GEOCIENCIAS E GEOLOGIA AMBIENTAL

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GEOCIENCIAS E GEOLOGIA AMBIENTAL
CAPÍTULO 1 - O PLANETA TERRA É DINÂMICO?
Allan Segovia Spadini
INICIAR
Introdução
Você sabia que entender o passado da Terra é importante para que possamos entender o nosso presente e o futuro? A Geologia é uma ciência voltada para o entendimento da Terra sólida, a superfície do planeta e seu interior, as rochas que a compõe e os processos que provocam mudanças no decorrer do tempo.
Neste capítulo, você estudará os conceitos básicos da Geologia, a origem do Universo e do nosso planeta e, finalmente, irá ver como conhecemos sobre a estrutura do planeta e sua dinâmica.
Para isso, você irá compreender quais são os elementos químicos que podem ser encontrados no nosso planeta. Você sabe onde esses elementos foram formados? Para entender nosso planeta, você será convidado a compreender sobre a formação e estrutura do Universo. Como os elementos químicos são sintetizados nas estrelas. Assim, será possível entender como nosso planeta foi formado.
Você também será convidado a fazer alguns questionamentos: Como nós conhecemos tanto sobre a Terra? Com isso, poderão ser introduzidos os conceitos fundamentais relacionados ao tempo geológico, à estrutura interna da Terra e à tectônica de placas. Como os eventos observados na atualidade permitem inferir sobre o passado, presente e futuro do planeta Terra? Com esse conhecimento, o impacto da geologia no seu dia a dia ficará mais claro.
1.1 Conceitos, histórico e divisão da Geologia
Como a geologia é a ciência que estuda a Terra - origem, composição, evolução e funcionamento -, o conhecimento daí advindo poderá contribuir para desenvolver e preservar os habitats que o planeta abriga (SILVA, 2008).
Você sabe o que os geólogos fazem? Eles tentam descrever a estrutura da Terra abaixo da superfície e os processos que mudam sua estrutura. Desse modo, eles trabalham tentando encontrar petróleo e diversos outros tipos de recursos minerais, prevenindo desastres naturais os ficam na academia investigando os mais diversos problemas, como a formação e a estrutura da Terra, a posição dos continentes no passado, a dinâmica dos vulcões, entre outros assuntos.
Onde surgiu a Geologia? De acordo com More (1956), na Grécia antiga foram desenvolvidos os primeiros conceitos geológicos. Eles tratavam da origem da Terra. Já no século IV A.C., Aristóteles fez observações sobre a lenta taxa de mudanças geológicas no meio ambiente. Ele observou a composição dos terrenos e formulou uma teoria onde as mudanças na Terra não poderiam ser observadas durante a vida de um ser humano. Seu sucessor, o filósofo Teofrasto, foi capaz de descrever diversos minerais e minérios das minas locais.
Ainda em More (1956) foi evidenciado que mais tarde, no período romano, Plínio produziu uma longa discussão sobre diversos minerais e metais. Ele foi capaz de definir as bases da cristalografia, a ciência experimental que determina o arranjo dos átomos em sólidos cristalinos.
Em Bosworth e Asimov (2000) é mostrado que na idade média, Abu al-Rayhan al-Biruni foi um dos primeiros a analisar a geologia da Índia e fez a hipótese de que o subcontinente desse país já teria sido um oceano. Ibn Sina, um pesquisador persa, escreveu uma enciclopédia contendo observações sobre mineralogia, meteorologia, formações de montanhas, fontes de água, origem dos terremotos e a diversidade dos terrenos encontrados na Terra.
Como relatado em Cuttler (2004), já no século XVII, ocorriam debates entre religião e ciência sobre a origem da Terra. Esse tipo de discussão deu origem a observações sistemáticas dos estratos observados na Terra. Eles podem ser definidos como camadas horizontais de rocha que têm aproximadamente a mesma composição. Nessa época, surgiu Nicolas Steno, considerado um dos fundadores da estratigrafia e responsável pelas leis de Steno e as leis de estratigrafia, as quais são utilizadas até hoje na datação relativa de rochas.
Entretanto, segundo Waterston e Macmillan Shearer (2006), o escocês James Hutton, do século XVIII, é considerado o pai da geologia moderna. Através de observações e argumentos, ele passou a acreditar que a Terra está sendo formada continuamente. Também reconheceu que a história da Terra pode ser determinada através de processos como a erosão e a sedimentação, presentes nos dias atuais. Atualmente, a geologia continua com a sua tradição na caracterização e determinação da origem da Terra.
No século XIX, a indústria de mineração e a revolução industrial estimularam o rápido desenvolvimento do entendimento da coluna estratigráfica. Essas motivações econômicas fizeram com que os governos custeassem as pesquisas geológicas. Já no final desse século, a idade da Terra foi estimada em milhões de anos. No início do século XX, a datação radiométrica foi desenvolvida. Em 1921, os participantes do encontro da Associação Inglesa de Avanços da Ciência chegaram ao consenso de que a Terra tinha alguns bilhões de anos de idade.
Wegener (1912) propôs a teoria da Deriva Continental, a qual diz que as formas dos continentes e o fato das formas das costas dos continentes se encaixarem indicam que eles já foram unidos no passado, formando uma única massa chamada de Pangea. Essa teoria forneceu uma explicação alternativa para a formação das montanhas. A teoria de Tectônica de Placas, a mais aceita na atualidade, surgiu com base nessa teoria.
Teixeira et al. (2003) diz que atualmente, a geologia busca integrar conhecimento, considerando a Terra num contexto mais abrangente, levando em consideração também a atmosfera, a biosfera e a hidrosfera. Satélites localizados no espaço tiram uma grande quantidade de fotos do Planeta, sendo capazes de medir outros parâmetros, como a topografia, a gravidade e o magnetismo da Terra. Algumas das aplicações incluem a habilidade de produzir mapas geologicamente detalhados, localizar recursos de energia natural e prever desastres naturais.
Hoje, a Geologia pode ser dividida em diferentes ramos, de acordo com CK-12 (2012):
· Geoquímica: estudo dos processos químicos que formam e mudam a Terra. Dessa forma, podemos incluir o estudo dos ciclos de matéria e energia que transportam os componentes químicos e a interação desses ciclos com a hidrosfera e a atmosfera.
· Geofísica: estuda a Terra através dos fenômenos físicos. Incluindo o eletromagnetismo, a gravidade, o magnetismo, a radioatividade e as ondas sísmicas.
· Oceanografia: estuda a composição e o movimento da coluna de água e os processos responsáveis por esse movimento.
· Paleontologia: essa área foca no estudo de fósseis, o que eles revelam sobre a história do nosso Planeta e na forma como os antigos organismos viveram.
· Sedimentologia: estudo dos grãos de sedimento nos mais diversos tipos de depósitos, com foco especial nas propriedades físicas e processos que formam um depósito.
Todo o conhecimento adquirido até a atualidade tornou possível que os geocientistas entendessem melhor nosso Planeta. É com o tópico de formação do Planeta Terra que iniciaremos nossos estudos para entender como a Terra surgiu e chegou ao seu estágio atual.
1.1.1 Formação do Planeta Terra
Diante do apresentado precisamos entender como a Terra se formou. Atualmente acredita-se que o planeta Terra surgiu há aproximadamente 4,5 bilhões de anos. 
Em um artigo do Instituto de Geociências da USP são descritas as formas pelas quais conseguimos determinar a idade das diferentes rochas da superfície terrestre e, consequentemente, determinar a idade da Terra. Para ler, acesse: <http://www.igc.usp.br/index.php?id=304>.
Grotzinger (2013) diz que o material mais antigo do Sistema Solar é datado em aproximadamente 4,56 bilhões de anos e acredita-se que a Terra primordial tenha se formado há 4,54 bilhões de anos. A formação e a evolução dos corpos do Sistema Solar ocorreram em conjunto com a formação do Sol. Algumas teorias dizem que uma Nebula solar - uma nuvem de poeira com diversos materiais, como gás, grãos de gelo e poeira (incluindo nuclídeos primordiais) -  entrou em colapsou devido à gravidade. Com isso, começou a girar e seachatar em um disco estelar. De acordo com a teoria nebular, os planetesimais foram formados por acresção com a Terra primordial, tendo levado cerca de 10 a 20 milhões de anos para se formar.
De acordo com Teixeira et al. (2003) A Terra surgiu como um planeta quente formada a partir de uma massa de poeira girando ao redor do Proto-Sol, que culminou na colisão de diferentes corpos no Sistema Solar. Mesmo com o seu resfriamento, continuou como um planeta vivo com um núcleo quente, campo magnético ativo e movimento de placas tectônicas. Para entender a formação da Terra, podemos olhar para a formação de outros sistemas solares distantes e para o ciclo de vida das estrelas.
Segundo Guinan e Ribas (2002) a atmosfera da Terra e os oceanos foram formados por atividade vulcânica e desagregação, o que inclui vapor de água. A origem dos oceanos se deu pela condensação aumentada pela água e gelo trazidos por asteroides, protoplanetas e cometas. Nesse modelo, gases de efeito estufa mantiveram os oceanos quentes, evitando que eles congelassem quando o Sol tinha apenas 70% da sua luminosidade atual. Há cerca de 3,5 bilhões de anos, o campo magnético da Terra foi estabelecido, o que ajudou a proteger a atmosfera dos ventos solares.
Teixeira et al. (2003) diz que a crosta da Terra foi formada quando a camada mais externa se resfriou, formando um sólido. Existem dois modelos principais que explicam as massas de Terra. No primeiro, é assumido um crescimento contínuo e, no segundo, um crescimento rápido, ambos seguidos por uma área continental de longa duração. Os continentes se formaram pela tectônica de placas, processo constituído pela perda contínua de calor do interior da Terra. Isso fez com que surgissem supercontinentes que posteriormente se quebraram. Aproximadamente 750 milhões de anos atrás, um dos mais antigos supercontinentes conhecidos, o Rodínia, começou a se dividir. Os continentes posteriormente se combinaram para formar a Pannotia, há 600-540 milhões de anos. Finalmente, o continente Pangea se dividiu há 180 milhões de anos.
Outro ponto importante é o padrão de idades dos gelos que ocorreu na Terra. Esse padrão começou há cerca de 40 milhões de anos, intensificando há cerca de 3 milhões de anos. Regiões de altas latitudes passaram por repetidos ciclos de glaciação e descongelamento. Esses períodos se repetem em torno de 40 a 100 mil anos. A última glaciação ocorreu há 10 mil anos. 
1.2 A origem, evolução e organização do Universo
Atualmente acredita-se na teoria do Big Bang. Segundo Teixeira et al., (2003), essa pode ter sido a situação existente há cerca de 15 bilhões de anos. O ponto de partida para tudo o que nos diz respeito foi dado a partir de um ponto que reunia toda a matéria e energia do Universo. Sendo que esse ponto explodiu em um evento único e original. A partir do Big Bang, uma nuvem de poeira se espalhou em todas as direções. Posteriormente, partes dessa nuvem foram se reunindo, formando aglomerados. Esses aglomerados evoluíram formando estrelas. 
Você já reparou que o som de uma ambulância fica mais agudo quando ela se aproxima? Isso acontece por causa do Efeito Doppler. As ondas sonoras ficam mais próximas dando a impressão de que a frequência da onda que chega aos nossos ouvidos é mais alta levando a percepção de um som agudo. Como a luz também é uma onda, o mesmo efeito pode ser percebido quando observamos as galáxias. Galáxias que estão se afastando possuem um desvio para o vermelho e galáxias que estão se aproximando um desvio para o azul. Com base nessas informações é possível observar que todas as galáxias partiram de um ponto inicial no Universo.
Além disso, segundo Oliveira (2007) os elementos químicos existentes no Universo são sintetizados nas estrelas. Essa informação é obtida através da composição média de muitas estrelas estimadas através da espectrografia. Esse estudo utiliza dispositivos que dividem a luz nos diferentes comprimentos de ondas. Os átomos de determinados elementos emitem radiação adicional quando excitados, o que possibilita saber quais elementos constituem as estrelas. Os dados mostram que o Universo e a Terra são constituídos pelos mesmos elementos.
Uma matéria da revista Ciência Hoje descreve o ciclo vital das estrelas. Dessa forma, você será capaz de entender melhor como as estrelas sintetizam os elementos que podem ser encontrados na Terra. Diferentes tipos e estágios na vida das estrelas criam diferentes elementos. Acesse: <http://www.cienciahoje.org.br/noticia/v/ler/id/2817/n/a_morte_e_a_vida_nos_ceus/Post_page/5>.
Todos esses fatores são importantes para o entendimento do planeta Terra, sua origem e estrutura interna. Ao estudar os conteúdos a seguir, você saberá que os elementos mais densos se acumularam no centro do planeta formando o núcleo e entenderá um pouco sobre onde encontramos determinados tipos de recursos naturais.
1.2.1 O planeta Terra
Em Grotzinger (2013) é mostrado que o planeta Terra faz parte do Sistema Solar, tendo se formado ao mesmo tempo que os demais planetas, satélites, asteroides, cometas, poeira, gás e o próprio Sol. O Sistema Solar possui quatro planetas rochosos de pequeno tamanho chamados de internos, que são Mercúrio, Vênus, Terra e Marte. Os planetas internos são separados dos externos por um cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter. Os planetas externos, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, são gigantes gasosos.  
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Figura 1 - A Terra é o terceiro planeta do Sistema Solar e entra na categoria de planetas rochosos.Fonte: Derplan13, shutterstock, 2018.
A Terra possui uma massa de aproximadamente 6x1029g com uma densidade de aproximadamente 5,2g/cm³, raio equatorial de 6.378,2 km e volume 1,083x1012 km³, sendo aproximadamente um elipsoide de revolução com achatamento nos polos. Segundo Muggler et al. (2005), o relevo da superfície terrestre mostra um desnível máximo da ordem de 20 km (maior altitude: Monte Everest, com 8850 m, e maior depressão: fossa das Filipinas, com 11510 m). O raio da Terra é enorme quando comparado as altitudes e profundidades observadas na superfície. A maior profundidade atingida pelo homem foi através do poço super profundo de Kola, uma região da Rússia. A profundidade atingida foi de apenas 12 mil metros. A topografia local da Terra difere de um elipsoide de revolução perfeito. Entretanto, esses desvios são pequenos em uma escala global quando comparados ao raio da Terra. O desvio máximo é de apenas 0.17% na fossa das Marianas enquanto que o desvio observado no Monte Evereste é de apenas 0,14 %. De acordo com Gemael (1999) a Geodésia é o campo de estudo responsável por determinar as formas e mudanças nos formatos da Terra.
Com respeito a composição química em Brown e Musset (1993) é mostrado que a Terra é composta na sua maior parte por ferro (32,1%), oxigênio (30,1%), silício (15,1%), magnésio (13,9%), enxofre (2,9%), níquel (1,8%), cálcio (1,5%) e alumínio (1,4%). Os 1,2% restantes consistem em traços dos outros elementos. Devido a divisão de massas, o núcleo é primordialmente composto por ferro (88,8%), com uma quantidade menor de níquel (5,8%), enxofre (4,5%) e menos de 1% de elementos traços.
Os constituintes mais comuns das rochas da crosta são os óxidos conhecidos. O cloro, o enxofre e o flúor são importantes exceções a isso e sua quantidade total em qualquer rocha geralmente é muito inferior a 1%. Mais de 99% da crosta é composta principalmente de sílica, alumina, óxidos de ferro, calcário, magnésia, potássio etc.
1.2.2 Origem e estrutura interna e externa
Já foi mencionado que a Terra é fruto da colisão de diferentes corpos no início do Sistema Solar. Em Teixeira et al. (2003) é mencionado que após a sua formação, devido as suas altas temperaturas a Terra, foi capaz de se diferenciar, ficando com um núcleo metálico denso e um manto de material menos denso formado principalmente por silício. Como surgiu o sistema Terra-Lua?  Esse sistema ainda é alvo de pesquisas, sendo que a teoria mais aceita diz que um corpo de dimensões pouco maiores que Martecolidiu com a Terra. Após o impacto, esse corpo e parte do manto terrestre ficaram em pedaços, ocorrendo também a evaporação de diversos compostos voláteis. A maior parte do manto do objeto foi ejetado para uma situação orbital o que resultou na formação da Lua. Parte do núcleo metálico desse corpo foi incorporado à Terra. 
Andrija Mohorovicic foi um sismólogo que, em 1910, conseguiu descobrir uma descontinuidade nas propriedades mecânicas e químicas dos materiais geológicos. A velocidade das ondas sísmicas aumenta com a passagem da crosta para o manto. Essa é a descontinuidade de Moho, que divide a crosta e o manto da Terra.
Atualmente sabemos que a Terra possui uma distribuição heterogênea de elementos. Teixeira et al. (2003) diz que a densidade é o principal fator de diferenciação. Elementos mais densos tenderam a se concentrar no núcleo terrestre. Duas ferramentas importantes para o entendimento da estrutura interna da Terra são a sismologia e a meteorítica. A meteorítica assume que os meteoritos são pedaços de planetas que começaram a sua formação, mas não foram capazes de terminar. Por isso, entender a sua composição ajuda a entender a composição da Terra. Já a sismologia funciona como um ultrassom da Terra. Existem duas divisões possíveis para a estrutura interna da Terra conforme a figura a seguir.
No primeiro tipo apresentado em Grotzinger (2013), divide-se a Terra nas camadas crosta, manto e núcleo:
· crosta: é a camada externa da Terra com espessura média de 35 km e densidade média de 2,76g/cm³. Podemos dividir a crosta em crosta continental e crosta oceânica. A crosta continental é constituída primordialmente por rochas cristalinas (rochas ígneas e metamórficas) com um quantidade menor de rochas sedimentares;
· manto: essa é uma camada sólida e quente diretamente abaixo da crosta. Ambas são separadas pela descontinuidade de Moho. Possui densidade média de 4,5 g/cm³ sendo constituído por silicatos magnesianos ou sulfetos e óxidos;
· núcleo: ele pode ser dividido em núcleo externo e interno. O externo possui material metálico fundido e está em constante convecção. O interno é sólido devido às altas pressões. A densidade estimada para o núcleo é de 10,7g/cm³.
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Figura 2 - A Terra é dividida em diferentes camadas, sendo que a única que apresenta material fundido é o núcleo externo.Fonte: Diego Barucco, shutterstock, 2018.
Grotzinger (2013) mostra outra divisão possível a partir das propriedades físicas da Terra. Assim podemos dividir a estrutura interna da Terra em Litosfera, Astenosfera, Mesosfera e Núcleo, sendo o núcleo o mesmo do outro tipo de divisão.
· Litosfera: é sólida e constituída pela crosta mais a parte superior do manto. Com espessura que varia de 50 a 150 km.
· Astenosfera: possui comportamento plástico no decorrer do tempo geológico sofrendo convecção. Começa logo abaixo da litosfera e está situada entre 50 e 250 km de profundidade.
· Mesosfera: Fica entre a astenosfera e o núcleo e é uma camada rígida devido ao aumento de pressão.
No filme de ficção O Núcleo, o movimento de convecção do núcleo externo deixa de funcionar e, consequentemente, o campo magnético da Terra (nosso protetor contra as partículas emitidas pelo Sol) também deixa de existir. Nessa aventura, os heróis têm de viajar até o centro da Terra para resolver esse problema.
Com base nas informações expostas em Brown e Musset (1993), fica claro que os minerais mais densos se acumularam no centro do planeta. Entretanto, é possível encontrar algumas reservas de minerais na crosta terrestre. Como exemplos, temos alumínio, cálcio, ferro, magnésio, oxigênio, potássio, silício e sódio. Devido às interações que ocorrem na camada mais externa da Terra também podemos encontrar riquezas minerais como carvão, petróleo e gás.
Para conhecer o Sistema Terra, as partes do planeta e suas interações, precisamos saber dividir também os componentes externos desse sistema da estrutura da Terra. Conforme divididos em Silva (2008) estes são a atmosfera, hidrosfera e biosfera. 
· Atmosfera: Essa é a camada de ar que envolve a Terra.
· Hidrosfera: A camada de água da Terra. Incluindo rios, lagos, oceanos, mares e a água presente na atmosfera.
· Biosfera: É também chamada de ecosfera. É constituída pela biota e o meio com o qual a biota interage. 
1.3 O Tempo Geológico e a Evolução Geológica do Planeta
Quanto tempo os continentes que fizeram parte do Pangea levaram para se afastar até a posição atual? Segundo Rogers e Santosh (2004) este continente existiu há aproximadamente 335 milhões de anos. Esse fato mostra a dificuldade do ser humano de entender eventos tão distantes do nosso tempo aqui na Terra. O tempo geológico é um fator crucial para o entendimento dos conceitos de geologia. Os geólogos obtiveram a escala de tempo geológico a partir das relações observadas nas rochas. Atualmente também existe a ferramenta da datação radiométrica que permite obter com precisão a idade das rochas da crosta. Na verdade, existem dois tipos de solução para esse problema. O primeiro é determinar a idade relativa das rochas através de técnicas de aproximação, comparação entre os diferentes tipos de formação geológica e seu conteúdo fossilífero. Ou utilizar a já mencionada datação radiométrica que é uma técnica absoluta. Sendo que um fóssil é qualquer vestígio, impressão ou rastro de qualquer coisa viva de uma era geológica passada.
Marie Sklodowska Curie nasceu na Polônia e, posteriormente, foi naturalizada como francesa. Ela foi uma física e química que conduziu pesquisas pioneiras sobre radioatividade. Foi a primeira mulher a ganhar o prêmio Nobel. Dentre as suas conquistas, temos o desenvolvimento da teoria da radioatividade, técnicas para o isolamento de isótopos e a descoberta de dois elementos: o polônio e o rádio.
Nós contamos o tempo geológico a partir do momento em que a Terra obteve a sua massa atual. Para que a longa escala do tempo geológico pudesse ser entendida, essa foi dividida em unidades geocronológicas. Nesse caso, as maiores divisões são baseadas em grandes modificações na história da Terra. O tempo geológico foi dividido em Eons, que são subdivididos em Eras, que, por sua vez, são divididas em Períodos, os quais são divididos em Idades (veja figura a seguir).
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Quadro 1 - A Escala de Tempo Geológico traz a linha do tempo desde a formação da Terra até os tempos atuais.Fonte: Elaborada pelo autor, baseado em WINGE et al., 2010.
Temos também a croestratigrafia que é um tipo de classificação, como explicado a seguir: 
O objetivo geral da classificação cronoestratigráfica é a organização sistemática da sucessão de estratos da litosfera em unidades cronoestratigráficas que correspondem a intervalos de tempo geológico (unidades geocronológicas) como base para a cronocorrelação e como sistema de referência para o registro dos eventos da história geológica. (IBGE, 2018, p. 35).
No artigo da BBC “A ‘blasfêmia’ que contrariou a Bíblia sobre a verdadeira idade da Terra”, é contada a história do já citado escocês James Hutton, que foi um geólogo, químico e naturalista pioneiro no entendimento dos processos geológicos. Acesse: <http://www.bbc.com/portuguese/geral-40697833>.
O entendimento da escala dos processos geológicos e de que cada evento acontece em um processo que leva milhões ou bilhões de anos favorecem a observação de movimentos lentos dos continentes, manto etc. Neste tópico, serão abordados conceitos como a composição da litosfera e sobre a formação de minerais e rochas. Os processos de formação e destruição da litosfera assim como a formação das rochas podem levar milhões de anos.
1.3.1 A composição da litosfera
De acordo com Teixeira et al. (2003) as placas tectônicas ou placas litosféricas podem ser compostas apenas pela Crosta oceânica ou podem ser uma combinação de partes de crosta continental e oceânica. O termo litosfera vem do grego lithos, que significa rocha. Isso porque a litosfera possui propriedades mecânicas de um sólido, tanto no tempo de observaçãoda humanidade quanto no tempo geológico. O que contrasta com a astenosfera, que possui propriedades de um sólido no tempo de observação da humanidade, mas se comporta como um plástico no decorrer do tempo geológico.
Observando apenas a parte mais superior da litosfera, a crosta, sabemos que esta pode ser dividida em crosta continental e oceânica, as quais possuem propriedades muito diferentes. Segundo Teixeira et al. (2003), essas propriedades dizem respeito à composição litológica e química, morfologia, estruturas, idades, espessuras e dinâmica.
Ainda em Teixeira et al. (2003) podemos ver que a crosta continental tem espessura média de 30 a 40 km e possui composição félsica, rica em quartzo e feldspatos. A crosta oceânica possui rochas com composição máfica, ricas em ferro e magnésio. Ela é fina quando comparada à crosta continental, geralmente menos de 10 km de espessura. A crosta continental possui uma estrutura complexa, fruto de diversos eventos geológicos no decorrer da história da Terra. Essa crosta está sendo formada há pelo menos 3.96 bilhões de anos.
1.3.2 Minerais e rochas 
Minerais são compostos químicos que ocorrem naturalmente. Em Grotzinger (2013) é evidenciado que normalmente eles possuem forma cristalina e são átomos, moléculas ou íons que possuem uma estrutura microscópica altamente ordenada. Eles também têm origem inorgânica, ou seja, não foram produzidos a partir de matéria proveniente de seres vivos. 
A Mineralogia estuda os minerais e se relaciona com a Física e a Química. Segundo Del Lama (2003), os minerais são sólidos inorgânicos que têm composição química em proporções características e cujos átomos são arranjados num padrão interno sistemático.
Ainda Grotzinger (2013) vemos que as rochas são substâncias naturais que agregam um ou mais minerais ou mineraloides, esses últimos são substâncias parecidas com minerais, mas que não são cristalinas. Granito é um exemplo de rocha comum e que pode ser encontrado no dia a dia. Esse é uma combinação de minerais como quartzo, feldspato e biotita (veja figura a seguir).
Segundo Grotzinger (2013) é possível encontrar rochas de três tipos diferentes:
· rochas ígneas: formadas através do resfriamento do magma no interior da crosta terrestre, ou da lava vulcânica, quando o material resfria na superfície ;
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Figura 3 - O granito é uma rocha ígnea formada através do resfriamento lento do magma.Fonte: Francisco Turnes, shutterstock, 2018.
· rochas sedimentares: formadas na superfície da Terra A partir da deposição de sedimentos e posterior cimentação ou compactação desde material, oriundo do intemperismo de rochas preexistentes;
· rochas metamórficas: rochas formadas a partir de rochas sedimentares, ígneas ou metamórficas mais antigas que foram submetidas a condições de pressão e temperatura diferentes daquelas nas quais foram criadas. Nessas rochas, é comum poder observar tendências de direção dos minerais, já que a rocha pode ter sido submetida à pressão mecânica em uma direção específica.
1.4 A dinâmica interna da Terra e os fenômenos geológicos
Quais processos tornam a Terra dinâmica? Em Teixeira et al. (2003) A litosfera da Terra é dividida em placas tectônicas. Estas estão em movimento devido à composição segmentada da Terra em subsuperfície. Os movimentos de convecção do manto, o vulcanismo e as ferramentas que os cientistas utilizam para entender esses fenômenos é o que será tratado neste tópico. O entendimento da teoria da Tectônica de placas é importante para entender a dinâmica do planeta e como isso nos afeta. Atualmente o movimento das placas é monitorado através de GPS e sabemos a posição que elas tiveram no passado através da informação guardada nas rochas pelo magnetismo e datação radiométrica.
1.4.1 Tectonismo 
Como pode ser visto em Grotzinger (2013) a teoria da Tectônica Global surgiu no final dos anos 1950, quando foram observadas anomalias magnéticas no assoalho do oceano Pacífico. Tais anomalias indicavam um padrão simétrico bandado em relação à média central, tais anomalias se alternavam entre positivas e negativas. Em 1963, dois pesquisadores relacionaram tais anomalias com as bandas magnetizadas de lavas vulcânicas que assumiram o campo magnético presente em seu processo e resfriamento. Com isso, os pesquisadores interpretaram que o assoalho oceânico estava se expandindo.
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Figura 4 - A litosfera é dividida em doze placas rígidas que apresentam diferentes tipos de bordas.Fonte: Peter Hermes Furian, Shutterstock, 2018.
De acordo com Teixeira et al., (2003) com base nos dados geológicos e geofísicos, foi feita a proposição de que as estruturas do fundo oceânico estariam relacionadas com as correntes de convecção do interior da Terra. De acordo com o modelo de Hess, na dorsal meso-oceânica conforme ocorre a ascensão de material, este se movimenta lateralmente em sentido contrário ao dorsal meso-oceânica provocando, assim, uma expansão do assoalho oceânico.
Com a expansão do assoalho oceânico, logo os continentes estariam se movimentando, uma vez que estão fixos em placas litosféricas. Devido ao acréscimo de material na dorsal meso-oceânica em outro local, ocorre uma zona de consumo ou destruição da camada, o que faz com que o planeta Terra não altere seu tamanho. Essas zonas de consumo ou destruição da camada estão localizadas no encontro das placas litosféricas, as denominadas Zonas de Subducção, ou seja, locais onde a crosta oceânica (mais densa) mergulha para o interior da Terra sob a crosta continental (menos densa), nessa situação a crosta oceânica atinge altas profundidades até se incorporar novamente ao manto.
Teixeira et al. (2003) descreve os seguintes limites de placas tectônicas:
· limites divergentes: onde as placas se afastam uma em relação à outra, como ocorre na Dorsal Meso-oceânica, onde ocorre o surgimento de crosta oceânica. Conforme a placa oceânica se separa, se forma uma cordilheira no centro da expansão. A área da placa aumenta criando vários pequenos vulcões e terremotos rasos. Em zonas de afastamentos dentro dos continentes, as placas divergentes podem criar novas bacias oceânicas;
· limites convergentes: onde a crosta mais densa mergulha sob a crosta menos densa, dando origem às Zonas de Subducção, Nesse tipo de limites de placas, são muito comuns as formações vulcânicas. Os terremotos traçam o caminho de descida da placa em subducção, ou seja, conforme a placa desce para a astenosfera, uma trincheira se forma e a placa é aquecida liberando voláteis, principalmente água, no manto ao redor. A adição de água baixa a temperatura de fusão do material do manto acima da placa causando a formação de bolsões de magma e, consequentemente, de vulcões na superfície;
· limites conservativos ou transcorrentes: onde as placas deslizam lateralmente uma em relação à outra. Não havendo geração nem destruição de placas litosféricas. A falha de San Andreas na Califórnia é um exemplo de falha transcorrente.
Para que ocorra a movimentação das placas litosféricas, acredita-se que uma das causas seja o fluxo térmico interno da Terra, onde as correntes de convecção da astenosfera geram energia cinética na litosfera.
A velocidade do deslocamento das placas tectônicas fica em torno de 2 a 3cm ao ano. Esses valores podem variar dependendo da placa em questão, sendo também um dos possíveis responsáveis por essas variações a geometria do movimento da placa em superfície esférica como a do planeta Terra.
Parte das forças que geram a movimentação das placas também está ligada à gravidade, embora seja considerada um fenômeno secundário. A gravidade afeta a placa porque a litosfera mais afastada da borda divergente é mais antiga e, consequentemente, mais densa e espessa. Além disso, com a Subducção, a placa fica numa posição inclinada. Essa força é comumente referida como empurrão da placa. Porém, é mais preciso se referir a esse mecanismo como um deslizamento gravitacional. Outros mecanismos que geram essa força gravitacional secundária incluem o abaulamentoflexural da litosfera antes dela mergulhar por baixo da outra placa.
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Figura 5 - Na dorsal oceânica nova placa é produzida. Esta mesma placa sobre subducção no encontro com outra placa mais leve.Fonte: Designua, Shutterstock, 2018
Teixeira et al. (2003) relata que atualmente é consenso na comunidade científica de que as forças na astenosfera não são suficientes para causar movimento por fricção na base da litosfera. Portanto, a tração da placa é mais amplamente pensada como a maior força que atua nas placas. Nesse entendimento atual, o movimento da placa é principalmente impulsionado pelo peso de placas frias e densas, as quais se afundam no manto. Modelos recentes indicam que a subducção de trincheira também desempenha um papel importante. As trincheiras são os locais onde ocorre o processo de subducção e estes correspondem às maiores profundidades dos oceanos. No entanto, o fato de que a Placa norte-americana está sendo subduzida, embora esteja em movimento, apresenta um problema. O mesmo vale para as placas africana, euro-asiática e antártica. 
De acordo com as teorias mais antigas, um dos mecanismos de condução das placas é a existência de domes de astenosfera de grande escala que causam o deslizamento gravitacional de placas de litosfera longe deles. Esse deslizamento gravitacional representa um fenômeno secundário desse mecanismo basicamente orientado verticalmente. Isso pode atuar em várias escalas, desde a pequena escala de um arco de ilha até a maior de uma bacia oceânica inteira.
1.4.2 Vulcanismo
A colisão entre placas litosféricas (limites de bordas convergentes) estão ligadas diretamente à presença de vulcanismo. Segundo Teixeira et al. (2003) na subducção, a placa mais antiga mergulha sob uma placa jovem, mais leve. Nesse processo, as rochas da camada mergulhante se fundem, produzindo intensa atividade vulcânica, como os conhecidos Arcos de Ilhas de 100 a 400 km atrás da zona de subducção, um exemplo são as ilhas do Japão. No choque entre uma placa oceânica e uma placa continental, é a placa oceânica que sofre subducção, já que sempre possui material mais denso. Nesse caso, é formado um arco magmático dando origem a cordilheiras de montanhas, como os Andes na América do Sul.
Outro tipo de vulcanismo existente são os chamados Hot Spots ou Pontos Quentes, onde são registradas atividades magnéticas ligadas a porções ascendentes de material quente do manto originadas em profundidades (TEIXEIRA et al., 2003). Uma vez que os pontos são fixos, com a movimentação das placas tectônicas, os Hot Spots ou Pontos Quentes deixam marcas na placas litosféricas em formas de ilhas vulcânicas como as do Havaí, platôs meso-oceânicos e cordilheiras submarinas. Com a datação radiométrica é possível determinar a idade das ilhas vulcânicas surgidas sequencialmente devido à movimentação das placas e em conjunto com as informações das distâncias das ilhas vulcânicas é possível calcular a velocidade absoluta de movimentação das placas e não somente a velocidade relativa. 
Quando o magma se resfria, ele solidifica e forma rochas. O tipo de rocha depende da composição química do magma e da rapidez que ele se resfria. O magma que alcança a superfície rapidamente e se resfria resulta em rochas com pequenos cristais como o basalto. Parte desse magma pode se resfriar ainda mais rapidamente formando vidro vulcânico (rochas sem cristais), assim como a obsidiana. Magma preso abaixo da superfície em intrusões se resfria lentamente, produzindo rochas com cristais de tamanho médio. Já o magma que permanece preso em grandes quantidades resulta em rochas com grandes cristais assim como o granito e o gabro.
Quando rochas existentes entram em contato com o magma, podem ser derretidas e assimiladas a esse magma. Outras rochas adjacentes ao magma podem ser alteradas pelo contato, se metamorfizando enquanto são afetadas pelo calor ou fluidos hidrotermais que circulam externamente.
Os fatores determinantes para a composição do magma são a constituição da rocha geradora, a forma como se deu a fusão e a taxa dessa rocha e a história evolutiva do magma. Os magmas possuem composição silicática com sua variação sendo descrita através de seu teor de sílica (SiO2). Os principais tipos de magma encontrados na superfície (basáltico, andesítico e granítico) são definidos pelo seu teor de sílica, sendo que ele é um dos principais fatores que determina a viscosidade do magma, a qual aumenta com o aumento do teor de sílica, redução da temperatura e menor número de voláteis. 
No filme O Inferno de Dante, um vulcanologista chega em uma cidade pacata e descobre que o vulcão dormente da região está prestes a entrar em erupção. Nesse filme, é possível observar diversos efeitos reais presentes em erupções vulcânicas. Como exemplo, temos a morte de peixes e plantas pela emissão de dióxido de carbono.
Segundo Teixeira et al. (2003), os vulcões estão ligados à presença das bordas de placas ou plumas no manto, bem como à atividade sísmica, cujo aumento pode indicar uma erupção prestes a acontecer.
1.4.3 Sismologia
O termo sismologia vem da palavra do grego antigo (seismós) que significa terremoto. A sismologia consiste no estudo dos terremotos e da estrutura da Terra, através de ondas sísmicas geradas naturalmente ou artificialmente. De acordo com Teixeira et al. (2003) as ondas sísmicas são ondas elásticas que se propagam em todas as direções, quando geradas de forma natural são originárias de terremotos, onde ocorre a ruptura da litosfera, gerando vibrações sísmicas, enquanto que no caso artificial temos por exemplo a detonação de explosivos.
Uma reportagem da BBC explica um estudo que relaciona a desaceleração da Terra com o aumento de terremotos e a previsão de tremores devastadores em 2018. Hoje a sismologia não é capaz de prever terremotos, por isso a confirmação desse tipo de relação pode ser um enorme avanço para essa área de estudo. Acesse: <http://www.bbc.com/portuguese/internacional-42132441>.
O campo da sismologia estuda também efeitos ambientais, como tsunamis, bem como diversos tipos de fontes sísmicas, como vulcânicas, oceânicas, atmosféricas, e os já citados processos artificiais, como as explosões. Um campo relacionado que usa a geologia para inferir sobre informações de terremotos passados é a paleosismologia. O movimento da Terra gravado como função do tempo é chamado de sismograma (veja figura a seguir). O sismólogo é o geocientista que pesquisa a área da sismologia.
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Figura 6 - Sismogramas mostram o movimento do solo em uma determinada direção e são a ferramenta dos sismólogos para detectar o aumento de atividade.Fonte: america365, Shutterstock, 2018.
De forma geral, é mais comum o rompimento ocorrer somente em uma parte da fratura preexistente, ou seja, na falha geológica. Teixeira et al. (2003) descreve os conceitos principais relacionados a sismologia. Epicentro é o nome que damos para a localização do terremoto do ponto da falha em superfície onde são liberadas as ondas sísmicas. As ondas sísmicas possuem dois modos de propagação principais: ondas P, onde o movimento da partícula é o mesmo da direção de propagação da onda; e ondas S, onde o movimento da partícula é transversal. Também junto à superfície existem as chamadas ondas superficiais: Rayleigh, uma combinação das ondas P e S, sendo seu movimento de forma elíptico retrógrado; e Love, oscilação horizontal transversal, com isso a medida que a profundidade aumenta a amplitude das ondas superficiais diminuem.
A velocidade com que as onda P e S se propagam no meio dependem essencialmente da densidade do meio de propagação, quanto maior a densidade, maior será a velocidade de propagação, justamente é essa propriedade das ondas sísmicas que permite obter informação sobre a estrutura e composição da Terra em grandes profundidades.
A onda P é a onda de maior velocidade, chegando antes que a onda S. Ela também se propaga em todos os tipos de meio, enquanto que a onda S não se propaga em meios fluidos como o ar,água ou metal fundido.
Utilizando informações de milhares de terremotos durante muitas décadas, foi construída uma biblioteca de curvas de tempo e distância das ondas no interior da Terra, possibilitando deduzir sua estrutura principal: crosta, manto, núcleo interno e externo.
Em Grotzinger (2013) pode ser observado que na crosta terrestre, a velocidade da onda varia de 5,5 km/s na crosta superior e 7 km/s na crosta inferior. Já no manto, as velocidades aumentam de 8,0 km/s a 13,5 km/s, conforme aumentam as profundidades; no núcleo externo, a velocidade da onda P diminui consideravelmente e não há presença de ondas S, o que demonstra que o núcleo externo está em um estado líquido, enquanto que, no núcleo interno, ocorre um aumento da velocidade da onda P relacionado à informação das velocidades das ondas sísmicas em conjunto com considerações deduzidas da Geofísica, assim como a massa total da Terra e seu momento de inércia indicam que o núcleo interno é constituído de ferro. 
Segundo Grotzinger (2013) a sismóloga e geodesista Inge Lehmann descobriu que a Terra tem um núcleo interno sólido rodeado por um núcleo externo líquido. Ela estava estudando como as ondas sísmicas evitam o interior da Terra. Lehmann observou que as ondas sísmicas refletiam de forma diferente do que deveriam se estivessem passando por um núcleo totalmente sólido. Essa afirmação foi rapidamente aceita pelos sismólogos da época, pois não existia nenhuma outra hipótese para o motivo das ondas P diminuírem de velocidade quando alcançavam o núcleo. As ondas sísmicas se propagam no interior da Terra seguindo a Lei de Snell, a mesma utilizada para a refração e transmissão de luz. Assim, o que Lehmann observou foram zonas de sombra. Seguindo Lei de Snell, as ondas não chegam em determinadas partes do globo. Entretanto, apenas essa Lei não explica a zona observada para as ondas S, indicando que essas ondas não são capazes de atravessar o núcleo externo. 
Além disso, a sismologia se ocupa com o entendimento dos efeitos que os terremotos têm na vida dos seres humanos. É de conhecimento geral que a maior parte dos terremotos acontece em regiões próximas às bordas de placa. Nessas regiões, todas as construções são previamente pensadas para lidar com movimentos tectônicos, além de ter sistemas de emergência, que hoje em dia notificam a população com alguns segundos ou minutos de antecedência que um terremoto irá ocorrer. Entretanto, mesmo em regiões intraplacas, caso do Brasil, ocorrem tremores de Terra.
Mesmo no Brasil ocorrem tremores de Terra, sobretudo na região nordeste. Por esse motivo, os sismólogos brasileiros produzem mapas de risco sísmico do território brasileiro. Veloso (2016) explica inclusive que grandes terremotos de magnitude 7 podem ocorrer a cada cinco séculos no Brasil. Já em Assumpção et al. (2016), são mostrados como acontecem os terremotos no Brasil e como devemos nos preparar para eventos raros.
É possível observar que a sismologia é uma grande ferramenta para identificar a Terra como um planeta ativo, sendo um dos métodos mais importantes utilizados para estudar a Terra, além de também ser uma forma de reconhecer os perigos e desastres naturais que estão por vir.
Síntese
Você concluiu os estudos iniciais sobre geologia. Com essa discussão esperamos que você saiba definir que a Terra é um planeta ativo e em constantes mudanças. Deve ser capaz de entender a forma como a Terra é dividida e quais processos modificam a sua forma.
Neste capítulo, você teve a oportunidade de:
· entender o que é Geologia, como essa disciplina começou e como é dividida;
· compreender o conceito de tempo geológico;
· identificar os processos dinâmicos relacionados à formação da superfície terrestre.
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