazes de
sentir. Através do sismógrafo, que consiste em um sensor que detecta e
amplifica os tremores, tais ondas são transformadas em registros visíveis. Por
meio desse registro, chamado sismograma, infere-se sobre características da
Terra.
Os sismógrafos são desenhados para reagir ao movimento do solo ou das
rochas em uma dada direção. Dependendo do desenho eles podem responder
a movimentos verticais ou horizontais. A maioria das concepções assenta em
variações da aplicação de pêndulos simples.
 Esquema de funcionamento de um sismógrafo
Vertical e Horizontal (Fonte: Autor)
Evolução e Constituição Interna da
Terra
De acordo com o observado, anteriormente, as velocidades das ondas
sísmicas dão-nos uma ideia detalhada quanto à distribuição dos materiais no
interior do nosso planeta. Assim, a Terra é constituída por uma série de
camadas concêntricas de constituição química diferentes e, em estado físico
distinto ao redor da parte central denominada núcleo, cada uma dessas
camadas tem uma condutividade diferente.
Como as velocidades das ondas sísmicas dependem das propriedades e das
densidades dos materiais através dos quais perpassam, as mudanças de
velocidade a diferentes profundidades são atribuídas em distintas composições
e densidades e a diversos estados.
De uma forma bem generalizada suponha-se que existe:
 Constituição Interna da Terra (Fonte:
Shutterstock)
01
Uma crosta com uma espessura média de 50km sob os continentes e 8 km
sob os oceanos com extremos de 150km;
02
Um manto que se estende à metade da distância até o centro;
03
Um núcleo líquido ocupando cerca de dois terços da distância restante;
04
Um núcleo interno sólido.
Seguindo uma linha temporal, podemos descrever a evolução da Terra da
seguinte forma: Há cerca de 4,4 a 4,0 bilhões de anos, formou-se o núcleo.
Em torno do núcleo, formou-se uma camada, o manto. Finalmente, há
aproximadamente 3,7 bilhões de anos, solidificou-se uma fina camada de
rochas, a crosta.
De acordo com o modelo químico-físico, o planeta é composto por cinco
camadas:
 Ilustração 3D que mostra camadas da terra no espaço. (Fonte: Cigdem / Shutterstock)
Além delas, existem também descontinuidades, áreas que separam uma
camada da outra:
a Descontinuidade de Mohorovicic (entre a crosta e o manto superior);
a Descontinuidade de Gutemberg (entre o manto inferior e o núcleo
externo).
Um pouco diferente do modelo físico-químico supracitado existe o modelo
físico que trata, basicamente, dos comportamentos que os materiais de
diferentes profundidades assumem nas leituras das ondas sísmicas. Este
modelo não coincide exatamente com o anterior, contudo, é muito útil para
descrever o comportamento geológico do interior do nosso planeta.
Nesse modelo, a Terra é formada pelas seguintes camadas: Litosfera,
Astenosfera, Mesosfera e Endosfera.
 texto (Fonte: Autor)
Crosta Terrestre
A crosta terrestre apresenta profundidades de 5 a 100 km, o que é
relativamente fino, quando comparada com o restante do planeta.
As partes mais finas da crosta são aquelas cobertas pelos mares, com uma
média de 7 km, e as partes mais espessas são as correspondentes aos
continentes, com uma média de 50 km.
 Modelos da estrutura interna da Terra onde são
observadas as diferenças de profundidade entre
crosta oceânica e crosta continental. (Adaptado de
POPP, 2004)
Deve-se atentar que extremos, tanto para mais quanto para menos, devem
ser esperados em função do relevo da superfície.
A composição das crostas são diferentes:
Continentais
Formada por silicatos aluminosos na forma de granitos, em sua maioria. 
 
A crosta continental é menos densa, e as ondas sísmicas primárias movem-se
a uma média de 5,5 km/s.
Oceânicas
Formada por silicatos magnesianos, na forma de basalto. 
 
Na crosta oceânica, as ondas atingem 7 km/s.
Dentre asrochas que compõem essa camada, estão as:
Magmáticas (rochas ígneas)
Formadas pela solidificação do magma.
Sedimentares
Surgem por meio da consolidação de partículas de rochas erodidas
(sedimentos).
Metamórficas
Formadas a partir da transformação química de outras rochas.
Quase metade (47%) deste envoltório da Terra é
composto de oxigênio. A crosta é formada basicamente de
óxidos de silício, alumínio, ferro, cálcio, magnésio,
potássio e sódio. A sílica (óxido de silício) é o principal
componente, e o quartzo, o mineral mais comum nela.
A crosta terrestre divide-se em placas tectônicas, que flutuam sobre a porção
do manto chamada de astenosfera, uma camada plástica localizada abaixo da
crosta. Tais placas . movimentam-se continuamente, chegando a percorrer
alguns centímetros por ano.
Estima-se que, há 250 milhões de anos, todos os continentes eram uma
grande massa de terra contínua, chamada Pangeia. Por conta dos movimentos
das placas tectônicas, os continentes se separaram, e, depois de algumas
centenas de milhões de anos, deram origem à atual configuração dos oceanos
e continentes.
Manto
É uma camada de quase 3 mil quilômetros, e corresponde a cerca de 84% do
volume do planeta.
O manto terrestre está dividido em duas partes:
Manto superior
O manto superior é composto por um material de consistência pastosa.
Ele é a maior camada da Terra. Formado por diferentes tipos de rochas
compostas por silicatos de ferro e magnésio, todos fundidos por conta da
elevação da temperatura em função da profundidade da Terra.
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file:///C:/inetpub/wwwroot/graduacao/2018.2/Geologia__GON945/aula2.html
O manto superior separa-se da crosta por uma camada chamada de
descontinuidade de Mohorovicic, em homenagem ao cientista Andrija
Mohorovicic, que descobriu a camada em 1910.
No manto superior, as temperaturas podem chegar a 2000 °C,
aumentando em função da profundidade, como consequência da
desintegração radioativa dos materiais componentes. Nesta região, a
densidade do meio aumenta de 4,6 para 5,5, de forma linear.
Manto inferior
O manto inferior é composto por um material mais viscoso e quente.
Está submetido à temperatura ainda maiores — seus materiais
componentes, em sua maioria, encontram-se em um estado pastoso,
como um líquido espesso. Porém, por conta da pressão ao qual os
materiais próximos do núcleo se encontram, à medida que a
profundidade do manto inferior aumenta, os materiais tornam-se mais
sólidos.
A viscosidade do manto inferior permite que esse material se mova,
levando consigo a litosfera acima dele. Por isso, as placas litosféricas
estão em constante movimento.
A temperatura vai de 600 ºC, na região do manto superior próximo à
crosta, até mais de 4000 ºC, na região do manto inferior próxima ao
núcleo. Ao nível do mar, as rochas que formam o manto derretem a cerca
de 1200 °C. Porém, na profundidade em que se encontra a porção mais
interna do manto inferior, a pressão é muito maior do que ao nível do
mar, fazendo com que, nessa região, esse material permaneça no estado
sólido mesmo a altas temperaturas.
Núcleo
É a camada mais profunda da Terra, e a menos conhecida pela ciência. Ela se
separa do manto pela Descontinuidade de Gutenberg, uma camada que fica
entre 2700 e 2890 km de profundidade.
Apesar de pouco conhecido, o estudo do núcleo terrestre é importante para
fundamentar o conhecimento sobre o interior do planeta e de lugares que
nunca foram penetrados pelo ser humano diretamente. Além disso, o estudo
do núcleo subsidia a pesquisa, entre outros temas, do campo magnético e o
surgimento de movimentos sísmicos como terremotos.
 texto (Fonte: Autor)
A composição do núcleo é majoritariamente de ferro (80%) e níquel (20%).
O núcleo terrestre é formado por duas partes:
Externa
De consistência mais viscosa, tem cerca de 2200 km de espessura e uma
velocidade sísmica um pouco menor que a parte interna. Acredita-se que a
parte externa é viscosa porque as ondas P têm uma velocidade de propagação
menor que no manto sólido;
Interna
É mais densa e sólida que a externa, com cerca de 1250 km de espessura, e
temperaturas de até 5000 °C. O núcleo interno é sólido principalmente pela
pressão por conta da profundidade, já que suas temperaturas são
elevadíssimas.
O estudo dos meteoritos
Nossos estudos sobre os elementos químicos no interior da Terra, precisam de
dados de diversas fontes para serem validados, isso restringe um pouco as
suposições.
Uma solução para esse tema provém do estudo dos meteoritos. Esses
materiais que incidem sobre a Terra são interpretados como fragmentos de
outro planeta, ou resíduos de material que compôs a Terra em outro
momento. Sendo assim, a composição dos meteoritos deve ser semelhante à
composição média da Terra.
 Queda de Meteorito abre cratera de 15m no
Município de Mazsalaca na Letônia. A informação foi
divulgada pelo corpo de bombeiros do país báltico
(Fonte: G1 <https://goo.gl/1rMXY7> )
Os meteoritos são corpos sólidos, vagando pelo sistema
solar, fragmentos como asteroides, cometas, planetas, a
Lua, entre outros. Podem vagar no espaço por até bilhões
de anos, atravessar a nossa atmosfera e alcançar a
superfície.
Tais corpos recebem diferentes nomes:
https://goo.gl/1rMXY7
 Meteorito atravessando a atmosfera.
01
Enquanto estão no espaço, são chamados meteoroides.
02
Já quando entram na atmosfera, sofrem atrito com o ar e tornam-se corpos
incandescentes, sendo chamados meteoros.
03
Quando o meteoro é capaz de atravessar toda a atmosfera e chegar à
superfície, é chamado de meteorito.
Poucos são os meteoritos que não se
desintegram durante a passagem pela
atmosfera.
Os compostos dos meteoritos são alteráveis:
de um lado estão os formados, dominantemente, por ferro metálico com
qualquer alíquota de níquel;
em outro, estão os que consistem especialmente de silicatos e
assemelhando-se em composto às rochas ultramáficas.
Abarca, na composição dos meteoritos, tanto os silicatos como metal nativo
quanto algumas fases sulfetadas (troilita FeS).
O nosso ambiente está sendo bombardeado por material cósmico
frequentemente. Impactos de grandes meteoritos são raros, ainda que
tenham acontecido com frequência ao longo o da formação da Terra, porém
micro fragmentos com 1mm de diâmetro impactam com a Terra a cada 30
segundos. Estimativas da NASA indicam que 40 toneladas de material cósmico
atingem a nossa atmosfera todos os dias.
Os meteoritos são divididos em 3 grupos:
Sideritos
Compostos predominantes de ferro metálico.
Assideritos
Compostos principalmente por silicatos e baixo teor de ferro.
Litossideritos
Composição mista.
Os meteoritos são capazes de ser considerados “a sonda estelar dos sem
dinheiro”, por serem comparados a uma missão espacial, e por trazerem
muitas informações sobre o universo, sem nenhum esforço extra, já que caem
aleatoriamente na Terra.
Embora rochas lunares já terem sido trazidas à Terra por meio das missões
Apollo, as únicas rochas marcianas que temos em mãos são meteoritos. Logo,
esses são ferramentas bastante essenciais para a pesquisa do Universo.
Distribuição dos elementos da
crosta terrestre
A Geoquímica avalia os elementos que formam os minerais, cujas metas
fundamentais são:
a caracterização da fartura dos elementos na Terra;
a distribuição dos elementos nos minerais e nas rochas;
a determinação dos princípios que regem as suas disposições.
De uma maneira bem generalizada, os dados geoquímicos são capazes de ser
agrupados em: elementos maiores e elementos traços, conforme você
pode observar na planilha a seguir:
Elementos maiores (% em
peso)
Elementos traços
(ppm)
SiO 48,91 Ni 470
TiO 0,45 Cr 2080
Al O 9,24 V 187
Fe O 2,62 Y 10
FeO 8,9 Zr 21
M O 0,18 Rb 3,38
M O 15,32 Sr 53,3
CaO 9,01 Ba 32
Na O 1,15 Nd 2,62
K O 0,08 Sm 0,96
P O 0,03 - -
S 0,04 - -
H O+ 3,27 - -
H O 0,72 - -
CO 0,46 - -
Exemplo de dados geoquímicos de rocha total. Fonte: Autor.
Elementos maiores
2
2
2 3
2 3
n
g
2
2
2 5
2
2
2
Os elementos maiores são predominantes em todas asformas de rocha:
Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, K e P e as suas concentrações são expressas
como porcentagem (%). Geralmente, a análise dos elementos maiores é
realizada nos cátions, assumindo que são associados à uma porção
adequada de oxigênio, de forma a que a somatória destes é de
aproximadamente 100%.
Observação: Os elementos voláteis, tais como H O e CO e S são
normalmente incluídos como elementos maiores.
Elementos traços
Os elementos traços possuem concentrações menores que 0,1%,
expressas em partes por milhão (ppm). Fundamental acentuar que
alguns elementos se comportam como elementos maiores em algumas
categorias de rochas e como elementos traços em outras.
Podemos citar o K, pois, nos riólitos, compõe por volta de 4% da rocha
participando de forma primordial na fórmula estrutural da biotita.
Enquanto, em alguns basaltos, as concentrações de K são tão baixas que
dizemos que ele se comporta como um elemento traço.
Classificação geoquímica dos
elementos
A Geoquímica moderna tem como objetivo mostrar onde se encontram os
elementos químicos na Terra, e sob quais condições.
Como exemplos, pode-se citar o lantânio e o potássio, que são encontrados
juntos; e o telúrio e o tântalo, que se repelem mutuamente.
Alguns, mesmo presentes, estão dispersos no meio, como o rubídio no
potássio e o gálio no alumínio.
2 2
Háfnio e selênio são elementos que, em geral, não se acumulam; por isso, são
tão dispersos na natureza que seu percentual na composição das rochas é
ínfimo.
Ao contrário desses, o chumbo e o ferro acumulam-se com facilidade,
formando combinações com outros elementos durante o seu deslocamento
entre as camadas da Terra.
O cientista e professor Goldschmidt foi o primeiro a enaltecer a importância da
diferenciação geoquímica dos elementos, em 1929, na Universidade de
Göttingen. Classificando-os da seguinte maneira:
Siderófilos
Com afinidade pelo ferro; ex.: Cr, V, Co, Ni.
Calcófilos
Com afinidade pelo sulfeto, ex.: Pb, Zn, Cu, Ag, Hg, Se, Fe, S, As.
Litófilos
Com afinidade pelo silicato, ex.: O, Si, Al, Na, K, Ca, Mg.
Atmófilos
Com afinidade pela atmosfera, ex.: O, C, N.
Alguns elementos mostram afinidade por mais de um grupo, pois a
distribuição de qualquer elemento depende, em certo grau, da temperatura,
da pressão e do ambiente químico, como um todo.
Atividades
1. “Com o desenvolvimento da rede sismográfica mundial e dos métodos
de observação e análise, foram encontradas novas interfaces e zonas de
transição no interior terrestre, mostrando que a crosta, o manto e o
núcleo são domínios heterogêneos”. (TEIXEIRA, et al. Decifrando a Terra.
São Paulo: Oficina de Textos, 2009. p. 85).
Sobre a estrutura interna da Terra, descreva como é a tecnologia
utilizada para realizar a diferenciação das camadas que a compõem.
2. A Terra não é um todo homogêneo, mas formada por camadas que se
diferenciam de acordo com a espessura, a temperatura, a densidade e os
materiais que as compõem. Como são denominadas essas camadas e
quais as suas profundidades relativas?
3. O manto terrestre é umas das camadas que compõe o interior do
nosso planeta, nesse sentido, julgue as afirmações a seguir:
I. É a mais extensa dentre as camadas da Terra;
II. Sua composição é basicamente de rochas ultrabásicas;
III. Sua constituição predominante é de silicatos de ferro e de magnésio;
IV. A movimentação do magma é responsável por movimentar as placas
tectônicas.
Sobre as afirmações acima, conclui-se que:
 a) Somente I e II estão corretas.
 b) Somente I e II estão corretas.
 c) Somente I, II e IV estão corretas.
 d) Somente II e III estão corretas.
 e) Todas estão corretas.
4. (UFJF) Leia o fragmento de texto a seguir:
“As mudanças nas partes superficiais do globo pareciam, para mim,
improváveis de acontecer se a Terra fosse sólida até o centro. Desse
modo, imaginei que as partes internas poderiam ser um fluido mais
denso e de densidade específica maior que qualquer outro sólido que
conhecemos, que assim poderia nadar no ou sobre aquele fluido. Assim,
a superfície da Terra seria uma casca capaz de ser quebrada e
desordenada pelos movimentos violentos do fluido sobre o qual repousa”.
(Benjamin Franklin, 1782, em uma carta para o geólogo francês Abbé J.
L. Giraud-Soulavie. In: PRESS, Frank et al. Para entender a Terra. 4. ed.
Porto Alegre: Bookman, 2006).
Sobre a estrutura interna da Terra, pode-se afirmar que:
 a) a crosta é uma camada única constituída de uma placa tectônica
dividida em duas seções.
 b) a litosfera é a camada mais densa e se mantém em movimento
devido às correntes convectivas.
 c)as camadas da Terra são separadas umas das outras por áreas
denominadas “descontinuidades”.
 d) ela é formada por camadas alternadas, de densidades semelhantes,
que diminuem da superfície para o centro.
 e) o núcleo divide-se em duas partes: superior e inferior e seu material
é o magma.
5. Existem diversas camadas na composição do interior do nosso planeta.
Marque a alternativa que indique corretamente o ordenamento dessas
camadas, a partir do seu interior até a sua superfície.
 a) mesosfera, litosfera, astenosfera, endosfera
 b) endosfera, mesosfera, astenosfera, litosfera
 c) astenosfera, endosfera, mesosfera, litosfera
 d) litosfera, astenosfera, mesosfera, litosfera
 e) litosfera, astenosfera, mesosfera, endosfera
Notas
Placas 
As placas tectônicas podem se mover:
afastando-se uma das outras;
aproximando-se;
em paralelo umas com as outras.
Referências
PRESS, F.; GROTZINGER, J.; SIEVER, R.; JORDAN, T. H. Para entender a Terra. 4.
ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
POPP, José Henrique. Geologia geral. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004.
TEIXEIRA, Wilson. FAIRCHILD, Thomas Rich. TOLEDO, M. Cristina Motta de. TAIOLI,
Fabio. Decifrando a Terra. 2. ed. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2009.
Próximos Passos
Dinâmica interna da Terra;
Os produtos da dinâmica interna: tectonismo, vulcanismo e tsunamis;
1
Tectonismo e vulcanismo no Brasil.
Explore mais
Assista ao vídeo A criação da Terra <https://www.youtube.com/watch?v=tO-
d2XH1qfE> e observe como o professor Phillipe Brito descreve detalhadamente os
processos de formação do planeta Terra, com uma trilha sonora pujante, faz com que
imaginemos muito bem o ambiente narrado.
No Planeta Terra <> , demonstra-se um “raio x” sobre os elementos e processos
que envolvem a Terra. Vale a visita para entender o quanto existe de interação entre
as forças que regem nossa existência.
Espacialize a queda de meteoritos no território brasileiro de forma pratica e rápida. O
instituto Meteoritos Brasil utilizou o Google Maps e realizou um mapeamento bem
detalhado sobre este fenômeno. Disponível em: https://goo.gl/2q826J
<https://goo.gl/2q826J> . Acesso em 01 fev. 2018.
https://www.youtube.com/watch?v=tO-d2XH1qfE
file:///C:/inetpub/wwwroot/graduacao/2018.2/Geologia__GON945/aula2.html
https://goo.gl/2q826J