Aula 3_Origem do Universo_Meteoritos_Magnetismo_Interior da Terra_Isostasia

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PROF° WELLINGTON SANTOS
UERJ/FEBF
 Os cientistas associam a origem da Terra ao 
BIG BANG (grande explosão);
 Há 13,7Ba o Universo era um único ponto 
quente e com muita energia;
 Por razões ainda desconhecidas, explodiu, 
dando origem a todos os astros. 
1 ano-luz é a distância 
percorrida pela luz em 
um ano; 
Isso é 9,5 quatrilhões
de quilômetros. 
Velocidade da luz no 
vácuo: 299.792.458 m/s
 A Terra é o resultado do acúmulo de poeira 
cósmica e fragmentos gerados pelo BIG BANG;
 Esses materiais se atraíram e se compactaram
formando a Terra – processo de acreção; 
 Com a análise das rochas e fósseis é possível 
estudar as mudanças que ocorreram na Terra; 
 Assim, podemos organizar a história do planeta.
 Em massa, a matéria do universo é 
constituída aproximadamente de:
 75% de Hidrogênio;
 24% de Hélio;
 1% dos demais elementos químicos.
 As estrelas e as galáxias só apareceram aos 
300 milhões de anos. 
 O Sistema Solar surgiu aos 8,7 Ba. A Terra 
tem aproximadamente 4,6 Ba;
 Aos 10 Ba surgiram as primeiras formas de 
vida (cianobactérias); 
 Animais primitivos (águas-vivas e conchas) 
apareceram 3 Ba mais tarde;
 Os primeiros mamíferos evoluíram de répteis 
quando o universo tinha 13,5 Ba. 
 Surgiu após 13,7Ba da origem do universo;
 Se essa pequena história ocorresse em 24h, o 
Homo sapiens só teria surgido nos últimos 4s;
 Ou seja, às 23h 59m 56s. 
 São fragmentos de matéria sólida provenientes 
do espaço;
 A imensa maioria é pequena e destruída pelo 
atrito no seu ingresso na atmosfera da Terra;
 São popularmente chamados de estrelas 
cadentes; 
 São observados em noites escuras e sem 
nuvens. 
 Alguns com muitas toneladas produziram 
crateras de grande impacto – astroblema;
Cratera do Arizona (EUA) - Meteorito de 
150 mil ton. Chocou-se com a Terra há 50 
mil anos. Depressão com 1.200m de 
diâmetro e 183m de profundidade. 
Cratera de Vargem Grande (Estação Colônia, 
Parelheiros, sul de SP) – 3.000m de diâmetro. 
Ocorreu em época ainda não determinada. 
Hoje preenchida por sedimentos. 
Cratera de Vargem Grande 
(Estação Colônia, 
Parelheiros, sul de SP) –
Modelo de elevação de 
terrenos. 
 A provável origem desses meteoritos é o 
cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter;
 A composição química de alguns meteoritos 
sugere uma proveniência da Lua e marte;
 Há cerca de 40.000 amostras de meteoritos. 
São estudados pela meteorítica; 
 Os meteoritos subdividem-se em classes e 
subclasses;
 De acordo com suas estruturas internas, 
composições químicas e mineralógicas;
 São três classes: Rochosos (95%); Metálicos
(Sideritos – 4%) e ferro-pétreos (Siderólitos – 1%). 
 Podemos dividi-los em subclasses: Condritos
(86%) e Acondritos (9%);
 Entre os Condritos temos os ordinários (81%), 
que possuem côndrulos, e carbonáceos (5%);
 Os côndrulos são glóbulos esféricos ou elipsoidais, 
com diâmetros sub-milimétricos (0,5-1mm);
 Os côndrulos são constituídos de minerais 
silicáticos (Olivinas, piroxênios e plagioclásios).
Os condritos ordinários consistem em aglomerações de côndrulos. Nos interstícios entre 
os côndrulos aparecem materiais metálicos (ligas de ferro e níquel). 
 São considerados como sendo corpos primitivos 
do Sistema Solar;
 Fragmentos de corpos parentais maiores, mais 
ou menos homogêneos em composição;
 Os planetésimos não chegaram a sofrer 
diferenciação química;
 Permaneceram sem transformações importantes 
nas suas estruturas internas. 
 São considerados os mais primitivos e menos 
diferenciados. Não possuem côndrulos;
 Seus corpos parentais foram menos aquecidos, 
pois estavam situados a maior distância do Sol;
 Formados em processos de diferenciação 
geoquímica no interior de corpos parentais;
 Diferente dos planetésimos que deram origem 
aos condritos, atingiram dimensões superiores
que permitiram a fusão interna;
 A fusão levaria à separação entre as fases 
metálicas (sideritos) e silicáticas (acondritos). 
Siderito de Cooperstown (EUA) – Face polida mostrando a estrutura 
típica de Widmanstatten, produzida pelo intercrescimento de lamelas 
de dois minerais diferentes, ambos constituídos de Fe e Ni. 
Encontrado em 1784 no sertão do estado da Bahia. Possui 5.360 kg e é o maior siderito já 
encontrado no Brasil. Em 1888 passou a integrar o acervo do Museu Nacional. 
 Na fase final da evolução dos corpos parentais, 
tanto os diferenciados como os não 
diferenciados colidiram entre si;
 Fragmentaram-se e produziram objetos 
menores, como os atuais asteroides;
 Muitos fragmentos resultantes das colisões que 
cruzam a órbita da Terra são capturados 
(gravidade) por ela como meteoritos. 
 Estabelecimento da cronologia dos eventos 
ocorridos durante a evolução do Sistema Solar;
 As idades dos meteoritos tem revelado valores 
entre 4,6 a 4,4 Ba;
 A agulha de uma bússola é 
uma pequena barra de 
imã. O imã possui um polo 
norte magnético e um 
polo sul magnético, sendo 
envolvido por um campo 
magnético;
 Ao espalhar limalha de 
ferro por cima do imã 
temos uma ideia da 
orientação do campo 
magnético gerado por ele.
 O campo magnético da 
Terra não é simétrico 
como a barra de imã;
 A pressão dos ventos 
solares é capaz de 
modificar o campo 
magnético terrestre 
(magnetosfera);
 A magnetosfera protege 
a superfície do planeta 
das partículas de alta 
energia do vento solar. 
 O magnetismo natural da Terra já era conhecido 
séculos atrás;
 Bússolas eram utilizadas há 1.100 anos a.C pelos 
chineses;
 A bússola é uma agulha imantada atraída pelo 
polo magnético;
 A Terra se comporta como um imã, possui 
magnetismo próprio. 
 No extremo de um imã, onde as linhas de força do 
campo magnético são direcionadas para fora, 
chamamos de polo “norte”; 
 O outro extremo , onde as forças são direcionadas 
pra dentro, denomina-se polo “sul”;
 Ao adotarmos essa convenção de polo norte e sul, 
no caso da Terra, o polo norte magnético é na 
verdade o polo sul magnético e vice-versa. 
 Seguindo a orientação da bússola para atingir o 
polo norte, é provável que não cheguemos lá;
 Isso porque a localização dos polos magnéticos 
da Terra difere dos polos geográficos; 
 Podemos representar a declinação magnética da 
superfície terrestre num mapa;
 Se unirmos os pontos de mesmo valor 
obteremos um mapa com linhas de isovalores.
Polos Norte e Sul geográficos 
(círculos azuis);
1 - Polo Norte magnético na costa 
norte do Canadá (círculo branco)
2 - Polo Sul magnético está ao leste 
da Antártica, no oceano Pacífico 
(círculo branco). 
 Comparando as linhas de isovalores nos mapas 
de declinação de 1800 e 1980 vemos que: 
 A diferença entre elas é a linha de declinação zero 
que passava a leste da América do Sul (Atlântico-
1800). Em 1980 está na costa do pacífico;
 O magnetismo da Terra não é estático como nos 
imãs. Os polos magnéticos não são fixos, se 
deslocam 0,2°/ano, de leste para oeste. 
1800 1980
 Os polos magnéticos apesar de se deslocarem 
continuamente, não se afastam muito dos polos 
geográficos;
 Permanecem a distâncias máximas de 30° a 40° em 
latitude;
 Às vezes, esse deslocamento é maior atingindo 
latitudes equatoriais;
 Nesses casos, diz-se que o campo geomagnético 
fez uma excursão magnética. 
 Muitos dos minerais presentes na crosta são 
magnéticos;
 Quando um mineral magnético está se 
formando (durante a cristalização de um 
fundido magmático):
 O magnetismo do mineral irá se orientar 
paralelamente ao campo magnético. 
 Perto do equador, as 
linhas do campo 
magnético estão 
orientadas 
horizontalmente;
 O retângulo preto 
indica como estará 
orientado o 
magnetismo em um 
mineral magnético 
 O magnetismo de um mineral formado perto do 
polo Norte está orientado verticalmente. 
 O magnetismo de uma rocha pode ser usado 
para descobrir em que latitude a rocha foi 
formada;
 Isto nos fornece uma ferramenta para 
monitorar o movimentodas placas tectônicas 
ao longo do tempo.
 Vulcão que nasceu 
há 300 Ma a uma 
latitude de 60º;
 Quando a lava se 
cristalizou, o 
magnetismo da 
rocha foi orientado 
paralelamente ao 
campo magnético.
 150 Ma depois a placa 
moveu-se para a 
latitude de 30º;
 O magnetismo dessa 
erupção é diferente do 
magnetismo das rochas 
formadas há 300Ma. 
 Hoje o vulcão está 
próximo ao equador;
 A orientação do 
magnetismo das 
rochas nos diz que:
 O vulcão, e a placa 
litosférica na qual ele 
se situa, se moveu ao 
longo do tempo. 
 Muitas vezes, os polos magnéticos mudam 
de hemisfério;
 Nesse caso diz-se que o campo sofreu uma 
inversão de polaridade;
 Essa nova configuração de polaridade pode 
durar desde alguns a várias dezenas de Ma.
 As inversões de polaridade ocorreram com 
frequência durante a história da Terra;
 Nenhuma aconteceu nos últimos milênios, ou em 
épocas em que pudessem ser observadas;
 Essa informação fica gravada nas rochas na forma 
de um magnetismo fóssil. 
 A magnetização pode ser medida com o uso de 
aparelhos sensíveis chamados magnetômetros. 
 O mineral magnético mais comum na crosta 
terrestre é a magnetita;
 Sob temperaturas elevadas o magnetismo do cristal 
magnético orienta-se segundo o campo magnético;
 Quando a magnetita esfria para uma temperatura 
abaixo de 580ºC, o magnetismo no mineral congela. 
 Essa é a temperatura ou ponto de Curie do mineral 
(magnetita-580ºC); 
 Nos anos 60 um estudante de 
arqueologia fez uma 
descoberta interessante, 
quando mediu o magnetismo 
das rochas em torno de uma 
fogueira pré-histórica;
 Todas a rochas possuíam a 
mesma orientação 
magnética, mas na direção 
oposta à do campo 
magnético atual. 
 Quando o homem pré-
histórico construiu a 
fogueira, o magnetismo 
das rochas estava 
orientado aleatoriamente;
 O campo magnético 
terrestre estava orientado 
na direção aposta ao da 
atual. 
 Quando a fogueira foi 
acesa, a temperatura das 
rochas aumentou 
imediatamente acima da 
temperatura de Curie dos 
minerais presentes nas 
rochas;
 Como resultado o 
magnetismo das rochas se 
orientou segundo o campo 
magnético. 
 Mais tarde, quando o 
campo magnético se 
inverteu, as rochas já 
estavam frias com 
temperatura abaixo da 
temperatura de Curie 
de seus minerais;
 O magnetismo foi 
“congelado”. 
 Cada um dos derrames de lava ficou magnetizada segundo a direção 
do campo magnético terrestre existente no momento da sua 
formação. A sequência de derrames de lavas preservou um registro 
das inversões do campo magnético terrestre. 
 Laranja – épocas de 
polaridade magnética 
atual;
 Azul – épocas de 
polaridade inversa;
 Algumas épocas de 
polaridade magnética 
duraram 500 mil anos. 
 O campo magnético da Terra ainda não é 
totalmente compreendido;
 Muitos pesquisadores concordam que o campo 
magnético é gerado pelas correntes convectivas 
existentes no núcleo externo líquido. 
 A teoria mais aceita é a proposta de um 
mecanismo de dínamo que atua no núcleo 
externo;
 O fluido metálico que compõe o núcleo externo 
está em movimento na presença de um campo 
magnético já existente;
 Que seria o fraco campo magnético que 
permeia o sistema solar.
 Isso produz correntes elétricas por indução, que 
formam espirais conforme:
 A rotação da Terra;
 E os movimentos de convecção. 
 Formando um campo magnético do tipo bipolar;
 A ação do campo inicial deixa de ser necessária.
 Por isso o dínamo geomagnético é dito 
autossustentável, pode se manter sozinho;
 Enquanto existir uma fonte de calor para 
manter o fluido em movimento. 
 A distância entre a superfície da Terra e seu 
núcleo é de cerca de 6.000km;
 Mas a atual tecnologia não nos permite perfurar 
mais do que 15km através da crosta;
 Contudo, sabemos muito acerca da composição, 
estrutura e processos do interior da Terra. 
 Podem fornecer informações consideráveis 
sobre o interior da Terra;
 Comportam-se de modo semelhante às ondas 
luminosas;
 São refletidas e refratadas quando são 
transmitidas de uma rocha para outra
Luz passando do ar para o vidro e do vidro para o ar novamente. A energia é refratada e refletida.
 Para a realização de um estudo sísmico é 
necessário uma fonte de energia (explosivos);
 A fonte de energia liberada gera uma onda 
sísmica; 
 A onda propaga-se em todas as direções a 
partir da fonte. 
 A velocidade de uma onda sísmica depende 
da densidade da rocha que esta atravessa; 
 A onda que atinge o nível mais profundo na 
crosta retorna à superfície mais tarde do que 
as ondas refletidas nos níveis superiores;
 A velocidade da propagação da onda é usada 
para calcular a profundidade da fronteira 
onde a onda se reflete. 
As companhias petrolíferas 
realizam ensaios sísmicos em 
busca de petróleo e gás;
O navio sismográfico arrasta 
uma fonte de energia com 
geofones;
A profundidade das 
diferentes camadas rochosas 
é calculada pelo:
Tempo que a onda leva 
viajando da fonte até onde é 
refletida;
Regressa à superfície onde é 
detectada pelos geofones. 
 Mohorovic, um sismologista Iugoslavo, descobriu 
em 1909 que nem sempre a trajetória mais curta 
das ondas sísmicas é a mais rápida;
 Do foco ao sismógrafo (200km), as ondas P tinham 
encontrado um atalho através das rochas com uma 
densidade superior à da crosta, através do manto. 
 A fronteira entre a crosta e o manto é designada 
como Descontinuidade de Mohorovic (Moho) . 
 A fronteira representa uma mudança abrupta na 
velocidade de propagação das ondas sísmicas;
 Se a Terra fosse feita de 
um único material de 
densidade constante da 
superfície ao centro: 
 as ondas sísmicas se 
propagariam em linhas 
retas a partir do foco 
sísmico. 
 O aumento da pressão em 
profundidade é responsável 
pelo aumento da densidade 
das rochas;
 O aumento da densidade
leva ao aumento da 
velocidade sísmica em 
profundidade. Assim, as 
ondas são refratadas. 
 As ondas S liberadas pelo sismo são registradas 
pelos sismógrafos no setor entre 0º e 105º;
 As ondas S não se propagam através de líquidos. 
Assim, param quando atingem o núcleo externo;
 A distância entre a superfície terrestre e o limite 
manto/núcleo (2.900km) pode ser medida:
 Com base no tamanho da zona de sombra sísmica 
das ondas S. 
 As ondas P podem se propagar através de líquidos;
 Contudo, são refratadas nas interfaces entre as 
diferentes zonas pelas quais se propagam;
 Tanto no limite entre manto/núcleo externo, como 
no limite núcleo externo/núcleo interno;
 Na zona entre 105º e 140º nunca são registradas 
ondas P. 
 O tamanho do núcleo externo foi calculado 
com base no tamanho da zona de sombra 
sísmica das ondas P e S;
 O tamanho do núcleo interno foi 
determinado pela velocidade de propagação 
das ondas P refletidas:
 Na interface núcleo externo/núcleo interno. 
 Existem dois tipos de crosta:
 1 – Crosta oceânica – constituída essencialmente 
por basalto e gabro (rochas máficas);
 2 – Crosta continental – constituída por grande 
variedade de rochas; contudo a composição 
média é granítica (rocha félsica). 
 A parte superior do manto é composta por rochas de 
resistência mecânica semelhante às rochas crustais;
 Esta parte do manto é frequentemente designada 
por manto litosférico; 
 Uma pequena percentagem do material 
astenosférico encontra-se fundido; 
 Isto torna a astenosfera mecanicamente mais fraca 
do que o manto litosférico. 
 A crosta e o manto litosférico compõem a 
litosfera. 
 Repousa sobre a astenosfera
mecanicamente mais fraca; 
 A litosfera é composta por placas tectônicas 
que se movem umas em relação às outras. 
 Na crosta continental 
a velocidade das 
ondas S é de 3,5km/s;
 Composição granítica.
 No manto litosférico
as ondas S propagam-
se a mais de 4km/s;
 O manto é mais denso 
(Mg, Fe, Si e O);
 A olivina é o mineral 
mais abundante nos 
400km iniciais. 
 Quandoas ondas S
atravessam a 
interface entre o 
manto litosférico e a 
astenosfera a sua 
velocidade diminui; 
 Presença de material 
fundido. 
 O aumento da 
pressão leva ao 
aumento da 
densidade das 
rochas;
 Isso aumenta a 
velocidade das 
ondas S. 
 Entre 400 e 460km a 
pressão torna-se muito 
elevada para a estrutura 
da olivina;
 Os íons (Mg, Fe, Si e O) 
se reorganizam em uma 
estrutura mais densa 
chamada espinélio;
 Aumento da velocidade 
das ondas sísmicas. 
 Abaixo dos 460km a 
velocidade das ondas 
S aumenta
sucessivamente;
 Consequência do 
aumento da pressão. 
 Entre 650 e 700km ocorre 
outra fase de transição;
 Os íons (Fe, Mg, Si e O) se 
reorganizam na estrutura 
da perovskita mais densa;
 Aumento da velocidade 
das ondas S. 
 Abaixo dos 700km a 
velocidade das ondas S
aumenta 
sucessivamente;
 Consequência do 
aumento da pressão. 
 A densidade dos materiais da Terra aumenta 
em profundidade;
 Crosta – densidade entre 2,7 e 3g/cm³;
 Manto superior – 3,5g/cm³;
 Interface manto/núcleo – 5g/cm³.
 O aumento da densidade em profundidade é 
resultado do aumento da pressão. 
 O aumento da densidade na transição do núcleo 
externo para o núcleo interno é devido a: 
 Densidade do ferro sólido (núcleo interno) ser 
superior a do ferro líquido (núcleo externo). 
 Na crosta e no manto a velocidade das ondas 
sísmicas varia com a densidade;
 Na interface manto-núcleo as ondas S se 
extinguem (não se propagam em líquido);
 As ondas P propagam-se através do núcleo 
externo e do núcleo interno; 
 Contudo, com uma velocidade 
significativamente inferior a do manto. 
 As ondas P deslocam-se a grande velocidade no 
manto, sofrendo uma grande redução ao 
atravessarem a descontinuidade de Gutenberg;
 Ocorre a passagem de um meio sólido para um 
meio líquido (neste último têm mais dificuldades 
em propagar-se); 
 Contudo, a sua velocidade vai aumentando 
gradualmente devido ao aumento de pressão e 
logo da consistência do material. 
 No diagrama veremos que a curva vermelha
é o gradiente geotérmico;
 Mostra como a temperatura varia em 
profundidade;
 A temperatura no centro da Terra está, 
provavelmente, acima dos 6.000ºC. 
 A curva azul mostra como a temperatura de 
fusão dos materiais aumenta em profundidade;
 Apesar da temperatura do núcleo interno ser 
elevada, encontra-se abaixo da temperatura 
necessária para fundir os materiais presentes;
 Contudo, a temperatura no núcleo externo é 
suficientemente elevada para fundir (líquido). 
 Podem explicar os movimentos verticais da 
crosta;
 Pense num pedaço de gelo flutuando num balde 
de vidro cheio de água:
 Densidade do gelo – 0,9g/cm³;
 Densidade da água – 1 g/cm³.
 A Lei de Arquimédes nos diz que 1/10 da 
massa do gelo estará acima do nível da água;
 Esta condição é designada por 
equilíbrio isostático. 
 Um outro pedaço de gelo é colocado por 
cima do primeiro;
 Se olharmos para os dois pedaços como um 
só, mais do que 1/10 do gelo se encontra 
acima do nível de água;
 Esta condição é designada por desequilíbrio 
isostático. 
 Para atingir o equilíbrio uma vez mais, a massa 
total do gelo terá que afundar mais na água; 
Desequilíbrio isostático Equilíbrio isostático 
 Outra situação de desequilíbrio isostático 
ocorre quando os dois pedaços de gelo estão 
completamente abaixo do nível da água;
 Para obter o equilíbrio isostático, os dois 
pedaços de gelo sobem. 
 A litosfera desloca-se verticalmente para 
conseguir alcançar um equilíbrio isostático 
com a astenosfera;
 A astenosfera não é líquida, mas é muito 
dúctil. É muito viscosa;
 A litosfera flutua na astenosfera, assim como 
o gelo flutua na água. 
 Durante uma glaciação, forma-se uma espessa 
camada de gelo acima da litosfera;
 O peso da camada de gelo perturba o equilíbrio 
isostático;
 A litosfera abaixo da camada de gelo afunda para 
maiores profundidades na astenosfera;
 Como a astenosfera é viscosa, é necessário muito 
tempo até que se atinja o equilíbrio isostático. 
 Quando o gelo derrete o sistema encontra-se 
novamente em desequilíbrio isostático;
 É necessário muito tempo até que se atinja o 
equilíbrio isostático (astenosfera viscosa);
 Na Escandinávia, a camada de gelo retraiu-se há 
cerca de 10.000 anos atrás;
 Mas o equilíbrio isostático ainda não foi atingido 
nesta zona – o terreno ainda está soerguendo. 
 TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M. C. M.; FAIRCHILD, 
T. M.; TAIOLI, F. (Orgs). DECIFRANDO A 
TERRA. São Paulo: Oficina de Textos. 2000.
 https://www.nbvm.no/index.html