Fundamentos da Geologia: Da Deriva Continental à Tectónica de Placas

Teorias Geológicas Precursoras

Permanentismo – Os continentes e as bacias oceânicas mantiveram as mesmas posições.

Catastrofismo – Mudanças na crosta terrestre estavam relacionadas com fenómenos catastróficos. (Possibilidade de estabelecer relações com os textos sagrados)

Contracionismo – A Terra entrou num processo gradual de arrefecimento e de contração. Segundo esta teoria, à medida que a Terra arrefecia, solidificava e diminuía de volume, o que conduzia à contração. Esta teoria explica que a superfície terá sofrido enrugamento, o que explicaria a formação das cadeias montanhosas. (Não conseguiram explicar o arrefecimento)

Uniformitarismo – As forças e os processos geológicos que atuam sobre a Terra no presente são os mesmos que atuaram no seu passado geológico.

Teoria da Deriva dos Continentes de Wegener

Os continentes estiveram unidos no início da formação da Terra num supercontinente – Pangeia, rodeado por um único oceano – Pantalassa. De acordo com este cientista, o supercontinente Pangeia fragmentou-se e os diferentes blocos deslocaram-se até às posições atuais.

Segundo Wegener, o movimento dos blocos continentais só era possível devido à sua composição granítica, sendo menos densos do que o material basáltico (materiais ferromagnesianos) que compõe a crosta oceânica.

Argumentos a Favor da Deriva Continental e Críticas

Argumentos Geodésicos

Wegener referiu que era possível provar o afastamento do continente americano da Europa pelo estudo da transmissão das ondas de rádio.

Crítica: As técnicas usadas eram pouco adequadas e, como tal, os cálculos estavam errados.

Argumentos Geofísicos

Para além dos movimentos verticais defendidos pelos contracionistas, também ocorriam movimentos horizontais (laterais) que possibilitaram o desenvolvimento das cadeias montanhosas.

Crítica: O mecanismo que provoca todo o movimento das massas continentais era a grande lacuna da teoria.

Argumentos Geológicos e Morfológicos

Existe semelhança ao nível da costa entre os continentes Sul-Americano e Africano e uma continuidade ao nível orogénico (cadeias montanhosas) e litológico.

Crítica: Grandes diferenças quer a nível petrográfico quer a nível geoquímico entre os continentes Sul-Americano e Sul-Africano. Wegener era acusado de distorcer as massas continentais, principalmente no Hemisfério Norte, para forçar o encaixe.

Argumentos Paleontológicos

Fósseis de espécies do mesmo género encontradas em continentes afastados, sugerindo que já estiveram juntos.

Crítica: As limitações dos registos fósseis não lhe davam peso como argumento.

Argumentos Paleoclimáticos

Rochas que evidenciam a presença de glaciares encontram-se perto do equador, indicando que estes continentes já se encontraram mais a sul.

Definições Geomorfológicas

Dorsal Médio-Oceânica – Elevação contínua nos fundos das principais bacias oceânicas.

Rifte – Fissura por onde ocorre a emissão de elevados volumes de magma.

Planície Abissal – Grande extensão plana do fundo oceânico muito profundo.

Paleomagnetismo e Expansão dos Fundos Oceânicos

Paleomagnetismo

A Terra possui um campo magnético, comportando-se como um íman gigante. Esse magnetismo deve-se ao facto de os materiais (ferro e níquel) existentes no núcleo externo estarem em rotação. Este movimento produz uma corrente elétrica responsável pela existência de um campo magnético terrestre.

• Quando o polo norte magnético está perto do polo norte geográfico, origina uma anomalia positiva ou normal.
• Quando o polo norte magnético sofre uma inversão de polaridade e passa a apontar para sul, ocorre uma anomalia negativa ou inversa.

Atualmente, o polo norte magnético não coincide totalmente com o polo norte geográfico, existindo uma anomalia positiva com desfasamento.

A cartografia do paleomagnetismo nos fundos oceânicos permitiu verificar a alternância das anomalias magnéticas sob a forma de bandas paralelas nas duas margens da dorsal médio-oceânica. Esta observação permitiu concluir que ocorre a expansão dos fundos oceânicos ao nível da dorsal médio-oceânica.

A zona de rifte é um local por onde o magma proveniente do interior da Terra é expelido. Da sua acumulação resulta a crosta oceânica, que se vai formando continuamente para os dois lados, explicando o paralelismo e a simetria ao nível das anomalias magnéticas dos lados da dorsal oceânica.

O paleomagnetismo permite reconstituir a distância e direção das rochas relativamente ao norte magnético no momento da sua magnetização.

Tectónica de Placas

Propõe que a litosfera terrestre se encontra dividida em diversas placas que se movimentam verticalmente e na horizontal, originando a maior parte da atividade tectónica.

A ascensão de magma ao nível dos riftes e a subducção das placas oceânicas ao nível das fossas estão relacionadas com a existência de células de convecção no manto.

Harry Hess postulou que a subida de magma mantélico provocava a instalação de um rifte à superfície da Terra, enquanto que nas regiões de subducção ocorria a descida de material frio, que se 'afundava' no manto. O magma, após aquecer, tornava-se menos denso e podia retomar a ascensão, definindo assim uma célula convectiva. A constante formação e destruição de crosta estariam relacionadas com os mecanismos de convecção oriundos do manto.

Limites de Placas Litosféricas

Limite Divergente – Ocorre a formação de nova crosta oceânica, ao longo do rifte. As duas placas litosféricas deslocam-se em sentidos opostos.

Limite Convergente – Cada uma das placas desloca-se no sentido da outra, chocando entre si.

• No limite entre uma placa continental e uma oceânica, forma-se uma região de subducção, com mergulho da placa oceânica, que é destruída.
• Na colisão de duas placas oceânicas, forma-se um arco insular vulcânico.
• Quando duas placas continentais chocam, formam cadeias montanhosas.

Limite Conservativo – As placas deslizam uma em relação à outra, não ocorrendo formação ou destruição de placas litosféricas.

Modelos de Convecção Mantélica

Modelo a um Nível (Holmes)

Arthur Holmes foi o primeiro cientista a relacionar a Tectónica de Placas com a existência de convecção mantélica.

• Ocorre ascensão de magma do manto, que é expelido ao nível dos riftes.
• A expansão dos fundos oceânicos é compensada com a subducção da placa oceânica nas fossas.
• A placa oceânica fria e densa mergulha no manto, onde sofre aquecimento e posterior fusão.
• O movimento lateral das correntes convectivas na base da litosfera permite a deslocação das placas.

Principal Crítica: O modelo de Holmes não consegue explicar as diferentes composições dos basaltos (a composição dos basaltos emitidos nos riftes é distinta dos basaltos gerados nos pontos quentes).

Modelo a Dois Níveis

O primeiro nível convectivo ocorre nos riftes onde se formam os basaltos.

• Nas zonas de rifte, o material sofre uma diminuição da pressão, ocorrendo a fusão parcial do material que contribui assim para a expansão dos fundos oceânicos.
• Ao nível das zonas de subducção, a litosfera oceânica submerge, sofrendo aquecimento e fusão, e o material é 'reciclado'.

O segundo nível convectivo ocorre no manto e é responsável pelo movimento do nível superior.

• A natureza geoquímica distinta das camadas do manto impede que ocorra a mistura dos materiais.
• Este modelo considera que os pontos quentes resultam da ascensão de plumas mantélicas, de material a elevadas temperaturas, que se formaram no limite do núcleo externo com o manto inferior.

Modelo Penetrante

Os movimentos convectivos ocorrem no manto inferior, mas a colisão de placas provoca alguns movimentos no manto superior. A placa que subducta penetra no manto inferior, fundindo-se devido às altas temperaturas, aparecendo então um ponto quente.

Movimentos Verticais da Litosfera e Equilíbrio Isostático

Falhas Geológicas

• Falha Normal: Atuam forças distensivas – o teto desce em relação ao muro.
• Falhas Inversas: Atuam forças compressivas.
• Falhas Transformantes: Ocorrem nas dorsais oceânicas e dividem a dorsal em dois blocos.

Isostasia

A gravidade pode ser definida como a atração da massa entre dois blocos. Quanto maior é a massa, mais intensa é a força gravítica.

A crosta e o manto encontram-se num balanço gravitacional permanente, designado por isostasia.

Anomalias Isostáticas

• Numa anomalia isostática positiva, a gravidade é superior ao valor médio medido ao nível do mar e indica que há um excesso de massa nessa secção da Terra, em resultado de maior densidade. Ex.: acumulação de sedimentos ou formação de glaciares.
• Numa anomalia isostática negativa, quando o material numa dada secção apresenta uma baixa densidade, diminui a atração gravítica. Ex.: erosão ou degelo.

O ajustamento isostático ocorre quando se adiciona ou remove material da crosta, originando movimentos verticais que visam equilibrar o nível de compensação isostático (profundidade na qual o peso por unidade de área é igual em toda a Terra).

Nota: A dinâmica interna da Terra impede que o ajustamento isostático seja perfeito. As cadeias montanhosas que se estão a formar nos limites convergentes das placas constituem exemplos de regiões em que o ajustamento isostático ainda prossegue.

Transferência de Calor Interno

Formas de Libertar o Calor

• Radiação – Perda de energia sob a forma de radiação infravermelha.
• Convecção – Quando um fluido quente se dilata, reduz a densidade e ascende. As correntes de convecção são resultantes de um fluxo de calor que faz com que o material mais quente e menos denso ascenda à superfície. Este processo ocorre quer no manto quer no núcleo e dele resulta uma transferência efetiva de calor do interior para a superfície da Terra.
• Condução – A energia cinética dos átomos e moléculas (o calor) é transferida por colisões. Não há transporte de material. É muito importante no fluxo de energia do núcleo para a base do manto.

Fatores que Influenciam a Convecção

• Expansão Térmica – O aquecimento de um fluido provoca o aumento do seu volume por expansão, com decréscimo da densidade.
• Gravidade – É fundamental para atrair os materiais mais densos para o fundo.
• Fluidez – O material necessita de ser fluido para que possa criar uma célula convectiva.

Formação de Estruturas Geológicas

Dorsais Oceânicas (Cadeias Montanhosas nos Fundos Oceânicos)

Características Longitudinais:

• Constituem uma estrutura montanhosa submarina interligada nos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico, possuindo dimensões superiores a qualquer uma das montanhas localizadas nos continentes.
• Possuem um vale profundo na região central (Rifte), onde ocorrem fenómenos vulcânicos. Estes marcam a presença de um rifte oceânico que se caracteriza por apresentar um elevado fluxo térmico e atividade sísmica intensa.
• Estão cortadas por falhas transformantes, que fragmentam a dorsal oceânica em secções.

Características Transversais:

• As dorsais oceânicas possuem altitudes médias de 3000m relativamente às planícies abissais adjacentes.
• O vale de rifte é relativamente profundo.

Riftes Continentais

Os limites divergentes podem formar-se nos continentes, em que um rifte inicia a divisão da massa continental. A instalação de um rifte decorre da ascensão de elevados volumes de material de origem mantélica. Podem estar associados às variações de padrão de convecção do manto, resultando em:

1. Elevação do relevo superficial, consequência da instalação do magma em profundidade.
2. Fraturação intensa da crosta, característica de um regime distensivo, segundo um alinhamento que origina um vale de rifte profundo com intensa atividade vulcânica.
3. Formação de grabens (bloco abatido entre duas falhas, frequentemente normais) e horsts (bloco entre duas falhas, frequentemente inversas).
4. Ascensão contínua de magma basáltico, provocando o estiramento progressivo da crosta, que se torna mais fina e de composição basáltica – crosta oceânica.
5. Preenchimento da depressão formada por água, originando um oceano nos estádios mais evoluídos.

Arcos Insulares Intra-Oceânicos

São alinhamentos de ilhas vulcânicas que se formam paralelamente ao limite convergente de duas placas litosféricas oceânicas.

Os arcos insulares encontram-se associados a fossas oceânicas no limite convergente entre duas placas oceânicas. A placa mais densa (oceânica) sofre subducção quando choca com a menos densa. Ao ser aquecida, funde parcialmente quando atinge os 100 km de profundidade, originando magmas. A menor densidade e maior fluidez dos magmas permitem que ascendam à superfície, originando fenómenos vulcânicos na placa oceânica que permitem a formação de ilhas.

Cadeias Montanhosas (Orogenia)

Os processos de formação de montanhas designam-se orogenia.

• Cadeias Montanhosas de Margem: Estão associadas às margens das placas litosféricas, principalmente nos limites convergentes (encontram-se em maior quantidade relativamente aos restantes contextos geológicos).
• Cadeias de Subducção: Resultam da colisão de uma placa oceânica com uma placa oceânica ou continental, gerando-se subducção da placa mais densa. Geram-se nos limites convergentes, onde se deteta elevada atividade tectónica, caracterizada por atividade sísmica e vulcânica forte. O mergulho de uma das placas origina a formação de uma fossa oceânica profunda. Aos 100 km de profundidade ocorrem reajustamentos, facilitando o seu afundamento no manto, que ocorre ao nível dos ramos descendentes das correntes convectivas.

A subducção é essencial para manter os movimentos convectivos no manto e toda a Tectónica de Placas. Permite ainda a reciclagem de elementos químicos e da água que se encontram presentes na crosta oceânica, nas camadas sedimentares e nas restantes rochas que compõem a litosfera.

• Cadeias de Obdução: Resultam da colisão de uma placa oceânica com uma continental, em que alguns fragmentos da crosta oceânica são transportados para cima da crosta continental.
• Cadeias de Colisão (Himalaias): Resultam da colisão entre duas placas continentais com espessamento crustal (da crosta) e fenómenos magmáticos plutónicos.
• Cadeias Montanhosas Intercontinentais: Formam-se nos continentes, afastadas dos limites de placas, resultando do encurtamento e espessamento da crosta continental.