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Geotecnia Aula 01: O Planeta Terra Apresentação Nesta aula, conheceremos conceitos relacionados à origem da Terra. Abordaremos propriedades físicas, a constituição interna do planeta e sua idade aproximada dentro da escala geológica de tempo. Analisaremos as atividades geológicas relacionadas a processos como terremotos e vulcões, identi�cando os principais tipos de rochas da crosta terrestre, bem como suas características e os minerais constituintes. Conheceremos as atividades geológicas relacionadas à água e suas principais formas de ocorrência no planeta. Objetivos Examinar os principais conceitos relacionados à origem do planeta Terra, sua constituição interna e atividades geológicas relacionadas; Analisar como se formam as rochas e os minerais, bem como sua importância e aplicações; Identi�car fenômenos naturais como terremotos e vulcanismos e o Ciclo Biogeoquímico da Água. A Origem da Terra Nas pesquisas sobre a origem da Terra há uma linha de raciocínio predominante. Há cerca de 4,6 bilhões de anos o planeta Terra teria se desenvolvido a partir de uma bola de fogo incandescente que, durante muito tempo, absorvia fragmentos de rochas que fundiam-se de forma cumulativa, fazendo com que seu volume �casse cada vez maior, e gases criavam uma atmosfera envoltória ao Planeta. Essa teoria sobre a origem da Terra explicaria também a formação das estrelas a partir de nuvens gasosas ricas de Hélio e Hidrogênio e partículas de poeira, conhecida como a poeira interestrelar. O interior da Terra é representado na Figura 1. Figura 1: O interior do planeta Terra | Fonte : CPRM Esta idade atribuída ao planeta tem seu cálculo baseado na datação radioativa de meteoritos que já caíram na Terra, e supondo-se que o nosso sistema solar tenha se formado praticamente de uma única vez. Os meteoritos são fragmentos de material sólido que se deslocam pelo espaço, e em determinadas ocasiões chegam à Terra, sendo considerados importantes como fonte e objetos de estudo para os cientistas. Em 1980, achavam-se catalogados 1944 meteoritos, dos quais 765 foram observados na ocasião de sua queda. O processo de datação do planeta não é feito com fragmentos de rocha da própria Terra, uma vez que esta está em constantes modi�cações, conforme será apresentado mais adiante. Em alguns casos, os meteoritos são de grande porte, podendo atingir uma massa de até 90 toneladas. Foto 1: Meteorito Bedengó | Fonte: Guia de visitação do Museu Nacional. No Museu Nacional do Rio de Janeiro, destruído por um incêndio em 02/09/2018, havia uma importante coleção de meteoritos, dentre eles, o maior encontrado no interior da Bahia, denominado Bedengó (Foto 1), encontrado em 1784, pesando 5.369 kg, com densidade de 7,7 e composição de 95,1% de ferro e 3,9% de níquel. O maior meteorito que caiu na Terra foi encontrado na Namíbia, África, e pesava cerca de 60 toneladas (Foto 2). Foto 2 - Hoba Meteorite. 60 tons. Namíbia. África Foto 2 - Hoba Meteorite. 60 tons. Namíbia. África Ao aprofundar seus estudos sem enxergar claramente a Terra, o Homem não se sentia plenamente satisfeito. Governantes americanos e soviéticos já haviam enviado ao espaço naves não tripuladas em busca de fotos do planeta. Foi em 1968, através de uma foto feita pelo astronauta William Anders com uma câmera Hasselblad, que se obteve o primeiro registro fotográ�co da Terra, a cerca de 400 mil km de distância. Anders era então conduzido pela nave americana Apollo 8 na missão comandada por Frank Borman. A Escala Geológica de Tempo Uma escala de tempo geológico foi criada com o intuito de organizar o conhecimento sobre a idade do planeta, assim como o aparecimento da vida e seu desenvolvimento. Para isso, a Paleontologia – ciência que estuda o desenvolvimento da vida através das etapas do tempo geológico – contribuiu ainda mais para que o Homem passasse a conhecer melhor o seu planeta. A incessante pesquisa cientí�ca e a procura por registros fósseis em formações sedimentares do Planeta contribuíram para que a escala de tempo geológico pudesse ser aprimorada, estimulando novas buscas a registros das espécies extintas. A escala apresenta divisões e subdivisões que caracterizam eventos marcantes, como o tempo de subsistência de determinadas espécies, conforme apresentado na Figura 2: Figura 2: Escala do tempo geológico Minerais e rochas Elementos químicos, com composição de�nida, e originados de forma natural na crosta terrestre. Possuem características e propriedades próprias, e, quase todos, sistema de cristalização bem de�nido. Mineraloides são substâncias amorfas (sem estrutura cristalina). O termo minério é empregado quando os minerais apresentam viabilidade econômica para sua exploração comercial. In�uenciam nesses casos o teor, o volume da jazida, condições logísticas para exploração, cotação de mercado, entre outros fatores. Várias propriedades físicas e químicas e características contribuem para a identi�cação dos minerais. Entre elas o tipo de brilho, a cor, coloração do traço numa placa de porcelana, traço, a clivagem, o sistema de cristalização, o peso especí�co, e a composição química. Para a dureza, existe uma escala de 1 a 10, criada por Friedrich Mohs. Nessa escala, o talco é o mineral de menor potencialidade (D=1), e o diamante possui a maior dureza (D=10). Signi�ca dizer que todos os minerais têm possibilidade de riscar o talco. Mas nenhum outro mineral diferente é capaz de riscar o diamante. Saiba mais Na escala de Mohs, a variação da dureza não é linear. O diamante (D=10) é 1500 vezes mais duro do que o coríndon (D=9) Figura 3: Escala de Mohs – desenho próprio Veja um exemplo relacionado aos vidros que os engenheiros utilizam para compor as janelas: Sabe-se que há muito tempo o corte manual do vidro é feito através de um pequeno diamante adaptado numa ponteira, e é feito facilmente. Uma falha de interpretação bastante comum é confundir dureza de um mineral com outra propriedade física bem diferente: Tenacidade. Na mineralogia, a dureza é a resistência de um mineral à ação de ser riscado por outro de maior dureza – e não de resistir a uma martelada, por exemplo. Conhecer estas características pode fazer a diferença para o trabalho de campo de um geólogo na identi�cação de minerais e rochas. As rochas podem ser de�nidas como um conjunto de minerais unidos em sua condição ótima. Ocorrem em grandes extensões da crosta terrestre e têm grande in�uência na con�guração do relevo do planeta. Em alguns casos, é constituída por um único mineral. No caso da aplicação do tema à Geotecnia, as rochas merecem grande atenção devido às suas características, condições de ocorrência e importância para os projetos e serviços da engenharia civil. Quando se trata de um terreno para fundações, pensa-se nas rochas como a condição ideal para assentamento. Determinados tipos de rochas, como os granitos, por exemplo, são utilizados em várias atividades, como a construção de enrocamentos, ou como material agregado para a preparação de concreto.1 Foto 4: Quartzo Fonte: Shutterstock Foto 5: Eldspato (microlina) Fonte: Shutterstock Foto: 6 Mica Biotita pura Fonte: Shutterstock Os minerais essenciais das rochas graníticas são quartzo, feldspato e as micas biotita e/ou muscovita. As rochas classi�cam-se em ígneas ou magmáticas, metamór�cas e sedimentares. Clique nos botões para ver as informações. Embora os vulcões originem-se em grandes profundidades, a ascensão do magma em seus estados de lava e gasoso, até a superfície da terra, se dá através de aberturas na crosta, numa atividade que faz parte de um processo importante denominado vulcanismo. A composição do magma é rica em sílica. A variação no percentual de sílica caracteriza o magma. Percentual de sílica menor do que 45% corresponde ao magma ultramá�co; entre 45% e 52% correspondem ao magma denominado má�co; entre 52% e 65%, ao magma denominado intermediário; e o magma denominado félsico possui percentual de sílica maior do que 65%. De forma semelhante,é atribuída uma classi�cação para as rochas magmáticas, em que aquelas com percentuais entre 45% e 52% de sílica são denominadas má�cas; com composição entre 52% e 65%, denominam-se intermediárias; e, com percentual maior de 65% em sílica são denominadas félsicas. Para a lava em erupção, registraram–se temperaturas que variaram entre 700ºC e 1200ºC. Para o magma em profundidade, não há registros seguros de sua temperatura, mas supõe-se que atinja temperaturas signi�cativamente maiores. As rochas associadas aos processos vulcânicos são denominadas ígneas ou magmáticas. Dentre estas distinguem-se as denominadas extrusivas, como o basalto, por exemplo, cuja solidi�cação se dá externamente ao corpo vulcânico. Já as rochas intrusivas solidi�cam-se de forma lenta e sem chegar à superfície. Em geral, seus minerais são representados por cristais mais bem de�nidos. Os granitos são exemplos bem característicos de rochas ígneas intrusivas. O tempo de resfriamento das rochas ígneas tem forte in�uência na sua textura. O resfriamento rápido produz nas rochas uma granulometria mais �na, denominada textura afanítica. O resfriamento lento determina uma textura mais grosseira (grãos maiores), denominada fanerítica. Um resfriamento ultra rápido determina uma textura denominada vítrea, sem evidências da cristalização mineral. No Brasil, as serras, como a Mantiqueira e a Serra do Mar, registram importante ocorrência de granitos. O granito é uma rocha ígnea muito conhecida na construção civil pela sua ampla utilização como material de construção. O granito é muito utilizado, tanto nas suas diferentes granulometrias da brita, como nos paralelepípedos usados em calçamentos, bem como em acabamentos, como pisos, bancadas, tampos de pias e parapeitos de janelas. Rochas ígneas ou magmáticas Foto 7: Erupção do vulcão Masaya, Nicarágua. O sienito, o diabásio e o basalto também são exemplos de rochas ígneas. Foto 8: Montanha constituída por granito Foto 9: Placa polida de granito As rochas sedimentares foram formadas por meio de processos erosivos, isto é, decorrentes do desgaste de outras rochas preexistentes, causados por agentes naturais como a água, o vento etc. Em seguida, o material desgastado sofreu transporte e foi depositado cumulativamente em ambiente propício ao lento processo de sedimentação. Neste arranjo formaram-se, ao longo de muito tempo, rochas sedimentares como, por exemplo, os calcáreos com composição carbonática, conglomerados formados pela sedimentação de fragmentos arredondados de outras rochas. Já os folhelhos apresentam planos de estrati�cação bem de�nidos e com alguma simetria. Os arenitos, siltitos e argilitos têm granulometria predominante de areias, siltes e argilas, respectivamente, tornando estas rochas propícias como armazenadoras de petróleo. Rochas sedimentares Foto Foto 10: Ocorrência em que o arenito aparece submetido a intenso processo erosivo Tanto as rochas ígneas quantos as rochas sedimentares podem passar por processos naturais de transformação, associados a maiores temperaturas e pressões, que resultam na descaracterização das suas condições naturais de formação. Como exemplo, podemos citar os gnaisses; em muitos casos, são provenientes de rochas magmáticas, como os granitos. Veja na foto abaixo a textura orientada que caracteriza bem o processo de metamor�smo. Outro exemplo de rocha metamór�ca é o mármore, rocha que pode originar-se de calcáreos preexistentes. Rochas metamór�cas Foto 12: Ocorrência de Gnaisse Intemperismo O intemperismo das rochas pode ser de�nido como o processo de transformações pelo qual elas passam ao longo do tempo, em decorrência da sua exposição aos agentes da atmosfera, biosfera e hidrosfera. Em função dos agentes e mecanismos predominantes, podem ser classi�cados como intemperismo físico ou químico. 1 Intemperismo físico Manifesta-se nas variações de temperaturas, provocando nas rochas contração ou expansão térmica, produzindo sua desagregação e tornando-as friáveis ou fragmentadas devido à separação de seus grãos. 2 Intemperismo químico Ou decomposição química, age normalmente nas rochas a�orantes na superfície da Terra, sob ação de agentes externos como a água das chuvas e outras soluções aquosas capazes de provocar reações químicas .1 3 Intemperismo físico-biológico Pode ser exempli�cado pela ação conjunta das raízes de grandes árvores, que desenvolvem-se pressionando as rochas fraturadas da superfície. 4 Manto de intemperismo ou regolito É um capeamento natural não consolidado que se preserva sobre a superfície intemperizada, e é formado por porções fragmentadas de rocha e solo. Pode-se dizer que o solo é um produto do intemperismo. http://estacio.webaula.com.br/cursos/don062/aula1.html Erosão Como já foi apresentado, a ação do intemperismo, decompondo e desagregando vários tipos de rochas, fragiliza os corpos rochosos para um novo processo, denominado erosão. Posterior ao intemperismo, movimenta os materiais fragilizados por ele através de agentes naturais, como as águas pluviais, �uviais e oceânicas, além dos ventos e geleiras. O material desagregado pela erosão é transportado através de distâncias bastantes variadas em função da energia disponível para o transporte, até que se deposite em algum local propício a sedimentos. Essa é a maneira pela qual se formam as rochas sedimentares, que, em alguns casos, agregam também matéria orgânica. Por outro lado, os processos erosionais são responsáveis por boa parte da modelagem do relevo na superfície da Terra. Foto 13: Arenito moldado pela erosão Terremotos Os terremotos são manifestações dinâmicas da natureza causadas pela súbita liberação de energia que manifesta um tremor, geralmente associada a uma causa geológica estrutural. A litosfera promove a criação de um acúmulo de tensões, principalmente nas proximidades, com o movimento lento das placas tectônicas das bordas das placas. O crescimento dessas tensões estabelece uma situação semelhante à ruptura das rochas, quando ocorre o limite da sua resistência. Ainda no consenso da Teoria das Placas, os terremotos podem ocorrer na extremidade ou no contato entre duas placas, ou ainda no interior de uma delas. O efeito e as consequências dos terremotos podem ocorrer devido à vibração causada por ondas sísmicas longitudinais e transversais que se propagam em diversas direções. As velocidades de propagação das ondas sísmicas dependerão do meio atravessado. Atividades geológicas relacionadas ao Ciclo da Água. Principais as condições de ocorrência da água no planeta Foto 14: Geleira A água em suas diversas formas de ocorrência é considerada uma das mais abundantes substâncias do planeta. Suas características físicas e químicas a tornam o mais importante solvente natural. Atua initerruptamente conduzindo partículas nos rios e nos mares, e tem importante papel como agente erosivo e no intemperismo químico. Ao longo do tempo é capaz de moldar a paisagem nos horizontes por onde circula. A água renova as esculturas terrestres, acentua ou modi�ca o leito dos rios, e altera as linhas das costas marinhas. Mantém os mananciais abastecidos e dá vida às �orestas. Se existe vida na Terra, o fato se deve à disponibilidade da água. Entretanto, a água pura está se tornando cada vez mais escassa. Difícil imaginar que o “planeta água” passe por uma crise hídrica. Vejamos: Os oceanos são responsáveis por cerca de 97,5% de toda a água do planeta. Portanto, trata-se de água salgada. Dos 2,5% de água doce, a maior parte (68,9%) �ca nos polos (água congelada); 29,9%, nos aquíferos; 1,2%, nos rios, lagos e demais reservatórios. Foto 15: Ciclo Biogeoquímico da Água Em realidade, a água disponibilizada para os habitantes do planeta sofre acelerado processo de poluição. Caso contrário não haveria razão para preocupação. O ciclo biogeoquímico da água caracteriza bem isso. Como vemos na Figura 15, a água não se esgota, e sim muda de estado ou “de posição” na natureza. O ciclo da água não tem um pontoinicial. Um bom lugar para começar são os oceanos. O sol aciona o ciclo da água, aquecendo-a, e ela evapora para o ar. Exemplo de tabelas Uma estimativa da distribuição global da água Fonte de água Volume de água, em quilômetros cúbicos Porcentagem de água doce Porcentagem do total de água Oceanos, Mares e Baias 1.338.000.000 -- 96,5 Camadas de gelo, Geleiras e Neve Perene 24.064.000 68,7 1,74 Água do subsolo 23.400.000 -- 1,7 Doce 10.530.000 30,1 0,76 Salgada 12.870.000 -- 0,94 Umidade do Solo 16.500 0,05 0,001 Gelo do Solo e Permafrost 300.000 0,86 0,022 Lagos 176.400 -- 0,013 Doce 91.000 0,26 0,007 Salgada 85.400 -- 0,006 Atmosfera 12.900 0,04 0,001 Água dos pântanos 11.470 0,03 0,0008 Rios 2.120 0,006 0,0002 Água biológica 1.120 0,003 0,0001 Total 1.386.000.000 - 100 Fonte: Gleick, P. H, 1996: Recursos de água. Na Enciclopédia do Clima e Tempo, ed. Por Superlogo H. Schneider, Oxford University Press, Nova Iorque, vol. 2, pág. 817-823 Como podemos ver, a água no planeta é abundante. Mas o que acontece quando o homem interfere no ciclo da água? As consequências são diferentes: Considere uma torneira aberta por 30 segundos. Basta circular pela tubulação hidráulica, a partir de uma pia, para a água deixar de ser considerada não potável. Outro exemplo a ser avaliado: quando a água da chuva cai sobre a rua asfaltada em uma metrópole e escoa pela rede pluvial, em um curto percurso, a água já passa a ser considerada poluída. Atividades 1. O material desagregado pelo processo de (..................) é transportado pela água, ventos ou geleiras, até que se deposite em algum local propício, na forma de sedimentos. A palavra adequada para preenchimento da lacuna é: a) vulcanismo b) sedimentação c) oxidação d) compactação e) erosão 2. Que denominação recebem as rochas associadas aos processos vulcânicos? a) sedimentares b) fragmentadas c) magmáticas d) metamórficas e) decompostas 3. Ao capeamento natural não consolidado, ao que se preserva sobre a superfície intemperizada é dado o nome de? a) ciclo das rochas b) zona de falhamento c) manto de intemperismo d) placa tectônica 4. A remoção de materiais intemperizados de sua área de ocorrência, tendo como agente o vento, a água ou as geleiras, recebe o nome de: a) intemperismo físico b) erosão c) intemperismo químico d) bacia sedimentar e) alinhamento estrutural 5. Considerando o ciclo biogeoquímico da água, a foto exibida a seguir mostra que etapa? a) Infiltração b) Precipitação c) Evapotranspiração d) Descarga de um aquífero e) Nenhuma resposta está correta Notas Reações químicas 1 Ao intemperismo químico atuante ao longo do tempo, poucos minerais são capazes de resistir. O quartzo (SiO2) é um destes. Título modal 1 Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos.Referências BRANCO, Pércio de Moraes. Algumas gemas clássicas. In Dicionário de Mineralogia e Gemologia. São Paulo: O�cina de Textos 2008 Disponível em: //www cprm gov br/publique/Redes Institucionais/Rede de Bibliotecas Rede Ametista/Algumas javascript:void(0); Textos, 2008. Disponível em: //www.cprm.gov.br/publique/Redes-Institucionais/Rede-de-Bibliotecas---Rede-Ametista/Algumas- Gemas-Classicas-1104.html. Acesso em: 6 set. 2019. LEINZ, Viktor; AMARAL, S.E. Geologia Geral. Cia Editora Nacional, 2003. MENDES, Erica. A Escala de Mohs: ferramenta avalia a dureza de um mineral. Disponível em: https://feninjer.com.br/a-escala- de-mohs-ferramenta-avalia-a-dureza-de-um-mineral. Acesso em: 10 set. 2019. MONROE, James S.; CARNEIRO, Mauricio. Geologia. Cengage Learning, 2018. TEIXEIRA, W. et al. Decifrando a Terra. Editora USP. O�cina de Textos, 2003. WATER Science School. O Ciclo d’água. Disponível em: https://water.usgs.gov/edu/watercycleportuguese.html Acesso em: 8 set. 2019 Próxima aula Dinâmica externa da Terra; Teoria das placas – abalos sísmicos; Processos aluviais; eólicos; Processos sedimentares; a ação geológica do gelo; e a �siogra�a do leito marinho . Explore mais Leia o texto O Ciclo d’água . javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0); javascript:void(0);