8.2: Crosta terrestre
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Objetivos de
Ao final desta seção, você poderá:
- Denote os principais tipos de rocha que constituem a crosta terrestre
- Explique a teoria das placas tectônicas
- Descreva a diferença entre as zonas de fenda e subducção
- Descreva a relação entre zonas de falha e construção de montanhas
- Explique os vários tipos de atividade vulcânica que ocorrem na Terra
Vamos agora examinar as camadas externas do nosso planeta com mais detalhes. A crosta terrestre é um lugar dinâmico. Erupções vulcânicas, erosão e movimentos em grande escala dos continentes retrabalham constantemente a superfície do nosso planeta. Geologicamente, o nosso é o planeta mais ativo. Muitos dos processos geológicos descritos nesta seção também ocorreram em outros planetas, mas geralmente em seus passados distantes. Algumas das luas dos planetas gigantes também têm níveis de atividade impressionantes. Por exemplo, a lua de Júpiter, Io, tem um número notável de vulcões ativos.
Composição da crosta
A crosta terrestre é composta em grande parte de basalto oceânico e granito continental. Ambas são rochas ígneas, o termo usado para qualquer rocha que tenha esfriado do estado fundido. Toda rocha produzida vulcanicamente é ígnea (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Dois outros tipos de rocha nos são familiares na Terra, embora nenhum deles seja comum em outros planetas. Rochas sedimentares são feitas de fragmentos de rocha ígnea ou de conchas de organismos vivos depositados pelo vento ou pela água e cimentados juntos sem derreter. Na Terra, essas rochas incluem arenitos, xistos e calcários comuns. Rochas metamórficas são produzidas quando a alta temperatura ou pressão alteram física ou quimicamente as rochas ígneas ou sedimentares (a palavra metamórfica significa “forma alterada”). Rochas metamórficas são produzidas na Terra porque a atividade geológica leva as rochas da superfície a profundidades consideráveis e, em seguida, as traz de volta à superfície. Sem essa atividade, essas rochas alteradas não existiriam na superfície.
Há uma quarta categoria muito importante de rocha que pode nos dizer muito sobre o início da história do sistema planetário: a rocha primitiva, que em grande parte escapou da modificação química por aquecimento. A rocha primitiva representa o material original do qual o sistema planetário foi feito. Nenhum material primitivo é deixado na Terra porque o planeta inteiro foi aquecido no início de sua história. Para encontrar rochas primitivas, precisamos procurar objetos menores, como cometas, asteróides e pequenas luas planetárias. Às vezes, podemos ver rochas primitivas em amostras que caem na Terra a partir desses objetos menores.
Um bloco de quartzito na Terra é composto por materiais que passaram por todos esses quatro estados. Começando como material primitivo antes do nascimento da Terra, ele foi aquecido no início da Terra para formar rocha ígnea, transformado quimicamente e redepositado (talvez muitas vezes) para formar rocha sedimentar e, finalmente, transformado vários quilômetros abaixo da superfície da Terra na pedra metamórfica branca e dura que vemos hoje.
Tectônica de placas
Geologia é o estudo da crosta terrestre e dos processos que moldaram sua superfície ao longo da história. (Embora geográfico signifique “relacionado à Terra”, astrônomos e cientistas planetários também falam sobre a geologia de outros planetas.) O calor que escapa do interior fornece energia para a formação das montanhas, vales, vulcões e até mesmo dos próprios continentes e bacias oceânicas do nosso planeta. Mas somente em meados do século XX os geólogos conseguiram entender como essas formas de relevo são criadas.
A tectônica de placas é uma teoria que explica como os movimentos lentos dentro do manto da Terra movem grandes segmentos da crosta, resultando em uma “deriva” gradual dos continentes, bem como na formação de montanhas e outras características geológicas de grande escala. A tectônica de placas é um conceito tão básico para a geologia quanto a evolução por seleção natural é para a biologia ou a gravidade é para entender as órbitas dos planetas. Olhando para ela de uma perspectiva diferente, as placas tectônicas são um mecanismo para a Terra transportar calor de forma eficiente do interior, onde ele se acumulou, para o espaço. É um sistema de resfriamento para o planeta. Todos os planetas desenvolvem um processo de transferência de calor à medida que evoluem; os mecanismos podem diferir dos da Terra como resultado da composição química e de outras restrições.
A crosta terrestre e o manto superior (até uma profundidade de cerca de 60 quilômetros) são divididos em cerca de uma dúzia de placas tectônicas que se encaixam como as peças de um quebra-cabeça (Figura\(\PageIndex{2}\)). Em alguns lugares, como o Oceano Atlântico, as placas estão se separando; em outros, como na costa oeste da América do Sul, elas estão sendo forçadas a se unir. A potência de mover as placas é fornecida pela lenta convecção do manto, um processo pelo qual o calor escapa do interior por meio do fluxo ascendente de material mais quente e do lento afundamento do material mais frio. (A convecção, na qual a energia é transportada de uma região quente, como o interior da Terra, para uma região mais fria, como o manto superior, é um processo que encontramos com frequência na astronomia — tanto nas estrelas quanto nos planetas. Também é importante ferver água para o café enquanto estuda para os exames de astronomia.)
O Serviço Geológico dos EUA fornece um mapa dos terremotos recentes e mostra os limites das placas tectônicas e onde os terremotos ocorrem em relação a esses limites. Você pode ver os Estados Unidos de perto ou diminuir o zoom para ter uma visão global.
À medida que as placas se movem lentamente, elas esbarram umas nas outras e causam mudanças dramáticas na crosta terrestre ao longo do tempo. Quatro tipos básicos de interações entre as placas crustais são possíveis em seus limites: (1) elas podem se separar, (2) uma placa pode se enterrar embaixo da outra, (3) elas podem deslizar uma ao lado da outra ou (4) elas podem se enterrar. Cada uma dessas atividades é importante para determinar a geologia da Terra.
alfred wegner: captando a deriva das placas tectônicas
Ao estudar mapas ou globos da Terra, muitos estudantes notam que a costa da América do Norte e do Sul, com apenas pequenos ajustes, poderia se encaixar muito bem na costa da Europa e da África. Parece que essas grandes massas de terra poderiam ter estado juntas e, de alguma forma, despedaçadas. A mesma ideia ocorreu com outros (incluindo Francis Bacon já em 1620), mas somente no século XX essa proposta poderia ser mais do que especulação. O cientista que defendeu a deriva continental em 1920 foi um meteorologista e astrônomo alemão chamado Alfred Wegener (Figura).
Nascido em Berlim em 1880, Wegener foi, desde cedo, fascinado pela Groenlândia, a maior ilha do mundo, que ele sonhava em explorar. Ele estudou nas universidades de Heidelberg, Innsbruck e Berlim, recebendo um doutorado em astronomia ao reexaminar tabelas astronômicas do século XIII. Mas, seus interesses se voltaram cada vez mais para a Terra, particularmente seu clima. Ele realizou experimentos usando pipas e balões, tornando-se tão talentoso que ele e seu irmão estabeleceram um recorde mundial em 1906 voando por 52 horas em um balão.
Wegener concebeu a deriva continental pela primeira vez em 1910 enquanto examinava um mapa-múndi em um atlas, mas levou dois anos para reunir dados suficientes para propor a ideia em público. Ele publicou os resultados em forma de livro em 1915. A evidência de Wegener foi muito além da congruência nas formas dos continentes. Ele propôs que as semelhanças entre fósseis encontrados apenas na América do Sul e na África indicavam que esses dois continentes estavam unidos ao mesmo tempo. Ele também mostrou que as semelhanças entre espécies de animais vivos em diferentes continentes poderiam ser melhor explicadas assumindo que os continentes já estiveram conectados em um supercontinente que ele chamou de Pangéia (do grego elementos que significam “toda a terra”).
A sugestão de Wegener foi recebida com uma reação hostil da maioria dos cientistas. Embora ele tivesse reunido uma lista impressionante de argumentos para sua hipótese, ele não tinha um mecanismo. Ninguém poderia explicar como continentes sólidos poderiam flutuar por milhares de quilômetros. Alguns cientistas ficaram suficientemente impressionados com o trabalho de Wegener para continuar procurando evidências adicionais, mas muitos acharam que a noção de mover continentes é revolucionária demais para ser levada a sério. Desenvolver uma compreensão do mecanismo (placas tectônicas) levaria décadas de progresso adicional em geologia, oceanografia e geofísica.
Wegener ficou decepcionado com a recepção de sua sugestão, mas continuou sua pesquisa e, em 1924, foi nomeado para uma cátedra especial de meteorologia e geofísica criada especialmente para ele na Universidade de Graz (onde foi, no entanto, condenado ao ostracismo pela maioria da faculdade de geologia). Quatro anos depois, em sua quarta expedição à sua amada Groenlândia, ele comemorou seu quinquagésimo aniversário com colegas e depois partiu a pé em direção a um acampamento diferente na ilha. Ele nunca sobreviveu; foi encontrado alguns dias depois, morto de um aparente ataque cardíaco.
Os críticos da ciência costumam apontar a resistência à hipótese da deriva continental como um exemplo da maneira falha como os cientistas encaram as novas ideias. (Muitas pessoas que têm teorias malucas avançadas alegaram que estão sendo ridicularizadas injustamente, assim como Wegener.) Mas achamos que há uma luz mais positiva para ver a história da sugestão de Wegener. Os cientistas de sua época mantiveram uma atitude cética porque precisavam de mais evidências e de um mecanismo claro que se encaixasse no que eles entendiam sobre a natureza. Uma vez que as evidências e o mecanismo estavam claros, a hipótese de Wegener rapidamente se tornou a peça central de nossa visão de uma Terra dinâmica.
Veja como a deriva dos continentes mudou a aparência da crosta do nosso planeta.
Zonas de fenda e subducção
As placas se separam umas das outras ao longo de zonas de fenda, como a cordilheira meso-atlântica, impulsionadas por correntes ascendentes no manto (Figura\(\PageIndex{4}\)). Algumas zonas de fenda são encontradas em terra. A mais conhecida é a fenda centro-africana, uma área onde o continente africano está se separando lentamente. A maioria das zonas de fenda, no entanto, está nos oceanos. A rocha derretida sobe de baixo para preencher o espaço entre as placas recuadas; essa rocha é lava basáltica, o tipo de rocha ígnea que forma a maioria das bacias oceânicas.
A partir do conhecimento de como o fundo do mar está se espalhando, podemos calcular a idade média da crosta oceânica. Cerca de 60.000 quilômetros de fendas ativas foram identificados, com taxas médias de separação de cerca de 5 centímetros por ano. A nova área adicionada à Terra a cada ano é de cerca de 2 quilômetros quadrados, o suficiente para renovar toda a crosta oceânica em pouco mais de 100 milhões de anos. Esse é um intervalo muito curto no tempo geológico — menos de 3% da idade da Terra. As atuais bacias oceânicas, portanto, estão entre as características mais jovens do nosso planeta.
À medida que uma nova crosta é adicionada à Terra, a crosta antiga deve ir para algum lugar. Quando duas placas se juntam, uma placa geralmente é forçada abaixo da outra na chamada zona de subducção (Figura\(\PageIndex{4}\)). Em geral, as espessas massas continentais não podem ser subduzidas, mas as placas oceânicas mais finas podem ser facilmente empurradas para o manto superior. Freqüentemente, uma zona de subducção é marcada por uma trincheira oceânica; um bom exemplo desse tipo de característica é a profunda trincheira do Japão ao longo da costa da Ásia. A placa subduzida é forçada para baixo em regiões de alta pressão e temperatura, eventualmente derretendo várias centenas de quilômetros abaixo da superfície. Seu material é reciclado em uma corrente de convecção descendente, em última análise, equilibrando o fluxo de material que sobe ao longo das zonas de fenda. A quantidade de crosta destruída nas zonas de subducção é aproximadamente igual à quantidade formada nas zonas de fenda.
Ao longo da zona de subducção, terremotos e vulcões marcam a agonia da placa. Alguns dos terremotos mais destrutivos da história ocorreram ao longo de zonas de subducção, incluindo o terremoto e incêndio de 1923 em Yokohama que matou 100.000 pessoas, o terremoto e tsunami de Sumatra de 2004 que matou mais de 200.000 pessoas e o terremoto de Tohoku de 2011, que resultou no colapso de três reatores de energia nuclear no Japão.
Zonas de falha e construção de montanhas
Ao longo de grande parte de seu comprimento, as placas crustais deslizam paralelamente umas às outras. Esses limites da placa são marcados por rachaduras ou falhas. Ao longo das zonas de falha ativas, o movimento de uma placa em relação à outra é de vários centímetros por ano, aproximadamente o mesmo que as taxas de espalhamento ao longo das fendas.
Uma das falhas mais famosas é a falha de San Andreas, na Califórnia, que fica na fronteira entre a placa do Pacífico e a placa norte-americana (Figura\(\PageIndex{5}\)). Essa falha vai do Golfo da Califórnia ao Oceano Pacífico, a noroeste de São Francisco. A placa do Pacífico, a oeste, está se movendo para o norte, levando consigo Los Angeles, San Diego e partes da costa sul da Califórnia. Em vários milhões de anos, Los Angeles pode ser uma ilha na costa de São Francisco.
Infelizmente para nós, o movimento ao longo das zonas de falha não ocorre sem problemas. O movimento rastejante das placas umas contra as outras cria tensões na crosta que são liberadas em deslizamentos repentinos e violentos que geram terremotos. Como o movimento médio das placas é constante, quanto maior o intervalo entre os terremotos, maior o estresse e mais energia liberada quando a superfície finalmente se move.
Por exemplo, a parte da falha de San Andreas perto da cidade de Parkfield, no centro da Califórnia, escorregou a cada 25 anos ou mais durante o século passado, movendo-se em média cerca de 1 metro por vez. Em contraste, o intervalo médio entre grandes terremotos na região de Los Angeles é de cerca de 150 anos e o movimento médio é de cerca de 7 metros. A última vez que a falha de San Andreas caiu nessa área foi em 1857; a tensão vem aumentando desde então e, em breve, está prestes a ser liberada. Instrumentos sensíveis colocados na bacia de Los Angeles mostram que a bacia está se distorcendo e se contraindo em tamanho à medida que essas tremendas pressões se acumulam abaixo da superfície.
Exemplo\(\PageIndex{1}\): zonas de falha e movimento da placa
Depois que os cientistas mapearam os limites entre as placas tectônicas na crosta terrestre e mediram a taxa anual na qual as placas se movem (que é de cerca de 5 cm/ano), pudemos estimar bastante sobre a taxa na qual a geologia da Terra está mudando. Como exemplo, vamos supor que a próxima derrapagem ao longo da falha de San Andreas, no sul da Califórnia, ocorra no ano de 2017 e que ela alivie completamente a tensão acumulada nessa região. Quanto deslizamento é necessário para que isso ocorra?
Solução
A velocidade de movimento da placa do Pacífico em relação à placa norte-americana é de 5 cm/y, ou seja, 500 cm (ou 5 m) por século. O último terremoto no sul da Califórnia foi em 1857. O tempo de 1857 a 2017 é de 160 anos, ou 1,6 séculos, então o deslizamento para aliviar completamente a tensão seria de 5 m/século × 1,6 séculos = 8,0 m.
Exercício\(\PageIndex{1}\)
Se o próximo grande terremoto no sul da Califórnia ocorrer em 2047 e aliviar apenas metade da tensão acumulada, quanta derrapagem ocorrerá?
- Resposta
-
A diferença de tempo de 1857 a 2047 é de 190 anos, ou 1,9 séculos. Como apenas metade da tensão é liberada, isso equivale à metade da taxa anual de movimento. O deslizamento total chega a 0,5 × 5 m/século × 1,9 séculos = 4,75 m.
Quando duas massas continentais estão se movendo em rota de colisão, elas se empurram uma contra a outra sob grande pressão. A terra se dobra e se dobra, arrastando algumas rochas para baixo da superfície e elevando outras dobras a alturas de muitos quilômetros. Foi assim que muitas, mas não todas, das cordilheiras da Terra foram formadas. Os Alpes, por exemplo, são o resultado da placa africana colidir com a placa da Eurásia. Como veremos, no entanto, processos bem diferentes produziram as montanhas em outros planetas.
Uma vez que uma cordilheira é formada pela elevação da crosta, suas rochas estão sujeitas à erosão pela água e pelo gelo. Os picos afiados e as bordas serrilhadas têm pouco a ver com as forças que formam as montanhas inicialmente. Em vez disso, elas resultam dos processos que derrubam montanhas. O gelo é um escultor de rocha especialmente eficaz (Figura\(\PageIndex{6}\)). Em um mundo sem mover gelo ou água corrente (como a Lua ou Mercúrio), as montanhas permanecem lisas e sem brilho.
Vulcões
Vulcões marcam locais onde a lava sobe à superfície. Um exemplo são as cordilheiras meso-oceânicas, que são longas cadeias de montanhas submarinas formadas pela lava que sobe do manto terrestre nos limites das placas. Um segundo grande tipo de atividade vulcânica está associado às zonas de subducção, e os vulcões às vezes também aparecem em regiões onde as placas continentais estão colidindo. Em cada caso, a atividade vulcânica nos dá uma maneira de amostrar parte do material das profundezas do nosso planeta.
Outra atividade vulcânica ocorre acima dos “pontos quentes” do manto - áreas distantes dos limites das placas, onde o calor, no entanto, está subindo do interior da Terra. Um dos pontos quentes mais conhecidos fica sob a ilha do Havaí, onde atualmente fornece o calor para manter três vulcões ativos, dois em terra e um sob o oceano. O hotspot do Havaí está ativo há pelo menos 100 milhões de anos. À medida que as placas da Terra se moveram durante esse período, o ponto quente gerou uma cadeia de ilhas vulcânicas de 3.500 quilômetros de extensão. Os vulcões havaianos mais altos estão entre as maiores montanhas individuais da Terra, com mais de 100 quilômetros de diâmetro e se elevando 9 quilômetros acima do fundo do oceano. Uma das montanhas vulcânicas havaianas, a agora adormecida Mauna Kea, tornou-se um dos melhores locais do mundo para fazer astronomia.
O Serviço Geológico dos EUA fornece um mapa interativo do famoso “anel de fogo”, que é a cadeia de vulcões ao redor do Oceano Pacífico, e mostra o “ponto quente” havaiano encerrado em seu interior.
Nem todas as erupções vulcânicas produzem montanhas. Se a lava fluir rapidamente de longas fendas, ela pode se espalhar para formar planícies de lava. As maiores erupções terrestres conhecidas, como as que produziram os basaltos do Rio Snake, no noroeste dos Estados Unidos, ou as planícies de Deccan, na Índia, são desse tipo. Planícies de lava semelhantes são encontradas na Lua e em outros planetas terrestres.
Conceitos principais e resumo
As rochas terrestres podem ser classificadas como ígneas, sedimentares ou metamórficas. Um quarto tipo, rocha primitiva, não é encontrado na Terra. A geologia do nosso planeta é dominada pelas placas tectônicas, nas quais as placas crustais se movem lentamente em resposta à convecção do manto. A expressão superficial das placas tectônicas inclui deriva continental, reciclagem do fundo do oceano, construção de montanhas, zonas de fenda, zonas de subducção, falhas, terremotos e erupções vulcânicas de lava do interior.
Glossário
- convecção
- movimento causado dentro de um gás ou líquido pela tendência de um material mais quente e, portanto, menos denso, subir e um material mais frio e denso de afundar sob a influência da gravidade, o que consequentemente resulta na transferência de calor
- culpa
- em geologia, uma rachadura ou quebra na crosta de um planeta ao longo da qual o deslizamento ou movimento pode ocorrer, acompanhado por atividade sísmica
- rocha ígnea
- rocha produzida pelo resfriamento a partir de um estado fundido
- rocha metamórfica
- rocha produzida por alteração física e química (sem fusão) sob alta temperatura e pressão
- tectônica de placas
- o movimento de segmentos ou placas da camada externa de um planeta sobre o manto subjacente
- rocha primitiva
- rocha que não sofreu grande calor ou pressão e, portanto, permanece representativa dos materiais condensados originais da nebulosa solar
- zona de fenda
- em geologia, um local onde a crosta está sendo dilacerada por forças internas geralmente associadas à injeção de novo material do manto e à lenta separação das placas tectônicas
- rocha sedimentar
- rocha formada pela deposição e cimentação de grãos finos de material, como pedaços de rocha ígnea ou conchas de seres vivos
- subducção
- o movimento lateral e descendente da borda de uma placa da crosta terrestre no manto abaixo de outra placa
- vulcão
- um lugar onde o material do manto de um planeta irrompe em sua superfície