8.1: A perspectiva global

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Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

Descreva os componentes do interior da Terra e explique como os cientistas determinaram sua estrutura
Especifique a origem, tamanho e extensão do campo magnético da Terra

A Terra é um planeta de tamanho médio com um diâmetro de aproximadamente 12.760 quilômetros (Figura\(\PageIndex{1}\)). Como um dos planetas internos ou terrestres, ele é composto principalmente por elementos pesados, como ferro, silício e oxigênio, muito diferentes da composição do Sol e das estrelas, que são dominados pelos elementos leves hidrogênio e hélio. A órbita da Terra é quase circular e a Terra está quente o suficiente para suportar água líquida em sua superfície. É o único planeta em nosso sistema solar que não é nem muito quente nem muito frio, mas “perfeito” para o desenvolvimento da vida como a conhecemos. Algumas das propriedades básicas da Terra estão resumidas na Tabela\(\PageIndex{1}\).

alt — Figura\(\PageIndex{1}\): Blue Marble. Esta imagem da Terra vista do espaço, tirada pelos astronautas da Apollo 17, é conhecida como “Mármore Azul”. Essa é uma das raras imagens de uma Terra inteira tirada durante o programa Apollo; a maioria das imagens mostra apenas parte do disco da Terra sob a luz do sol. (crédito: modificação do trabalho pela NASA)

Tabela\(\PageIndex{1}\): Algumas propriedades da Terra
Propriedade	Medição
Eixo semi-maior	1,00 AU
Período	1,00 ano
Missa	5,98 × 10 ²⁴ kg
Diâmetro	12.756 km
Raio	6378 km
Velocidade de escape	11,2 km/s
Período rotacional	23 h 56 m 4 s
Área de superfície	5,1 × 10 ⁸ km ²
Densidade	5,514 g/cm ³
Pressão atmosférica	1,00 bar

Interior da Terra

O interior de um planeta — até mesmo a nossa própria Terra — é difícil de estudar, e sua composição e estrutura devem ser determinadas indiretamente. Nossa única experiência direta é com a pele mais externa da crosta terrestre, uma camada com no máximo alguns quilômetros de profundidade. É importante lembrar que, em muitos aspectos, sabemos menos sobre nosso próprio planeta 5 quilômetros abaixo de nossos pés do que sobre as superfícies de Vênus e Marte.

A Terra é composta principalmente por metal e rocha silicatada (veja a seção Composição e Estrutura dos Planetas). A maior parte desse material está em estado sólido, mas parte dele está quente o suficiente para ser derretido. A estrutura do material no interior da Terra foi investigada com detalhes consideráveis medindo a transmissão de ondas sísmicas pela Terra. São ondas que se espalham pelo interior da Terra a partir de terremotos ou locais de explosão.

As ondas sísmicas viajam por um planeta como as ondas sonoras através de um sino tocado. Assim como as frequências do som variam de acordo com o material do qual a campainha é feita e como ela é construída, a resposta de um planeta depende de sua composição e estrutura. Ao monitorar as ondas sísmicas em diferentes locais, os cientistas podem aprender sobre as camadas pelas quais as ondas viajaram. Algumas dessas vibrações viajam pela superfície; outras passam diretamente pelo interior. Estudos sísmicos mostraram que o interior da Terra consiste em várias camadas distintas com composições diferentes, ilustradas na Figura\(\PageIndex{1}\). À medida que as ondas viajam por diferentes materiais no interior da Terra, as ondas - assim como as ondas de luz nas lentes do telescópio - se curvam (ou refratam) de forma que algumas estações sísmicas na Terra recebem as ondas e outras ficam em “sombras”. Detectar as ondas em uma rede de sismógrafos ajuda os cientistas a construir um modelo do interior da Terra, mostrando camadas líquidas e sólidas. Esse tipo de imagem sísmica não é diferente do usado no ultrassom, um tipo de imagem usado para ver o interior do corpo.

alt — Figura\(\PageIndex{2}\): Estrutura interior da Terra. A crosta, o manto e os núcleos interno e externo (sólido e líquido, respectivamente), conforme mostrado por estudos sísmicos.

A camada superior é a crosta, a parte da Terra que conhecemos melhor (Figura\(\PageIndex{3}\)). A crosta oceânica cobre 55% da superfície da Terra e fica principalmente submersa sob os oceanos. Normalmente tem cerca de 6 quilômetros de espessura e é composto por rochas vulcânicas chamadas basalto. Produzidos pelo resfriamento da lava vulcânica, os basaltos são feitos principalmente dos elementos silício, oxigênio, ferro, alumínio e magnésio. A crosta continental cobre 45% da superfície, parte da qual também está abaixo dos oceanos. A crosta continental tem de 20 a 70 quilômetros de espessura e é composta predominantemente por uma classe vulcânica diferente de silicatos (rochas feitas de silício e oxigênio) chamada granito. Essas rochas crustais, oceânicas e continentais, normalmente têm densidades de cerca de 3 g/cm ³. (Para comparação, a densidade da água é de 1 g/cm ³.) A crosta é a camada mais fácil para os geólogos estudarem, mas representa apenas cerca de 0,3% da massa total da Terra.

alt — Figura\(\PageIndex{3}\): Crosta terrestre. Esta imagem gerada por computador mostra a superfície da crosta terrestre conforme determinada a partir de imagens de satélite e mapeamento de radar do fundo do oceano. Oceanos e lagos são mostrados em azul, com áreas mais escuras representando profundidade. A terra seca é mostrada em tons de verde e marrom, e os mantos de gelo da Groenlândia e da Antártica são representados em tons de branco.

A maior parte da Terra sólida, chamada de manto, se estende da base da crosta até uma profundidade de 2900 quilômetros. O manto é mais ou menos sólido, mas nas temperaturas e pressões encontradas lá, a rocha do manto pode se deformar e fluir lentamente. A densidade no manto aumenta para baixo de cerca de 3,5 g/cm ³ para mais de 5 g/cm3 como resultado da compressão produzida pelo peso do material sobrejacente. Amostras do material do manto superior são ocasionalmente ejetadas dos vulcões, permitindo uma análise detalhada de sua química.

Começando a uma profundidade de 2900 quilômetros, encontramos o denso núcleo metálico da Terra. Com um diâmetro de 7000 quilômetros, nosso núcleo é substancialmente maior do que todo o planeta Mercúrio. O núcleo externo é líquido, mas a parte mais interna do núcleo (cerca de 2400 quilômetros de diâmetro) provavelmente é sólida. Além do ferro, o núcleo provavelmente também contém quantidades substanciais de níquel e enxofre, todos comprimidos até uma densidade muito alta.

A separação da Terra em camadas de diferentes densidades é um exemplo de diferenciação, o processo de classificação dos principais componentes de um planeta por densidade. O fato de a Terra ser diferenciada sugere que ela já foi quente o suficiente para que seu interior derretesse, permitindo que os metais mais pesados afundem no centro e formem o núcleo denso. A evidência de diferenciação vem da comparação da densidade aparente do planeta (5,5 g/cm ³) com os materiais da superfície (3 g/cm ³) para sugerir que material mais denso deve ser enterrado no núcleo.

Campo magnético e magnetosfera

Podemos encontrar pistas adicionais sobre o interior da Terra a partir de seu campo magnético. Nosso planeta se comporta de algumas maneiras como se uma barra magnética gigante estivesse dentro dele, alinhada aproximadamente com os pólos rotacionais da Terra. Esse campo magnético é gerado pelo movimento de material no núcleo metálico líquido da Terra. À medida que o metal líquido dentro da Terra circula, ele configura uma corrente elétrica circulante. Quando muitas partículas carregadas se movem juntas desse jeito — no laboratório ou na escala de um planeta inteiro — elas produzem um campo magnético.

O campo magnético da Terra se estende até o espaço circundante. Quando uma partícula carregada encontra um campo magnético no espaço, ela fica presa na zona magnética. Acima da atmosfera da Terra, nosso campo é capaz de capturar pequenas quantidades de elétrons e outras partículas atômicas. Essa região, chamada de magnetosfera, é definida como a zona dentro da qual o campo magnético da Terra domina o fraco campo magnético interplanetário que se estende para fora do Sol (Figura\(\PageIndex{4}\)).

alt — Figura\(\PageIndex{4}\): Magnetosfera da Terra. Uma visão transversal da nossa magnetosfera (ou zona de influência magnética), conforme revelada por várias missões de naves espaciais. Observe como o vento de partículas carregadas do Sol “sopra” o campo magnético para fora como uma meia de vento.

De onde vêm as partículas carregadas presas em nossa magnetosfera? Eles fluem para fora da superfície quente do Sol; isso é chamado de vento solar. Ele não apenas fornece partículas para o campo magnético da Terra capturar, mas também estica nosso campo na direção que aponta para longe do Sol. Normalmente, a magnetosfera da Terra se estende por cerca de 60.000 quilômetros, ou 10 raios terrestres, na direção do Sol. Mas, na direção distante do Sol, o campo magnético pode chegar até a órbita da Lua e, às vezes, mais longe.

A magnetosfera foi descoberta em 1958 por instrumentos do primeiro satélite terrestre dos EUA, o Explorer 1, que registrou os íons (partículas carregadas) presos em sua parte interna. As regiões de íons de alta energia na magnetosfera são frequentemente chamadas de cinturões de Van Allen em reconhecimento ao professor da Universidade de Iowa que construiu a instrumentação científica para o Explorer 1. Desde 1958, centenas de naves espaciais exploraram várias regiões da magnetosfera. Você pode ler mais sobre sua interação com o Sol em um capítulo posterior.

Conceitos principais e resumo

A Terra é o protótipo do planeta terrestre. Sua composição e estrutura interna são sondadas usando ondas sísmicas. Esses estudos revelam que a Terra tem um núcleo de metal e um manto de silicato. A camada externa, ou crosta, consiste principalmente em basalto oceânico e granito continental. Um campo magnético global, gerado no núcleo, produz a magnetosfera da Terra, que pode capturar partículas atômicas carregadas.

Glossário

basalto: rocha ígnea produzida pelo resfriamento da lava; compõe a maior parte da crosta oceânica da Terra e é encontrada em outros planetas que sofreram extensa atividade vulcânica

abdômen: a parte central do planeta; consiste em material de maior densidade

crosta: a camada externa de um planeta terrestre

granito: um tipo de rocha de silicato ígneo que compõe a maior parte da crosta continental da Terra

magnetosfera: a região ao redor de um planeta em que seu campo magnético intrínseco domina o campo interplanetário transportado pelo vento solar; portanto, a região dentro da qual as partículas carregadas podem ficar presas pelo campo magnético planetário

manto: a maior parte do interior da Terra; fica entre a crosta e o núcleo

onda sísmica: uma vibração que viaja pelo interior da Terra ou qualquer outro objeto; na Terra, geralmente são causadas por terremotos