Resumos · Biologia e GeologiaPT · Secundário

Estrutura e dinâmica da geosfera

Estudam-se os métodos, sobretudo indiretos, que revelam o interior da Terra: a sismologia e as descontinuidades sísmicas. Distinguem-se os dois modelos da estrutura interna — o geoquímico (crosta, manto e núcleo, definido pela composição) e o geofísico (litosfera, astenosfera, mesosfera e endosfera, definido pelo comportamento mecânico) — e explica-se a dinâmica interna: as correntes de convecção e a tectónica de placas, com os seus limites e provas.

4 secções~13 min de leitura4 competênciasNível Padrão 1 · Aprofundamento 3

T·0222 / 16

Perfil de exame

Distinguir métodos diretos e indiretos de estudo do interior da TerraInterpretar dados sísmicos e localizar as descontinuidadesComparar o modelo geoquímico e o modelo geofísico da estrutura internaRelacionar as correntes de convecção com a tectónica de placas e os seus limites

Operadores:distingueinterpretacomparaexplicarelacionalocaliza

nível básico

Reconhecer as camadas da Terra e os tipos de limites de placas.

nível avançado

Interpretar perfis sísmicos, distinguir rigorosamente os dois modelos e justificar a tectónica de placas com provas.

Profundidade

Texto

Conteúdo · 4 secções

Estrutura e dinâmica da geosfera

Métodos de estudo do interior#

PadrãoAE-biologia-e-geologia-10-geosfera

O interior da Terra é quase todo inacessível: a sondagem mais profunda alguma vez feita (Kola, Rússia) atingiu apenas ~12 km, uma fração ínfima dos 6371 km do raio terrestre. Por isso, o conhecimento da estrutura profunda assenta sobretudo em «métodos indiretos», que inferem propriedades do interior a partir de grandezas medidas à superfície (ver Fig. 1).

Métodos indiretos de estudo do interior

Fig. 1Fig. 1 — Principais métodos indiretos e o que revelam sobre o interior.

A «sismologia» é o método indireto mais poderoso. As ondas sísmicas geradas por um sismo propagam-se pelo interior e a sua velocidade e trajetória dependem dos materiais atravessados; registando-as em estações à superfície, deduz-se a estrutura interna. É graças à sismologia que se conhecem as camadas profundas e as suas fronteiras (as descontinuidades).

Outros métodos indiretos complementam a sismologia. A «densidade média» da Terra (~5,5 g/cm³) é muito superior à das rochas da superfície (~2,7 g/cm³), o que obriga a existir um interior muito mais denso (núcleo metálico). O «campo magnético» terrestre indica um núcleo externo líquido e condutor em movimento. O «fluxo térmico» (calor que sai do interior) revela uma fonte de energia interna. E a analogia com os «meteoritos» metálicos e com outros planetas (planetologia comparada) sugere a composição do núcleo.

Existem também «métodos diretos» aplicados ao interior, embora de alcance muito limitado: a observação de afloramentos e de rochas trazidas por sondagens e minas, o estudo de materiais expelidos por vulcões (lavas, que trazem informação do manto) e dos «xenólitos» — fragmentos de rochas profundas arrancados e transportados pelo magma até à superfície. Permitem observar materiais reais, mas apenas das camadas mais superficiais.

A combinação de todos estes métodos, cruzando dados independentes, é que dá solidez ao modelo do interior da Terra — um bom exemplo de como a ciência constrói conhecimento sobre o inacessível a partir de evidências indiretas convergentes.

Exemplo resolvido

Argumentar a partir da densidade

As rochas da crosta têm densidade média ~2,7 g/cm³, mas a densidade média de toda a Terra é ~5,5 g/cm³. Que conclusão se retira e com que tipo de método?

Comparar valores
A densidade média do planeta é cerca do dobro da das rochas superficiais.
Interpretar
Se a superfície é menos densa que a média, tem de existir, em profundidade, material bastante mais denso que compense.
Concluir
Existe um interior muito denso (o núcleo, metálico). É uma inferência a partir de uma grandeza medida — um método indireto (gravimétrico).

Resultado: A elevada densidade média implica um núcleo denso e metálico; a conclusão é obtida por um método indireto.

Erros frequentes

Considerar que as sondagens permitem estudar o núcleo — atingem apenas alguns km da crosta.
Classificar a sismologia como método direto: é indireto, pois deduz o interior a partir das ondas.

Revisão ativa

Explica como a densidade média da Terra (~5,5 g/cm³), superior à das rochas superficiais, constitui um argumento a favor de um núcleo denso.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Sismologia e descontinuidades#

AprofundamentoAE-biologia-e-geologia-10-geosfera

Um sismo liberta energia sob a forma de «ondas sísmicas», que se propagam a partir do foco. As ondas de volume, que atravessam o interior, são de dois tipos. As ondas «P» (primárias) são longitudinais (as partículas vibram na direção de propagação, por compressão e distensão); são as mais rápidas e propagam-se em meios sólidos e líquidos. As ondas «S» (secundárias) são transversais (as partículas vibram perpendicularmente à propagação); são mais lentas e propagam-se apenas em meios sólidos (ver Fig. 2).

Ondas sísmicas P e S

Fig. 2Fig. 2 — Ondas sísmicas de volume: P e S.

A velocidade das ondas depende do meio: aumenta com a rigidez e a densidade e diminui quando o material está fundido. Por isso, quando uma onda passa de um meio para outro de propriedades diferentes, a sua velocidade muda bruscamente — e a onda sofre refração e reflexão. As superfícies onde a velocidade varia de forma abrupta são as «descontinuidades sísmicas», que marcam as fronteiras entre as camadas da Terra.

Há três descontinuidades fundamentais. A descontinuidade de «Mohorovičić» (Moho) separa a crosta do manto (a poucos km sob os oceanos, até ~30–70 km sob os continentes). A descontinuidade de «Gutenberg», a cerca de 2900 km de profundidade, separa o manto do núcleo. A descontinuidade de «Lehmann», a cerca de 5150 km, separa o núcleo externo do núcleo interno.

Uma prova decisiva do estado dos materiais é a «zona de sombra» das ondas S. As ondas S, geradas por um sismo, não chegam à região do globo diametralmente oposta ao foco. Como as ondas S não se propagam em líquidos, a sua ausência aí demonstra que atravessam uma camada líquida: o «núcleo externo». As ondas P, embora atravessem o núcleo, sofrem forte refração ao entrar nele, criando também uma zona de sombra própria — outra evidência do contraste manto/núcleo.

A sismologia é, assim, uma verdadeira «ecografia» da Terra: a partir dos tempos de chegada e das trajetórias das ondas, reconstitui-se toda a estrutura interna. É frequente, no Exame, a interpretação de perfis de velocidade das ondas em função da profundidade, onde os saltos de velocidade assinalam precisamente as descontinuidades.

Exemplo resolvido

Interpretar a ausência de ondas S

Numa estação sismográfica situada a mais de 103° do foco de um sismo, registam-se ondas P (muito atrasadas) mas nenhuma onda S. Que se conclui?

Relacionar com o percurso
Para chegar a essa estação, as ondas teriam de atravessar o núcleo.
Aplicar a propriedade das ondas S
As ondas S não se propagam em líquidos; a sua ausência indica que o percurso incluiu material líquido.
Concluir
O núcleo externo é líquido (não deixa passar as S). As P chegam atrasadas porque abrandam e são refratadas ao atravessar o núcleo.

Resultado: A ausência de ondas S demonstra que o núcleo externo é líquido; o atraso das P confirma o contraste de propriedades na descontinuidade de Gutenberg.

Erros frequentes

Trocar as ondas P e S: as P são longitudinais, mais rápidas e passam em líquidos; as S são transversais e não passam em líquidos.
Confundir as descontinuidades: Moho (crosta/manto), Gutenberg (manto/núcleo), Lehmann (núcleo externo/interno).

Revisão ativa

Explica por que a zona de sombra das ondas S é uma prova de que o núcleo externo é líquido.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Modelo geoquímico e modelo geofísico#

AprofundamentoAE-biologia-e-geologia-10-geosfera

A estrutura interna da Terra pode ser descrita por «dois modelos» complementares, construídos com critérios diferentes — e não os confundir é um dos pontos mais avaliados do tema. O «modelo geoquímico» divide o interior segundo a «composição química» dos materiais; o «modelo geofísico» divide-o segundo o «comportamento mecânico» (o modo como os materiais reagem às forças). As fronteiras dos dois modelos não coincidem (ver Fig. 3 e Fig. 4).

Estrutura interna — modelo geoquímico

Fig. 3Fig. 3 — Modelo geoquímico: crosta, manto (superior e inferior) e núcleo (externo e interno).

Modelo geoquímico vs modelo geofísico

Fig. 4Fig. 4 — Os dois modelos da estrutura interna: critérios e camadas.

No «modelo geoquímico», distinguem-se, do exterior para o interior: a «crosta» (a camada mais superficial, subdividida em crosta continental, mais espessa e menos densa, e crosta oceânica, mais fina e densa); o «manto» (silicatos ricos em ferro e magnésio, a camada de maior volume, dividido em manto superior e inferior); e o «núcleo» (essencialmente ferro e níquel, muito denso, com um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido). As fronteiras são as descontinuidades de Moho e de Gutenberg.

No «modelo geofísico», distinguem-se: a «litosfera» (camada rígida e quebradiça que inclui a crosta e a parte superior, rígida, do manto — é a que está dividida em placas); a «astenosfera» (manto superior, dúctil e parcialmente fundido, sobre o qual as placas deslizam); a «mesosfera» (manto inferior, sólido e rígido pela elevada pressão); e a «endosfera» ou núcleo (externo líquido e interno sólido). O critério é o comportamento face às forças, não a composição.

A diferença essencial está na «litosfera»: no modelo geofísico ela junta duas camadas que, no modelo geoquímico, são distintas — toda a crosta mais a parte rígida do topo do manto. Ou seja, a fronteira litosfera/astenosfera não é uma fronteira de composição (ambas são manto abaixo da Moho), mas de comportamento mecânico (rígido vs dúctil). Esta é exatamente a ideia que se costuma pedir para explicar.

Os dois modelos não competem: descrevem a mesma Terra sob dois pontos de vista. O geoquímico responde à pergunta «de que é feito?»; o geofísico responde a «como se comporta?». É o modelo geofísico, ao definir a litosfera rígida sobre a astenosfera dúctil, que fornece a base física para a tectónica de placas.

Exemplo resolvido

Por que litosfera não é crosta

Justifica a afirmação: «A litosfera não corresponde à crosta.»

Definir litosfera
A litosfera é a camada rígida e quebradiça da parte externa da Terra, definida por critério mecânico.
Identificar o que inclui
Inclui toda a crosta e ainda a parte superior do manto que se comporta de forma rígida (acima da astenosfera dúctil).
Concluir
Como a litosfera integra crosta + topo do manto, é mais espessa e abrangente do que a crosta, pertencendo a um modelo (geofísico) de critério distinto do da crosta (geoquímico).

Resultado: A litosfera abrange a crosta e a parte rígida do manto superior; crosta e litosfera pertencem a modelos com critérios diferentes e não são equivalentes.

Erros frequentes

Igualar litosfera a crosta: a litosfera inclui a crosta e a parte rígida do topo do manto.
Misturar as camadas dos dois modelos (por exemplo, falar de «manto» e «astenosfera» como se pertencessem ao mesmo modelo).

Revisão ativa

Constrói um quadro que faça corresponder, por profundidade, as camadas do modelo geoquímico e as do modelo geofísico, assinalando onde as fronteiras não coincidem.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Tectónica de placas e dinâmica interna#

AprofundamentoAE-biologia-e-geologia-10-geosfera

A litosfera está fragmentada em «placas tectónicas» que se deslocam sobre a astenosfera dúctil. O motor deste movimento é a «convecção» no manto: o calor interno provoca correntes em que material quente e menos denso ascende e material frio e mais denso desce, arrastando as placas — a que se somam a «força de arrasto» da placa que mergulha (slab pull) e o «empurrão da dorsal» (ridge push). A tectónica de placas é a teoria unificadora da Geologia moderna.

As fronteiras entre placas classificam-se em três tipos, conforme o movimento relativo (ver Fig. 5). Nos «limites divergentes» (ou construtivos), as placas afastam-se; o magma ascende e forma nova litosfera oceânica — é o que acontece nas dorsais oceânicas (expansão dos fundos oceânicos, riftes). Nos «limites convergentes» (ou destrutivos), as placas aproximam-se; uma pode mergulhar sob a outra (subducção), gerando fossas oceânicas, vulcanismo e sismos, ou colidir e formar cadeias montanhosas (por exemplo, os Himalaias).

Tipos de limites de placas

Fig. 5Fig. 5 — Os três tipos de limites entre placas tectónicas.

Nos «limites transformantes» (ou conservativos), as placas deslizam lateralmente uma em relação à outra, sem criar nem destruir litosfera; geram sismos frequentes, como na falha de Santo André (Califórnia). A distribuição mundial dos sismos e dos vulcões desenha, precisamente, as fronteiras das placas — uma prova visível da teoria.

A teoria teve origem na «deriva continental» de Alfred Wegener (1912), que reuniu provas de que os continentes já estiveram unidos (o supercontinente Pangeia) e depois se separaram. As suas provas foram: a «morfológica» (o encaixe das costas, como África e América do Sul); a «paleontológica» (fósseis do mesmo ser em continentes hoje separados, p. ex. o réptil Mesosaurus); a «litológica/geológica» (continuidade de formações rochosas e de cadeias entre continentes); e a «paleoclimática» (vestígios de glaciares em regiões hoje tropicais).

A Wegener faltava um mecanismo credível, pelo que a sua ideia foi inicialmente rejeitada. A prova decisiva chegou nos anos 1960 com o «paleomagnetismo» e a descoberta da expansão dos fundos oceânicos: as bandas magnéticas simétricas em relação às dorsais e a idade crescente dos fundos oceânicos à medida que nos afastamos da dorsal demonstraram que o fundo do mar se forma nas dorsais e se afasta — confirmando o mobilismo e originando a moderna tectónica de placas.

Exemplo resolvido

A idade dos fundos oceânicos

Os fundos oceânicos são muito mais jovens junto às dorsais e progressivamente mais antigos à medida que nos afastamos delas, de forma simétrica dos dois lados. Como se interpreta este facto?

Localizar a formação
Junto à dorsal a litosfera oceânica é recém-formada (idade quase nula), pois é aí que o magma ascende.
Interpretar o afastamento
À medida que nova litosfera se forma na dorsal, a mais antiga é empurrada para os lados — daí ser tanto mais velha quanto mais longe da dorsal.
Concluir
O padrão simétrico de idades confirma a expansão dos fundos oceânicos a partir das dorsais, um limite divergente.

Resultado: A idade crescente e simétrica dos fundos oceânicos com o afastamento da dorsal prova a expansão dos fundos oceânicos e apoia a tectónica de placas.

Erros frequentes

Confundir limite divergente (cria litosfera) com convergente (destrói/consome litosfera).
Atribuir a Wegener a tectónica de placas completa: ele propôs a deriva continental, mas faltava-lhe o mecanismo (só depois explicado).

Revisão ativa

A partir de um mapa da distribuição mundial de sismos e vulcões, explica como esses dados apoiam a teoria da tectónica de placas.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Referências e fontes

Fontes

Direção-Geral da Educação (DGE)

Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano

Estrutura e dinâmica da geosfera

4 secções~13 min de leitura4 competênciasNível Padrão 1 · Aprofundamento 3

Estrutura e dinâmica da geosfera

Pontos-chave

Argumentar a partir da densidade

Pontos-chave

Interpretar a ausência de ondas S

Pontos-chave

Por que litosfera não é crosta

Pontos-chave

A idade dos fundos oceânicos

Fontes

Estrutura e dinâmica da geosfera

Pontos-chave

Argumentar a partir da densidade

Pontos-chave

Interpretar a ausência de ondas S

Pontos-chave

Por que litosfera não é crosta

Pontos-chave

A idade dos fundos oceânicos

Fontes