O homem só tem acesso à camada mais superficial do nosso planeta. A distância da superfície até o centro da Terra mede 6.378 km - dois mil quilômetros a mais que a distância entre o Oiapoque e o Chuí, pontos localizados nos extremos norte e sul do Brasil - e a maior perfuração já feita só alcançou 10 km de profundidade.
Então, como se pode saber o que existe dentro da Terra em tão grandes profundidades e como descobrir a idade de cada período da história da Terra? Isto é possível através do estudo das rochas, dos terremotos, dos vulcões, dos restos dos organismos preservados nas rochas e das propriedades físicas terrestres, tais como o magnetismo e a gravidade.
As rochas são formadas por minerais, que por sua vez são constituídos por substâncias químicas que se cristalizam em condições especiais. O estudo dos minerais contidos em uma determinada rocha pode indicar onde e como ela se formou.
Para medir o tempo geológico, utiliza-se elementos radioativos contidos em certos minerais (datação absoluta). Esses elementos são os relógios da Terra. Eles sofrem um tipo especial de transformação que se processa em ritmo uniforme, século após século, sem nunca se acelerar ou retardar. Por este processo chamado RADIOATIVIDADE, algumas substâncias se desintegram, transformando-se em outras. Medindo-se a quantidade dessas substâncias em uma rocha, pode-se saber a sua idade.
A Terra atrai os corpos pelas força magnética e gravitacional. Estas forças variam de local para local, devido as diferenças superficiais e profundas dos materiais que constituem a Terra. A análise dessas diferenças é outra forma de interpretar o que existe no subsolo terrestre (Tabela I.1).
Tabela I.1. Dados numéricos da Terra.
Raio equatorial
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6.378 km
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Raio polar
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6.356 km
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Diferença (RE - RP)
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22 km
| ||
Perímetro no Equador
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40.075 km
| ||
Área superficial da Terra
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510 milhões de km2
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Volume
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1,083 x 109 km3
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Massa
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5,976 x 1027 g
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Densidade média
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5,517 g/cm3
| ||
Densidade média na superfície
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2,7 - 3,0 g/cm3
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Densidade no núcleo
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13 g/cm3
| ||
Gravidade no Equador
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978,032 cm/s2
| ||
Elevação média dos continentes
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623 m
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Profundidade média dos oceanos
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3,8 km
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Estima-se que a formação do Sistema Solar teve início há seis bilhões de anos, quando uma enorme nuvem de gás que vagava pelo Universo começou a contrair. A poeira e os gases dessa nuvem se aglutinaram pela força da gravidade e, há 4,5 bilhões de anos, formaram várias esferas que giravam em torno de uma esfera maior, de gás incandescente, que deu origem ao Sol. As esferas menores formaram os planetas, dentre os quais a Terra. Devido à força da gravidade, os elementos químicos mais pesados como o ferro e o níquel, concentraram-se no seu centro enquanto os mais leves, como o silício, o alumínio e os gases, permaneceram na superfície. Estes gases foram, em seguida, varridos da superfície do planeta por ventos solares.
Assim, foram separando-se camadas com propriedades químicas e físicas distintas no interior do Globo Terrestre. Há cerca de 4,4 a 4,0 bilhões de anos, formou-se o NÚCLEO - constituído principalmente por ferro e níquel no estado sólido, com raio de 3.700 km. Em torno do núcleo, formou-se uma camada - o MANTO - que possui 2.900 km de espessura, constituída de material em estado pastoso, com composição predominante de silício e magnésio (Figura I.1).
Em torno de 4 bilhões de anos atrás, gases do manto separam-se, formando uma camada de ar ao redor da Terra - a ATMOSFERA. Finalmente, há aproximadamente 3,7 bilhões de anos, solidificou-se uma fina camada de rochas - a CROSTA. A crosta não é igual em todos os lugares. Debaixo dos oceanos, ela tem mais ou menos 7 km de espessura e é constituída por rochas de composição semelhante à do manto. Nos continentes, a espessura da crosta aumenta para 30-50 km, sendo composto por rochas formadas principalmente por silício e alumínio e, por isso, mais leves que as do fundo dos oceanos (SBG, 1987).
As informações das camadas internas da Terra são obtidas a partir de informações diretas e indiretas. As observações da densidade e da gravidade do globo terrestre mostram que o interior e a crosta devem possuir uma constituição diferente. Observações sismológicas (comportamento das ondas sísmicas) e deduções baseadas em estudos de meteoritos indicam que a Terra é constituída de várias camadas.
Medições geoquímicas elementares da massa, volume e momento de inércia da Terra indicam que a densidade de seus materiais cresce de fora para dentro, alcançando um valor da ordem de 13 g/cm3 perto do centro (Tabela I.1).
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Figura I.1. Estrutura interna da Terra (Kearey e Vine, 1990).
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As velocidades das ondas sísmicas dão-nos uma idéia detalhada quanto à distribuição dos materiais no interior. Assim haveria uma crosta com uma espessura média de 35 km sob os continentes e 7 km sob os oceanos; um manto que se estende à metade da distância até o centro; um núcleo líquido ocupando cerca de dois terços da distância restante e um núcleo interno sólido (Figura I.1).
Tabela I.2. Tipos de ondas sísmicas e suas características.
Ondas
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Características
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P - primária
|
Rápidas, ondas longitudinais com pequena amplitude, semelhantes às ondas sonoras. Propagam-se com maior velocidade nas camadas de maior densidade. Velocidade média 5,5 - 13,8 km/s
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S - secundária
|
Pouco veloz, ondas transversais, semelhantes à vibração da luz. Só se propagam através de sólidos. Velocidade média 3,2 - 7,3 km/s
|
L - longa
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Menor velocidade, propagam próximo à superfície, apresentam grande comprimento de onda. Velocidade média 4 - 4,4 km/s
|
A natureza dos materiais de cada uma dessas regiões foi determinada por medições de ondas sísmicas (Tabela I.2 e Figura I.2). Devido às diferentes velocidades e percursos, os três tipos de ondas chegarem a um sismógrafo em tempos diversos, os registros dessas ondas fornecem a localização do foco do terremoto e informações das camadas inferiores.
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| Figura I.2 - Propagação das ondas sísmicas (Selbey, 1985) |
A Terra é constituída por uma série de camadas concêntricas de constituição química diferentes e, em estado físico distinto ao redor do núcleo, cada uma dessas camadas tem uma condutividade diferente. Como as velocidades das ondas sísmicas dependem das propriedades e das densidades dos materiais através dos quais passam as ondas, as mudanças de velocidade a diferentes profundidades são atribuídas a diferentes composições e densidades e, talvez, a diferentes estados, sobretudo no núcleo (Figura I.2).
Os geofísicos reconheceram duas descontinuidades dividindo a Terra em três partes:
Crosta: desde a superfície em direção ao centro, até a primeira descontinuidade (Mohorovicic, 30 -50 km). A crosta é dividida em crosta continental (mais espessa e menos densa) e crosta oceânica (menos espessa e mais densa);
Manto: desde a base da crosta até a segunda descontinuidade (Wiechert-Gutemberg, 2.900 km);
Núcleo: desde a descontinuidade do manto até o centro da Terra.
A crosta continental é de composição granítica ou granodiorítica e a crosta oceânica é de composição basáltica, correspondendo ao SIAL (material rico em Si e Al) e ao SIMA (rico em Si e Mg), respectivamente (Tabela I.3).
O manto é formado por material silicatado de olivina e piroxênio ou seus equivalentes de pressão e temperaturas altas. O núcleo ou siderosfera é constituído por ligas de ferro-níquel, possivelmente a parte exterior é líquida e a parte inferior é sólida. Para completar, deve-se adicionar a crosta, manto e núcleo, mais três zonas: a atmosfera, hidrosfera e biosfera. A atmosfera é o envoltório gasoso. A hidrosfera a camada descontínua de água, salgada ou doce (oceanos, lagos e rios). A biosfera é a totalidade da matéria orgânica distribuída através da hidrosfera, atmosfera e superfície da crosta.
Embora importantes do ponto de vista geoquímico, a hidrosfera, biosfera e atmosfera contribuem com menos de 0,03% da massa total da Terra, a crosta 0,4%, o manto 67% e o núcleo 32%.
Tabela I.3. Características da estrutura interna da Terra.
Profundi-dade (km)
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Denominação
|
Constituição litológica
|
Densidade
g/cm3
|
Temperatura
(oC)
|
Litosfera
| ||||
15 a 25
|
crosta superior SiAl
|
sedimentos
granito
|
2,7
|
600
|
30 a 50
|
crosta inferior SiMa
|
basalto
|
2,9
|
1.200
|
1.200
|
Manto superior (astenosfera)
|
peridotito
|
3,3
|
3.400
|
2.900
|
Manto inferior
|
silicatos, sulfetos e óxidos
|
4,7
|
4.000
|
6.370
|
Núcleo NiFe
|
ferro metálico e níquel
|
12,2
|
4.000
|
Distribuição dos elementos na crosta terrestre
A geoquímica mostra a importância dos elementos que constituem os minerais, cujos objetivos essenciais são:
· a determinação da abundância dos elementos na Terra;
· a repartição dos elementos nos minerais e nas rochas;
· estabelecimento dos princípios que regem a abundância e distribuição dos elementos químicos.
A crosta é composta de silicatos de alumínio, sódio, potássio, cálcio, magnésio e ferro. Em função do número de átomos o oxigênio ultrapassa 60% e forma mais de 90% do volume total ocupado pelos elementos. A Tabela I.4 mostra a repartição dos constituintes da crosta terrestre em porcentagem em peso de óxidos, em íons e nos minerais.
Tabela I.4. Distribuição dos elementos na crosta terrestre.
Óxidos
|
Peso
%
|
Íons
|
Peso
%
|
Volume
%
|
Minerais
|
Peso
%
| |||||||||
SiO2
|
59,12
|
O
|
46,6
|
92,0
|
Feldspato alcalino
|
31,0
| |||||||||
Al2O3
|
15,34
|
Si
|
27,72
|
0,8
|
Plagioclásio
|
29,2
| |||||||||
Fe2O3 + FeO
|
6,88
|
Al
|
8,13
|
0,8
|
Quartzo
|
12,4
| |||||||||
MgO
|
3,49
|
Fe
|
5,0
|
0,7
|
Piroxênio
|
12,0
| |||||||||
CaO
|
5,08
|
Ca
|
3,63
|
1,4
|
Minerais opacos
|
4,1
| |||||||||
Na2O
|
3,84
|
Na
|
2,83
|
1,6
|
Biotita
|
3,8
| |||||||||
K2O
|
3,13
|
K
|
2,59
|
2,1
|
Olivina
|
2,6
| |||||||||
TiO2
|
1,05
|
Mg
|
2,09
|
0,6
|
Hornblenda
|
1,7
| |||||||||
Total
|
97,93
|
98,59
|
100,0
|
Muscovita
|
1,4
| ||||||||||
Clorita
|
0,6
| ||||||||||||||
Apatita
|
0,6
| ||||||||||||||
Nefelina
|
0,3
| ||||||||||||||
Titanita
|
0,3
| ||||||||||||||
100,0
| |||||||||||||||
Classificação Geoquímica dos Elementos
As diretrizes da geoquímica moderna tratam de mostrar onde se podem encontrar os elementos e em que condições. Ex.: Lantânio e potássio encontram-se juntos; telúrio e tântalo “fogem” um do outro. Alguns, embora presentes, estão dispersos como o rubídio no potássio e gálio no alumínio. Háfnio e selênio não são formadores de acumulações e às vezes, se acham tão dispersos na natureza que seu percentual na composição das rochas é ínfimo. Outros elementos como chumbo e ferro durante seu processo de deslocamento experimentam uma parada e formam combinações capazes de acumularem-se com facilidade (Antonello, 1995).
A geoquímica estuda as leis da distribuição e migração dos elementos em condições geológicas definidas marcando seu percurso e exploração das jazidas minerais.
Goldschmidt foi o primeiro a acentuar a importância da diferenciação geoquímica primária dos elementos, classificando-os da seguinte maneira:
Siderófilos: com afinidade pelo ferro metálico; ex.: Cr, V, Co, Ni.
Calcófilos ou sulfófilos: com afinidade pelo sulfeto, ex.: Pb, Zn, Cu, Ag, Hg, Bi, Sb, Se, Fe, S, As.
Litófilos: com afinidade pelo silicato, ex.: O, Si, Al, Na, K, Ca, Mg.
Atmófilos: com afinidade pela atmosfera, ex.: O, C, gases nobres, N.
Alguns elementos mostram afinidade por mais de um grupo, pois a distribuição de qualquer elemento depende, em certo grau, da temperatura, pressão e ambiente químico, como um todo.
Texto Extraído de:
Luiz Carlos Bertolino. Geologia. UERJ, 2005.
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