FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Transcrição

1

2 FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA 1ª Edição

3 SOMESB Sociedade Mantenedora de Educação Superior da Bahia S/C Ltda. William Oliveira Presidente Samuel Soares Superintendente Administrativo e Financeiro Germano Tabacof Superintendente de Ensino, Pesquisa e Extensão Pedro Daltro Gusmão da Silva Superintendente de Desenvolvimento e Planejamento Acadêmico André Portnoi Diretor Administrativo e Financeiro FTC - EAD Faculdade de Tecnologia e Ciências - Educação a Distância Reinaldo de Oliveira Borba Diretor Geral Marcelo Nery Diretor Acadêmico Roberto Frederico Merhy Diretor de Desenvolvimento e Inovações Mário Fraga Diretor Comercial Jean Carlo Nerone Diretor de Tecnologia Ronaldo Costa Gerente de Desenvolvimento e Inovações Jane Freire Gerente de Ensino Luis Carlos Nogueira Abbehusen Gerente de Suporte Tecnológico Osmane Chaves Coord. de Telecomunicações e Hardware João Jacomel Coord. de Produção de Material Didático MATERIAL DIDÁTICO Produção Acadêmica Produção Técnica Jane Freire Gerente de Ensino Ana Paula Amorim Supervisão Letícia Machado Coordenação de Curso Profª Drª Iracema Reimão Silva Autoria João Jacomel Coordenação Carlos Magno Brito Almeida Santos Revisão de Texto Angélica de Fátima Silva Jorge Editoração Angélica de Fátima Silva Jorge Ilustrações Equipe André Pimenta, Antonio França Filho, Angélica de Fátima Jorge, Alexandre Ribeiro, Amanda Rodrigues, Bruno Benn, Cefas Gomes, Cláuder Frederico, Francisco França Júnior, Herminio Filho, Israel Dantas, Ives Araújo, John Casais, Márcio Serafim, Mariucha Silveira Ponte, Tatiana Coutinho e Ruberval da Fonseca Imagens Corbis/Image100/Imagemsource copyright FTC EAD Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei de 19/02/98. É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, sem autorização prévia, por escrito, da FTC EAD - Faculdade de Tecnologia e Ciências - Educação a Distância.

4 SUMÁRIO A DINÂMICA INTERNA E OS MATERIAIS TERRESTRES 7 PROCESSOS INTERNOS E TEMPO GEOLÓGICO 7 ESTRUTURA INTERNA DA TERRA 7 TECTÔNICA DE PLACAS 10 DEFORMAÇÕES GEOLÓGICAS: FALHAS E DOBRAS 17 TEMPO GEOLÓGICO 20 ATIVIDADE COMPLEMENTAR 24 MINERAIS E ROCHAS 25 CICLO DAS ROCHAS / MINERAIS FORMADORES DAS ROCHAS 25 ROCHAS ÍGNEAS 33 ROCHAS SEDIMENTARES 48 ROCHAS METAMÓRFICAS 53 ATIVIDADE COMPLEMENTAR 56 A DINÂMICA EXTERNA DO PLANETA 57 OS PROCESSOS SUPERFICIAIS 57 INTEMPERISMO 57 EROSÃO 62 MOVIMENTOS DE MASSA 67 RECURSOS HÍDRICOS SUPERFICIAIS E SUBTERRÂNEOS 69 ATIVIDADE COMPLEMENTAR 73

5 SUMÁRIO AMBIENTES GEOLÓGICOS 74 AMBIENTE DESÉRTICOS 74 AMBIENTE GLACIAL 76 AMBIENTE FLUVIAL 77 AMBIENTE COSTEIRO 79 ATIVIDADE COMPLEMENTAR 81 GLOSSÁRIO 83 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 84

6 Apresentação da Disciplina Caro aluno, Geologia é a ciência que estuda a Terra: sua origem, seus materiais e suas transformações. Analisa os processos que operam na superfície e no interior do planeta e examina os materiais terrestres, sua composição e aplicabilidade. A geologia interage com diversas outras ciências como a física, a química, a biologia, bem como as ciências econômicas e sociais, e busca a exploração dos recursos naturais de maneira economicamente viável e ambientalmente sustentável. Esta disciplina é fundamental para o estudo da Biologia, já que a biosfera e a litosfera, juntamente com a atmosfera e a hidrosfera, formam sistemas integrados que se influenciam mutuamente. O estudo da formação e evolução da Terra e dos ambientes terrestres é a base para os estudos dos ecossistemas e da evolução das espécies. Neste material, vamos tentar apresentar a geologia em seus diversos aspectos, para que possamos entender melhor o nosso ambiente natural, aprendendo a valorizar as relações entre o ser humano e a natureza. Profª Drª Iracema Reimão Silva

7

8 A DINÂMICA INTERNA E OS MATERIAIS TERRESTRES PROCESSOS INTERNOS E TEMPO GEOLÓGICO ESTRUTURA INTERNA DA TERRA O planeta Terra é um corpo dinâmico composto por diversos sistemas que estão sempre interagindo entre si. A hidrosfera, a atmosfera, a biosfera e a terra sólida compõem este corpo dinâmico e as alterações sofridas em um destes sistemas produz alterações nos demais. Podemos imaginar este integração analisando, por exemplo, uma erupção vulcânica: A partir da erupção vulcânica são lançados blocos de rocha e lava na superfície da Terra. Este material pode obstruir vales e criar lagos, modificando o sistema de drenagem da região; Grandes quantidades de gases e cinzas vulcânicas são lançadas na atmosfera, influenciando na quantidade de energia solar que chega à superfície da Terra. Isto pode causar uma diminuição na temperatura do ar devido a pouca quantidade de raios solares que conseguem atravessar a atmosfera nestas condições; Esta mudança climática certamente afetará a biosfera, além disso, muitos organismos e seus habitats podem ser eliminados pela lava ou por cinza vulcânica. Em 1864, o escritor Jules Verne imaginou, em Jornada para o Centro da Terra, um mundo subterrâneo cheio de serpentes marinhas gigantes e outras grotescas criaturas. Contudo, o que os cientistas conhecem hoje sobre o interior do planeta está muito longe da fantástica estória de Verne: atualmente sabe-se que o interior da Terra é formado por rochas e metais, sujeitos a altíssimas temperaturas e pressões, progressivamente mais densos à medida que se chega aos níveis mais profundos. Apenas em circunstâncias muito raras (que serão discutidas no próximo item) as rochas de regiões profundas da Terra chegam à superfície ou próximo dela. Devido a essa dificuldade, os geólogos tiveram que utilizar mecanismos ou ferramentas que lhes possibilitasse inferir a composição interna da terra. A grande ferramenta utilizada para conhecer a composição das camadas internas da Terra é o estudo das ondas sísmicas. Além das ondas sísmicas, as variações no fluxo de calor, a gravidade e o magnetismo também são utilizados com esta finalidade. Saiba mais! O ramo da geologia que trata dos princípios físicos que ajudam a desvendar o interior da Terra é a geofísica. Fundamentos de Geologia 7

9 A maior parte dos conhecimentos que se tem atualmente sobre a estrutura interna da Terra foi obtida através da análise das variações na velocidade de propagação das ondas sísmicas. Estas ondas tendem a se propagar com a mesma velocidade quando atravessam regiões mais ou menos homogêneas; tornamse, por outro lado, mais lentas ou mais rápidas quando atravessam materiais de composição diferente. Desta forma, através da comparação de dados coletados em estações sismográficas em várias partes do mundo, os cientistas puderam estimar a densidade, a composição, a estrutura e o estado físico das diversas camadas do interior da Terra. Fonte:< Crosta: a crosta é a camada rochosa mais externa do planeta e pode ser analisada a partir de amostras coletadas nos continentes ou no fundo dos oceanos. A parte da crosta que compõe os continentes é chamada de crosta continental, enquanto que a parte da crosta que forma o substrato oceânico é chamada de crosta oceânica. Crosta continental: apresenta composição tipicamente granítica e tem densidade relativamente baixa (aproximadamente 2,7g/cm3). Porém, na sua porção inferior ou basal, mais próximo ao manto, a crosta continental apresenta composição basáltica (com densidade de cerca de 3,0 g/ cm3), ao contrário do que ocorre mais próximo à superfície. Nos locais onde se encontra mais estreita, tem geralmente espessura inferior a 20km, já nas regiões montanhosas pode apresentar até 70km de espessura. Saiba mais! Rochas de composição granítica são chamadas de rochas félsicas; rochas de composição basáltica são chamadas de rochas básicas. Crosta oceânica: a crosta oceânica é mais difícil de ser estudada devido ao fato de estar abaixo de uma lâmina d água de cerca de 4km e de uma pilha de sedimentos marinhos que chega a 200m de espessura. Apresenta composição basáltica e sua espessura média é de 6km, muito inferior à espessura da crosta continental. 8 FTC EAD BIO

10 Você sabia? O limite entre a base da crosta (continental ou oceânica) e o topo do manto é marcado por uma descontinuidade sísmica, ou seja, uma mudança abrupta na velocidade de propagação das ondas sísmicas, chamada de Descontinuidade de Mohorovicic ou simplesmente Moho, em homenagem ao seu descobridor, o sismólogo Andrija Mohorovicic. Manto: o manto é a camada imediatamente abaixo da crosta e ocupa mais de 80% do volume do planeta, se estendendo até uma profundidade de 2900 km. Devido ao aumento da profundidade, ocorre um aumento da pressão e conseqüentemente da densidade do manto. Próximo a Moho (contato crosta/manto) a densidade é de 3,3 g/cm 3 e, próximo ao contato manto/núcleo, fica em torno de 5,5 g/cm 3. As rochas que compõem o manto são constituídas por minerais ricos em ferro e magnésio (rochas básicas), como as olivinas e os piroxênios (que serão estudados no Tema 2 deste Bloco). O aumento da temperatura, decorrente do aumento da profundidade, tende a fundir as rochas, contudo, o aumento da pressão tende a fazer com que as rochas fiquem no estado sólido. A cerca de 100km abaixo da superfície, o grande aumento da temperatura predomina sobre o aumento da pressão e as rochas apresentam um estado parcialmente pastoso. Esta região, de,aproximadamente, 250 km de extensão, é conhecida como Zona de Baixa Velocidade ( ZBV ) e representa mias uma descontinuidade sísmica. Você sabia? As ondas sísmicas são mais rápidas quando atravessam rochas sólidas e mostram baixa velocidade de propagação quando atravessam rochas em estado parcialmente fundido. Na ZBV as ondas passam de uma velocidade de 8,3 km/s quando atravessam a parte superior do manto, para menos de 8,0 km/s nesta zona. Núcleo: o limite entre o manto e o núcleo ocorre a 2900 km abaixo da superfície, aproximadamente a metade da distância entre a superfície e o entro da Terra. Neste limite ocorre mais uma importante descontinuidade sísmica: a Descontinuidade de Gutenberg. As ondas passam de uma velocidade de 13,6 km/s na base do manto, para 8,1 km/s no núcleo. No núcleo, as temperaturas são superiores a 7600 C. Os dados sísmicos indicam duas camadas no núcleo: uma camada externa líquida (rocha fundida) de aproximadamente 2270 km de espessura e uma camada interna sólida com o diâmetro de 1216 km. Fundamentos de Geologia 9

11 TECTÔNICA DE PLACAS A Terra é um planeta muito dinâmico. Os cientistas têm mostrado que as massas continentais não são fixas, elas migram ao redor do globo. E essa mobilidade gera terremotos, vulcões e cadeia de montanhas. Saiba mais! A teoria que descreve essa mobilidade é chamada de Tectônica de Placas. Em 1915, o cientista alemão Alfred Wegener publicou o livro A Origem dos Continentes e dos Oceanos apresentando a revolucionária teoria da deriva continental. Wegener sugere que, há cerca de 200 milhões de anos, existia um supercontinente que ele chamou de Pangea. Segundo a sua hipótese, este supercontinente teria se fragmentado em pequenos continentes que teriam migrado ou derivado até as suas posições atuais. Fonte: < 10 FTC EAD BIO

12 Diversas evidências contribuíram para esta hipótese: A coincidência do contorno entre a América do Sul e a África: a grande similaridade entre as linhas de costa em lados opostos do Atlântico Sul, como um quebra-cabeça, foi uma das primeiras evidências que sempre intrigou os cientistas. Devido à constante modificação das linhas de costa por eventos erosivos essa união não é perfeita, deixando ainda dúvidas aos cientistas. Entretanto, em 1960 os cientistas produziram um mapa com o contorno da plataforma continental até uma profundidade de 900m e observaram esta similaridade de forma ainda mais perfeita; Evidências fósseis: os paleontólogos apontam diversos fósseis de organismos encontrados em diferentes continentes e que não poderia ser cruzado os oceanos que separam essas massas continentais. Um destes exemplos é o Mesosaurus, um réptil marinho cujos fósseis foram encontrados na América do Sul e na África, indicando uma antiga união destes dois continentes; Atual distribuição de alguns organismos: em seu livro, Wegener também cita a distribuição atual de alguns organismos que evidenciam também a idéia da deriva dos continentes. Por exemplo, alguns organismos modernos têm ancestrais claramente similares, como os marsupiais australianos que têm uma direta ligação fóssil com os marsupiais encontrados nas Américas; Associação entre tipos e estruturas de rochas: além da perfeita coincidência entre o contorno de alguns continentes, alguns desenhos encontrados nestes continentes também coincidem. Isso ocorre em algumas cadeias de montanhas com idade, forma, estrutura e composição rochosa similar em continentes opostos. Um exemplo desta evidência são as cadeias de montanhas apalachianas, na América do Norte, e as cadeias de montanhas caledonianas, na Escandinávia. Quando os continentes estavam unidos estas cadeias de montanhas formavam um único cinturão montanhoso; Climas passados: dados paleoclimáticos também dão suporte para a teoria da deriva continental. Wegener indicou evidências de mudanças climáticas globais severas no passado. O estudo de depósitos glaciais em diversos continentes indicou que, a cerca de 220 a 300 milhões de anos atrás, capas de gelo cobriam extensas áreas do hemisfério sul. Rochas de origem glacial foram encontradas na América do Sul, na África, na Índia e na Austrália, indicando que estes continentes, nesta época, encontravam-se unidos no pólo sul, junto à Antártica. Por outro lado, para esta mesma época passada, existem evidências de ocorrência vegetação típica de climas tropicais em regiões do hemisfério norte, indicando que no passado a América do Norte e a Europa estavam mais próximas do Equador. Você sabia? Depósitos de origem glacial são encontrados em diversos locais do Brasil. Na Bahia, em várias localidades da Chapada Diamantina, os geólogos encontram rochas criadas a partir do derretimento de antigas geleiras. Apesar de todas as evidências apontadas por Wegener, ele não conseguiu explicar o mecanismo responsável pelo movimento das massas continentais e, por isso, ficou por muito tempo desacreditado no meio científico. Mais de 50 anos depois das postulações de Wegener, o avanço tecnológico permitiu o conhecimento de dados sísmicos e do campo magnético da Terra e, com isso, surgiu a partir da teoria da deriva continental de Wegener, a teoria da Tectônica de Placas. Fundamentos de Geologia 11

13 De acordo com o modelo da tectônica de placas, a parte superior do manto junto com a crosta formam uma camada rígida chamada de litosfera. Esta camada encontra-se sobre uma outra camada menos rígida chamada de astenosfera. A litosfera é quebrada em diversos segmentos chamados de placas, que estão constantemente se movimentando e mudando de forma e de tamanho. As sete maiores placas que compõem a nossa litosfera são: Saiba mais! As placas litosféricas se movimentam de forma lenta, mas contínua, com razões de poucos centímetros por ano. E este movimento é responsável pela distribuição das massas continentais, gerando terremotos, criando vulcões e grandes cordilheiras de montanhas. As placas se movem como uma unidade coerente e as mais significativas interações ocorrem nos seus limites e não no seu interior. Ou seja, a ocorrência de eventos como terremotos, vulcanismo, geração de montanhas, em geral ocorrem no limite das placas. De acordo com o tipo de movimento, os limites de placas são classificados em três tipos: LIMITE DIVERGENTE: as placas se afastam uma da outra devido ao movimento divergen- 12 FTC EAD BIO

14 te. Esta separação ocorre em média com a velocidade de 5cm/ano. O vazio deixado por este afastamento é preenchido pelo material que ascende do manto criando um novo substrato marinho. Esta ascensão de magma vindo do manto gera cadeias de montanhas submersas chamadas de Dorsais Oceânicas. A partir do eixo central destas dorsais, nova crosta oceânica é continuamente formada. Essa crosta se torna mais densa à medida que se resfria e se afasta da fonte que a criou, devido a este movimento contínuo de separação a partir do centro da dorsal. Você sabia? Este mecanismo vem ocorrendo nos últimos 165 milhões de anos no atlântico sul, separando a América do Sul da África e criando o nosso Oceano Atlântico. Aproximadamente no meio do caminho entre estes dois continentes, no fundo do mar, ocorre, na zona de separação das placas, uma cadeia de montanhas gerada pela atividade magmática (o magma vindo do manto extravasa continuamente neste local) chamada de Dorsal Meso-Atlântica. Limite convergente: as placas se movem uma em direção a outra. Neste caso, a placa mais densa mergulha sobre a menos densa e afunda em direção ao manto sobre a crosta menos densa. Este consumo ou destruição de crosta contrabalança a geração de novas crostas que ocorre nos limites divergentes, mantendo a área superficial da Terra constante. Com o choque entre as crostas ocorre o encurtamento das massas rochosas, gerando grandes cadeias de montanhas e intensa atividade vulcânica devido á fusão da rocha que mergulha em direção ao manto. Esta convergência pode se dá de três formas: Convergência entre crosta continental e crosta oceânica: nesta situação, a placa oceânica, mais densa devido a sua composição basáltica (rica em ferro e magnésio), afunda sob a crosta continental menos densa de composição granítica (rica em alumínio). Este local onde a crosta afunda ou subducciona sobre a outra é chamada de Zona de Subducção. A medida que a crosta oceânica afunda, as altas temperaturas do manto fazem que as rochas se fundam gerando magma. Este magma é extravasado em vulcões no continente. Saiba mais! Este mecanismo ocorre no limite oeste da América do Sul, na região dos Andes. Neste local, a placa oceânica mergulha sob a placa continental sul-americana gerando uma zona de subducção e a formação de cadeias de montanhas. Convergência entre duas crostas oceânicas: nesta situação, a placa oceânica mais antiga e, portanto, mais resfriada e mais densa, mergulha sob a placa menos densa. A atividade vulcânica ocorre de forma similar ao caso de choque entre crosta oceânica e continental, contudo, os vulcões gerados na placa oceânica menos densa formará ilhas vulcânicas ou arcos de ilhas. Fundamentos de Geologia 13

15 Convergência entre duas crostas continentais: no caso de convergência entre duas crostas continentais, devido à baixa densidade destas crostas, nenhuma das duas consegue entrar em subducção ou mergulhar sob a outra. O resultado é a colisão entre dois blocos continentais gerando encurtamento crustal e formando grandes cadeias de montanhas. LIMITE CONSERVATIVO: neste limite, as placas passam uma ao lado da outra sem gerar ou destruir litosfera. Estes limites são gerados por zonas fraturadas na crosta, em geral com mais de 100km de comprimento, onde os segmentos de crosta se movimentam em sentidos contrários, lado a lado, gerando as Falhas Transformantes. Nestas regiões é muito intensa a incidência de abalos sísmicos e terremotos. Saiba mais! Um exemplo deste tipo de limite é a Falha de Santo André, na América do Norte. Ao longo desta falha, a Placa do Pacífico se move na direção noroeste passando ao lado da Placa Norte Americana, gerando intensa atividade tectônica na costa oeste dos Estados Unidos e Canadá. 14 FTC EAD BIO

16 Qual é a força responsável pelo movimento das placas? O principal modelo criado para explicar a deriva continental e a tectônica de placas é a existência de grandes correntes de convecção no manto. Saiba mais! Plumas de material mais aquecido tornam-se menos densas e ascendem, depois começam a se resfriar, ficam mais densas e descem, criando as células de convecção dentro do manto. Este mecanismo é, grosso modo, similar ao observado em uma panela de água fervente. O movimento das células de convecção na astenosfera menos sólida faz com que a litosfera rígida se movimente como se estivesse em uma esteira rolante. Segundo este modelo, a ascensão do material geraria o afastamento da litosfera, enquanto que o fluxo convectivo descendente geraria as zonas de subducção. Texto complementar A terra: um planeta heterogêneo e dinâmico Prof. Dra. Maria Cristina Motta de Toledo Fonte: < O planeta Terra é constituído por diversos setores ou ambientes, alguns dos quais permitem acesso direto, como a atmosfera, a hidrosfera (incluindo rios, lagos, águas subterrâneas e geleiras), a biosfera (conjunto dos seres vivos) e a superfície da parte rochosa. Desta superfície para baixo, o acesso é muito limitado. As escavações e sondagens mais profundas já chegaram a cerca de 13km de profundidade, enquanto o raio da terra é de quase 6.400km. Por isso, para se obter informações deste interior inacessível, existem métodos indiretos de investigação: a sismologia e a comparação com meteoritos. A sismologia é o estudo do comportamento das ondas sísmicas ao atravessar as diversas partes internas do planeta. Estas ondas elásticas propagam-se gerando deformações, sendo geradas por explosões artificiais e sobretudo pelos terremotos; as ondas sísmicas mudam de velocidade e de direção de propagação com a variação das características do meio atravessado. A integração das observações das numerosas estações sismográficas espalhadas pelo mundo todo fornece informações sobre como é o interior do planeta, atravessado em todas as direções por ondas sísmicas geradas a cada terremoto e a cada explosão. As Informações sobre a velocidade das ondas sísmicas no interior da Terra permitiram reconhecer três camadas principais (crosta, manto e núcleo), que têm suas próprias características de densidade, estado físico, temperatura, pressão e espessura. Na diferenciação dos materiais terrestres, ao longo da história do planeta, a água, formando a hidrosfera, bem como a atmosfera, constituída por gases como nitrogênio, oxigênio e outros, por serem menos densos, ficaram principalmente sobre a parte sólida, formada pelos materiais sólidos e mais densos. Fundamentos de Geologia 15

17 Dentre os materiais sólidos, os mais pesados se concentraram no núcleo, os menos pesados na periferia, formando a crosta, e os intermediários no manto. Pode-se comparar os diferentes tipos de meteoritos com as camadas internas da Terra, pressupondo-se que eles (os meteoritos) tiveram a mesma origem e evolução dos outros corpos do Sistema Solar, formados como corpos homogêneos, a frio, por acresção planitesimal. Aqueles que tinham massa suficientemente grande, desenvolveram um forte calor interno, por causa da energia gravitacional, da energia cinética dos planetesimais quando da acresção e da radioatividade natural. Isto ocasionou uma fusão parcial, seguida de segregação interna, a partir da mobilidade que as altas temperaturas permitiam ao material. Os meteoritos provenientes da fragmentação de corpos pequenos, que não sofreram esta diferenciação, são os condritos, que representam a composição química média do corpo fragmentado e por inferência, do Sistema Solar como um todo, menos os elementos voláteis. Não existem materiais geológicos, ou seja, terrestres, semelhantes aos condritos. Os meteoritos provenientes da fragmentação de corpos maiores, como a Terra, que sofreram a diferenciação interna, representam a composição química e densidade de cada uma das partes internas diferenciadas do corpo que os originou. São os sideritos, os acondritos e ainda outros tipos. Pela sua densidade, faz-se a correlação com as camadas da Terra determinadas pela sismologia, e supõe-se que sua composição química represente a composição química da camada terrestre de mesma densidade. Assim, com estas duas ferramentas indiretas, a sismologia e a comparação com os meteoritos, foi estabelecido um modelo para a constituição interna do globo terrestre. É importante ressaltar que todo o material no interior da Terra é sólido, com exceção apenas do núcleo externo, onde o material líquido metálico se movimenta, gerando correntes elétricas e o campo magnético da Terra. A uma dada temperatura, o estado físico dos materiais depende da pressão. As temperaturas que ocorrem no manto, os silicatos seriam líquidos, não fossem as pressões tão altas que lá ocorrem (milhares de atmosferas). Assim, o material do manto, ao contrário do que muitos crêem, é sólido, e só se torna líquido se uma ruptura na crosta alivia a pressão a que está submetido. Somente nesta situação é que o material silicático do manto se liqüefaz, e pode, então, ser chamado de magma. Se o magma fica retido em bolsões dentro da crosta, forma uma câmara magmática, e vai pouco a pouco solidificando-se, formando um corpo de rocha ígnea plutônica ou intrusiva, Se o magma consegue extravasar até a superfície, no contato com a atmosfera e hidrosfera, pode ser chamado lava, enquanto estiver líquido, e seu resfriamento e solidificação vai formar um corpo de rocha ígnea vulcânica ou extrusiva. As rochas ígneas assim assim formadas, juntamente com as rochas metamórficas e sedimentares, formadas por outros processos geológicos, constituem a crosta, que é a mais fina e a mais importante camada para nós, pois é sobre ela que se desenvolve a vida. A crosta oceânica e a crosta continental apresentam diferenças entre si. A primeira ocorre sob os oceanos, é menos espessa e é formada por extravasamentos vulcânicos ao longo de imensas faixas no meio dos oceanos (as cadeias meso-oceânicas), que geram rochas basálticas. A segunda é mais espessa, pode emergir até alguns milhares de metros acima do nível do mar, e é formada por vários processos geológicos, tendo uma composição química média mais rica em Si e em AI que as rochas basálticas, que pode ser chamada de composição granítica. A crosta oceânica e continental, junto com uma parte superior do manto, forma uma camada rígida com 100 a 350km de espessura. Esta camada chama-se LITOSFERA e constitui as placas tectônicas, que formam, na superfície do globo, um mosaico de placas encaixadas entre si como um gigantesco quebra-cabeças; são as placas tectônicas ou placas litosféricas. Abaixo da litosfera, ocorre a ASTENOSFERA, que é parte do manto superior; suas condições de temperatura e pressão permitem uma certa mobilidade, muito lenta, mas sensível numa escala de tempo muito grande, como é a escala do tempo geológico. 16 FTC EAD BIO

18 DEFORMAÇÕES GEOLÓGICAS: FALHAS E DOBRAS Quais são as forças capazes de transformar rochas comuns em enormes estruturas montanhosas maciças como os Alpes, os Andes ou os Himalaias? Quais forças teriam o poder de contradizer a natureza rígida destas rochas, deformando-as e dobrando-as? Saiba mais! A Tectônica de Placas produz as mais importantes feições de larga-escala encontradas no planeta. Graças a ela são geradas bacias oceânicas e cadeias de montanhas. Essa mesma força capaz de mover as placas produz grandes rupturas na crosta, soerguimento e rebaixamento de grandes blocos rochosos. Quando as placas interagem, nos seus limites, sejam divergentes, convergentes ou transformantes (conservativos), as rochas que compõem a crosta ficam sujeitas a um poderoso STRESS. Quando uma rocha sofre um stress, ela é deformada, mudando de forma e de volume. A análise das estruturas deformacionais apresentadas pelas rochas, permite aos geólogos entender antigos movimentos de placas ou outros eventos geológicos do passado. As rochas podem sofrer três tipos de stress, cada um correspondendo a um dos três tipos básicos de limites de placas: As rochas que se encontram em margens de placas convergentes sofrem stress compressional. Este tipo de stress reduz o volume das rochas. As rochas que sofrem compressão geralmente são dobradas, havendo um aumento no sentido vertical e uma diminuição lateral. As rochas que se encontram em margens divergentes sofrem stress tencional ou de extensão. As rochas são esticadas, havendo uma diminuição no sentido vertical e um aumento lateral da área ocupada por estas rochas após a deformação. As rochas em margens de placas transformantes são movimentadas lateralmente em sentidos opostos, sofrendo um stress de cizalhamento. Através deste tipo de stress, grandes blocos de rocha são movimentados lateralmente. Fundamentos de Geologia 17

19 Quando sujeitas ao stress, as rochas respondem de forma diferente a depender das condições de temperatura e pressão do ambiente onde se encontram. Estas condições dependem da sua profundidade e vão refletir em um comportamento mais ou menos plástico das rochas. As rochas que se encontram a grande profundidades (geralmente abaixo de 20 km), sujeitas a altas temperaturas e pressões, vão responder à deformação de forma plástica ou dúctil. As rochas mais próximas à superfície, em geral, respondem ao stress de forma rígida ou rúptil. Você sabia? No final do ano de 2005, um terremoto na região da Caxemira matou mais de pessoas. O que são os terremotos? Como eles são gerados? E como podem ser preditos? Qual a relação entre estas forças capazes de gerar terremotos e as grandes cadeias de montanhas existentes no planeta? Os terremotos são vibrações da Terra produzidas por uma liberação rápida de energia. As grandes energias lançadas por explosões atômicas ou por erupções vulcânicas podem produzir terremotos, contudo estes são eventos pouco freqüentes. A maior parte dos terremotos são gerados por movimentos que ocorrem em grandes fraturas existentes na crosta terrestre chamadas de falhas. A teoria da Tectônica de Placas mostra que a crosta terrestre está em constante movimento e essa movimentação ao longo dos limites de placas muitas vezes se dá através de falhas. O mecanismo de formação de terremotos foi descoberto em 1906 por H. F. Reid, que elaborou estudos a partir do terremoto de São Francisco. Este terremoto foi acompanhado por um deslocamento horizontal de vários metros ao longo da falha de Santo André (1.300m de fratura na região da Califórnia, que separa a Placa da América do Norte e a Placa do Pacífico). Em um único terremoto, a Placa do Pacífico se deslocou 4,7m em direção ao norte, passando pela placa norte-americana. Epicentros dos terremotos O local no interior da Terra onde é gerado o terremoto é chamado de foco. O local na superfície da Terra imediatamente acima do foco é chamado de epicentro. Saiba mais! Instrumentos chamados sismógrafos amplificam e registram a movimentação das ondas sísmicas. Estas ondas se propagam em todas as direções a partir do foco do terremoto. Cerca de 95% da energia liberada nos terremotos tem origem em uma zona relativamente restrita em torno do oceano Pacífico conhecida como Cinturão do Pacífico. Esta zona inclui regiões com grande atividade sísmica como o Japão, as Filipinas, o Chile e numerosas ilhas vulcânicas. 18 FTC EAD BIO

20 Os principais tipos de deformação tectônica sofridas pelas rochas são as dobras e as falhas. Dobras As dobras são estruturas construídas em camadas ou estratos rochosos que foram depositados originalmente na horizontal e depois sofreram uma deformação plástica ou dúctil. As dobras podem variar muito de tamanho podem apresentar uma extensão de poucos milímetros até centenas de quilômetros. As dobras podem apresentar duas formas principais: Sinclinais: são dobras côncavas, as rochas são dobradas tendendo a formar bacias ou vales, contudo, a expressão final no relevo vai depender da resistência das rochas a erosão. Anticlinais: são dobras convexas, as rochas são dobradas tendendo a formar domos ou morros, contudo, como no caso anterior, a expressão final no relevo vai depender da resistência das rochas à erosão. Os lados de uma dobra são chamados de flancos ou limbos. As compressões, em geral, produzem uma seqüência de sinclinais e anticlinais que apresentam sempre um flanco em comum. Cada sinclinal ou anticlinal tem um plano axial, um plano imaginário que divide a dobra em duas partes aproximadamente iguais. As dobras (sinclinais e anticlinais) podem ser: Simétricas: quando o plano axial é aproximadamente vertical e os flancos apresentam a mesma inclinação. Dobras simétricas geralmente ocorrem quando a compressão é relativamente suave; Assimétricas: em situações onde a compressão é mais intensa, como próximo aos limites de placas, as forças tectônicas compressivas forçam um flanco a se movimentar mais que o outro, gerando dobras assimétricas. Nestas dobras o plano axial é inclinado; Recumbentes: com a continuidade da compressão, o plano axial da dobra assimétrica pode deitar até ficar na horizontal, virtualmente paralelo à superfície da Terra. As dobras recumbentes são tipicamente encontradas em cadeias de montanhas fortemente deformados como os Apalaches, os Himalaias e os Alpes Europeus. Falhas Quando as rochas sofrem stress a baixas temperaturas e baixas pressões litostáticas, onde elas encontram-se ainda em estado muito rígido, surgem rachaduras ou fraturas. Como as rochas, neste caso, não têm plasticidade suficiente para dobrar, elas se rompem. O caso mais drástico é quando ocorre um movimento ao longo destas fraturas, gerando as falhas. Saiba mais! Falhas são fraturas na crosta terrestre com deslocamento relativo, perceptível entre os lados contíguos e ao longo do plano de falha. As falhas podem deslocar grandes blocos rochosos ao longo de um plano de falha. O plano de falha é a superfície ao longo da qual ocorre o movimento dos blocos. Fundamentos de Geologia 19

21 Devido aos processos erosivos a que estão sujeitas as rochas na superfície, dificilmente são encontrados os originais planos de falha. Você sabia? Na Bahia, o desnível topográfico que separa a Cidade Alta da Cidade Baixa foi gerado por uma falha, a chamada Falha de Salvador. Esta falha representa a borda da Bacia do Recôncavo, aberta como uma conseqüência secundária da separação Brasil / África, que gerou o Atlântico sul. Ao longo do tempo, o plano de falha já sofreu um grande recuo erosivo, estando atualmente a superfície de erosão nas proximidades do Elevador Lacerda. O bloco de rocha localizado acima do plano de falha é chamado de teto. O bloco localizado abaixo do plano de falha é chamado de muro. De acordo com o seu movimento relativo (de um bloco em relação ao outro), as falhas são classificadas em: Falhas horizontais ou transcorrentes: são falhas geradas por stress de cizalhamento, gerando um movimento horizontal, paralelo ao plano de falha. A maior e mais conhecida falha transcorrente encontrada na literatura é a Falha de Santo André, nos Estados Unidos. Falhas verticais: neste tipo de falha os blocos rochosos se movem verticalmente em relação ao plano da falha, como é o caso da Falha de Salvador. A depender da direção de movimento dos blocos, as falhas verticais podem ser: Falhas normais: o bloco do teto desce em relação ao muro. Este tipo de falha está geralmente associado com stress tencional ou divergente. A descida dos blocos rochosos, ocasionada por este tipo de falhamento, gera depressões chamadas de graben. O bloco do muro que permanece elevado em relação ao teto é chamado de horst. Falhas inversas: neste tipo de falha, o bloco do teto sobe em relação ao muro. Esta falha está geralmente associada com poderosas compressões horizontais, comuns onde existe convergência de placas. TEMPO GEOLÓGICO Durante muitos anos, não se sabia nenhum método confiável para datar os vários eventos no passado geológico. Em 1869, John Wesley Powell fez uma pioneira expedição ao Rio Colorado e ao Grand Canyon, nos Estados Unidos. Powell observou que os canyons desta região representavam um livro de revelações escrito nas rochas, como uma Bíblia da geologia. Ele afirmou que milhões de anos da história da Terra estavam expostos nas paredes do Grand Canyon. 20 FTC EAD BIO

22 Semelhante a um longo e complicado livro de história, as rochas registram os eventos geológicos e as mudanças das formas de vida ao longo do tempo. Este livro, contudo, não está completo. Muitas páginas, especialmente nos primeiros capítulos, foram perdidas. Ainda hoje, muitas partes deste livro precisam ser decifradas. Grand Canyon Um dos princípios básicos usados, ainda nos dias atuais, para desvendar a história da Terra foi postulado por James Hutton no seu livro Teoria da Terra, publicado em 1700 o Princípio do Uniformitarismo. Este princípio diz que as leis químicas, físicas e biológicas que operam atualmente são as mesmas que operaram no passado geológico. Isso significa que as forças e os processos que nós observamos atualmente agindo no nosso planeta têm atuado desde muito tempo atrás. Então, para decifrarmos as rochas antigas temos primeiramente que compreender os processos que atuam hoje e os seus resultados. Saiba mais! O Principio do Uniformitarismo é, geralmente, expresso pelo ditado o presente é a chave para o passado. Os geólogos que desenvolveram a escala de tempo geológico revolucionaram a maneira com que as pessoas concebiam o tempo e como percebiam o nosso planeta. Eles mostraram que a Terra é muito mais antiga do que se poderia imaginar e que a sua superfície e o seu interior sofreram mudanças no passado através dos mesmos processos geológicos que operam atualmente. A principal subdivisão da escala de tempo geológico é chamada de eon. Os geólogos dividiram o tempo geológico em dois grandes eons: Precambriano (dividido em Arqueano e Proterozóico): representa os primeiros 4 bilhões de anos da história do planeta. Fanerozóico: representa últimos 540 milhões de anos. O Precambriano representa cerca de 88% da história da Terra, mas pouco se sabe sobre este período. Devido à grande raridade de fósseis para datações, não foi possível subdividi-lo em pequenas unidades de tempo. Fundamentos de Geologia 21

23 O Fanerozóico é marcado pelo aparecimento de animais com partes duras, como as conchas, que permitiram a sua preservação fóssil. Este eon foi dividido em três eras, que por sua vez foram divididas em períodos: Era Paleozóica ( milhões de anos atrás): marca o aparecimento de diversos organismos invertebrados, dos primeiros organismos com conchas, dos peixes, das plantas terrestres, dos insetos, dos anfíbios e dos répteis. Por outro lado, o final desta era é marca pela extinção de várias espécies, estima-se que aproximadamente 80% da vida marinha desapareceu nesta era. Durante esta era, o movimento das placas juntou todas as massas continentais em um único supercontinente chamado Pangea. Esta redistribuição de massa e terra gerou grandes mudanças climáticas que se acredita ser a causa da grande extinção de espécies ocorrida nesta época. Está subdividida em seis períodos: Cambriano; Ordoviciano; Siluriano; Devoniano; Carbonífero; Permiano. Era Mesozóica ( milhões de anos atrás): é marcada pelo aparecimento e extinção dos dinossauros, e pelo surgimento dos primeiros pássaros e das primeiras plantas com flores. Está subdividida em três períodos: Triássico Jurássico Cretáceo Era Cenozóica (65 milhões de anos até os dias atuais): representa a menor de todas as eras e que se encontra melhor registrada. Marca o aparecimento dos mamíferos e o desenvolvimento da vida humana. Está subdividida em dois períodos: Terciário Quaternário 22 FTC EAD BIO

24 Datação relativa A datação relativa é feita estabelecendo-se uma seqüência de eventos geológicos, ou seja, a idade relativa diz quais as rochas mais velhas e quais as mais novas umas em relação às outras, apresentando a seqüência de formação entre elas. Os geólogos determinam a seqüência dos eventos geológicos que foram produzidos nas rochas de uma determinada área usando certos princípios básicos, ajudados por seus conhecimentos de processos fundamentais como sedimentação, vulcanismo e erosão. Estes princípios envolvem principalmente relações espaciais e conhecimentos de evolução biológica e análise de evidências fósseis. Os princípios mais fundamentais da datação relativa são: Uniformitarismo: este é o mais básico dos princípios usados para interpretar a história da Terra e diz que os processos geológicos que ocorrem no presente são similares àqueles ocorridos no passado. Desta forma, a observação de fenômenos geológicos modernos (terremotos, vulcanismos, etc) pode ajudar a interpretar eventos antigos. Horizontalidade e Superposição: a maior parte dos sedimentos são transportados em corpos d água (rios, oceanos...) e são depositados como camadas horizontais ou sub-horizontais. Essa tendência é chamada de princípio da horizontalidade original. Quando as camadas apresentamse muito inclinadas significa que houve a atuação de forças tectônicas que as deformaram. O princípio da superposição diz que as rochas são depositadas sob outras mais antigas, desta forma, em uma seqüência de estratos rochosos inalterados os estratos mais jovens estarão no topo e os mais antigos na base da seqüência. Relações de cruzamentos e cortes: estas relações mostram que rochas ígneas intrusivas são necessariamente mais novas do que as rochas onde elas penetram (intrudem), da mesma maneira, falhas e dobras são posteriores à formação das rochas que elas fraturam ou deformam. Fósseis: os fósseis são restos de organismos antigos ou evidências de sua existência preservados no material geológico. O estudo dos fósseis indica o período em que estes organismos se desenvolveram no planeta e quando foram extintos. Datação absoluta Em geral, os cientistas preferem ter dados da idade das rochas quantificados em anos e não simplesmente saber se a rocha A é mais nova ou mais velha que a rocha B. Desta forma, sempre que possível eles utilizam métodos de datação absoluta para determinar a idade das rochas. Os dois métodos principais de datação absoluta são: Datação Radiométrica: esse tipo de datação usa o decaimento de isótopos radiativos que são por vezes incorporados na estrutura cristalina de alguns minerais formadores de rochas. São usados principalmente isótopos de urânio, potássio e rubídio. Este método só consegue datar materiais rochosos com mais de anos de idade. Datação com Carbono - 14: este método de datação utiliza o carbono-14 a partir de conchas, plantas, polens, carapaças, etc. Este método pode ser usado em materiais entre 100 e anos de idade. Em função disso, é possível datar, por exemplo, as glaciações mais recentes e os eventos de subida ou descida no nível do mar. Fundamentos de Geologia 23

25 Atividade Complementar 1. Qual a região de maior incidência de terremotos no mundo? 2. Quais as principais evidências apontadas pelos cientistas de que os continentes estariam juntos há cerca de 200 milhões de anos e teriam migrado até as posições atuais? 3. Sabendo que as forças tectônicas podem romper ou deformar as rochas, explique o que são falhas e o que são dobras e como são formadas. 4. Quais as principais diferenças entre os métodos de datação relativos e absolutos? 5. Explique o princípio do Uniformitarismo. 24 FTC EAD BIO

26 MINERAIS E ROCHAS CICLO DAS ROCHAS / MINERAIS FORMADORES DAS ROCHAS Além do valor econômico associado às rochas e aos minerais, todos os processos da Terra estão de alguma forma ligados às propriedades destes materiais. Você sabia? Desta forma, o conhecimento básico dos materiais terrestres é essencial no conhecimento dos fenômenos que ocorrem no planeta. As rochas são divididas em três grupos, baseados em seu modo de origem: rochas ígneas, sedimentares e metamórficas. A inter-relação entre estes tipos de rochas é representada pelo ciclo das rochas. Com isso, o ciclo das rochas demonstra também a integração entre diferentes partes do complexo sistema terrestre. O ciclo das rochas nos ajuda a entender a origem das rochas ígneas, sedimentares e metamórficas e a perceber que cada tipo está ligado aos outros através de processos eu agem na superfície e no interior do planeta. Tomando arbitrariamente um ponto de início para o ciclo das rochas, temos o magma. O magma é um material derretido formado no interior do planeta. Eventualmente este material se resfria e se solidifica. Este processo de solidificação do magma é chamado de cristalização. A cristalização do magma pode ocorrer na superfície, através de erupções vulcânicas, ou ainda em subsuperfície (no interior da crosta). Em ambos os casos as rochas geradas são chamadas de rochas ígneas. Quando as rochas ígneas são expostas na superfície (devido a um levantamento crustal, erosão, ou por já terem se cristalizado na superfície), sofrem a ação de agentes como a água, as variações de temperatura, mecanismos de oxidação, etc. Estes agentes causam a desintegração e a decomposição das rochas na superfície num processo chamado de intemperismo. Este material (partículas e/ou substâncias dissolvidas) resultante da desagregação e decomposição das rochas é chamado de sedimentos. Os sedimentos são transportados pelos agentes erosivos água, gelo, vento ou ondas e eventualmente são depositados. Os sedimentos podem formar campos de dunas, planícies fluviais, mangues, praias, etc. Quando os sedimentos são compactados, através da sobreposição de camadas de sedimentos umas sobre as outras, ou cimentados, através da percolação de água contendo carbonato de cálcio ou sílica, esses sedimentos então se convertem em rocha. Este processo de transformação de sedimentos em rocha é chamado de litificação e resulta na formação de rochas sedimentares. Se as rochas sedimentares forem submetidas a grandes temperaturas e pressões responderam às mudanças nas condições ambientais com a recristalização e o rearranjo de seus minerais criando o terceiro tipo de rocha as rochas metamórficas. Essas mudanças ambientais podem ocorrer, por exemplo, se estas rochas forem envolvidas na criação de cadeias de montanhas através de forças tectônicas, ou entrarem em contato com massas magmáticas (fluxos de magma). Fundamentos de Geologia 25

27 Se as condições ambientais a que forem submetidas as rochas sedimentares forem capazes de fundi-las, estas rochas serão transformadas em magma podem voltar a formar rochas ígneas. Seguindo um outro caminho, as rochas ígneas podem, ao invés de serem desagregadas e decompostas na superfície, sofrer a ação de esforços compressionais e a elevação da temperatura e pressão pode causar o metamorfismo destas rochas, vindo a formar rochas metamórficas. As rochas metamórficas, quer sejam de origem ígnea ou de origem sedimentar, quando expostas na superfície vão sofrer a ação dos agentes de intemperismo transformando-se em seixos, grãos, partículas ou soluções dissolvidas sendo posteriormente depositados como sedimentos. Caso estes sedimentos sejam litificados (cimentação e compactação), formará rochas sedimentares. Num caminho inverso, as rochas sedimentares, expostas na superfície, sofrerão a ação dos processos intempéricos e se desagregarão ou serão decompostas tornando-se novamente sedimentos inconsolidados, compondo, por exemplo, planícies ou campos de duna. Saiba mais! Minerais são sólidos inorgânicos que ocorrem naturalmente na natureza, formados por elementos químicos em determinadas proporções e com um sistemático arranjo interno. Desta forma, os compostos sintéticos formados em laboratório não são considerados minerais. Também os compostos orgânicos, como o carvão (que é formado a partir de restos de plantas sob altas temperaturas e pressões), não são considerados minerais. O diamante, a esmeralda, o quartzo, a biotita são exemplos de minerais. Alguns minerais são chamados de gemas são minerais preciosos ou semi-preciosos que apresentam valor econômico, em geral devido à sua cor, brilho ou forma do cristal. Como os diamantes, rubis, safiras, esmeraldas, ametistas, etc. Minerais formadores das rochas Saiba mais! As rochas são agregados ou combinações naturais de um ou mais minerais. A crosta da Terra é composta essencialmente por oito elementos mais comuns que se combinam para formar os minerais formadores das rochas. Estes elementos são o O (oxigênio), Si (silício), Al (alumínio), Fe (ferro), Ca (cálcio), K (potássio), Na (sódio) e Mg (magnésio). 26 FTC EAD BIO

28 Os dois elementos principais são o oxigênio e o silício. Estes se combinam para formar tetraedros de silício-oxigênio. Esta estrutura básica forma o mais abundante grupo de minerais do planeta: os silicatos. Os tetraedros de silício-oxigênio podem formar uma grande variedade de estruturas cristalinas e compor minerais como quartzo, feldspatos (K-feldspato, plagioclásio), micas (biotita, moscovita), anfibólios, piroxênios e olivinas. Alguns não-silicatos são também formadores de rochas. Os principais deles são os carbonatos (calcita, dolomita, por exemplo), os óxidos (como os óxidos ricos em ferro como a hematita e a magnetita), os sulfetos (como a galena, sulfeto de chumbo, e a pirita, sulfeto de ferro) e os sulfatos (como o gipso, sulfato de cálcio). Atenção! O texto abaixo serve para complementar o conteúdo apresentado sobre os minerais formadores das rochas. Minerais e rochas Fonte: < Que são minerais? Cristal Mineral Com a notável exceção do mercúrio, os minerais são pesados, duros e compactos. São massas sólidas que exibem formas chamadas cristais. O cristal é uma substância de forma constante e regular. Isso significa que, mesmo quando reduzido a pó, cada partícula ainda retém a forma do cristal original. Esse é o modo como os minerais são identificados. Natural, artificial e inorgânico Os minerais são substâncias naturais que se formam dentro de diferentes tipos de rochas. Para extraí-los, às vezes é necessário cavar bem fundo abrindo minas, poços e túneis. Substâncias produzidas artificialmente, ou através de atividade orgânica (de animais e plantas), não são consideradas minerais verdadeiros. Mais do que simples rochas As rochas são feitas de combinações específicas de minerais. As milhões de maneiras pelas quais os minerais podem se combinar resultam na imensa variedade de rochas e paisagens que observamos na natureza. Tradições, mitos e lendas Ao pensar nos minerais em termos de sua aplicação na indústria moderna e pela ciência, esquecemos que, no passado, eram tidos como substâncias dotadas de propriedades mágicas, místicas e medicinais. Algumas dessas crenças são surpreendentemente corretas, outras apenas bizarras. Fundamentos de Geologia 27