Estrutura da Terra: Crosta, Manto e Núcleo

1. Métodos de estudo

Os métodos diretos de estudo são aqueles que fornecem dados testáveis sobre o que está sendo investigado. Por outro lado, os métodos indiretos são aplicados para obter informações de objetos e materiais que não se pode manipular diretamente.

1.1. Métodos indiretos

Método sísmico

O estudo dos sismos e terramotos refere-se às vibrações da crosta terrestre, registradas como ondas por sismógrafos. As ondas que podem ser registradas são:

• Ondas P (primárias ou longitudinais): chegam primeiro aos sismógrafos, são as mais rápidas e vibram na mesma direção da propagação. Propagam-se por sólidos e líquidos.
• Ondas S (secundárias ou transversais): chegam depois das P, são mais lentas e vibram perpendicularmente à direção da onda; não se propagam em líquidos.
• Ondas L (longas ou de superfície): são detectadas por último, são as mais lentas e afetam a superfície, causando grandes danos.

As ondas P e S fornecem informações sobre o interior da Terra. Ao estudar a velocidade e o comportamento dessas ondas através do interior, identificam-se alterações bruscas de velocidade chamadas descontinuidades sísmicas, que indicam limites entre zonas com propriedades diferentes. As principais são:

• Mohorovičić (Moho)
• Zona de baixa velocidade (low-velocity zone)
• Gutenberg
• Lehmann

Método magnético

Estudos e medidas do campo magnético detectam anomalias e mudanças magnéticas. O campo magnético da Terra pode ser aproximado por um dipolo com pólos magnéticos próximos aos pólos geográficos. Ao longo do tempo ocorrem inversões de polaridade (inversões magnéticas) e variações seculares que alteram a orientação dos minerais magnéticos — informações importantes para a datação por magnetostratigrafia.

Método gravimétrico

Estuda as pequenas variações da gravidade devido a alterações de massa e relevo.

Outras fontes de informação

• Estudo da densidade: a densidade média da Terra é de cerca de 5,5 g/cm³. Como a crosta tem densidade aproximadamente 2,8 g/cm³, isso indica que deve haver material muito mais denso no interior (núcleo).
• Estudo de meteoritos: meteoritos preservam vestígios da origem do Sistema Solar e sua composição é semelhante, em princípio, à da Terra. Três tipos principais de meteoritos são classificados como:
  • Sideritos (ferrosos): constituídos por ferro e níquel (análogos ao núcleo).
  • Siderólitos (líticos-ferruginosos): mistura de metal e silicatos (análogos ao manto).
  • Litólitos (pedregosos): compostos por silicatos (análogos à crosta).
  • Estudos geotérmicos: baseados na produção de calor no planeta; identificam-se áreas quentes (dorsais) e zonas frias (zonas de subducção).
  • Estudo do material ejetado por vulcões: permite determinar a composição química da crosta profunda e do manto.

2. Tempo geológico

2.1. Divisões do tempo

As primeiras divisões do tempo geológico foram feitas a partir de observações como:

• Descontinuidade: separação entre dois conjuntos de materiais diferentes e dobrados.
• Extinções de espécies: ausência de fósseis de certas espécies em rochas de um dado intervalo de tempo.

Foram identificados três grandes conjuntos de materiais:

• Materiais antigos: muito dobrados e metamorfizados, contendo fósseis de organismos antigos — correspondentes ao Paleozóico.
• Materiais secundários: rochas sedimentares menos dobradas, semelhantes aos organismos presentes — correspondentes ao Mesozóico.
• Materiais terciários: pouco dobrados e com fósseis semelhantes aos organismos atuais — correspondentes à Era Cenozóica.

A história da Terra (~4 500 Ma) é dividida em éons, eras e períodos.

2.2. Fósseis

A presença de fósseis em estratos é um critério para correlacionar conjuntos de materiais de diferentes lugares. Para que um fóssil seja considerado um bom fóssil-guia, ele deve:

• Ter ampla distribuição geográfica (encontrado em áreas distantes).
• Ter existência relativamente curta em termos geológicos (curta duração temporal).

2.3. Escala de tempo geológico

(Escala de tempo geológico e divisões por éons, eras e períodos.)

3. Idade das rochas: datação absoluta e relativa

A datação absoluta busca a idade numérica de uma rocha (em milhões de anos). A datação relativa estabelece a ordem relativa dos eventos e materiais geológicos.

3.1. Datação por carbono-14

Átomos de C-14 são instáveis e sofrem decaimento radioativo. Quando o tecido orgânico morre e deixa de incorporar C-14, o número de átomos diminui com meia-vida de aproximadamente 5 730 anos.

3.2. Datação relativa

A datação relativa fornece a ordem temporal dos materiais e processos. Entre os princípios aplicados estão:

• Sobreposição normal: em rochas sedimentares horizontais, as camadas superiores são mais jovens que as inferiores.
• Princípio da continuidade e da inserção: processos geológicos que afetam uma unidade devem ser posteriores à formação dessa unidade.
• Correlação por fósseis: se duas rochas sedimentares contêm o mesmo conjunto de fósseis-guia, têm a mesma idade relativa.

4. Composição geoquímica e estratificação

Segundo a composição, a Terra é dividida em camadas separadas por descontinuidades sísmicas:

• Crosta continental: corresponde à massa emergida.
• Crosta oceânica: mais fina que a continental e corresponde às áreas submersas.
• Descontinuidade de Mohorovičić (Moho): entre crosta e manto, situada entre ~3 e 70 km de profundidade.
• Manto superior.
• Zona de baixa velocidade: cerca de 670 km de profundidade.
• Manto inferior.
• Descontinuidade de Gutenberg: cerca de 2 900 km (entre manto e núcleo).
• Núcleo externo: estado líquido.
• Descontinuidade de Lehmann: separa núcleo externo e núcleo interno (~5 150 km).
• Núcleo interno: estado sólido.

Composição dinâmica

Por composição mecânica e comportamento térmico, a Terra também é dividida em:

• Litosfera: camada rígida formada pela crosta e pela parte superior do manto; espessura variável, podendo atingir até ~250 km em algumas regiões.
• Astenosfera: parte do manto superior parcialmente fundida e semi-viscosa, permitindo o deslocamento das placas litosféricas; sua existência e extensão variam regionalmente.
• Mesosfera: corresponde à parte inferior do manto.
• Camada D": fronteira muito fina entre manto inferior e núcleo, com propriedades complexas.
• Endosfera: corresponde ao núcleo (externo e interno).

5. Estrutura e composição da crosta

As velocidades das ondas sísmicas na crosta variam entre zonas continentais e oceânicas, permitindo distinguir crosta oceânica e continental.

5.1. Crosta oceânica

Sua idade raramente excede ~180 Ma devido ao ciclo de criação nas dorsais e destruição em zonas de subducção. Estrutura típica:

• Estrutura vertical (camadas desde a superfície para baixo):
  • Camada de sedimentos (mais espessa nos márgens continentais e nos eixos das cristas).
  • Camada basáltica e diques basálticos submarinos.
  • Camada de rochas plutônicas (gabrós, piroxenitos) no substrato oceânico.
• Estrutura horizontal: a diferença entre crosta continental e oceânica é marcada pelas áreas emergidas (continentes) e submersas (oceanos).

Formas do fundo oceânico e margens continentais:

1. Plataforma continental: parte do continente coberta pelo mar; rasa, com baixo gradiente e grande valor econômico.
2. Declividade continental: ligação entre a plataforma e o talude oceânico; apresenta inclinação acentuada com vales profundos.
3. Fossa abissal: depressões estreitas e profundas, próximas a margens continentais ou arcos de ilhas; sismicamente ativas.
4. Planície abissal: áreas planas do fundo oceânico.
5. Elevações do fundo: podem incluir planaltos e outras elevações.
6. Dorsais oceânicas: sistemas de cristas interligadas por um eixo central (fenda) e atravessadas por falhas transformantes; áreas de intensa atividade sísmica, vulcânica e tectônica.

5.2. Crosta continental

A crosta continental é mais espessa e mais antiga que a oceânica, mas apresenta menor densidade; é composta principalmente por granitos e rochas diferenciadas. Tradicionalmente distinguem-se três níveis:

• Nível 1: camada superior de rochas sedimentares e vulcânicas com intrusões graníticas.
• Nível 2: camada intermédia com rochas plutônicas e metamórficas.
• Nível 3: camada inferior de natureza mais básica.

Observações em superfície permitem distinguir três tipos principais de estruturas continentais:

• Escudos: áreas tectonicamente estáveis, com cobertura superficial escassa por sedimentos; constituem os núcleos dos continentes.
• Plataformas (interiores): zonas de transição entre escudo e áreas erógenas, com cobertura sedimentar.
• Zonas erógenas: estruturas ativas como cadeias montanhosas próximas a bordas convergentes.

A interface entre continentes e oceanos é denominada crosta de transição.

6. Estrutura e composição do manto

O manto é a camada compreendida entre a descontinuidade de Mohorovičić (Moho) e a de Gutenberg. A presença de uma zona de baixa velocidade separa parte superior do manto do inferior; isto pode estar associado a mudanças de mineralogia e condições de pressão/temperatura. A parte superior do manto, em conjunto com a crosta, forma a litosfera; abaixo, a astenosfera é parcialmente sólida/viscosa e permite movimentos convectivos. O manto inferior termina na região D" próxima ao núcleo. As rochas do manto superior são rico em silicatos ricos em olivina e piroxênio (peridotitos).

7. Estrutura e composição do núcleo

O núcleo é a camada mais interna da Terra, estendendo-se a partir da descontinuidade de Gutenberg até o centro do planeta. A descontinuidade de Lehmann separa o núcleo externo (líquido) do núcleo interno (sólido). A densidade e a existência do campo magnético bipolo da Terra indicam composição metálica, principalmente ferro com níquel e elementos menores.

8. Estrutura e composição da atmosfera

A composição atmosférica é relativamente simples: ~78% de nitrogênio, ~21% de oxigênio, ~0,93% de argônio, ~0,035% de dióxido de carbono e quantidades variáveis de vapor d'água e aerossóis.

Distinguem-se duas zonas principais da atmosfera em termos de mistura de gases: a homosfera e a heterosfera.

8.1. Homosfera

Estende-se até cerca de 80 km de altitude; a composição química é praticamente constante. Estratos dentro da homosfera:

• Troposfera: até ~13 km; concentra a maior parte do vapor d'água e do CO₂, onde ocorrem os fenômenos climáticos.
• Tropopausa
• Estratosfera: até ~50–60 km; aqui a temperatura aumenta com a presença da camada de ozônio, que absorve radiação UV.
• Estratopausa
• Mesosfera: em torno de ~80 km; caracterizada por baixas temperaturas.

Entre homosfera e heterosfera localiza-se a mesopausa.

8.2. Heterosfera

Também chamada de ionosfera/termosfera, é caracterizada por altas temperaturas devido à ionização das moléculas de gás pela radiação solar de alta energia.

9. Circulação atmosférica geral

Devido ao aquecimento desigual da superfície terrestre pela radiação solar, as regiões equatoriais ficam mais quentes que as polares. O ar quente é menos denso e sobe; o ar frio polar, mais denso, afunda e desloca-se em direção ao Equador para substituir o ar ascendentes — estabelecendo células de circulação. A rotação da Terra causa o desvio das massas de ar (força de Coriolis): no Hemisfério Norte o desvio é para a direita; no Hemisfério Sul, para a esquerda.

Essa dinâmica resulta em distribuição latitudinal de áreas de pressão e ventos:

• Zonas subtropicais (~30°): áreas de alta pressão que alimentam os ventos alísios.
• Zonas equatoriais: áreas de baixa pressão associadas a ventos convergentes.
• Zonas subpolares: áreas de alta pressão com circulação de ventos polares.

10. Hidrosfera

A hidrosfera é o conjunto das águas na superfície e interior da Terra.

10.1. Propriedades físicas

A propriedade física fundamental da água é a densidade (~1 g/cm³). A influência da temperatura sobre a densidade é importante: o gelo é menos denso que a água líquida e a água atinge sua densidade máxima a 4 °C. A média global da temperatura (~15 °C) situa-se próxima do ponto triplo da água, permitindo a ocorrência das três fases no planeta.

A água está desigualmente distribuída: ~97% nos oceanos; o restante em geleiras, águas subterrâneas, rios e lagos — apenas uma pequena fração é diretamente disponível para uso humano.

10.2. Ciclo da água

Os movimentos e as mudanças de fase da água configuram um circuito praticamente fechado — o ciclo hidrológico. A energia solar evapora água dos oceanos e águas interiores; o vapor condensa-se em nuvens e precipita-se como chuva ou neve. Parte das águas continentais retorna ao oceano por rios, geleiras ou infiltração (lençóis freáticos).

10.3. Água oceânica

Os oceanos acumulam material transportado pelos rios; a composição salina deriva principalmente de íons trazidos pelos continentes. Recentemente, hidrotermalismo nas dorsais também é considerado fonte de elementos solúveis para o mar.

A temperatura do oceano varia com profundidade e latitude: existe uma camada superficial quente (200–500 m, ~12–30 °C) e uma massa profunda fria (~-1 a 5 °C). A zona de transição entre água quente e fria é a termoclina, localizada entre ~200 e 1 000 m em muitos locais.

As variações latitudinais provocam diferenças térmicas e de salinidade: a salinidade máxima ocorre nos trópicos devido à menor precipitação. Os oceanos atuam como grandes tampões térmicos e de gases (O₂, CO₂), modulando a biosfera e o clima.

Circulação das águas oceânicas

• Correntes: massas de água que se deslocam nos oceanos, impulsionadas por gradientes de temperatura e salinidade, ventos e rotação da Terra. Distinguem-se correntes termohalinas (movidas por diferenças de densidade oriundas de temperatura e salinidade) e correntes de superfície (principalmente por vento e gradientes térmicos).
• Ondas: ondas superficiais oscilatórias geradas pelo vento ou por movimentos súbitos do fundo do mar.

As marés são movimentos periódicos de subida e descida do nível do mar, causados pela atração diferencial da Lua e do Sol sobre a Terra.