(3) biologia e geologia 10º ano - compreender a estrutura e dinâmica da geosfera

BIOLOGIA E GEOLOGIA 1º PARTE – GEOLOGIA 10º ANO 2009/2010 3 – Compreender a Estrutura e Dinâmica da Geosfera

Geodinâmica Interna  Já todos experimentamos o facto de à medida que a profundidade aumenta a temperatura também.  Este aumento de temperatura deve-se ao facto da Terra conter energia no seu interior, que se manifesta através da Geodinâmica Interna (1) (1) Conjunto de fenómenos que ocorrem no interior do planeta e suas consequências.

Geotermia e Gradiente Geotérmico  O ramo da Geologia encarregue pelo estudo da formação e desenvolvimento dessa energia é a… Geotermia  Por seu lado, à variação de temperatura em profundidade dá-se o nome de… Gradiente Geotérmico

Zona de Temperatura Constante e Grau Térmico  Verifica-se que existe uma determinada faixa de profundidade em que a temperatura se mantém constante, a qual se designa de Zona de Temperatura Constante.  Abaixo dessa zona a temperatura começa a subir gradualmente, sendo que à profundidade necessária para que a temperatura suba 1ºC dá-se o nome de Grau Térmico.

Caso de Portugal  Em Portugal a zona de temperatura constante prolonga- se até cerca dos 20 metros, sendo que a temperatura ronda os 18ºC.  Já o grau térmico ronda os 32 metros.

Fluxo Geotérmico  O valor do grau térmico não é constante, dependendo de local para local, no entanto estipulou- se um valor médio de 33 metros para a geosfera.  Assim, e como o interior da Terra está mais quente do que o exterior, vai ocorrer uma transferência de calor do interior para o exterior, fenómeno a que se dá o nome de fluxo geotérmico.

Calor interno da Terra  Pensa-se que o calor interno da Terra se deva essencialmente ao decaimento dos elementos radioactivos que constituem as rochas do interior da Terra:  Urânio (U)  Tório (Th)  Potássio (K)  Mas também ao calor primordial que se gerou a quando das colisões durante o processo de acreção.

Exploração do Interior da Terra

Métodos de estudo do interior da geosfera  Actualmente, sabemos mais sobre Marte ou da Lua do que propriamente do interior da Terra.  De facto os 12 quilómetros perfurados na Península de Kola são insignificantes quando comparados com os 6371 quilómetros de raio da Terra.

Geofísica  A Geofísica encontra-se encarregue do estudo das propriedades físicas do planeta Terra.  No seu estudo encontra-se a compreensão do interior da Terra, sendo que para tal recorre a métodos indirectos de estudos:  Vulcanologia;  Sismologia;  Planetologia;  Geomagnetismo;  Gravimetria.

Geomagnetismo  A Terra é cercada por um campo magnético denominado de magnetosfera.  Por acção deste campo, qualquer corpo magnético livre orienta- se segundo a direcção dos pólos magnéticos Norte-Sul.

Geomagnetismo  Actualmente a explicação da formação do campo magnético da Terra mais aceite é a Teoria do Dínamo.  Segundo esta, o material constituinte do núcleo externo (níquel e ferro), no estado líquido, encontra-se em permanente movimento de rotação devido, julga-se, às correntes de convecção.

Geomagnetismo  Este movimento cria uma corrente eléctrica e como consequência um campo magnético.  A existência do campo magnético, explicado por esta teoria, mostra indirectamente a constituição e estado físico do núcleo.

Geomagnetismo  Periodicamente ocorrem inversões dos pólos, isto é, o Norte “troca” com o Sul.  As causas de tais fenómenos são ainda desconhecidas.  A inversão do campo magnético causa grandes perturbações na fronteira do núcleo-manto, que se exprimem em violentos episódios vulcânicos.  Estas situações, julga-se, podem estar na origem de grandes extinções em massa.

Geomagnetismo  No entanto, se as variações de campo magnético podem eliminar diversas formas de vida, pode-se também afirmar com certeza que é a existência deste campo magnético que permitiu o aparecimento e manutenção da vida na Terra.  O campo magnético cria um “escudo” em torno da Terra que desvia os fortes ventos solares, que eliminariam os seres vivos da superfície da Terra.  Ao serem desviados os ventos solares acabam por formar os auroras boreais.

Gravimetria  A Terra tal como os restantes planeta e outros astros, atrai e atraída por todos os corpos do Universo.  Tal força denomina-se por força gravítica, a qual foi traduzida por Newton da seguinte forma:  A força de atracção entre dois corpos é directamente proporcional ao produto das suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa os seus centros. F = G m1.m2 r2

Gravimetria  Gravidade, define-se, como sendo a capacidade que um corpo tem de atrair o outro, isto é, gravidade é a aceleração que um corpo produz noutro, se este se puder mover livremente.  À variação de velocidade que os corpos em queda livre experimentam dá-se o nome de aceleração da gravidade (g).

Gravimetria  Da fórmula anterior verificamos que a aceleração da gravidade depende do raio terrestre, na razão inversa.  Assim podemos afirmar que o valor de g é máximo nos Pólos e mínimo no Equador.

Gravimetria  Se…  E se…  Então…

Gravimetria  Nesta fórmula alguns valores são conhecidos…  G = 6,67x10-11 Nm2/Kg2  r = 6371Km  Logo a aceleração gravítica depende da densidade.

Gravimetria  A ciência encarregue pelo estudo aceleração da gravidade é a Gravimetria.  Por seu lado o aparelho que mede esse valor é um gravímetro.  O valor médio é de 9,81m/s2.

Estudo do interior da Terra  O estudo directo do interior da Terra é, de momento, impossível.  Assim restam os processos indirectos como o Geomagnetismo e a Gravimetria.  Assim:  Admite-se que o geomagnetismo existe devido ao contínuo movimento do núcleo externo que é constituído por materiais bons condutores de eléctricos. Pelo que de forma indirecta se chega a constituição do núcleo externo.  Por seu lado a gravimetria permite perceber que no interior do planeta ocorrem diferentes materiais de diferentes densidades, razão pela qual ocorrem variações na aceleração gravítica.  Além disso tem servido para a prospecção mineira.

2 - Vulcanologia Compreender a estrutura e a dinâmica da Geosfera.

Vulcanismo primário e secundário  A Vulcanologia é a ciência encarregue pelo estudo da formação, distribuição e classificação dos fenómenos vulcânicos.  Distinguem-se dois tipos de vulcanismo:  Vulcanismo primário  Vulcanismo secundário (residual)

Vulcanismo primário  Caracteriza-se pela ocorrência de erupções vulcânicas.  Durante as erupções podem ser libertados os seguintes materiais:  No estado sólido: piroclastos;  No estado líquido: lava;  No estado gasoso: vapor de água e muitos gases.

Vulcanismo primário  A formação natural por onde ocorre a erupção vulcânica denomina-se de aparelho vulcânico.  Sendo que as principais manifestações de vulcanismo primário podem ser:  Vulcanismo central;  Vulcanismo fissural.

Vulcanismo central  O aparelho vulcânico denomina-se de vulcão e é constituído, no geral, por:  Cone vulcânico – elevação, geralmente em forma cónica, resultante da acumulação de materiais libertados nas sucessivas erupções.  Chaminé vulcânica – canal no interior do aparelho vulcânico, que estabelece a comunicação entre a câmara magmática e o exterior.  Cratera – abertura do cone vulcânico, em forma de funil, que se localiza no topo da chaminé vulcânica, formada por explosão ou por colapso da chaminé.  Câmara magmática – local situado no interior da Terra, onde se acumula material rochoso fundido, que se designa magma, e que constitui a bolsada magmática.  De salientar que nem todos os vulcões apresentam esta estrutura, podendo nesses casos o magma simplesmente acender á superfície sem se acumular.

Vulcanismo central  Às rochas que rodeiam a bolsa magmática dá-se o nome de rochas encaixantes.  Eventualmente no flanco do cone principal, podem, formar-se cones secundários ou adventícios.

Magma  O magma é um material de origem rochosa fundido, total ou parcialmente.  O magma contém um fase:  Gasosa – vapor de água, dióxido de carbono e dióxido de enxofre, entre outros;  Sólida – minerais formados no magma ou por minerais que não chegaram a ser fundidos, aquando do processo de formação do magma;  Líquida – lava.

Caldeiras  O esvaziamento, total ou parcial, da câmara magmática torna o aparelho vulcânico instável por falta de sustentação do cone.  Quando tal acontece o aparelho vulcânico pode desmoronar-se, levando à formação de caldeiras, as quais têm que possuir no mínimo 1km de diâmetro.

Vulcanismo fissural  Neste tipo de vulcanismo, as erupções ocorrem ao longo de uma fractura da crusta terrestre.  O material expelido, lava muito fluida, acaba por preencher vastas zonas cobrindo-as com vastos planaltos de materiais vulcânicos, que de denominam de planaltos vulcânicos.

Material expelido durante uma erupção  Durante as erupções são libertados diversos materiais:  Piroclastos ou tefra  Lava  Gases

Piroclastos  São materiais resultantes da explosão de lava de dimensões variadas.  Cinzas – fragmentos muito finos, com menos de 2 mm de diâmetro, podem ser transportadas por muitos quilómetros pelo vento.  Lapilli ou bagacina – fragmentos de formas variadas de dimensões entre os 2 e os 50 mm.  Bombas – de diâmetro superior a 50 mm podendo chegar a pesas dezenas de quilos, à medida que vão arrefecendo no ar apresentam um movimento giratório que lhes confere formas muito peculiares.

Lava  A lava é um material formado por rocha fundida com origem no magma.  Existem algumas diferenças entre o magma e a lava.  A lava é mais fria e apresenta menos gases do que o magma.  O magma encontra-se no interior da Terra e a lava no exterior.

Gases  Durante uma erupção são libertados grandes quantidades de gases:  Vapor de água;  Monóxido de Carbono;  Dióxido de Carbono;  Hidrogénio;  Azoto;  Compostos de enxofre.

Composição da lava e tipos de actividade vulcânica  As lavas podem ser classificadas de acordo com a sua percentagem, em constituição, de Sílica (SiO2). Classificação de lava em função da percentagem de SiO2 SiO2<52% 52%<SiO2<65% SiO2>65% Lava básica Lava intermédia Lava ácida

Composição da lava e tipos de actividade vulcânica  As lavas podem também ser classificados em viscosas ou fluidas de acordo com os seguintes parâmetros:  Temperatura;  Quantidade de sílica;  Capacidade de retenção de gases. Classificação da lava em função da sua viscosidade Lava viscosa Lava fluida Temperatura 800ºC 1500ºC Sílica Ácida Básica Gases Dificuldade em libertar gases Facilidade em libertar os gases

Composição da lava e tipos de actividade vulcânica  Também de acordo com a viscosidade, a solidificação da lava assume diferentes formas:  Lavas fluidas  Encordoadas ou pahoehoe  Lavas muito fluidas que formam rios de lava e que ao solidificarem tomam o aspecto de cordas.  Escoriáceas e aa  Menos fluidas que as encordoadas, deslocando-se lentamente. Ao solidificarem originam superfícies ásperas e fissuras, resultado da rápida libertação de gases.  Almofada ou pillow lavas  Lavas fluidas que arrefecem dentro de água, ficando com o aspecto de travesseiros.

Composição da lava e tipos de actividade vulcânica  Lavas viscosos  Agulhas vulcânicas  Formam-se quando a lava de elevada viscosidade solidifica na chaminé, funcionando como uma rolha gigante.  Domos ou cúpulas  A lava viscosa solidifica sobre a abertura vulcânica, obstruindo a cratera.  Nuvens ardentes ou escoadas piroclásticas  Massas de grande dimensões de cinza e gases incandescentes, libertadas de modo explosivo e dotados de grande mobilidade.

Composição da lava e tipos de actividade vulcânica  A viscosidade da lava determina as características da erupção vulcânica.  Erupções calmas ou efusivas  Lavas fluidas, que libertem os gases suavemente e que percorrem grandes distâncias estão associadas a erupções efusivas.  Erupções violentas e explosivas  Estão associadas a lavas muito viscosas e que retêm os gases e que podem destruir parte ou mesmo todo o aparelho vulcânico. Quanto maior for a quantidade de gás, mais violenta é a erupção.

Vulcanismo Secundário  Actividade vulcânica menos violenta, caracterizada pela libertação de:  Gases;  Água a altas temperaturas.  Este tipo de vulcanismo denomina-se também por vulcanismo residual.

Vulcanismo Secundário  Nascentes termais  Fontes de libertação de águas ricas em sais minerais.  Em alguns casos estas águas resultam do arrefecimento e consequente condensação do vapor de água que se liberta do magma, nestas situações as águas termais denominam-se de águas magmáticas ou juvenis.  No entanto, o caso mais frequente resulta do aquecimento de água infiltrada.  As águas termais têm temperaturas ligeiramente inferiores à de ebulição pois misturam-se com águas frias infiltradas.

Vulcanismo Secundário  Fumarolas  Se as águas termais não se misturarem com águas frias, ao chegarem à superfície começam a ferver devido à baixa pressão da superfície.  Desta forma ocorre a emissão de vapor de água a que se dá o nome de fumarolas.  Ocasionalmente pode ocorrer a libertação de outros gases :  Sulfataras – gases ricos em enxofre;  Mofetas – gases ricos em dióxido de carbono e monóxido de carbono (altamente tóxico).

Vulcanismo Secundário  Géisers  Jactos intermitentes de água e vapor de água.  Estas situações ocorrem quando as águas sobreaquecidas ocupam reservatórios encaixados na rocha.  As variações rápidas de pressão no interior da rocha provocam a explosão de água no interior do reservatório que culminam na formação de um jacto.

Vulcanismo Secundário  Através dos fenómenos de vulcanismo secundário temos acesso ao calor interno da Terra.  Calor esse que pode ser utilizada como fonte de energia geotérmica.  A sua utilização depende da temperatura de emergência (Tg).

Formação do magma  Em que zona do interior da Terra se forma o magma?  Observe o seguinte esquema…  Os magmas formam-se a profundidades entre os 200 e os 400km, com temperaturas entre os 800ºC e os 1500ºC.  Quando os magmas se encontram sujeitos a temperaturas inferiores a 800ºC, normalmente começam a solidificar.

Os vulcões e as placas tectónicas  Os fenómenos de vulcanismo ocorrem quer nas zonas de fronteira entre placas tectónicas, quer no interior das placas.  Vulcanismo de Subducção;  Vulcanismo de Vale de Rifte;  Intraplaca.

Os vulcões e as placas tectónicas  Vulcanismo de subducção  Ocorre ao nível das zonas de convergência de placas, zonas de subducção. O processo de subducção de uma das placas leva a formação de magmas relativamente pouco profundos, logo de baixas temperaturas.  Como consequência leva à ocorrência de erupções explosivas.  Este tipo de vulcanismo representa 80% dos vulcões activos.

Os vulcões e as placas tectónicas  Vulcanismo de Vale de Rifte  O afastamento das placas ao nível dos limites divergentes cria fissuras de milhares de quilómetros através dos quais o magma ascende à superfície.  Este magma forma-se a pouca profundidade mas com lavas mais quentes do que as do vulcanismo de subducção, como consequência ocorrem erupções efusivas ou mistas, pouco violentas.  Este tipo de vulcanismo representa cerca de 15% do vulcanismo mundial.

Os vulcões e as placas tectónicas  Intraplaca  Este tipo de vulcanismo é o característico de vulcões isolados que surgem nas zonas interiores dos Continentes e dos sistemas de vulcões que surgem nas zonas interiores das Placas Oceânicas.  Nestes casos os magmas têm origem em zonas mais profundas do manto, desencadeando erupções efusivas e/ou mistas.  Representa apenas 5% do vulcanismo do Planeta.

Os vulcões e as placas tectónicas  Intraplaca.  Neste tipo de vulcanismo o magma sobreaquecido das regiões profundas do magma ascendem à superfície formando colunas magmáticas designadas de plumas térmicas.  Normalmente as plumas seguem sempre o mesmo trajecto pelo que são relativamente fixas, ao chegarem á superfície originam um ponto quente, hotspot, com actividade vulcânica.  A pluma pode ser fixa, mas a crusta que se encontra sobre si não o é, pelo que há medida que a placa se desloca e vão ocorrendo erupções vulcânicas, vão surgindo vários vulcões alinhados.  Os vulcões mais velhos, e inactivos, acabam por ser erodidos formando um atol, e quando submergem totalmente passam a ser denominados de guyot.

Os vulcões e as placas tectónicas

Distribuição geográfica dos vulcões  Os vulcões encontram-se regra geral em zonas de elevada sismicidade.  Podem distinguir-se três regiões de maior concentração de vulcões:  Anel de Fogo;  Mar Mediterrâneo;  Oceano Atlântico.

Minimização dos riscos vulcânicos  As zonas vulcânicas são zonas de risco para as populações humanas.  A perigosidade depende de vários factores como por exemplo:  Factores físico-químicos das lavas  Viscosidade;  Temperatura;  Facilidade de libertação dos gases.  Topografia do terreno  Condições climáticas  Densidade populacional em redor do vulcão

Minimização dos riscos vulcânicos

Minimização dos riscos vulcânicos  Cada localidade tem os seus riscos específicos, de acordo com os parâmetros atrás referidos.  Em Portugal, os Açores representam o local de maior risco vulcânico e devido as suas especificidades, tem riscos muito específicos.

Minimização dos riscos vulcânicos  Uma das formas de minimizar os riscos de uma erupção vulcânica para uma população passa pela boa informação desses mesmo riscos.  A previsão de uma erupção é outra forma de minimizar os riscos, no entanto isso não é ainda totalmente possível.  Contudo existem todo um conjunto de situações que podem prever uma erupção vulcânica:  Reconstituição da história eruptiva do vulcão,  Estudo da génese e evolução dos fluidos vulcânicos;  Identificação das fases eruptivas;  Identificação dos mecanismos eruptivos;  Génese, transporte e deposição dos produtos eruptivos;  Evolução morfológica e estrutural do aparelho vulcânico;  Avaliação dos perigos vulcânicos;  Identificação dos riscos associados.

3 - Sismologia Compreender a Estrutura Interna da Geosfera

Sismos – definição e causas  Sismos, ou tremores de terra, são movimentos vibratórios com origem nas camadas superiores da Terra, provocadas pela libertação de energia.  A ciência encarregue pelo estudo dos sismos é a Sismologia.

Sismos – definição e causas  Dado que a maior parte dos sismos tem origem nas imediações da fronteira entre placas tectónicas denominam-se de sismos tectónicos.  A movimentação das placas tectónicas, colisão ou afastamento, permitem a acumulação de grandes quantidades de energia durante muito tempo.  As tensões acumuladas, na sequência destes movimentos vão deformando a rocha enquanto o limite de elasticidade o permita.

Sismos – definição e causas  Quando este limite é passado as rochas fracturam, libertando grande parte da energia acumulada.  Devido as características elásticas da geosfera, os dois lados da fractura, ou falha, sofrem um deslocamento em sentido oposto ao das forças deformadoras que se designa ressalto elástico.  Este mecanismo gerador de um sismo denomina-se de Teoria do Ressalto Elástico de Harry F. Reid em 1911.

Sismos – definição e causas  A energia libertada propaga-se através de ondas sísmicas, estas ao atingirem a superfície libertam parte da sua energia fazendo os materiais vibrar.  Quando a energia libertada é muito grande a vibração pode sentir-se por todo o planeta provocando um sismo denominado de terramoto.

Sismos – definição e causas  Um terramoto pode ser procedido e/ou sucedido por sismo de menor intensidade:  Abalos premonitórios  Réplicas  Após a formação de uma falha esta pode manter-se activa por tempo indefinido, levando a formação de sismo por libertação de tensão acumulada, neste caso temos uma falha activa.

Sismos – definição e causas  Uma falha activa é uma estrutura geológica que resulta da fractura de rochas com formação de blocos que se deslocam uns em relação aos outros.  A fronteira entre placas é um exemplo de falha activa e durante a sua actividade podem-se formar novos sistemas de falhas, na sequência da libertação de energia libertada ao longo do plano de falha tectónica.

Sismos – definição e causas  Além dos sismo tectónicos, que se encontram associados a falhas activas podem ainda considerar-se:  Sismos vulcânicos  Sismos secundários – abatimentos de grutas, desprendimento de terrenos.

Parâmetros de caracterização sísmica  Hipocentro ou foco  Local no interior da geosfera onde ocorre a libertação de energia sísmica.  Epicentro  Local à superfície da Terra, situado na vertical do foco.  Profundidade focal  Distância entre o foco e o epicentro.

Parâmetros de caracterização sísmica  Quando o epicentro se localiza no mar pode ocorrer a formação de um maremoto, raz de maré ou tsunami.  Estas ondas podem percorrer um oceano interior;  As suas velocidades podem rondar os 800km/h aos 5000 metros de profundidade;  À medida que a profundidade diminui a velocidade da onda aumenta, passando de uma onda larga e pouco alta, para uma onda compacta mas de maior altura.  Já foram registadas ondas de 30 a 40 metros de altura.  Erupções vulcânicas também podem desencadear a formação de tsunamis, como resultante da dissipação da energia libertada.

Parâmetros de caracterização sísmica

Propagação da energia sísmica – as ondas sísmicas  A energia sísmica dispersa-se, a partir do foco, em todas as direcções e sentidos, obrigando as partículas que constituem os materiais rochosos a vibrarem.  Essa vibração é passada de partícula em partícula, originando as ondas sísmicas que fazem tremer a Terra.  É ao nível do epicentro que as ondas sísmicas atingem a superfície terrestre com a força máxima.

Propagação da energia sísmica – as ondas sísmicas  As vibrações sísmicas assemelham-se muito às produzidas por uma pedra no charco.  A maneira como se propagam e a sua intensidade dependem de muitos factores.  Durante um sismo o terreno vibra na vertical e na horizontal, provocando ondulação, essas ondas terrestres são possíveis de observar em alguns sismos.

Propagação da energia sísmica – as ondas sísmicas  Em materiais homogéneos (que não é o caso da crusta terrestre) as ondas sísmicas expandem-se sob a forma de esfera, com centro no foco.  As superfícies esféricas definidas pelo conjunto de pontos na mesma fase do movimento chamam-se frentes de onda.  As direcções de propagação da onda sísmica perpendiculares à frente de onda denominam-se de raios sísmicos.

Ondas sísmicas  Na Terra, devido à composição heterogénea, o trajecto das ondas é regra geral curvilíneo.  Definem-se quatro tipos de ondas sísmicas:  Primárias - P  Secundárias - S  Love - L  Rayleigh - L

Ondas P  Ondas Primárias;  Ondas Compressivas;  São as de maior velocidade, logo as que chegam primeiro a um determinado ponto.  São ondas longitudinais, vibram na mesma direcção de propagação da onda.  Propagam-se em meios:  Sólidos;  Líquidos;  Gasosos.  No entanto a velocidade diminui na passagem de um meio sólido para o líquido e deste para o gasoso.  De 5,5Km/s (19800Km/h) para 1,5Km/s (5400Km/h).  As ondas incidem verticalmente nas estruturas, sendo este processo atenuado pela massa das estruturas.

Ondas S  Ondas Secundárias;  Deformam os materiais à sua passagem sem alteração do seu volume, são ondas de corte (Shear).  Utilizam grandes quantidade de energia, deslocando-se a velocidades menores do que as P.  Não de propagam em meio líquidos.  As partículas vibram perpendicularmente à direcção de propagação da onda, pelo que são ondas transversais.  Estas ondas são mais destrutivas do que as P, pois incidem transversalmente nas estruturas.

Ondas P e S  As ondas P e S são ondas internas, pois têm origem no foco que se propagam no interior da Terra e em qualquer direcção.  A interacção destas com a superfície da geosfera produzem outro tipo de ondas denominadas de ondas superficiais. Ondas Love e de Rayleigh

Ondas Love  Varrem a superfície terrestre, horizontalmente, da direita para a esquerda, segundo movimentos de torsão.  Não se propagam na água.  São ondas que se propagam horizontal e perpendicularmente à direcção de propagação.

Ondas de Rayleigh  Agitam o solo segundo uma trajectória elíptica, semelhante às ondas do mar.  Propagam-se em meios sólidos e líquidos.  Os materiais voltam a sua forma original depois da onda passar.  A sua amplitude diminui com a profundidade.

Ondas L  Tanto as ondas de Love como Rayleigh são ondas de grande amplitude, pelo que se denominam também de ondas longas ou simplesmente L.  Por essa razão são as mais destrutivas.

Ondas sísmicas  Se o interior da Terra fosse homogéneo, as ondas propagar-se-iam em todas as direcções a mesma velocidade.  No entanto esse não é o caso, pelo que a velocidade das ondas vai depender da rigidez, densidade e incompressibilidade das rochas atravessadas.

Velocidade das ondas internas  Verifica-se que a velocidade é:  directamente proporcional à rigidez do material;  Indirectamente proporcional à densidade do material;  Indirectamente proporcional à incompressibilidade do material, no caso das ondas P.  Compreende-se que as ondas S não se propaguem nos meios líquidos, e as ondas P abrandem nestes, pois estes apresentam rigidez zero.  As ondas de Love e Rayleigh propagam-se à superfície terrestre a uma velocidade constante.

Detecção e Registo de Sismos  Os sismos são registados e muitas vezes detectados por aparelhos denominados de sismógrafos.  Os gráficos por eles elaborados denominam-se de sismogramas.

Detecção e Registo de Sismos  Numa estação sismográfica existem três sismógrafos:  Um sismógrafo vertical  Que regista movimentos verticais.  Dois sismógrafos horizontais  Um orientado para Norte-Sul;  Um orientado para Este-Oeste.

Detecção e Registo de Sismos  Na maior parte dos países adoptaram já sismógrafos digitais que se encontram ligados a internet permitindo a rápida difusão de informação.  Em países como os Estados Unidos da América e o Japão, assim que são detectadas ondas P de grande magnitude é accionado o sistema de evacuação dos edifícios antes da chegada das ondas longas.

Detecção e Registo de Sismos  Na ausência de vibrações os sismógrafos apresentam um sismogramas de linhas rectas paralelas.  No entanto raramente essa situação ocorre, pois a Terra encontra-se permanentemente perturbada por microssismos de origem natural ou humana.  As primeiras ondas a serem registadas são as ondas P (P de primeiras), logo seguidas das S (S de segundas) e por ultimo as superficiais ou L.  Se o sismógrafo se encontrar próximo do epicentro os três tipos de ondas podem ser registadas quase ou mesmo tempo, sendo impossíveis de as distinguir.

Detecção e Registo de Sismos  Para a determinação exacta do epicentro são necessários pelo menos três estações sismográficas distintas.  Para tal é necessário a distância epicentral.  Actividade da página 183.

Detecção e Registo de Sismos

Intensidade e Magnitude de um sismo  Uma vez detectado um sismo interessa agora saber qual a sua intensidade e a sua magnitude.  Existem assim duas escalas para medir um sismo:  Escala de Mercalli  Escala de intensidade.  Escala de Richter  Escala de magnitude.

Escala de Mercalli  É uma escala que mede a intensidade de um sismo.  A actual escala denomina-se de Escala Internacional ou Escala de Mercalli Modificada.  É uma escala qualitativa, pois avalia o sismo de acordo com o grau de percepção da vibração do sismo, pela população, e pelo grau de destruição.  É uma escala bastante subjectiva pois apoia-se em inquéritos à população.  É fechada, indo do I (apenas detectado por sismógrafos) a XII (profunda alterações à paisagem).  Inicialmente tinha apenas X níveis, passando a XII mais tarde e sendo exaustivamente descrita após Cancani e Sieberg, pelo que também é conhecida como a escala de Mercalli-Cancani-Sieberg.

Isossitas  A determinação da intensidade nos vário locais onde o sismo foi sentido, permite unir localizações com o mesmo grau de intensidade.  As linhas assim formadas sobre um mapa denominam-se de isossitas.  Isossitas – linhas que unem pontos de igual intensidade de um sismo.  Em locais de incerteza de intensidade as isossitas são representadas a tracejado.

Escala de Richter  Quando se quer calcular a quantidade de energia libertada durante um sismo utiliza-se a escala de Richter.  É uma escala de Magnitude.  Aberta, isto é sem limite máximo, encontrando-se o máximo nos 9,5 com o Grande Sismo do Chile em 1960.

Como calcular a magnitude  Para tal é necessário determinar a distância do epicentro à estação sismográfica.  De seguida necessitamos de analisar, nessa estação, o sismograma e determinar a amplitude máxima determinada.  Com estes dois pontos e utilizando escalas é possível determinar aproximadamente a magnitude do sismo e, aplicando a seguinte fórmula, a energia libertada durante um sismo. E=10(2,4M-1,2)

Os sismos e a tectónica de placas  A distribuição dos sismos, tal como a dos vulcões, não é aleatório, coincidindo em geral com os limites das placas tectónicas, dado que são geologicamente instáveis.  Os sismos podem ser classificados em:  Sismos interplaca  Sismos intraplaca

Os sismos e a tectónica de placas

Sismos intraplaca  Os sismos intraplaca ocorrem no interior das placas tectónicas, zonas essas que se consideram estáveis geologicamente.  Estes sismos têm muitas vezes origem em falhas activas que ocasionalmente libertam grandes quantidades de energia.

Sismicidade em Portugal  Enquadramento geotectónico:  Situa-se na Placa Euroasiática.  Limitada a Sul pela Falha Açores-Gibraltar (que corresponde a fronteira entre a Placa Euroasiática e Africana);  Limitada a oeste pela Dorsal Médio- Atlântica;  O sismo de 1755 que consta com um dos mais violentos da história, com cerca de 8,7 na escala de Richter, teve uma origem provável na Falha Açores- Gibraltar, no Banco de Gorringe.  Pesquisas actuais apontam para a Falha do Marquês de Pombal a 100km do Cabo se São Vicente.

Sismicidade em Portugal  A sismicidade em Portugal é essencialmente tectónica.  A sismicidade intraplaca em Portugal é reduzida, havendo a destacar o sismo de 1909 em Benavente, com uma magnitude de 6,7 e epicentro na Falha do Vale Inferior do Tejo.  Na Madeira a sismicidade é reduzida, pois a ilha encontra-se no interior da Placa Africana.  Os Açores pela sua proximidade a Crista Médio-Oceanica do Atlântico, ao Rifte da Terceira e à Falha da Glória é uma zona de elevada sismicidade.

Os maiores sismos e tsunamis da História recente

Minimização dos riscos sísmicos - previsão e prevenção  A previsão da ocorrência de um sismo é ainda algo impossível com a tecnologia actual, pelo que a única coisa que se pode fazer é prevenir.  Para prevenir as consequências de um sismo é necessário:  Conhecer a geologia do local;  O risco sísmico do local;  Conhecer as falhas activas da região;  Monitorização das zonas de elevado risco sísmico;  Bom planeamento urbanístico;  Construção anti-sísmica;  Construção anti-tsunami;  Conhecer as regras de emergência;  Informar a população;

4 – Modelo e Dinâmica Interna da Estrutura Interna da Geosfera Compreender a estrutura e a dinâmica da geosfera

Contributos para o conhecimento da estrutura interna  A compressão da estrutura e funcionamento da estrutura interna da Terra tem o contributo da:  Sismologia;  Vulcanologia;  Planetologia;  Astrogeologia.

Sismologia  Tal como os médicos, os geólogos, conseguem “ver o interior da Terra sem a necessidade de a “abrir”.  Os primeiros estudos do interior da Terra contribuíram os grandes sismos.  Entre 1906 e 1936 o estudo da propagação das ondas sísmicos permitiu estabelecer um modelo do interior da Terra em camadas concêntricas.  Crusta;  Manto;  Núcleo.

Sismologia  Mais tarde, ondas sísmicas geradas por ensaios nucleares e por microssismos causados pelo Homem, permitiram aprimorar os estudos, pois nessas circunstâncias a quantidade de energia libertada e o foco são perfeitamente conhecidos.

Sismologia  O estudo do comportamento das ondas sísmicas é complexo e levou muito tempo até se compreender o interior da Terra tal como hoje conhecemos.  Em 1906, Oldham verificou que as ondas P que chegavam ao pólo oposto ao epicentro eram consideravelmente mais lentas do que às registadas no epicentro.  Isso levou-o ao considerar que as ondas P ao percorrerem o interior da Terra atravessam um núcleo central composto por um matéria que as transmite a um velocidade menor.  Surge assim pela primeira vez a ideia da existência de núcleo, assinalado por uma descontinuidade, isto é, por uma mudança radical nas propriedades e na composição dos elementos que constituem o seu interior.

Sismologia  Em 1913 Gutenberg, localizou em profundidade esta superfície de descontinuidade, ao observar que em cada sismo existe um sector da superfície terrestre onde é impossível registar ondas sísmicas directas, isto é, ondas com origem no foco e que atingem a superfície da geosfera sem sofrerem reflexões nem refracções.  A essas zonas os geólogos denominam de Zonas de Sombra Sísmica.

Sismologia  Durante a sua propagação, a partir do foco sísmico uma onda muda o seu comportamento ao mudar de meio.  Assim distinguem-se três comportamentos:  Onda directa – é a onda original, com origem no foco sísmico e que não interage com nenhuma superfície de descontinuidade, não sofrendo, por isso, reflexões nem refracções.  Onda reflectida – é uma nova onda que se propaga, a partir de uma superfície de descontinuidade, em sentido contrário e no mesmo meio em que a onda inicial se estava a propagar.  Onda refractada – é a onda transmitida, por uma superfície de descontinuidade, para o segundo meio.

Sismologia  A zona de sombra sísmica ocupa sempre a mesma posição relativa:  Entre os 11459 e os 15798 km de distância do epicentro.  Entreos 103º e os142ºem relação ao epicentro.

Sismologia  A zona de sombra sísmica forma-se pois a cerca de 2891km de profundidade ocorre uma descontinuidade que marca o início do núcleo.  Esta descontinuidade foi descoberta por Gutenberg tendo como base o estudo dos sismogramas de diferentes estações sismográficas.  Por essa razão denomina-se de Descontinuidade de Gutenberg.

Sismologia  Superfícies de descontinuidade assinalam assim a separação entre dois meios com propriedades elásticas distintas – rigidez, densidade e incompressibilidade.  Estas levam às refracções e reflexões que em ultima análise formam as zonas de sombra sísmica.  Assim estudando o comportamento das ondas é possível determinar as propriedades elásticas dos materiais existentes no interior da Terra.

Sismologia  Em 1936, Inge Lehmann admitiu a existência de um nova descontinuidade.  A cerca de 5150 km as ondas chocam com algo duro (mais duro do que o material anterior) pois as ondas P aumentam a sua velocidade.  Como as ondas P se deslocam mais rapidamente em materiais sólidos, então a partir dessa profundidade o núcleo deverá ser sólido.  Então à fronteira ente o núcleo externo e o núcleo interno dá-se o nome de descontinuidade de Lehmann.

Sismologia  Mas quanto à composição química do núcleo?  A existência da magnetosfera indica que o núcleo será constituído essencialmente por ferro.  Estudos laboratoriais permitem estabelecer uma relação entre a velocidade das ondas sísmicas e a densidade dos materiais.  Assim os materiais que mais se aproximam às medições laboratoriais são o ferro e o níquel pelo que o núcleo será constituído essencialmente por esses dois elementos.

Crusta e Manto e a Sismologia  Através do estudo da alteração da trajectória das ondas foi possível determinar mais camadas no interior da Terra.  Em 1909, Andrija Mohorovicic verificou que uma determinada estação sismográfica registaram a chegada de dois conjuntos distintos de ondas P e S.  Para explicar tal situação Mohorovicic propôs a existência de uma descontinuidade nas camadas superficiais da Terra, que a separa em duas partes distintas.  Uma camada superior onde as ondas se deslocam a uma velocidade menor – a crusta.  Uma camada inferior onde as ondas se deslocam a uma velocidade superior – o manto.  Assim a primeira série de ondas correspondia as ondas refractadas na descontinuidade e a segunda série às ondas directas.

Crusta e Manto e a Sismologia  A esta descontinuidade deu-se o nome de descontinuidade de Mohorovicic ou Moho.  Esta encontra-se normalmente entre o 5 e os 10 km de profundidade sob os oceanos, pelo que a crusta tem entre 5 a 10 km de espessura na crusta oceânica.  Já nos continentes a descontinuidade de Moho encontra-se normalmente entre os 20 e os 70 km, pelo que a crusta continental tem normalmente entre 20 a 70 km de espessura.

Crusta e Manto e a Sismologia  Constatou-se também que existe uma diferença de velocidades de propagação das ondas P na crusta continental (6 km/s) e na crusta oceânica (7 km/s).  Essa diferença deve-se ao facto das duas terem uma composição química diferente:  Crusta continental – rocha granítica (mais rígida, mas menos densa);  Crusta oceânica – rocha basáltica (menos rígida, mas mais densa).  Prova-se assim a existência de dois tipos de crustas.

Crusta e Manto e a Sismologia  A observação directa das rochas da crusta terrestre, bem como os dados vulcanológicos viriam mais tarde a confirmar a existência de dois tipos de crustas.  No que diz respeito ao manto, os dados sismológicos, como por exemplo o facto das ondas sísmicas P se propagarem a velocidades na ordem dos 8 km/s, indicam que a composição do manto será diferente da crusta.  Da analise composicional do interior da Terra surgiu um modelo da estrutura interna da Terra dividida em:  Crusta;  Manto;  Núcleo externo;  Núcleo interno.

Estrutura do Manto e a sismologia  Ao analisar os dados sismológicos verificou-se que a cerca de 660 km as ondas sísmicas P e S sofrem um ligeiro aumento de velocidade, isto fez com que se divide-se o manto em duas partes.  Isto sugere que a partir dessa profundidade o manto apresenta um aumento de rigidez.  Por outro lado, por volta dos 220 e os 410 km as ondas diminuem de velocidade, sugerindo um material menos rígido, admitindo- se mesmo que se encontrem num estado próximo ao da fusão, ou mesmo em fusão parcial.

Astenosfera  A esta faixa, entre os 220 e os 410 km, em que as ondas baixam consideravelmente a sua velocidade, passou a designar-se de Astenosfera.  A Astenosfera corresponde a um local em que devido as temperaturas e pressões as rochas mudem as suas propriedades, apresentando uma rigidez menor do que as rochas que se encontram acima e abaixo, embora tenham a mesma composição.

Litosfera  A Astenosfera apresenta-se ligeiramente fundida o que permite às rochas superiores, mais rígidas, flutuem sobre ela.  As rochas superiores a astenosfera compreendem rochas da parte superior do manto superior e as da crusta, que podem ser consideradas como uma unidade rígida a que se denominou de Litosfera.  A Litosfera encontra-se fragmentada em diferentes porções às quais se deu o nome de Placas Litosféricas.

Estrutura Interna da Terra  Assim do estudo do comportamento da propagação das ondas sísmicas foi possível determinar a estrutura interna da Terra.  Litosfera – rígida e de comportamento frágil;  Astenosfera – de baixa rigidez e comportamento plástico, por se encontrar parcialmente fundida;  Mesosfera – rígida e que engloba a parte inferior do manto superior e manto inferior (que apresentam características semelhantes);  Endosfera – externamente fluída (núcleo externo) e de elevada rigidez no seu interior (núcleo interno).

Contributo da vulcanologia  Através do estudo dos materiais expelidos durante uma erupção vulcânica os geólogos conseguem obter importantes registos da composição químico-mineralógico do interior da Terra.  Uma vez que se pensa que o magma que dá origem à lava expelida tenha origem no manto, a analise da lava permitirá determinar a composição e densidade do manto.

Contributo da planetologia e astrogeologia  Com o programa Apollo, além de amostras de rochas recolhidos e que permitiram conhecer a composição das rochas da Lua e posterior comparação com as da Terra, foram também instalados estações sismográficas.  Estas têm registado uma média de 600 a 3000 sismos anualmente, de magnitude inferior a 2 e com hipocentro entre os 600 a 900 km de profundidade.  Através do estudo da propagação das ondas sísmicas na Lua permitiu-se reconhecer que também a Lua seja constituída por camadas concêntricas.  Pela analise da Lua, crê-se que o modelo Crusta-Manto-Núcleo seja igual para todos os planetas rochosos e que os meteoritos tenham tido origem em plantas que não terminaram a sua formação.

Mecanismo de convecção  Ao longo do estudo da Geologia temos visto que a Terra é um planeta geologicamente activo.  A erosão, o vulcanismo e a sismologia são disso exemplo e prova.  A energia que alimenta estes fenómenos pode ter duas origem:  Externo – Sol e Gravidade, que alimentam fenómenos como o Ciclo da Água e do Carbono e a Erosão.  Interno – Geotermia, calor interno da Terra que alimenta a movimentação das placas tectónicas.

Mecanismo de convecção  A distribuição do calor interno não é homogéneo no interior da Terra.  Valoresmáximos ao nível dos vales de rifte das dorsais oceânicas;  Valores médios ao nível das zonas de subducção;  Valores mínimos no interior das placas.

Mecanismo de convecção  Ao aquecer, em profundidade, o material rochoso expande e diminui de densidade;  Inicia-se então a ascensão lenta desse material, processo esse que só termina quando ao atingir as camadas superficiais e frias o material arrefece, aumenta a sua densidade e mergulha para zonas mais quentes… iniciando-se um novo ciclo.  Todo este ciclo forma uma célula de convecção, e julga-se que se possam formar diversas células de convecção na mesosfera.  São estas células de convecção que geram a força necessária para arrastar as placas litosféricas responsáveis pelos sismos, vulcões e outros fenómenos de vulcanismo secundário.

Geologia…  O fim da geotermia faria com que os movimentos tectónicos e o vulcanismo terminassem;  As fontes de energia exterior, a gravidade e a energia solar, acabariam por nivelar os continentes e depositar os sedimentos formados em bacias de sedimentação.  Nada mudaria… o planeta atingiria o equilíbrio, situação essa situação levaria a grandes alterações nos seres vivos!  Que por acaso é alvo de estudo da Biologia que é a matéria para onde vamos passar!

http://aulasbiogeo10.wordpress.com	55
http://www.slideshare.net	1
http://wildfire.gigya.com	1

(3) biologia e geologia 10º ano - compreender a estrutura e dinâmica da geosfera

by Hugo Martins on Oct 15, 2010

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