Estrutura física e química da Terra

Transcrição

1 Estrutura física e química da Terra

2 Os elementos químicos que estão globalmente presentes são os mesmos que constituem os minerais mais comuns. Existem atualmente cerca de 116 elementos químicos, incluindo 6 gases nobres e 28 elementos que não são encontrados naturalmente (ou que não tem isótopos estáveis). Mas, os minerais mais comuns da Terra são compostos por certa de 15 elementos químicos.

3 Composição da Terra Está divida em crosta, manto e núcleo.

4 A crosta tem espessura média de 36 km nos continentes, mas varia ~ 10 km sob os oceanos a ~ 100 km sob as montanhas.

5 O limite entre a crosta e o manto superior subjacente é conhecido como descontinuidade de Mohorovičić (Moho).

6 Composição da Terra O manto constitui aproxidamente 80% do volume do planeta e extende-se da crosta até o núcleo externo a km. É dividido entre manto superior e manto inferior, separados pela zona de transição do manto.

7 Composição da Terra Deve haver uma outra camada no limite manto inferior núcleo. Este limite é irregular, e não regular, como mostra a figura.

8 Composição da Terra O núcleo é dividido em externo líquido e interno sólido, extendendo-se até km, que é o raio da Terra.

9 À medida que os minerais são levados para interior da Terra, as pressões e as temperaturas aumentam (de aproximadamente C no manto inferior até, possivelmente aproximadamente C a C no núcleo), o que causa transformações mineralógicas.

10 A densidade geral do material no núcleo é consideravelmente maior que na crosta da Terra. Dessa forma, o empacotamento atômico dos minerais no manto inferior e no núcleo deve ser mais denso que o observado nos materiais da crosta.

11 Composição da crosta terrestre A parte superior da crosta, consiste nos materiais mais próximos da superfície da Terra, composta por uma grande porcentagem de rochas sedimentares e de material inconsolidado. No entanto, esta cobertura forma apenas uma fina camada sobre o embasamento de rochas ígneas e metamórficas que estão nos cinturões de montanhas e nos fundos oceânicos.

12 Clarke e Washington (1924) estimaram que os 16 km superiores da crosta consistem em 95% de rochas ígneas(ou seus equivalentes metamórficos), 4% de folhelhos, 0,75% de arenitos e 0,25% de calcários. Estes autores também estudaram a composição média das rochas ígneas e concluíram que a composição média esta entre o granito e o basalto, que são os dois tipos de rocha ígnea mais comuns. Contudo, estes dados não incluem muitas rochas do fundo os oceanos, o que poderia alterar estes resultados.

13 Dos 88 elementos existentes naturalmente, apenas 8 compõem aproximadamente 99% em peso da crosta terrestre, sendo o oxigênio o mais abundante. Assim, a crosta da Terra consiste quase inteiramente em compostos de oxigênio que são principalmente silicatos, carbonatos, óxidos, hidróxidos, fosfatos e sulfatos.

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15 Por causa da abundância do oxigênio e de outros elementos de baixo peso atômico na crosta, a densidade média dela é de aproximadamente 2,8g/cm3. Assim, os minerais conhecidos como minerais formadores de rocha na crosta são, com poucas exceções, membros dos grupos dos silicatos, óxidos e carbonatos, que possuem o oxigênio como principal ânion.

16 Outros elementos ocorrem em quantidades muito pequenas e são chamados de ELEMENTOS TRAÇO. Eles são medidos em partes por milhão (ppm) ou partes por bilhão (ppb). Apesar de sua pouca abundância, eles podem fornecer informações sobre processos geológicos. Muitos elementos importantes para a economia tem abundância média muito baixa da crosta. Por exemplo, em uma típica rocha, o Cu tem abundância de 55ppm, o Pb de 13ppm e o Hg de 0,08ppm. Os elementos traço podem ocorrer: 1) como elementos que formam seus próprios minerais e 2) como elementos que estão apenas dispersos em outros minerais.

17 Composição do manto A separação entre a crosta e o manto superior é associada com uma grande mudança química de composição crustal rica em silício e alumínio para uma composição mais pobre em sílica e mais rica em magnésio e ferro do manto. O manto superior é dominado pelo mineral olivina, seguida pelo piroxênio. (Mg,Fe) 2 SiO 4

18 É possível analisar a composição do manto pelo exame de amostras trazidas até a superfície por erupções vulcânicas e em falhas geológicas. Podem ocorrer em basaltos ou em chaminés de kimberlitos. Kimberlitos são produtos de antigas e violentas erupções vulcânicas que ascendem na superfície em velocidades supersônicas, preservando minerais como o diamante.

19 Em maiores profundidades e pressão, a zona de transição possui descontinuidades associadas a mudanças nas propriedades dos materiais sem que haja mudanças na composição química. Exemplo da olivina:

20 Peso específico: Define-se peso específico como a razão entre o peso da substância em módulo e o seu volume. Portanto, o peso específico é o produto entre a densidade e a aceleração da gravidade.

21 Não se sabe se a descontinuidade de 660km representa somente uma mudança na composição ou se representa também uma mudança estrutural. O manto inferior, abaixo desta descontinuidade, é constituído pelo mineral Perovskita (óxido de cálcio e titânio, CaTiO 3 ). Estima-se que 80% a 100% do volume desta região seja formada por minerais com estrutura semelhante a ele, tornando-o um dos minerais mais abundantes do planeta, embora seja pouco encontrado na superfície.

22 Para o manto inferior não se pode obter amostras diretamente, são usados experimentos de laboratório de alta temperatura e pressão e simulações de computadores para determinais quais minerais são estáveis nestes condições.

23 Composição do núcleo A transição do manto inferior para o núcleo é uma descontinuidade química definida. O núcleo é extremamente denso e representa 30% da massa da Terra, mas somente 1/6 (17% do seu volume); Este volume é maior do que todo o planeta Marte. O núcleo externo líquido, de km, consiste fundamentalmente de ferro, além de aproximadamente 2% de níquel. Seu peso específico é de 9,9 g/cm3.

24 O núcleo interno sólido, de km a km, também consiste em uma liga de ferro-níquel, contendo aproximadamente 20% de níquel. O núcleo possui pressões que correspondem a 3 milhões de vezes a pressão atmosférica e temperaturas que atingem C. Estudos e experimentos de minerais em pressões e temperaturas extremamente altas mostram que esse ambiente faz com que eles se comportem de maneira muito diferente da observada no manto e na crosta.

25 Composição da Terra Embora não seja possível determinar diretamente esta composição média, hipóteses e cálculos podem ser feitos usando limites como a composição média de diferentes tipos de meteoritos e volumes e composições conhecidos do núcleo, manto e crosta, fornecendo uma estimativa global para a Terra.

26 Mason e Moore (1982) calcularam a composição da Terra em porcentagem de peso: Fe com 34.63%; O 29,53%; Si 15,20%; Mg 12,70%; Ni 2,39% S 1,93%; Ca 1,13%; Al 1,09% e sete outros elementos (Na, K, Cr, Co, Mn, P e Ti) com quantidades de 0,1 a 1% cada um. A abundância média da Terra variam em relação a abundância média da crosta. Isso implica que cerca de 10 a 15 elementos químicos, apenas, constituem a matéria básica comum à maioria dos minerais.