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Expansão dos fundos oceânicos e paleomagnetismo

Estuda-se a prova que transformou a deriva continental na Tectónica de Placas: a expansão dos fundos oceânicos, proposta por Hess, e a sua confirmação pelo paleomagnetismo. As inversões do campo magnético terrestre ficam registadas nos basaltos e produzem, dos dois lados das dorsais, faixas de anomalias magnéticas simétricas — a hipótese de Vine e Matthews. A partir da idade e da distância dos fundos calcula-se a velocidade de expansão. Disciplina de opção sem Exame Final Nacional (avaliação interna).

4 secções~13 min de leitura3 competênciasNível Padrão 1 · Aprofundamento 3

T·0222 / 16

Perfil de exame

Explicar a hipótese da expansão dos fundos oceânicosRelacionar o paleomagnetismo e as inversões do campo com as anomalias magnéticas simétricasCalcular a velocidade de expansão a partir da idade e da distância dos fundos

Operadores:explicainterpretarelacionacalculajustifica

nível básico

Reconhecer que os fundos oceânicos se expandem a partir das dorsais e que registam o magnetismo terrestre.

nível avançado

Interpretar perfis de anomalias magnéticas simétricos e resolver cálculos de velocidade de expansão com pares idade-distância.

Profundidade

Texto

Conteúdo · 4 secções

Expansão dos fundos oceânicos e paleomagnetismo

A expansão dos fundos oceânicos#

PadrãoAE-geologia-12-tectonica

No início da década de 1960, o geólogo Harry Hess propôs a hipótese da «expansão dos fundos oceânicos» (seafloor spreading), a peça que faltava para revitalizar as ideias de Wegener. A exploração dos oceanos após a Segunda Guerra Mundial revelara um relevo submarino surpreendente: um sistema global de cordilheiras submersas — as «dorsais médio-oceânicas» —, sulcadas ao centro por um vale de fratura (o «rifte»), e as fossas oceânicas, muito profundas, junto a certas margens.

Segundo Hess, é ao longo das dorsais que se cria nova litosfera oceânica: o magma ascende do manto pelo rifte, solidifica e forma continuamente novo fundo oceânico, que é depois «empurrado» lateralmente para ambos os lados, afastando-se do eixo da dorsal (ver Fig. 1). O fundo oceânico funcionaria como uma «gigantesca correia transportadora», nascendo na dorsal e sendo consumido, muito longe, nas fossas oceânicas, onde mergulha de volta para o manto.

Expansão dos fundos oceânicos numa dorsal

Fig. 1Fig. 1 — Numa dorsal, o magma ascende, cria nova litosfera e esta afasta-se simetricamente para os dois lados (expansão dos fundos oceânicos).

Esta hipótese resolvia elegantemente o problema do mecanismo de Wegener: os continentes não «sulcam» o fundo oceânico — são «transportados passivamente» sobre a litosfera em expansão, como passageiros sobre a correia. O motor seria a dinâmica do próprio manto (as correntes de convecção), tema aprofundado no capítulo seguinte.

A hipótese fazia «previsões testáveis», o que é essencial numa boa teoria científica. Previa que: (1) as rochas do fundo oceânico seriam tanto «mais antigas» quanto «mais afastadas» da dorsal (e muito jovens junto ao eixo); (2) a espessura dos sedimentos aumentaria com a distância à dorsal (mais tempo para acumular); e (3) o fluxo de calor seria máximo sobre a dorsal. Todas estas previsões viriam a ser confirmadas — mas a prova mais espetacular veio do «magnetismo» das rochas.

Exemplo resolvido

Prever a espessura dos sedimentos

A hipótese da expansão prevê que a espessura dos sedimentos sobre o fundo oceânico aumenta com a distância à dorsal. Justifica esta previsão.

Relacionar idade e distância
O fundo é criado na dorsal (idade zero) e afasta-se; logo, quanto mais longe da dorsal, mais antigo é o fundo.
Relacionar idade e sedimentação
Os sedimentos acumulam-se continuamente sobre o fundo ao longo do tempo; um fundo mais antigo teve mais tempo para acumular sedimentos.
Concluir
Fundos mais afastados (mais antigos) têm coberturas sedimentares mais espessas; junto à dorsal os sedimentos são finos ou inexistentes.

Resultado: A espessura dos sedimentos cresce com a distância à dorsal porque essa distância traduz maior idade do fundo e, logo, mais tempo de acumulação — previsão confirmada.

Erros frequentes

Pensar que o fundo oceânico é permanente e antigo — é, na verdade, o mais jovem da Terra (nenhum fundo oceânico tem mais de ~200 Ma).
Confundir dorsal (onde se cria litosfera) com fossa (onde se destrói).

Revisão ativa

Prevê como varia a idade das rochas do fundo oceânico à medida que nos afastamos de uma dorsal e explica porquê.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Geologia — 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Paleomagnetismo e inversões do campo magnético#

AprofundamentoAE-geologia-12-tectonica

Registo das inversões numa sucessão de lavas

Fig. 2Fig. 2 — Cada derrame de lava regista a polaridade do campo no momento em que solidificou; a coluna guarda a sucessão de inversões (N = normal, I = inversa).

O «paleomagnetismo» é o estudo do magnetismo «fóssil» registado nas rochas. A Terra comporta-se como um enorme íman, com um campo magnético gerado no núcleo externo líquido (o «geodínamo»). Quando um magma rico em minerais ferromagnéticos (como a magnetite) arrefece e solidifica, esses minerais orientam-se segundo o campo magnético existente «no momento» da solidificação, e ficam «congelados» nessa orientação abaixo de uma temperatura crítica (o ponto de Curie).

Cada rocha ígnea guarda, assim, um registo fiel do campo magnético da época em que se formou: a sua «direção» (que aponta para o polo magnético de então) e a sua «polaridade». Este registo permite reconstituir a posição paleogeográfica dos continentes (paleomagnetismo) e, no caso dos fundos oceânicos, datar e correlacionar faixas de basalto.

A descoberta decisiva foi a das «inversões do campo magnético terrestre»: ao longo da história geológica, o campo magnético da Terra «inverteu-se» inúmeras vezes — o que hoje é o polo Norte magnético foi, noutras épocas, polo Sul, e vice-versa. Chama-se «polaridade normal» à orientação atual e «polaridade inversa» à orientação oposta. Estas inversões, embora irregulares no tempo, ficaram registadas nas rochas de todo o planeta.

É crucial não confundir a «inversão da polaridade» (o campo troca de sentido, permanecendo a rocha imóvel) com o «movimento das placas» (a rocha desloca-se, mudando de posição). São dois fenómenos distintos que o paleomagnetismo permite separar. As inversões afetam «simultaneamente» todo o planeta e servem como marcadores temporais globais; o movimento das placas desloca a rocha lateralmente.

A sequência das inversões, datada por métodos radiométricos em lavas continentais, constitui uma verdadeira «escala de polaridade magnética» — um calendário de inversões. Quando esta mesma sequência foi encontrada, replicada, nos fundos oceânicos, tornou-se possível datar o fundo do mar sem sequer o perfurar: bastava reconhecer o padrão de faixas magnéticas. Esta ligação abriu caminho à confirmação da expansão dos fundos.

Exemplo resolvido

Interpretar um registo paleomagnético

Um basalto oceânico apresenta polaridade inversa. Que informação nos dá sobre a época da sua formação?

Interpretar a polaridade
A polaridade inversa indica que, no momento em que o basalto solidificou, o campo magnético terrestre tinha sentido oposto ao atual.
Situar no calendário de inversões
Comparando com a escala de polaridade magnética (datada em lavas continentais), identifica-se o intervalo de tempo de polaridade inversa a que corresponde.
Concluir
O basalto formou-se durante um período de polaridade inversa, o que ajuda a datá-lo e a correlacioná-lo com outros fundos da mesma faixa.

Resultado: A polaridade inversa data a rocha por comparação com o calendário global de inversões, permitindo correlacionar fundos oceânicos distantes.

Erros frequentes

Confundir a inversão do campo magnético com o movimento/rotação da placa — são fenómenos independentes.
Julgar que o registo magnético indica sempre o polo geográfico — indica o polo magnético do momento da solidificação da rocha.

Revisão ativa

Explica por que uma sequência de inversões magnéticas serve como marcador temporal comum a rochas de regiões muito afastadas.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Geologia — 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

As anomalias magnéticas simétricas (Vine-Matthews)#

AprofundamentoAE-geologia-12-tectonica

Ao percorrer os fundos oceânicos com magnetómetros, os investigadores detetaram um padrão extraordinário: faixas paralelas à dorsal em que o campo magnético medido é, alternadamente, «mais forte» e «mais fraco» do que o esperado — as «anomalias magnéticas». As anomalias positivas correspondem a basaltos com polaridade normal (que reforçam o campo atual) e as negativas a basaltos com polaridade inversa (que o enfraquecem).

O facto decisivo é que estas faixas são «simétricas» relativamente ao eixo da dorsal: o padrão de anomalias de um lado é a imagem no espelho do padrão do outro lado (ver Fig. 3). A largura das faixas homólogas é igual dos dois lados, e a sua sequência é a mesma — como duas fitas idênticas a saírem, em sentidos opostos, do eixo da dorsal.

Faixas de anomalias magnéticas simétricas

Fig. 3Fig. 3 — As faixas de polaridade normal (N, preenchidas) e inversa (I, vazias) são simétricas relativamente ao eixo da dorsal — a assinatura da expansão dos fundos.

Em 1963, Fred Vine e Drummond Matthews (e, independentemente, Lawrence Morley) explicaram brilhantemente este padrão, unindo duas ideias: a expansão dos fundos (Hess) e as inversões magnéticas. À medida que o magma solidifica no eixo da dorsal, regista a polaridade «do momento»; a expansão afasta esse basalto para ambos os lados, e novo basalto solidifica no centro registando a polaridade seguinte. Como as inversões afetam todo o planeta ao mesmo tempo, geram-se faixas de polaridade alternada, «necessariamente simétricas» em relação ao eixo — porque a dorsal age como uma dupla gravadora que imprime o mesmo sinal nos dois sentidos.

Esta simetria é uma prova «irrefutável» da expansão dos fundos oceânicos: se o fundo não se expandisse a partir do eixo, não haveria razão nenhuma para o padrão de anomalias ser simétrico. A hipótese de Vine-Matthews transformou a expansão dos fundos de conjetura em facto estabelecido, e foi um dos pilares empíricos que consolidaram a Tectónica de Placas no final da década de 1960.

Como as faixas magnéticas estão datadas (pela escala de polaridade), o padrão simétrico funciona também como um «mapa de idades» do fundo oceânico: cada par de faixas homólogas tem a mesma idade e a mesma distância ao eixo. É esta correspondência que permite, na secção seguinte, calcular a velocidade a que o fundo se expande.

Exemplo resolvido

Reconhecer a simetria num perfil

Ao atravessar uma dorsal, um navio regista a sequência de polaridades N-I-N-N-I-N (do bordo esquerdo ao direito). Verifica se o perfil é compatível com a expansão dos fundos.

Localizar o eixo
O eixo da dorsal está no centro do perfil, entre as duas faixas N centrais (as mais jovens).
Comparar os dois lados
À esquerda do eixo: N-I-N; à direita: N-I-N. As sequências são imagens no espelho uma da outra.
Concluir
A simetria em relação ao eixo confirma que o fundo foi criado no eixo e afastado igualmente para ambos os lados.

Resultado: O perfil é simétrico em relação ao eixo (N-I-N de cada lado), o que é compatível com — e prova — a expansão simétrica dos fundos oceânicos.

Erros frequentes

Pensar que as anomalias positivas/negativas indicam mais/menos rocha — indicam polaridade normal/inversa registada no basalto.
Não relacionar a simetria com a criação de litosfera no eixo — é essa criação simétrica que gera a imagem em espelho.

Revisão ativa

Explica por que o padrão de anomalias magnéticas é simétrico em relação ao eixo de uma dorsal e o que isso prova.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Geologia — 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Idade dos fundos e velocidade de expansão#

AprofundamentoAE-geologia-12-tectonica

Uma vez datadas as faixas magnéticas, o fundo oceânico revela-se um cronómetro: a sua idade «aumenta de forma aproximadamente linear» com a distância ao eixo da dorsal (ver Fig. 4). Esta relação linear é a assinatura de uma expansão a velocidade sensivelmente constante e permite «medir» essa velocidade a partir de um par de valores idade-distância.

Idade do fundo em função da distância à dorsal

Fig. 4Fig. 4 — A idade do fundo cresce linearmente com a distância ao eixo; o declive da reta traduz a velocidade de expansão.

A velocidade de expansão calcula-se pela relação básica «velocidade = distância / tempo». Se uma faixa de idade conhecida «t» se encontra a uma distância «d» do eixo, a velocidade a que essa porção de fundo se afastou é v = d / t. Convém distinguir a «meia-velocidade de expansão» (medida de um só lado, do eixo até à faixa) da «velocidade total» de afastamento entre as duas placas (o dobro, porque cada lado se afasta).

As unidades exigem cuidado, e o rigor de unidades é muito valorizado na avaliação interna. As distâncias medem-se em quilómetros e as idades em milhões de anos (Ma); é habitual exprimir o resultado em «cm/ano». A conversão é direta: como 1 km = 10^5 cm e 1 Ma = 10^6 anos, tem-se 1 km/Ma = 10^5 cm ÷ 10^6 anos = 0,1 cm/ano. As dorsais reais expandem-se tipicamente a meia-velocidades de 1 a 10 cm/ano.

Estas velocidades, embora pareçam ínfimas, são geologicamente enormes: alguns centímetros por ano, mantidos ao longo de dezenas de milhões de anos, abrem oceanos inteiros. O Atlântico, por exemplo, abriu-se ao longo dos últimos ~180 milhões de anos a partir da fragmentação da Pangeia — a poucos centímetros por ano.

Uma consequência notável explica-se por aqui: «não existe fundo oceânico verdadeiramente antigo». Como o fundo é continuamente criado nas dorsais e destruído nas fossas (subducção), o fundo mais antigo do oceano atual tem apenas cerca de 180-200 Ma — uma fração ínfima da idade da Terra (4600 Ma). Os continentes, que não subductam, guardam rochas muito mais antigas (até ~4000 Ma).

v = \dfrac{d}{t}

Velocidade de expansão

d é a distância da faixa ao eixo da dorsal e t a sua idade; v é a meia-velocidade de expansão (a velocidade total de afastamento entre as duas placas é 2v).

Exemplo resolvido

Calcular a velocidade de expansão

Uma faixa magnética datada em 3 Ma situa-se a 66 km do eixo de uma dorsal. Determina a meia-velocidade de expansão (cm/ano) e a velocidade total de afastamento entre as placas.

Aplicar v = d/t
v = 66 km / 3 Ma = 22 km/Ma (quilómetros por milhão de anos).
$v = \dfrac{66\ \text{km}}{3\ \text{Ma}} = 22\ \text{km/Ma}$
Converter para cm/ano
22 km/Ma = 22 × 10^5 cm / 10^6 anos = 2,2 cm/ano. Esta é a meia-velocidade (de um só lado do eixo).
Calcular a velocidade total
As duas placas afastam-se simetricamente, logo a velocidade total de afastamento é 2 × 2,2 = 4,4 cm/ano.

Resultado: Meia-velocidade de expansão ≈ 2,2 cm/ano; velocidade total de afastamento entre as placas ≈ 4,4 cm/ano.

Erros frequentes

Confundir meia-velocidade (de um só lado do eixo) com velocidade total de afastamento entre placas (o dobro).
Errar na conversão de unidades (km/Ma ↔ cm/ano) ou usar a idade e a distância de faixas não correspondentes.

Revisão ativa

Uma faixa magnética com 3 Ma encontra-se a 66 km do eixo da dorsal. Calcula a meia-velocidade de expansão em cm/ano.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Geologia — 12.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Referências e fontes

Fontes

Direção-Geral da Educação (DGE)

Aprendizagens Essenciais de Geologia — 12.º ano

Expansão dos fundos oceânicos e paleomagnetismo

4 secções~13 min de leitura3 competênciasNível Padrão 1 · Aprofundamento 3

Expansão dos fundos oceânicos e paleomagnetismo

Pontos-chave

Prever a espessura dos sedimentos

Pontos-chave

Interpretar um registo paleomagnético

Pontos-chave

Reconhecer a simetria num perfil

Pontos-chave

Calcular a velocidade de expansão

Fontes

Expansão dos fundos oceânicos e paleomagnetismo

Pontos-chave

Prever a espessura dos sedimentos

Pontos-chave

Interpretar um registo paleomagnético

Pontos-chave

Reconhecer a simetria num perfil

Pontos-chave

Calcular a velocidade de expansão

Fontes