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36 Para Entender a Terra
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Para entender a terra   cap 1
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Para entender a terra cap 1

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Primeiro capítulo do livro "Para entender a Terra".

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Para entender a terra cap 1

  1. 1. • :'õ.Cham 55 1.1/.4P935u 4.ed . . Título: Para entender a terra." 11111 111111111111111111I111111111111111111111111 10078519 Ac,936309 EX.IJ BCE
  2. 2. geológico, desde a formação do sistema solar até o presente 3.800 Ma Evidência mais antiga de água LO,12 Ma Primeira ocorrência de nossa espécie, Homo sapiens sapiens 5 Ma Primeiros hominídeos 4.000 Ma Fim do Bombardeamento Pesado; rochas continentais mais antigas 2.450-2.200 Ma Aumento do oxigênio na atmosfera I 208 Ma Extinção em massa -=...!- - to d~S 4.470 Ma =WE;;:=S".õl;ais: início Acresci~ento doaTerra, , ento formaçao do nucleo e ::2 =~ diferenciação completados e 4.400 Ma -~-~ç2O Mineral ::;e -3 mais antigo III1 ~ a:::::!!5==~ =- ~~ -.20 estão dicionarizadas. Em astronomia, o aumento da massa :=-z-2-x -ê::rcicimo de massa".
  3. 3. o"'" (IJ "'" ::c do tempo geológico 'Ma) ÉONERA MaPERíODO MaÉPOCA l' Holoceno Cenozóico --0,15;õ Mesozóico O 0,4 õ:: (IJ ,« Paleozóico z100Cretáceo o::: 0,8 Pleistoceno !:;( => o 1,2 206 1 1,8 Plioceno 10300 Mioceno Pensilvaniano * .a~ 320 ;~ Mississippiano u"20 354Devoniano23,7,600 400409 5ilurianoO30 439õ::Oligoceno ~36,6 510 I.LJ I-40 Eoceno 50õ::c!l~ 57,8v 60Paleocenoo:::o.. 65 dicionarizadoem Suguio (1998, Dicionário de Geologia Sedimentar).
  4. 4. FRANKPRESS Gru po Consultivo de Washington JOHN GROTZINGER In tituto de Tecnologia de Massachusetts RAYMOND SIEVER· Universidade de Harvard THOMAS H. JORDAN Universidade do Sul da Califórnia 4ª edição Tradução Coordenador Rualdo Menegat Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul Equipe Paulo César Dávila Fernandes Universidade do Estado da Bahia Luís Alberto Dávila Fernandes Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul Carla Cristine Porcher Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul Reimpressão 2006
  5. 5. Obra originalmente publicada nos :E;stadosUnidos sob o título Understanding Earth, 4/e ISBN 0-7167-9617-1 por W.H.Freeman and Co., NewYork e Basingstoke. Copyright © 2004, W.H.Freeman and Co. Todos os direitos reservados. Capa; Gustavo Demarchi Leitura final: Sandro WaldezAndretta Supervisão editorial: Arysinha Jacques Affonso Editoração eletrônica: Laser ROL/se ct~63((Qj Unlvefsidade d. erasl ia S5L~{c(f ~q~ SM- ~>~,. 1-. U Reservados todos os direitos de publicação, em língua portuguesa, à ARTMED® EDITORA S.A. (BOOKMAN® COMP HIA EDITORA é uma divisão da ARTMED®EDITORA S.A.) Av. Jerônimo de Omelas, 670 - Santana 90040- 340 - Porto Alegre - RS Fone: (51) 3027-7000 Fax: (51) 3027-7070 É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na Web e outros), sem permissão expressa da Editora. SÃO PAULO Av.Angélica, 1.091 - Higienópolis 01227-100 - São Paulo - SP Fone: (11)3665-1100 Fax:(11)3667-1333 SAC 0800 703-3444 IMPRESSO NO BRASIL PRINTED IN BRAZIL /
  6. 6. PARA NOSSAS CRIANÇAS, E AS CRIANÇAS DE NOSSAS CRIANÇAS: ". POSSAM ELAS VIVER EM HARMONIA COM O AMBIENTE DA TERRA.
  7. 7. UfO S Raymond Siever Raymond Siever é um especialista internacionalmente conhe- cido nas áreas de Petrologia Sedimentar, Geoquímica e Evolu- ção dos Oceanos e Atmosfera. É membro do Departamento das Ciências Planetárias e da Terra da Universidade de Harvard e chefiou o Departamento de Geologia durante oito anos. Foi um dos primeiros sedimentólogos a aplicar as técnicas geoquími- cas para o estudo de rochas sedimentares, especialmente de arenitos e sílex. Além de ser co-autor do popular livro de geologia Earth, com Frank Press, Raymond Siever escreveu (com F. 1. Petti- john e Paul Potter) o clássico manual Sand and Sandstone (Springer- Verlag). O DI'. Siever é Pesquisador da Sociedade de Geologia Norte-Americana (Geological Society of America- GSA) e da Academia Norte-Americana de Artes e Ciências, e foi laureado com várias distinções da Sociedade de Geologia Sedimentar, da Sociedade de Geoquímica e da Associação Norte-Americana de Geólogos do Petróleo. Press - "-Press trouxe contribuições pioneiras às áreas da Geofísi- _ ~ O eanografia, das Ciências Planetárias e da Lua e da ex- - _~-ão de recursos naturais. Ele foi membro da equipe que --:::oi:>riua diferença fundamental entre a crosta oceânica e a ontinental e construiu os instrumentos utilizados na ~-- ~ -- _O Dr. Press foi professor nas faculdades da Universi- ~ -'b Colúmbia (EUA), do Instituto de Tecnologia da Cali- -., Caltech) e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts _~ . Além disso, foi presidente da Academia Nacional de . dos Estados Unidos e pesquisador sênior do Departa- de Magnetismo Terrestre no Instituto Carnegie de Was- :::-n. Atualmente, trabalha no Grupo Consultivo de Was- _ :::i. Em 1993, Frank Press foi laureado pelo Imperador a Prêmio Japão, por seu trabalho nas ciências da Terra. r>. DT.Press foi consultor para temas científicos de quatro -- .:rntes. Jimmy Carter nomeou-o Consultor Científico do ::=me. Bill Clinton laureou-o com a Medalha Nacional da ,=--..; Por três vezes, as pesquisas do U.S. News & World Re- di aram seu nome como um dos mais influentes cientis- - = E tados Unidos. Thomas H. Jordan Tom Jordan é um geofísico cujos interesses incluem a compo- sição, a dinâmica e a evolução da TeITasólida. Ele concentrou suas pesquisas na natureza do fluxo de retorno da tectônica de placas, na formação de uma espessa tectosfera sob os antigos crátons continentais e na questão da estratificação do manto. Ele desenvolveu uma série de técnicas para elucidar as fei- ções estruturais do interior da Terra, que dão suporte a esses e outros problemas geodinâmicos. Trabalhou, também, na mo- delagem do movimento das placas, medindo deformações neotectônicas nas zonas de borda de placas, quantificando vá- rios aspectos da morfologia do assoalho oceânico e caracteri- zando grandes terremotos. Ele obteve seu doutorado em Geo- física e Matemática Aplicada no Caltech (Instituto de Tecno- logia da Califórnia, EUA) e lecionou na Universidade de Princeton e no Instituto de Oceanografia Scripps antes de in- tegrar a faculdade do MIT na Cátedra de Ciências Planetárias e da Terra Professor Robert R. Shrock em 1984. Foi chefe do Departamento das Ciências Planetárias, da Atmosfera e da Terra do MIT durante 10 anos (1988-1998). Atualmente, transferiu-se do MIT para a Universidade do Sul da Califór- nia (USC), onde assumiu a Cátedra de Ciências Geológicas Professor W M. Keck e a direção do Centro de Terremotos do Sul da Califórnia. O Dr. Jordan recebeu a Medalha James B. Macelwane da União Norte-Americana de Geofísica em 1983 e o Prêmio George P. Woollard da Sociedade Norte-Americana de Geolo- gia em 1998. É membro da Academia Norte-Americana de Ar- tes e Ciências, da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos e da Sociedade Norte-Americana de Filosofia. Grotzinger G:otzinger é um geólogo de campo interessado na evolução :::era e dos ambientes superficiais da TelTa.Sua pesquisa é ~~ para o desenvolvimento químico dos oceanos e da at- -- _ • rirnitivos, para o contexto ambiental da evolução ani- . -rivae para os fatores geológicos que regulam as bacias s. Ele contribuiu com a proposição da estrutura geo- , ica de uma série de bacias sedimentares e cinturões ~.:o do nordeste do Canadá, do norte da Sibéria, do sul da ~ do oeste dos Estados Unidos. Esses estudos e mapea- -= ~ ampo são o ponto de partida para estudos de tópicos ~:=::::-::;C()sbaseados em laboratórios, envolvendo técnicas de _ ' . a. paleontologia e geocronologia. Ele recebeu seu tí- :e Ba harel em Geociências na Universidade Hobart em -- ::::_lestre em Geologia pela Universidade de Montana em :"::=Doutor em Geologia pela Virginia Tech em 1985. Du- - =3 ano atuou como pesquisador do Observatório Geoló- - ~ont-Doherty, antes de integrar o corpo docente do .-- ~ 19 8. De 1979 a 1990, esteve engajado em mapeamen- _ para o Serviço Geológico do Canadá. ~- -99 . o DI'.Grotzingerrecebeu a distinção de Acadêmi- - ~ TIlaldemar Lindgren no MIT e, em 2000, assumiu a - ~- _.:!e Ciências Planetárias e da Terra Professor Robert R. ~ 1998, foi nomeado diretor do Laboratório de Re- =- -: !Tado MIT. Recebeu o Prêmio Jovem Pesquisador -=-=--'~nia da Fundação Nacional de Ciência (EUA) em __ ~~dalha Donath da Sociedade de Geologia Norte- GSA) em 1992, e a Medalha Henno Martin da So- ~ == Geologia da Namíbia em 2001. É membro da Aca- - -.-rnericana de Artes e Ciências e da Academia e Ciências dos Estados Unidos.
  8. 8. ovas vozes Temos reiterado que a ciência é uma história de teorias suplanta- das. Jovas teorias e abordagens inovadoras para a pesquisa e o 5lSÍnO serão o trabalho principal da próxima geração de cientis- - -autores. John Groetzinger, do MIT, e Tom Jordan, do USC, 7JDÍIam-se à equipe de autores deste livro e sucederão a Frank Pre s e Raymond Siever nas edições futuras. Tivemos sorte de ,,- ociarmo-nos a colegas que compartilham a filosofia e o idea- lismo representados em nosso livro e que igualmente trouxeram 3IDa visão de futuro. A influência de John e Tom é visível em ca- ., capítulo do livro e em toda a sua reorganização, e é mais evi- &nte ainda na proeminente abordagem dos sistemas da Terra e ;::o tratamento avançado da teoria da tectônica de placas. ma nova visão - tudo quase em tempo real. Énotável que atualmente possamos utilizar as ondas de um terremoto para representar" o fluxo de um manto sólido a centenas e milhares de quilômetros de profundi- dade, revelando padrões de ascensão de plumas e subducção de placas. Essas novas tecnologias também revelam surpreendentes percepções novas ao estabelecer encadeamentos entre o clima e a tectônica que tinham sido parcamente entendidos no passado, tais como a possibilidade de que o fluxo das rochas metamórfi- cas através dos cinturões de montanhas possa ser fortemente in- fluenciado pelos padrões de intemperismo superficial. A visão da Terra como um sistema de componentes interativos sujeitos à in- terferência da humanidade não pode mais ser chamada de uma opinião baseada em ideologia - ela está sustentada por evidên- cias científicas sólidas. A força da Geologia nunca foi tão gran- de. A ciência geológica informa, hoje, as decisões das políticas públicas tomadas por líderes nos governos, nas indústrias e nas organizações das comunidades. Antecipando a tectônica de placas: a síntese desde o início O Capítulo 2, Tectônica de placas: a teoria unificadora, permite- nos tirar um amplo proveito da teoria tectônica entendida como uma estrutura para discutir os processos geológicos fundamen- Uma seqüência da sedimentação deltaica, B, acumula-se sobre uma sedimentação prévia, A. Figura 10.10 A comparação entre seções sísmicas (a) com seqüências sísmicas (b) revela o processo deposicional que criou o padrão de acamamento. Quando a subsidência tectânica ou outros eventos, como uma mudança climática global, causam a subida do nível do mar, duas seqüências deltaicas são encontradas, (c) e (d). Quando a primeira edição de Earth (Terra) foi publicada, o con- XÍto da tectônica de placas ainda era novo. Pela primeira vez, ~a teoria que abrange tudo poderia ser utilizada como estrutu- • para aprender sobre as imensas forças que atuam no interior da -=-=rrn.Devido a esse novo paradigma, nossa estratégia foi toruar ~ aprendizado da Ciência da Terra fundamentado tanto quanto ;,0- Ível nos processos. Essa nova - -·-0 da Terra como um sistema .,- amÍco e coerente foi central no .- TO Earth e neste seu sucessor, Para entender a Terra. Agora, com a quarta edição de Jara entender a Terra, damos ou- ~ passo à frente. Pode-se caracte- 3zá-Io como uma tentativa de res- EAIDderà seguinte pergunta: o que -si depois da tectônica de placas? _-'-.pTesentamos a Geologia como ciência unitária, baseada nos ;;;:ocessos, com o poder de trans- ~ - o significado global das fei- ;res geológicas onde quer que se- ~ encontradas. Para isso, lança- mão de novos e poderosos la- ::iJrnIórios e instrumentos de cam- :" . bem como de novas aborda- .=,:0 - teoréticas. _·ovas tecnologias, como o .J?S e a continuada monitoração :::z Terra por satélites, a partir do "Sr ,o, permitiram-nos observar -=:t11acas em movimento, as mon- sendo soerguidas e erodi- -=.,- a deformação crus tal que :o;:re antes de um terremoto, o ~~ento global, a retração de Zõ~ciras.a subida do nível do mar
  9. 9. x PREFÁCIO ;ris. A antecipação dos 'pio básicos da teoria tollÍca para o início do li- no ignifica que ela poderá ser eyocada em todo o tex- [O. fornecendo uma visão ompleta, bem como um elo entre os fenômenos geológicos. Por exemplo, o Capítulo 4 apresenta, nesta edição, o metamorfismo de acordo com as interações das placas; o Capítulo 8 oferece uma nova seção so- bre tectônica de placas e bacias sedimentares e o Ca- pítulo 9 tem uma seção atualizada sobre caminhos de pressão-temperatura- tempo e seu significado na interpretação dos processos tectônicos, incluindo a exu- mação e o soerguimento. A seção do livro dedicada aos processos superficiais cul- mina no Capítulo 18, total- mente revisado, no qual a evolução da paisagem inte- gra os capítulos anteriores e abre a argumentação sobre as significativas interações do clima e da tectônica. Es- se tratamento de uma área revitalizada das Ciências da Terra fundamentado em processos tomou-se possí- vel somente porque a tectô- nica de placas já havia sido introduzida anteriormente. A TERRA É UM SISTEMA ABERTO QUE TROCA ENERGIA E MASSA COM SEU ENTORNO O SISTEMA TERRA É CONSTITUíDO POR TODAS AS PARTESDE NOSSO PLANETA E SUAS INTERAÇÕES o sistema do clima envolve grande troca de massa (p. ex., água) e energia (p. ex., calor) entre a atmosfera e a hidrosfera ... Os organismos vivos, a biosfera, ocupam9 parte da atmosfera, da hidrosfera e da litosfera. I A litosfera move-se sobre porções do manto mais liquefeito. afunda e é arrastada para a astenosfera ... ... onde é movida para o manto inferior e emerge novamente num ciclo convectivo. o núcleo externo e o núcleo interno interagem no sistema do geodínamo que é responsável pelo campo magnético terrestre. Figura panorâmica 1.10 Principais componentes e subsistemas do sistema Terra (ver Quadro 1.2). As interações entre os componentes são governadas pela energia do Sol e do interior do planeta e organizadas em três geossistemas globais: o sistema do clima, o sistema das placas tectônicas e o sistema do geodínamo. A visão da Terra como um sistema A obra inicia com uma am- pla discussão sobre o siste- ma Terra, no Capítulo 1. Os componentes do sistema Terra são descritos e as trocas de energia e matéria através dele são ilustra- das. Essa discussão serve como um trampolim para a perspectiva baseada nos sistemas da Terra que permeia o texto. O Capítulo 5, Rochas ígneas: sólidos formados a partir de líquidos, inclui agora uma seção intitulada Os centros de ex- pansão do assoalho oceânico: geossistemas magmáticos. Os vulcões (Capítulo 6) são investigados como geossiste- mas acoplados aos movimentos das placas e interagindo com a atmosfera, os oceanos e a biosfera. A análise do intemperismo no Capítulo 7 enfatiza a relação entre o geossistema do clima e a desintegração das rochas. No Capítulo 9, Rochas metamórficas, no Capítulo 18, As paisa- gens. e no Capítulo 19, Os Terremotos, salientamos as intera- ções entre metamorfismo, clima, tectônica de placas e compor- tamento de terremotos de sistemas de falhas regionais. No Capítulo 21, examinamos o mecanismo convectivo do interior profundo da Terra, o qual controla a tectônica de placas e o sistema do geodínamo. O Capítulo 23 conclui com um exame de como as emissões de gases-estufa a partir da queima de combustíveis fósseis e ou- tras atividades humanas podem estar mudando o sistema do cli- ma da Terra. Novos tópicos e atualizações em todos os temas • Novo material sobre exoplanetas, introdução preliminar dos conceitos do sistema Terra e nova seção sobre a Terra ao longo do tempo geológico (Capítulo 1)
  10. 10. PREFÁCIO ~_ o CICLO DAS ROCHAS É A INTERAÇÃO DOS SISTEMAS DA TECTÔNICA DE PLACAS E DO CLIMA • :"ovaseção sobre os centros de expansão do assoalho oceânico oomo geossistemas magmáticos (Capítulo 5) • :"ovaseção sobre vulcões como geossistemas, novos dados so- ~ yastas províncias ígneas e tratamento atualizado sobre as hi- ?Óteses de pontos quentes e as plumas do manto (Capítulo 6) • ~o as seções sobre recifes de coral e processos evolutivos e, :ambém, sobre tectônica de placas e bacias sedimentares (Ca- pft:ulo 8) • A.bordagem atualizada dos ca- ;ninhos de pressão-temperatura Capítulo 9) história mais do que apresentar dados reunidos está, agora, evi- denciado por meio das ilustrações, particularmente a nova Fi- gura panorâmica. A Figura panorâmica traz conjuntamente fo- tografias, desenhos em série e textos para fazer o estudante acompanhar as principais idéias que estão por trás dos proces- sos geológicos importantes. Há muito mais ilustrações, seqüências de fotografias e mapas com esquemas, de modo a demonstrar o contexto do fenômeno geológico bem como as feições geológicas subjacentes àquilo que podemos ver com nossos olhos. Por fim, há muito mais tex- A precipitação, o congelamento e o degelo criam material solto - sedimento - que é carregado pela erosão .._ A placa que subducta funde-se à medida que mergulha. O magma ascende da placa fundida e do manto e extravasa-se como lava ou intrude-se na crosta. O magma esfria para formar as rochas ígneas: as rochas vulcãnicas cristalizam do magma ou da lava extrudida; e as rochas p[utônicas cristalizam das intrusões subterrâneas. _______crosta oceânica ... e é transportado para o oceano por rios, onde é depositado como camadas de areia e silte. As camadas de sedimentos são soterradas e sofrem litificação, tornando-se rochas sedimentares. A subducção de uma placa oceânica em uma placa continental soergue uma cadeia de montanhas vulcânicas. SISTEMA DO CLIMA EI O soterramento é acompanhado de subsidência, que é o afundamento da crosta da Terra. Subsidência Ao longo das margens teetonicamente ativas, por exemplo, onde os continen- tes colidem, as rochas são soterradas ou comprimidas por pressão extrema, em um processo chamado orogenia. Figura Panorâmica 4.9 O ciclo das rochas, como proposto por James Hutton há mais de 200 anos atrás. As rochas submetidas ao intemperismo e à erosão formam sedimentos, os quais se depositam, são soterrados e litificam. Após o soterramento profundo, as rochas sofrem metamorfismo, fusão ou ambos. Por meio da orogênese e dos processos vulcãnicos, as rochas são soerguidas, para serem, então, novamente recicladas. [,gnea (granito): Ramezani. Metamórfica (gnaisse): Breck P. Kent. Sedimentar (arenito): Breck P. Kent. Sedimento (areia e cascalho): Rex Elliot.] . lA medida que uma rocha sedimentar é; soterrada em maiores profundidades na crosta, ela torna-se mais quente e metamorfiza-se. As rochas ígneas também podem metamorfizar-se. Crosta continental / Litosfera continental ~ I Fusões subseqüentes ou a subducção de outra placa oceânica recomeçam o ciclo. • Dados atualizados sobre a for- r:J2,ão de domos e bacias (CapÍtu- 11) .• em capítulo completamente ~. ado sobre o ambiente da Ter- o impactos humanos (CapÍ- 023). • Exame atualizado do relevo e ::o métodos de levantamento de ±!dos do assoalho marinho (CapÍ- 017) • :"ovo material sobre fluxo do gelo, instabilidade do manto de g~lo da Antártida e a hipótese da Terra como Bola de Neve (CapÍ- rolo 16) arrando histórias com oalavras e ilustrações _l.,. illais visível melhoria nesta no- _ edição é a arte gráfica. Nosso :;e._,oienteobjetivo de narrar uma em capítulo totalmente atuali- o sobre evolução continental, mm grande ênfase na América do _-one; traz também os recentes en- ~imentos sobre a história do -oerguimento de montanhas e da =ilIIIlaçãode crátons estáveis (Ca- 020). • em capítulo atualizado sobre o - -crior profundo, incluindo novas ~s sobre a tomografia do man- :D. o geóide e o geodínamo (Capí- 021). • :"ovas seções sobre pré e pós- ~o sísmico, intensidade do aba- ~ . limite de placas e terremotos e §-~mas de falhas regionais (Capí- 019)
  11. 11. ~ PREFÁCIO tos descritivos que acompanham as ilustrações, de modo a ajudar os estudantes a localizarem os mais importantes conceitos. Mídia e materiais complementares* Uma seleção de materiais suplementares na mídia eletrônica e impressa, projetados para dar suporte tanto a educadores como a estudantes, está disponível para os usuários desta nova edi- ção de Para entender a Terra. Ao destacar a importância da vi- sualização dos conceitos-chave da Geologia, estamos suprindo os educadores com instrumentos de apresentação necessários para ajudar os estudantes a entender de fato os processos da Terra. Ao mesmo tempo, estamos suprindo os estudantes com materiais de estudo para que possam estudar Geologia mais efetivamente e aplicar prontamente seus conhecimentos re- cém-adquiridos. Para os educadores** O produto Instructor's Resource, em CD-ROM (ISBN 0-7167-5782-6), contém: CONICTARW • Apresentações em Power Point em alta resolução, que incluem todas as figuras e tabelas do texto impresso. • Apresentações em Power Point com Anotações do Palestrante, preparadas por Peter Copeland e Yilliam Dupré, da Universida- de de Houston. • Arquivos digitais JPEG em alta resolução de todas as ilustra- ções do texto e Pacote de Slides (incluindo imagens de pacotes de slides de edições anteriore ). • Arquivos em Word contendo Test Bank de fácil edição e im- pressão. • Arquivos em Acrobat Reader contendo o lnstructor's Manual. • Animações, incluindo cerca de 40 novos arquivos do progra- ma Macromedia Flash, das figuras desta nova edição, que podem ser facilmente incorporadas em apresentações Power Point. • Vídeos curtos. O Test Bank (ISBN 0-7167-5784-2 [impresso] e ISBN 0- 7167-5783-4 [CD-ROM]), elaborado por Simon M. Peacock, da Universidade do Estado do Arizona, e Sondra Peacock, in- clui aproximadamente 50 questões de múltipla escolha para ca- da capítulo (totalizando cerca de mil questões), algumas das quais incorporando ilustrações do texto. O CD-ROM fornece arquivos em formato eletrônico do Banco de Testes que penni- tem ao professor editar, mudar a ordem e adicionar questões. O Instructor's Resource Manual (ISBN 0-7167-5781-8), escrito por Peter Kresan e Reed Mencke, da Universidade do * N. de R.: Essa seção refere-se ao site e aos materiais comple- mentares da editora original. **N. de R.: Os professores interessados em receber material de apoio devem entrar em contato com Bookman Editora pelo en- dereço secretariaeditorial@artmed.com.br e anexar comprovante de docência. Arizona, inclui exemplos de esquemas de conferências, idéias para atividades de aprendizagem cooperativa e exerCÍcios que podem ser facilmente copiados e utilizados para sessões de argüição, jogos de pergunta e resposta e material de divulga- ção. Além disso, contém orientações em CD e na Internet. O lnstructor's Manual inclui ainda uma seção planejada para os educadores que contém dicas de ensino elaboradas por diver- sos professores do Centro de Aprendizagem da Universidade do Arizona. O Instructor's Manual está disponível tanto em CD como no Guia do Sítio Eletrônico na Internet. O Overhead Transparency Set (ISBN 0-7167-5780-X) inclui todas as figuras e tabelas do livro em transparências de acetato coloridas. O Slide Set with Lecture Notes (ISBN 0-7167-5779-6), pre- parado por Peter Kresan, da Universidade do Arizona, contém aproximadamente 100 imagens adicionais, que estão totalmen- te descritas no folheto de Anotações do Palestrante, que acom- panha o material. O Guia do Sítio Eletrônico no endereço www.whfree- man.coml understandingearth fornece acesso a todos os mate- riais para estudantes no sítio eletrônico da Internet, além de um sítio para o Educador protegido por senha, o qual contém todas as apresentações para o programa Power Point e arqui- vos com extensão lPEG disponíveis no CD do Educador, o Instructor's Manual e a Quiz Gradebook (que permite o acom- panhamento dos resultados das notas obtidas nas avaliações on-line dos estudantes). Welcome to ao advilnced pnllli~", "te ftlr lhe (ortneomíng Under$/{m(/ing i;lIrl1l, fOl,lrth ~itjon lJy Frank Prc$S, Raymond Slever. lahll Grotllnger anó Thortlas H. Jordl)o. UnrJerstlmding Eelth, rollrtll edlllon, pubUshtnqJuly2003,I,.moretnllnanupdating-ltistl'1efir5tsteplnareconceptuallutlonofthetel<t refledI~oflhefL!ndotm.entalw&'$thel'ieklha,dlot"9edl:'lttlep.astseveralyears.Formorelnformlll:ionon the new foutttl edlUor!, ;,s weH;lIS s.&lllpte ct'laplel'$ or lhe text, pleou. d!ck het"l!. See NEW ANlMAnONS Of Convection and Moan Formatlon in Chapter 1! PlIrt I. Tl'iE DYNAMIC EARTIi Chae.fii'ff:lEttlêãiill~~"Now CfiãpW2: PlateTc<.tonlts: TheUnlfyTriiThrory Part Il. ROCKS, DfFORMATION, ANO Tl'IE GE'OlOGIC RECORD Ch3ptct" 3: Mlnenls: 8oUdlog Bod;s of l'tocks Cllapter 4: RodcJ;: Tlle ProdltCt$ ot GeoloIlic Procuses lnstructor Resources eS;lImpleExercise • • syn.bu'POSlI"lJSetvlee • Geology 'li Pndle. • Pow.rPol"t $lIdes • Jnstl'Udo •.••Ma"u.1 .WebU"q • Photo GllllCry • Onlirl.ltnlcw h:••.d_ • Media UnI!;Quutlon, • Geologv ln Pnllctlce Para os estudantes O Guia do Sítio Eletrônico, no endereço www.whfree- man.com/understandingearth, inclui muitos instrumen- CON[CTARWEB tos de estudo que permitem aos estudantes a visualiza- ção dos processos geológicos e a prática de seus conhecimentos recém-adquiridos. O Guia do Sítio Eletrônico contém:
  12. 12. • Animações, incluindo mais de 40 novas figuras animadas do tino. • Exercícios de revisão on-line, que incluem exercícios interati- "·0 . saídas de campo virtuais, exercícios de correlação de ima- gens e conceitos e exercícios de múltipla escolha. • Fichas de resumo eletrônicas. • Testes on-line. • Exercícios de aprendizado com auto-avaliação eletrônica. • Exercícios práticos de Geologia, atividades de aprendiza- gem baseadas na pesquisa, que convidam os estudantes a apli- ;::arem seus conhecimentos recém-adquiridos e a pensarem zomo geólogos. • Galeria de fotografias e fotografias adicionais dos fenômenos geológicos. • Fenômenos geológicos atuais, um arquivo de relevantes arti- ~o de fontes jornalísticas, mensalmente atualizados. o Student Study Guide (ISBN 0-7167-5776-1), escrito por Peter Kresan e Reed Mencke, da Universidade do Arizona, in- ::lui dicas de como estudar Geologia, resumos dos capítulos e PREFÁCIO I xiii exames e exercícios práticos que incorporam figuras dos textos e dos recursos da Internet. o Lecture Notebook (ISBN 0-7167-5778-8) contém todas as figuras do livro em preto e branco com espaço para anotações do estudante. A série Pesquisa da Terra, desenvolvida pelo Instituto Geo- lógico Norte-Americano em colaboração com experientes educadores da área, é uma coleção de atividades de investiga- ção baseadas na Internet que fornece um caminho direto para os estudantes explorarem e trabalharem com a vasta quantida- de de dados geológicos agora disponíveis na Internet. Abor- dando diversos tópicos, como terremotos e margens de placas e os intervalos de recorrência de inundações, cada módulo de Pesquisa da Terra convida os estudantes a analisarem dados em tempo real de modo a desenvolverem um entendimento profundo dos conceitos geocientíficos fundamentais. Cada módulo consiste num compónente da Internet protegido por senha, acompanhado de um manual. Para mais informações sobre a Pesquisa da Terra ou para ler sobre os vários módulos atualmente disponíveis, visite www.whfreeman.comlearthinquiry. gradeci mentos Con titui-se num desafio tanto aos professores de Geologia como aos autores de livros-texto con- den ar os diversos aspectos importantes dessa ciência num único volume e inspirar o interesse e o =nrusiasmo de seus alunos. Para ir ao encontro desse desafio, solicitamos a colaboração de muitos colegas que ensinam em todos os tipos de faculdades e universidades. Desde os primeiros estágios c-b planejamento de cada edição deste livro, contamos com um consenso nas visões de planejamen- ~ e organização do texto e na escolha dos tópicos a serem incluídos. Quando escrevemos e rees- ;::reyemos os capítulos, novamente contamos com a orientação de nossos colegas para tornar o tra- Qalho pedagogicamente mais adequado, acessível e estimulante para os estudantes. Somos gratos da um deles. Os seguintes educadores estiveram envolvidos no planejamento ou nos estágios de revisão des- - nova edição: :5Irey M. Amato Sew Mexico State University ==nne L. Baldwin Syracuse University OJarles W. Barnes Sorthern Arizona University C=ie E. S. Bartek University of North Carolina, Chapel Hill ?illg~r Bilham ú'niversity ofColorado _,f.:-hael D. Bradley &1sfem Michigan University ~eR.Clark Kansas Slate University .li::-hell Colgan College of Charleston 1 dirim Dilek .',fiami University Craig Dietseh University of Cincinnati Grenville Draper Florida International University MissyEppes University of North Carolina, Charlotte Pow-foong Fan University of Hawaii Mark D. Feigenson Rutgers University Katherine A. Giles New Mexico State University Miehelle Goman Rutgers University Julian W. Green University of South Carolina, Spartanburg Jeff Greenberg Wheaton College David H. Griffing University of North Carolina Douglas W. Haywiek University of Southem Alabama Miehael Heaney III Texas A&M Universil)' Alisa Hylton Central Piedmonl COl1ll1lunityCollege James Kellogg Universily of Soufh Carolina at Columbia David T. King, Jr. Aublll71 Universily Jeff Knotl ColiJomia Sfote University at Fullerton Riehard Law Virginia Tech
  13. 13. fTULO 1 Estruturando um planeta 25 Tectônica de placas: a teoria unificadora 47Minerais: constituintes básicos das rochas 77fTULO 4 Rochas: registros de processos geológicos 103fTULO 5 Rochas ígneas: sólidos que se formaram líquidos 117Vulcanismo 143Intemperismo e erosão 171íTULO 8 Sedimentos e rochas sedimentares 195 íTULO 9 Rochas metamórficas 227 O registro das rochas e a escala do tempo geológico 247 Dobras, falhas e outros registros de deformação rochosa271íTULO 12 Dispersão de massa 291íTULO 13 O ciclo hidrológico e a água subterrânea 313Rios: o transporte para os oceanos 341Ventos e desertos 367íTULO 16 Geleiras: o trabalho do gelo 387fTULO 17A terra sob os oceanos 421 As paisagens: interação da tectônica e do clima 449Os terremotos 469 A evolução dos continentes 499Explorando o interior da Terra 527íTULO 22 Energia e recursos materiais da Terra 551 Meio ambiente, mudança global e impactos humanos na Terra585
  14. 14. o científico 90 89 96 3.2 Jornal da Terra Asbestos: risco à saúde, exagero sensacionalista ou ambos? 95 Propriedades físicas dos minerais Os minerais e o mundo biológico 3.1. Jornal da Terra Por que as gemas são tão especiais? 30 26 27 28 25 Estruturando um e as práticas modernas da Geologia de nosso sistema planetário - =-'"'": rimitiva: formação de um _ -.=2 em camadas Rochas metamórficas 108 105 106 103 Rochas ígneas Rochas sedimentares 0ç:;r~ 36 (~~.TUlO 4 Rochas: registros de pT"ôcessosgeológicos39 47 02 Tectônica de placas: a nificadora - -=-'"'": 30 longo do tempo geológico - -=-'"'": omo um sistema de entes interativos :>erta da tectônica de placas - -=-- o das placas -= e das placas e história dos movimentos - =- ---ee reconstrução 47 51 58 64 Onde as rochas são encontradas 108 O ciclo das rochas: interação dos sistemas da tectônica de placas e do clima 111 O ciclo das rochas e os sistemas terrestres: únicos no sistema solar 113 71 == ;20 do manto: o mecanismo motor da de placas - -:: - da tectônica de placas e o - científico 6 8 ,t0~";", ~;~_~6fTUlO5 Rochas ígneas: sólidos que se formaram de líquidos 117 ~~-- uímicas - _ __ ra atômica da matéria 118 123 125 125 128 132 144 144 143 Como se formam os magmas? Onde se formam os magmas? A diferenciação magmática As formas das intrusôes magmáticas A atividade ígnea e a tectônica de placas Em que as rochas ígneas se distinguem umas das outras? ~ 81 1~CZ.~íTUlO 6 Vulcanismo '~V' 82 Os vulcôes como geossistemas 86 Os depósitos vulcânicos 61 77 78 80 77 mineral? o 3 Minerais: constituintes s das rochas -~- -'=ormadores de rochas - _ __ a atômica dos minerais ornal da Terra ndo no mar profundo
  15. 15. S 10 s estilos de erupção e as formas de e' o VlIlcânico o padrão global de vulcanismo O ulcanismo e a atividade humana 6.1 Plano de ação para a Terra Monitorando vulcões PíTULO 7 Intemperismo e erosão ~ Intemperismo, erosão e ciclo das rochas Por que algumas rochas meteorizam-se mais rapidamente que outras? Intemperismo químico Intemperismo físico Solo: o resíduo do intemperismo Os humanos como agentes do intemperismo O intemperismo gera a matéria-prima dos sedimentos 7.1 Plano de ação para a Terra Erosão do Solo ~ CÃpiTULO 8 Sedimentos e rochas ~dimentares Rochas sedimentares e ciclo das rochas Ambientes de sedimentação Estruturas sedimentares Soterramento e diagênese: do sedimento à rocha Classificação das rochas sedimentares e dos sedimentos c1ásticos Classificação das rochas sedimentares e dos sedimentos químicos e bioquímicos A tedônica de placas e as bacias sedimentares 8.1 Plano de ação para a Terra Os recifes de corais e atóis de Darwin ,~., Rochas metamórficasú;'JTULO 9 227 148 .':7 Metamorfismo e sistema Terra 228 158 Causas do metamorfismo 229 163 Tipos de metamorfismo 230 156 Texturas metamórficas 233 Metamorfismo regional e grau metamórfico 237 171 Tedônica de placas e metamorfismo 239 171 F"TULO 10 Registro das rochas e 172 ala do tempo geológico 247 174 Cronologia da Terra 247 181 Cronologia do sistema Terra 248 185 Reconstrução da história geológica por meio da 188 datação relativa 249 Tempo isotópico: adicionando datas à escala do188 tempo geológico 259 Datações confiáveis: utilizando três linhas de evidências 264 187 10.1Jornal da TerraAseqüência do Grand Canyon e a correlaçãoregional de estratos 260 195 196 )~ T ;~lTULO11 Dobras, falhas e outros200 registros de deformação rochosa 271 203 Interpretando dados de campo 272 206 Como as rochas são deformadas 274 Como as rochas são fraturadas: juntas e falhas 277 208 Como as rochas são dobradas 282 211 Revelando a história geológica 286 219 f~ ~.TUL012 Dispersão de massa 291 I;", •.}if'f/ 214 O que faz as massas se moverem? 292 Classificação dos movimentos de massa 298
  16. 16. SUMÁRIO ~ a origem dos movimentos 367 369 372 373 367 O vento como agente de transporte O vento como agente de erosâo O vento com agente de deposição /,:r;S?::-.. ••. ,;''nULO 15 Ventos e desertos': /~,: ~, '~7 O vento como fluxo do ar 296 305 de ação para a Terra - os danos e prevenindo entos- 388 394 401 408 398 411 387 O gelo é uma rocha Como as geleiras se movem As paisagens glaciais Idades do gelo: a glaciação pleistocênica 16.1 Jornal da Terra Vostok e GRIP: sondagens no gelo da Antártida e da Groenlândia O ambiente desértico 378 15.1 Jornal da Terra A expediçâo Pathfinder e as tempestades de poeira em Marte 371 16.2 Jornal da Terra Variações futuras do nível do mar e a próxima glaciação ,p~; {nULO 16 Geleiras: o trabalhoi/ "gelo 314 316 318 320 313 13 O ciclo hidrológico e terrânea lerrãnea = c os reservatórios _ ::,.."a do escoamento superficial mal da Terra - -:-,,-. a água subterrânea se tornará um recurso - ovável? 329 -~ e da água 330 -:s profundezas da crosta 333 ai da Terra - -= ....é um bem precioso: quem tem acesso a ela? 316 s hídricos dos principais aqüíferos 328 _ -=~ :Jela água subterrânea 328 343 o 14 Rios: O transporte 5 oceanos - -- ~ água dos rios escoa _ -"",.:::..:f1uviaise o movimento dos sedimentos 341 /7'~'~:. /;fTUlO 17 A terra sob os oceanos 342 "~o j Difurenças básicas entre a geologia dos oceanos e dos continentes 421 422 = ~ água corrente causa a erosão das rochas 345 A geologia dos oceanos profundos 422 ais e planícies de inundação fluviais 346 As margens continentais 428 ças fluviais com o tempo e a distância 350 Sedimentação física e química no oceano 431 _= e drenagem - ~ desembocaduras dos rios -- - • mal da Terra olvimento das cidades nas planícies de -"'ção 356 A orla do mar: ondas e marés 359 As linhas de costa 17.1 Plano de ação para a Terra Preservando nossas praias 351 432 438 442
  17. 17. ~ SUMÁRIO ..Ç~ <:'~~)TUlO 18 As paisagens: interação ihflectônica e do clima 449 535 537 541 21.2 Jornal da Terra O geóide: a forma do planeta Terra 540 21.1 Jornal da Terra O soerguimento da Escandinávia:experimentos da natureza com a isostasia 533 A temperatura e o calor no interior da Terra A estrutura tridimensional do manto O campo magnético terrestre ~j~:'x"'''' • 462 ~~TUlO 22 Energia e recursos iWãteriais da Terra 551 Recursos e reservas 552 469 Os recursos energéticos 552 471 Petróleo e gás natural 554 473 O carvão 558 481 Alternativas aos combustíveis fósseis 560 485 Conservação 565 492 Política energética 565 491 Os recursos minerais 566 A geologia dos depósitos minerais 570 493 Os depósitos minerais e a tectônica de placas574 A descoberta de novos depósitos minerais: uma necessidade 576 499 22.1 Plano de ação para a Terra Contaminação subsuperficial por lixotóxico 500 e nuclear 562 506 22.2 Plano de ação para a Terra 508 Uso das terras federais nos Estados Unidos 568 22.3 Jornal da Terra 510 O desenvolvimento sustentável 578 519 520 0[7[,,, ~_1',~ •• .~ptTUlO 23 Meio ambiente, mudança global e impactoshumanos na Terra 585 527 O sistema Terra reexaminado 586 527 O sistema do clima 588 530 A variabilidade climática natural 593 Como os continentes crescem A tectônica da América do Norte A formação dos crátons A estrutura profunda dos continentes Os outros continentes do mundo Como os continentes são modificados 19.2 Jornal da Terra Proteção em um terremoto Explorando o interior com ondas sísmicas As camadas e a composição do interior da Terra /:..2$>, '.C~TUlO 21 Explorando o interior lfã~terra Topografia, elevação e relevo 450 As formas de relevo: feições esculpidas por erosão e sedimentação 453 A paisagem é controlada pela interação dos geossistemas 459 Os modelos de evolução da paisagem 463 18.1 Jornal da Terra Soerguimento e mudança climática: quem vem antes, o ovo ou a galinha? Terremotos e padrões de falhamentos O poder de destruição dos terremotos Os terremotos podem ser previstos? 19.1 Jornal da Terra Os tsunãmis ~ (~~~hUlO 20 A evolução dos continentes .~ J~l~jTulo19 Os terremotos~]lí:) O que é um terremoto? O estudo dos terremotos
  18. 18. PREFÁCIO ~ 623 629 643índice remissivo, onomástico e toponímico Glossário Apêndice 4 Reações químicas 617 Apêndice 6 Mapas topográficos e geológicos Apêndice 5 Propriedades dos minerais mais comuns da crosta da Terra 618 Apêndice 3 Eventos importantes que conduziram à teoria da tectônica de placas 615 613 596 595 598 601 '" o do século XX: a impressão 2 a na mudança global? carbono ::lal da Terra os de Kyoto e as políticas para enfrentar o e o global 608 , Fatores de conversão ~::.e umana e a mudança global ai da Terra - a criança instável Dados numéricos referentes 614
  19. 19. Primeira imagem de toda a Terra, mostrando parcialmente os continentes Antártida e África, feita pelos astronautas da Apol/o 77 no dia 7 de dezembro de 1972. [NASAl
  20. 20. o mét.od.o científic.o 26 ATerra é um lugar úniCO,)! càsademilhões de or- , . ". ganismos, incluindo~ó;(mesnlOs.Nenhum outro local que já tenhamos âes.coberto temo mesmo delicado equilíbrio de condições para manter a vida. A Geologia é a ciência que 'tstqda.a Terra: cOlTlonasceu, co- mo evoluiu, como funciona ecomo podemos ajudar a pre- servar os hábitats que sustentam avida. NesteJivro, e.stru- turamos os temas da Geologia em torno de três conceitos básicos, que vão aparecer em quase todos os capítulos: (1) a Terra como sistema de componentes interativos; (2) a tectônica de placas como uma teoria unificadora da Geo- logia; e (3) as mudanças do sistema Terra ao longo do tempo geológico. Este capítulo oferecerá uma ampla vi- são de como os geólogos pensam. Ele começa com o método científico, _ou seja, a abordagem objetiva do universo físico na qual toda investigação científica é baseada. Com este livro, você verá o método científico em ação à medida que descobrir como os geólogos obtêm e interpretam as informações sobre o nosso planeta. Depois desta introdução, des- creveremos as explanações científicas geralmente mais aceitas de como a Terra foi formada e de por que ela continua a mudar. Veremos que nosso planeta trabalha como um sistema de muitos componentes in- terativos sob sua superfície sólida, em sua atmosfera e em seus oceanos. Muitos des- ses componentes - por exemplo, a bacia atmosférica de Los Angeles, os Grandes La- gos, o vulcão Mauna Loa, no Havaí, e as florestas tropicais brasileiras - são, por sua vez, subsistemas complexos. Para entender as várias partes da Terra, costumamos es- tudar seus subsistemas separadamente, como se cada um deles existisse sozinho. En- tretanto, para obter uma perspectiva completa de como a Terra funciona, precisamos entender os modos como seus subsistemas interagem entre si - por exemplo, como os gases de um vulcão podem ocasionar mudanças climáticas ou como os organismos vi- vos podem modificar a atmosfera e, por sua vez, serem afetados por essas mudanças. Devemos entender, também, como o sistema Terra evoluiu ao longo do tempo. Você irá perceber que, enquanto lê estas páginas, sua idéia de tempo começará a mudar. Uma visão geológica do tempo deve acomodar intervalos tão vastos que nós, às vezes, temos dificuldades de compreendê-Ios. Os geólogos estimam que a Terra tem cerca de 4,5 bi- lhões de anos. Antes de 3 bilhões de anos atrás, células vivas desenvolveram-se sobre a e as práticas m.odernas da Ge.ol.ogia 27 "Eu digo à minha esposa que a água fresca em seu copo não ê iãojresca ássim. Seus átomos têm nada menosdo2e que 14 ~ifhões de anos." eee •• ··.,2., ASTRÔNOMO ANDY MCWILLIAM .origem d.o n.oss.osistema planetári() 28 A Terra primitiva: f.ormaçã.ode um planehlem famadas 30 ATerracom.o um siÜema de c.omp.onentes interativ.os 36 A Terra a.o I.ong.od.o temp.o ge.ológic.o 39
  21. 21. ~ Para Entender a Terra V Outras teorias j Outras hipóteses Sim TEORIA Observações e ~p";r~~C:~d;P;d'd') ... e um conjunto de hipóteses e teorias torna- se um modelo científico. Uma hipótese - ou múltiplas hipóteses - pode acumular confirmações suficientes para se tornar umateoria. 11 ~ +Teorias também são modificadas, confirmadas, revisadas ou descartadas ... A hipótese pode ser revisa- da ou novamente testada. Mudanças repetidas da hipótese por outros cientistas ... Descobertas venturosas e ao acaso - serendiptosas - podem ajudar a motivar uma hipótese. Observações e experimentos fornecem dados para uma hipótese. sores e contemporâneos, que parece ser quase um produto im- pessoal de sua geração". Pelo fato de esse livre intercâmbio intelectual poder estar sujeito a abusos, um código de ética foi desenvolvido entre os cientistas. Eles devem reconhecer as contribuições de todos os outros cientistas cujos trabalhos consultaram. Também não devem fabricar ou falsificar dados, utilizar o trabalho de ter- ceiros sem fazer referências, ou, de outro modo, ser fraudu- lentos em seu trabalho. Devem, ainda, assumir a responsabili- dade de instruir a próxima geração de pesquisadores e profes- sores. Tão importantes quanto qualquer um desses princípios são os valores básicos da Ciência. Bruce Alberts, o presiden- te da National Academy of Science dos Estados Unidos, apro- priadamente descreveu esses valores como sendo os de "ho- Figura 1.1 Um esboço do método científico. Modelos científicos _ "mbém "O mOd;~ I O processo científico é uma contínua descoberta e compartilhamento de evidências para confirmar, descartar ou revisar hipóteses, teorias e modelos. método científico O objeti"o de toda a Ciência é explicar como o Universo fun- ciona. O método científico, que todo cientista adota, é um pIa- no geral de pesquisa baseado em observações metodológicas e experimentos (Figura 1.1). Os cientistas acreditam que os eventos físicos têm explicações físicas, mesmo quando estão além da nossa capacidade atual de entendimento. Quando os cientistas propõem uma hipótese - uma tentativa de explicação baseada em dados coletados por meio de observa- ção e experimentação -, eles a submetem à comunidade científi- ca para que seja criticada e repetidamente testada contra novos dados. Uma hipótese que é confirmada por outros cientistas ob- tém credibilidade, particularmente se prediz o resultado de novos experimentos. Uma hipótese que sobreviveu a repetidas mudanças e acumu- lou um significativo corpo de suporte experimental é elevada à condição de teoria. Embora a força explanatória e preditiva de uma teoria tenha sido demonstrada, ela nunca pode ser conside- rada definitivamente provada. A essência da Ciência é que ne- nhuma explicação, não importa o quão acreditada ou atraente, é exatamente concordante com o problema. Se evidências novas e convincentes indicam que uma teoria está errada, os cientistas podem modificá-Ia ou descartá-Ia. Quanto mais tempo uma teo- ria resiste a todas as mudanças científicas, tanto mais confiável ela será considerada. Um modelo científico é a representação de algum aspecto da natureza com base em um conjunto de hipóteses (incluindo, geralmente, algumas teorias bem estabelecidas). A comparação entre as predições do modelo e as observações feitas é uma ma- neira eficaz de testar se as hipóteses discutidas pelo modelo são mutuamente consistentes com ele. Atualmente, os modelos cos- rumam ser formulados em termos de programas computadori- zado . que procuram simular o comportamento de sistemas na- rurai por meio de cálculos numéricos. As simulações compu- tadorizada são importantes, por permitirem que se entendam aspe to do comportamento de sistemas de longa duração que nem as obser"ações de campo nem os experimentos laborato- riais ozinho poderiam elucidar. Para en orajar a discussão de suas idéias, os cientistas as omparti1ham om seus colegas, juntamente com os dados em que elas e baseiam. Eles apresentam suas descobertas em en- contro profi ionais. publicam-nas em revistas especializadas e explicam-nas em con"ersações informais com seus pares. Os cientista aprendem com o trabalhos dos outros e, também, com as descobertas feitas no passado. A maioria dos principais con- ceitos da Ciência, que surgem tanto a partir de um lampejo da imaginação como de uma análise cuidadosa, é fruto de incontá- veis interações dessa natureza. Albert Einstein assim se referiu sobre essa questão: "Na Ciência (...) o trabalho científico do in- divíduo está tão inseparavelmente conectado ao de seus anteces- Terra, mas nossa origem humana ocorreu há apenas poucos mi- lhões de anos - mero centé imo percentuais de toda a existên- cia da Terra. As escalas que medem as vidas dos indivíduos em décadas e marcam períodos da História humana, escrita em cen- tenas ou milhare de anos. ão inadequadas para estudar a Terra. Os geólogo de"em explicar eventos que evoluíram em dezenas de milhares. enrenas de milhares ou muitos milhões de anos.
  22. 22. CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~ preservada nas rochas originadas em vários tempos da longa his- tória da Terra. No século XVIII, o médico e geólogo escocês James Hut- ton antecipou um princípio histórico da Geologia que pode ser assim resumido: "o presente é a chave do passado". O conceito de Hutton tornou-se conhecido como o princípio do uniformi- tarismo, o qual considera que os processos geológicos que ve- mos atuantes hoje também funcionaram de modo muito seme- lhante ao longo do tempo geológico . O princípio do uniformitarismo não significa que todo fenô- meno geológico ocorre de forma lenta. Alguns dos mais impor- tantes processos ocorrem como eventos súbitos. Um meteorói- de grande que impacta a Terra - um bólido - pode escavar uma vasta cratera em questão de segundos. Um vulcão pode explo- dir seu cume e uma falha pode rachar o solo num terremoto muito rapidamente. Outros processos ocorrem de maneira mais lenta. Milhões de anos são necessários para que continentes mi- grem, montanhas sejam soerguidas e erodidas, e sistemas flu- viais depositem espessas camadas de sedimentos. Os processos geológicos ocorrem numa extraordinária gama de escalas tanto no espaço como no tempo (Figura 1.2). ,-sidade, respeito pelas evidências e abertura :: opinjões". as e as práticas modernas gla .'"ourras ciências, a Geologia depende de expe- ~ :;i;)oratórios e simulações computacionais para _ _ ~riedades físicas e químicas dos materiais ter- os processos naturais que ocorrem na superfí- ~ _da Terra. Entretanto, a Geologia tem seu próprio Ir' . ular. Ela é uma "ciência de campo" que se - - observações e experimentos orientados no local .:..c :=,.""3doe coletados por dispositivos de sensoriamen- _ ~ o de satélites orbitais. Especificamente, os geó- as observações diretas dos processos, na forma ~ no mundo atual, com aquelas que inferem a par- geológico. O registro geológico é a informação DDurante milhões de anos, camadas de sedimentos acumularam-se sobre aquelas rochas. A camada mais recente - o topo - tem cerca de 250 milhões de anos. As rochas da base do Grand Canyon têm de 1,7 a 2,0 bilhões de anos. Há cerca de 50 mil anos, o impacto explosivo de um meteorito (talvez pesando 300 mil toneladas) criou esta cratera de 1 ,2 km de diâmetro em apenas poucos segundos. '" Os fenômenos geológicos podem estender-se durante milhares de séculos ou ocorrer com -:"5 bl:upendas. (Esquerda) O Grand Canyon, no Arizona (EUA). [John Wang/PhotoDisc/Getly Images] - ::i2:era do Meteorito, Arizona (EUA). [John Sanford/Photo Researchers]
  23. 23. :>Zf2 :: "tender a Terra oprincípio do uniformitarismo não implica que os únicos fe- - -meno- geológico significativos são aqueles que observamos ocorrer hoje. Alguns processos não têm sido diretamente obser- <ldo no últimos dois séculos e meio desde que Hutton formu- lou seu famoso princípio, embora não haja dúvida de que eles --o importantes para o atual sistema Terra. No registro histórico, o humanos nunca presenciaram o impacto de um grande bólido, mas sabemos que tais eventos aconteceram muitas vezes no pas- ado geológico e que certamente acontecerão de novo. O mesmo pode ser dito de vastos derrames vulcânicos, que cobriram com laas áreas maiores que o Texasle envenenaram a atmosfera glo- bal com gases. A longa evolução da Terra é pontuada por muitos eentos extremos, ainda que infreqüentes, envolvendo mudanças rápidas no sistema Terra. Desde a época de Hutton, os geólogos têm observado o tra- balho da natureza e utilizado o princípio do uniforrnitarismo para interpretar feições encontradas em formações geológicas antigas. Apesar do sucesso dessa abordagem, o princípio de Hutton é muito linútado para mostrar como a ciência geológica é praticada atualmente. A moderna Geologia deve ocupar-se com todo o intervalo da história da Terra. Como veremos, os violentos processos que moldaram a primitiva história da Terra foram substancialmente diferentes daqueles que atuam hoje. --igem do nossosistema'~etário A busca da origem do Universo e de nossa própria e pequena parte contida nele remonta às mais antigas mitologias registra- das. Atualmente, a explicação científica mais aceita é a teoria da Grande Explosão (Big Bang), a qual considera que nosso Universo começou entre 13 a 14 bilhões de anos atrás a partir de uma "explosão" cósmica. Antes desse instante, toda a maté- ria e energia estavam concentradas num único ponto de densi- dade inconcebível. Embora saibamos pouco do que ocorreu na primeira fração de segundo após o início do tempo, os astrôno- mos obtiveram um entendimento geral dos bilhões de anos que e seguiram. Desde aquele instante, num processo que ainda continua, o Universo expandiu-se e diluiu-se para formar galá- xias e estrelas. Os geólogos ainda analisam os últimos 4,5 bi- lbõe de anos dessa vasta expansão, um tempo durante o qual o no o istema solar - a estrela que nós chamamos de Sol e os planetas que nela orbitam - formou-se e evoluiu. Mais especi- fi amente, os geólogos examinam a formação do sistema solar para entender a formação da Terra. A hipótese da nebulosa Em 175 -, o filósofo alemão Immanuel Kant sugeriu que a ori- gem do si tema solar poderia ser traçada pela rotação de uma nuvem de gás e poeira fina. Descobertas feitas há poucas déca- das levaram os astrônomos de volta a essa antiga idéia, agora chamada de hipótese da nebulosa. Equipados com telescópios modernos, eles descobriram que o espaço exterior além do sis- tema solar não está vazio como anteriormente era pensado. Os Figura 1.3 Evolução do sistema solar Planetesimal • " q>.. •. : 'c::i - 1 km
  24. 24. CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~ externas menos densas. Uma vez formado, o disco começou a esfriar e muitos gases condensaram-se. Ou seja, eles mudaram para suas formas líquidas ou sólidas, assim como o vapor d'água condensa em gotas na parte externa de um copo gelado e a água solidifica em gelo quando esfria até o ponto de conge- lamento. A atração gravitacional causou a agregação de poeira e material condensado por meio de colisões "pegajosas" em pequenos blocos ou planetesimais de 1 km. Por sua vez, esses planetesimais colidiram e se agregaram, formando corpos maiores, com o tamanho da Lua. Num estágio final de impac- tos cataclísmicos, uma pequena quantidade desses corpos maiores - cuja atração gravitacional é também maior - arras- tou os outros para formar os nossos nove planetas em suas ór- bitas atuais. Quando os planetas se formaram, aqueles cujas órbitas es- tavam mais próximas do Sol desenvolveram-se de maneira marcadamente diferente daqueles com órbitas mais afastadas. A composição dos planetas interiores é muito diferente daque- la dos planetas exteriores. • Os planetas interiores Os quatro planetas interiores, em or- dem de proximidade do Sol, são: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte (Figura 1.4). Eles também são conhecidos como plane- tas terrestres ("parecidos com a Terra"). Em contraste com os planetas exteriores, os quatro planetas interiores são pequenos e constituídos de rochas e metais. Eles cresceram próximos ao Sol, onde as condições foram tão quentes que a maioria dos materiais voláteis - aqueles que se tomaram gases e evapora- ram em temperaturas relativamente baixas - não pôde ser reti- da. O fluxo de radiação e matéria proveniente do Sol impeliu a maior parte do hidrogênio, do hélio, da água e de outros gases e líquidos leves que havia nesses planetas. Metais densos, como o ferro e outras substâncias pesadas constituintes das rochas que formaram os planetas interiores, foram deixados para trás. A partir da idade dos meteoritos, que ocasionalmente golpeiam a Terra e são tidos como remanescentes do período pré-plane- tário, deduzimos que os planetas interiores começaram a acres- cer há cerca de 4,56 bilhões de anos. Cálculos teóricos indicam que eles teriam crescido até o tamanho de planeta num interva- lo de tempo impressionantemente curto, de menos de 100 mi- lhões de anos. __-:;uaram muitas nuvens do mesmo tipo da que - denominado as mesmas de nebulosas. Eles ':::::rram os materiais que formam essas nuvens. - :._nominantemente hidrogênio e hélio, os dois -rimem tudo, exceto uma pequena fração do 'culas do tamanho do pó são quimicamente ·-eriai encontrados na Terra. nosso sistema solar ter ficado com a forma _ - de tal nuvem? Essa nuvem difusa em rotação _-:~ deYido à força da gravidade, a qual resulta da _ ~s por causa de suas massas (Figura 1.3). A :::nayez, acelerau a rotação das partículas (exa- : patinadores sobre o gelo, que giram mais rá- :ontraem os braços) e essa rotação mais rápida ::-mna forma de um disco. Sol Sob a atração da gravidade, a matéria come- -:~ para o centro, acumulando-se como uma prato- ora do nosso Sol atual. Comprimido sob seu o material do prato-Sol tornou-se mais denso e - -~peratura interna do proto-Sol elevou-se para rni- - :mciando-se então uma fusão nuclear. A fusão nu- "o e ontinua até hoje, é a mesma reação nuclear que bomba de hidrogênio. Em ambos os casos, áto- '= ~nio sob intensa pressão e em alta temperatura -:~ fundem-se) para formar hélio. Nesse processo, ~ - -- é onvertida em energia. Essa conversão é repre- famosa equação de Albert Einstein, E = me2, na _ =: -o.~tidade de energia emitida pela conversão de mas- = :: ~ Yelocidade da luz. Como e é um número muito _ __ de 300.000 kmJs) e e2 é imensa, uma pequena - ~ massa pode gerar uma grande quantidade de ener- ~[e parte dessa energia como luz; uma bomba-H, ='- de explosão. •- dos planetas Embora a maior parte da matéria - original tenha sido concentrada no proto-Sol, res- de gás e poeira, chamado de nebulosa solar, en- - . A nebulosa solar tomou-se quente quando se - :arma de um disco e ficou mais quente na região _~ mais matéria se acumulou, do que nas regiões Os quatro planetas exteriores gigantes e suas luas são gasosos com núcleos rochosos. _ .4 O sistema solar. A figura mostra o tamanho relativo dos planetas e o - ~- ce as eróides que separa os planetas interiores dos planetas exteriores.
  25. 25. Figura 1.5 Ilustração de uma simulação computadorizada da origem da Lua por meio do impacto de um corpo do tamanho de Marte. (Solid Earth Sciences and Society, National Research Council, 1993.) 3 ~ :.n:en er a Terra • Os p/mie as e:rrerioresoigantes A maioria dos materiais volá- ~s .do da região dos planetas interiores foi impelida para a :- ..e mais externa e fria da nebulosa. Isso possibilitou ao sistema solar formar o planetas exteriores gigantes, constituídos de gelo e gases - Júpiter, Saturno, Urano e Netuno -, e seus satélites. Os planetaS gigantes, suficientemente grandes e com forte atração _ útacional, varreram os constituintes mais leves da nebulosa. .-5 imoembora tenham núcleos rochosos, eles (como o Sol) são ompostos predominantemente por hidrogênio e hélio, além de outros constituintes leves da nebulosa original. Esse modelo-padrão da formação do sistema solar deveria ser considerado somente pelo que é: uma explicação tentativa que muitos cientistas pensam estar mais bem ajustada aos fatos co- nhecidos. Talvez o modelo aproxime-se daquilo que realmente tenha acontecido. Entretanto, mais importante ainda é o fato de que esse modelo nos oferece uma maneira de pensar sobre a ori- gem do sistema solar que pode ser testada pela observação de nossos planetas e pelo estudo de outras estrelas. Sondas espaciais ame11canas e russas obtendo provas planetárias têm transmitido dados sobre a natureza e composição das atmosferas e superfí- cies de Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Netuno e da Lua. Uma impressionante descoberta foi a de que em nosso sistema solar, que consiste em nove planetas e pelo menos 60 sa- télites, não há sequer dois corpos que sejam iguais! Outros sistemas solares Durante anos, cientistas e filósofos têm especulado que talvez haja planetas ao redor de outras estrelas que não apenas o nosso Sol. Na década de 1990, usando grandes telescópios, os astrôno- mos descobl1ram planetas orbitando próximos a estrelas seme- lhantes ao Sol. Em 1999, a primeira família de exoplanetas - os sistemas solares de outras estrelas - foi identificada. Esses plane- tas têm luz muito fraca para serem vistos diretamente pelos teles- cópios. Porém, sua existência pode ser inferida a partir de uma leve atração gravitacional da estrela em que orbitam, causando nela movimentos de vaivém que podem ser medidos. Atualmen- te, mais de 90 exoplanetas já foram identificados. A maioria de- les é do tamanho de Júpiter ou ainda maior, e orbitam próximos das estrelas-mães - muitos a uma distância abrasante. Planetas do tamanho da Terra são muito pequenos para serem detectados por essa técnica, mas os astrônomos podem ser capazes de en- Durante os estágios intermediários e finais do acres· cimento da Terra, há cerca de 4,5 bilhões de anos, um corpo do tamanho de Marte impactou a Terra... contrá-los utilizando outros métodos. Por exemplo, num prazo de cerca de 10 anos, sondas espaciais fora da atmosfera da Terra po- deriam ser capazes de procurar por um esmorecimento da luz de uma estrela-mãe, exatamente no momento em que um planeta em sua órbita passasse em sua frente, interceptando a linha de vi- sada para a Terra. Somos fascinados pelos sistemas planetários de outras estre- las pelo que eles podem vir a nos ensinar sobre nossa própria ori- gem. Nosso redobrado interesse, todavia, reside na profunda im- plicação científica e filosófica contida na questão: "Existe mais alguém fora daqui?". Dentro de 20 anos, uma sonda espacial de- nominada Descobridora da Vida (Life Finder) poderia estar equi- pada com instrumentos para analisar as atmosferas de exoplane- tas em nossa galáxia na busca de indícios da presença de algum ti- po de vida. Tendo em vista o que conhecemos sobre os processos biológicos, a vida em um exoplaneta seria, provavelmente, basea- da em carbono e precisaria de água líquida. As temperaturas bran- das que desfrutamos na Terra - não tão afastadas do intervalo en- tre os pontos de congelamento e ebulição da água - parecem ser essenciais. Uma atmosfera é necessária para filtrar a radiação pre- judicial da estrela-mãe e o planeta deve ser grande o suficiente pa- ra que seu campo gravitacional impeça a atmosfera de escapar pa- ra o espaço. Para que exista um planeta habitável e com vida avançada como nós a conhecemos, são necessárias condições ain- da mais limitantes. Por exemplo, se o planeta fosse muito grande, organismos delicados, tais como os humanos, seriam frágeis de- mais para resistir a sua vigorosa força gravitacional. Esses requi- sitos são muito restritivos para que a vida exista em algum outro lugar? Muitos cientistas pensam que não, considerando a existên- cia de bilhões de estrelas semelhantes ao Sol na nossa galáxia. ~ :' ~.~r'4 ~1:~rra primitiva: formação de umplaneta em camadas Como, a partir de uma massa rochosa, a Terra evoluiu até um planeta vivo, com continentes, oceanos e uma atmosfera? A resposta reside na diferenciação: a transformação de blocos aleatórios de matéria primordial num corpo cujo interior é divi- dido em camadas concêntricas, que diferem umas das outras ... e o impacto gigante rapidamente ejetou para o espaço uma chuva de detritos tanto do corpo impactante como da Terra.
  26. 26. CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~ Começa a diferenciação Embora a Terra provavelmente tenha iniciado como uma mistu- ra não-segregada de planetesimais e outros remanescentes da ne- bulosa, ela não manteve essa forma durante muito tempo. Uma fusão de grande proporção ocorreu como resultado de um gigan- tesco impacto. Alguns trabalhos sobre esse tema especulam que cerca de 30 a 65% da Terra fundiram-se, formando uma camada externa de centenas de quilômetros de espessura, a qual chama- ram de "oceano de lava" (rocha derretida). Da mesma forma, o interior aqueceu-se até um estado "leve" (menos denso), no qual seus componentes podiam mover-se de um lado para outro. O material pesado mergulhou para o interior para tomar-se o nú- cleo e o material mais leve flutuou para a superfície e formou a crosta. A emersão do material mais leve carregou consigo calor interno para a superfície, de onde ele poderia irradiar-se para o espaço. Dessa forma, a Terra resfriou-se e grande parte dela soli- dificou-se e foi transformada em um planeta diferenciado ou ZQ- neado em três camadas principais: um núcleo central e uma cros- ta externa separados por um manto (Figura 1.6). Um resumo dos períodos de tempo que descrevem a origem da Terra e sua evolu- ção num planeta diferenciado é mostrado na Figura 1.12. Núcleo da Terra O ferro, que é mais denso que a maioria dos outros elementos, correspondia a cerca de um terço do material do planeta primitivo. O ferro e outros elementos pesados, como o níquel, mergulharam para formar o núcleo central. Os cientis- tas consideram que o núcleo, o qual começa numa profundidade de cerca de 2.900 krn, é líquido na parte externa, mas sólido nu- ma região chamada de núcleo central, que se estende desde uma profundidade de cerca de 5.200 krn até o centro da Terra, a cerca de 6.400 krn. O núcleo interno é sólido porque a pressão no cen- tro é muito alta para o ferro fundir-se (a temperatura em que qualquer material se funde eleva-se com o aumento da pressão). Crosta da Terra Outros materiais líquidos e menos densos se- pararam-se das substâncias geradoras flutuando em direção à em calor. O calor radioativo teria contribuído para aquecer e fundir materiais da então jovem Terra. Elementos radioativos, embora apenas presentes em pequenas quantidades, tiveram um efeito considerável na evolução da Terra e continuam a manter o calor interior. ~ amente. A diferenciação ocorreu nos - . da história da Terra, quando o planeta ad- - _ ~Ie para se fundir. e fusão da Terra primordial , e trutura em camadas da Terra, devemos ~ID que ela foi exposta aos violentos impac- . e de corpos maiores. O movimento de ob- =-~a inemática ou de movimento. (Pense no _ =-~ ~.a do movimento comprime um carro numa etesimal colidindo com a Terra numa veloci- -O kmJs liberará uma energia equivalente a _ o em TNT.2 Quando planetesimais e corpos :mI com a Terra primitiva, a maior parte da ener- : . conyertida em calor, uma outra forma de ener- _ -::z impacto de um corpo, com aproximadamente o de Marte, colidindo com a Terra seria equi- . "ários trilhões de bombas nucleares de I me-._ de I milhão de toneladas de TNT ou 1.015 cal; - -~rríveis bombas destruiria uma grande cidade). - _'ente para ejetar no espaço uma grande quantida- - e gerar calor suficiente para fundir a maior parte _Qa Terra. _ ~ri tas agora pensam que tal cataclismo de fato -~o estágios tardios de acrescimento da Terra. O -:o riou uma chuva de detritos tanto da Terra co- impactante, que se propalou para o espaço. A Lua ~ -?ffi1ir desses detritos (Figura 1.5). A Terra teria se ~omo um corpo em grande parte fundido. Esse impacto acelerou a velocidade de rotação da Ter- _ =~u eixo rotacional, golpeando-o da posição verti- :'i ao plano orbital da Terra para sua atual inclina· ::-udo isso há cerca de 4,5 bilhões de anos, entre o _ _'000 de acrescimento da Terra (4,56 bilhões de ~ das rochas mais antigas da Lua (4,47 bilhões de ~ pelos astronautas da Apollo. - impacto colossal, uma outra força de calor teria _- ·-0 nos primórdios da história da Terra. Vários ele- :- '0. por exemplo) são radioativos, o que significa -egram espontaneamente com a emissão de partícu- . Como essas partículas são absorvidas pela - entorno, sua energia de movimento é transformada Rochas da lua com 4,47 bilhões de anos, trazidas pelos astronautas da Apol/o, confirmaram essa hipótese do impacto.
  27. 27. 3_ ~ c -::-e der a Terra Durante a diferenciação, o ferro afundou em direção ao centro e o material mais leve flutuou para cima ... ... de modo que a Terra se apresenta como um planeta zoneado. Figura 1.6 A diferenciação da Terra primitiva resultou num planeta zoneado com um denso núcleo de ferro, uma crosta de rochas leves e um manto residual entre ambos . superfície do oceano de magma. Aí resfriaram-se para formar a crosta sólida da Terra, uma fina camada externa com cerca de 40 km de espessura. A crosta contém materiais relativamente le- ves com temperaturas de fusão baixas. A maioria desses mate- riais, que facilmente se fundem, é composta de elementos de si- lício, aluITÚnio,ferro, cálcio, magnésio, sódio e potássio combi- nados com oxigênio. Todos eles, com exceção do ferro, estão entre os elementos sólidos mais leves. (O Capítulo 3 discutirá os elementos químicos e os compostos que eles formam.) Recentemente, no oeste da Austrália, um fragmento do mine- ral zircão foi datado com a idade de 4,3 a 4,4 bilhões de anos, constituindo-se no mais antigo material terrestre já descoberto. Análises químicas indicam que ele foi formado próximo à super- fície, na presença de água, sob condições relativamente frias. Se essa descoberta for confirmada por dados e experimentos adicio- nais, podemos concluir que a Terra pode ter resfriado o suficien- te para formar uma crosta somente 100 milhões de anos depois de ter se reconstituído do gigantesco impacto. TERRA INTEIRA Outros «1 %) AI"mi"iO(l"%)~ Cálcio (1,1'70) ~~ Enxofre (1,9%) ~~erro (35%)Níquel (2,4%) . ~ Magnésio (13'70) ~ . Silício Oxigênio (30'70Y ~~ Figura 1.7 A abundância relativa dos elementos da Terra inteira comparada com a dos elementos da crosta é dada em percentuais ee peso. A diferenciação criou uma crosta leve, empobrecida de <erro e rica em oxigênio, silício, alumínio, cálcio, potássio e sõdio. Manto da Terra Entre o núcleo e a crosta encontra-se o manto, uma região que forma a maior parte da Terra sólida. O manto é o material deixado na zona intermediária depois que grande quan- tidade da matéria pesada afundou e a matéIia mais leve emergiu. O manto abrange profundidades que vão desde 40 até 2.900 km. Ele consiste em rochas com densidade intermediária, em sua maioria compostos de oxigênio com magnésio, ferro e silício. Existem mais de cem elementos, mas as análises químicas das rochas indicam que apenas oito constituem 99% da massa da Terra (Figura 1.7). De fato, cerca de 90% da Terra consis- tem em apenas quatro elementos: ferro, oxigênio, silício e magnésio. Quando comparamos a abundância relativa dos elementos constituintes da crosta com sua abundância em re- lação a toda a Terra, podemos constatar que o ferro soma 35% da massa desta. Devido à diferenciação, entretanto, há pouco ferro na crosta, onde os elementos leves predominam. Como se pode ver na Figura 1.7, as rochas crustais sobre as quais es- tamos são constituídas por quase 50% de oxigênio. CROSTA DA TERRA Alumínio (8%) Fer/%ro(6'70) Magnésio(4%) ~ / Cálcio (2,4%) . ,~potássiO (2,3%) y----5ódio (2,1%) Outros «1 %) Oxigênio (46'70) Apenas quatro elementos constituem cerca de 90% da Terra: ferro, oxigênio, silício e magnésio. Observe que o oxigênio, o silício e o alumínio, sozinhos, formam mais de 80% da crosta.
  28. 28. A formação dos continentes, dos oceanos e da atmosfera da Terra A fusão primitiva promoveu a formação da crosta da Terra e, for- tuitamente, dos continentes. Ela fez com que os materiais mais le- 'e: se concentrassem nas camadas externas e permitiu que pelo menos os gases mais leves escapassem do interior. Esses gases for- maram grande parte da atmosfera e dos oceanos. Até hoje, rema- nescentes retidos da nebulosa solar original continuam a ser emi- tidos como gases primitivos em erupções vulcânicas. Continentes A feição mais visível da crosta da Terra são os con- tinentes. O crescimento dos continentes começou logo após a di- ferenciação e continuou ao longo do tempo geológico. Tem-se, quando muito, apenas uma noção geral do que levou à sua for- mação. Imaginamos que o magma partiu do interior derretido da Terra e ascendeu à superfície, onde esfriou e se solidificou para formar a crosta rochosa. Essa crosta primitiva fundiu-se e solidi- ficou-se repetidamente, fazendo com que os materiais mais leves e separassem dos mais pesados e ascendessem ao topo, para for- mar os núcleos primitivos dos continentes. A água da chuva e ou- tros constituintes da atmosfera erodiram as rochas, levando-as a decomporem-se e desintegrarem-se. Água, vento e gelo despren- deram, então, os detritos rochosos e moveram-nos para lugares de deposição mais baixos. Aí se acumularam em camadas espes- sas, formando praias, deltas e os assoalhos dos mares adjacentes. A repetição desse processo durante muitos ciclos estruturou os continentes. Oceanos e a atmosfera Alguns geólogos pensam que a maior parte do ar e da água da Terra atual vieram de fora do sistema solar por meio de materiais ricos em voláteis que impactaram o planeta depois que ele foi formado. Por exemplo, os cometas que vemos são compostos predominantemente de gelo mais dióxido de carbono e outros gases congelados. Incontáveis co- metas podem ter bombardeado a Terra nos primórdios de sua história, fornecendo água e gases que, subseqüentemente, de- ram origem aos oceanos e à atmosfera primitivos. Muitos outros geólogos acreditam que os oceanos e a atmos- fera podem ter sua origem rastreada no "nascimento úmido" da própria Terra. De acordo com essa hipótese, os planetesimais que se agregaram para formar nosso planeta tinham gelo, água e ou- tros voláteis. Originalmente, a água estava aprisionada (quimica- mente ligada como oxigênio e hidrogênio) em certos minerais trazidos pela agregação dos planetesimais. De fonna similar, ni- trogênio e carbono também estavam quimicamente ligados nos minerais. Quando a Terra se aqueceu e seus materiais fundiram- se parcialmente, o vapor d'água e outros gases foram liberados e levados para a superfície pelos magmas, sendo lançados na at- mosfera pela atividade vulcânica. Os gases emitidos pelos vulcões há cerca de 4 bilhões de anos consistiam, provavelmente, nas mesmas substâncias que são expeli das dos vulcões atuais (embora não necessariamente na mesma quantidade relativa): fundamentalmente hidrogênio, dióxido de carbono, nitrogênio, vapor d'água e alguns outros gases (Figura 1.8). Quase todo o hidrogênio escapou para o es- paço exterior, enquanto os gases pesados envolveram o planeta. Essa atmosfera primitiva era destituída de oxigênio, elemento que constitui 21% da atmosfera atual. O oxigênio não fazia par- te da atmosfera até que organismos fotos sintéticos evoluíssem, como será descrito posteriormente neste capítulo. CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~ Para a atmosfera Figura 1.8 A atividade vulcânica primitiva contribuiu com o lançamento, para a atmosfera e os oceanos, de grandes quantidades de vapor d'água, dióxido de carbono e outros gases e, para os continentes, de materiais sólidos. A fotossíntese dos microrganismos removeu o dióxido de carbono e adicionou oxigênio à atmosfera primordial. O hidrogênio, devido à sua leveza, escapou para o espaço exterior. A diversidade de planetas Há cerca de 4 bilhões de anos, a Terra tornou-se um planeta intei- ramente diferenciado. O núcleo encontrava-se muito quente e em grande parte fundido, mas o manto estava razoavelmente bem so- lidificado e uma crosta pIimitiva e seus continentes tinham se de- senvolvido. Os oceanos e a atmosfera haviam se formado, prova- velmente, a partir de substâncias lançadas do interior da Terra, e os processos geológicos que hoje observamos estavam iniciando seu funcionamento. Mas o que ocorreu com os outros planetas? Tiveram a mes- ma história inicial? Informações transmitidas pelas sondas es- paciais indicam que todos os planetas terrestres sofreram dife- renciação, porém, seus caminhos evolutivos variaram. Mercúrio tem uma tênue atmosfera, predominantemente formada por hélio. A pressão atmosférica na sua superfície é menor que um trilionésimo da pressão na Terra. ão há ação de ventos ou água para erodir e suavizar sua antiga superfície, que se assemelha com a da Lua: predominantemente crateriforme e coberta por uma camada de detritos, os quais são os fragmentos remanescentes de bilhões de anos de impactos de meteoritos. Devido ao fato de não existir propriamente uma atmosfera e es- tar muito próximo do Sol, a superfície do planeta se aquece com temperaturas de 467°C durante o dia e esfria para -173°C à noite. Essa é a maior variação de temperatura conhecida no
  29. 29. 3 cf2 ün:nder a Terra Figura 1.9 Uma comparação das superfícies sólidas de Vênus, Terra e Marte, todas na mesma escala. A topografia de Vênus, que mostra o menor contraste altitúdico, foi medida entre 1990 e 1993 por um altímetro de radar, a bordo da sonda orbitadora Magellan (Magalhães). A topografia da Terra, dominada pelos continentes e oceanos e com contraste intermediário, foi sintetizada a partir de medidas altimétricas da superfície do solo, sistema solar (além daquela encontrada no Sol, em cuja super- fície há uma variação muito mais drástica). Os cientistas estão intrigados com a origem do enorme núcleo de ferro de Mercú- rio. Ele constitui 70% de sua massa, um recorde dentre os pla- netas do sistema solar. Vênus evoluiu para um planeta em que as condições superfi- ciais ultrapassam a maioria das descrições do inferno. Ele está envolto numa atmosfera pesada, venenosa e incrivelmente quen- te (475°C), composta sobretudo por dióxido de carbono e nuvens de gotículas de ácido sulfúrico corrosivo. Um humano que per- manecesse em sua superfície seria esmagado pela pressão, cozi- do pelo calor e corroído pelo ácido sulfúrico. Imagens de radar, que vêem através da espessa cobertura de nuvens, mostram que pelo menos 85% da superfície de Vênus são cobertos por derra- mes de lavas. O restante é predominantemente montanhoso - evidência de que o planeta tem sido geologicamente ativo (Figu- ra 1.9). Vênus é gêmeo da Terra em massa e tamanho. Como pô- de evoluir num planeta tão diferente do nosso é uma questão que intriga os geólogos planetários. Marte tem sofrido muitos dos mesmos processos que têm modelado a Terra (Figura 1.9), porém conta com uma fina at- mosfera composta quase inteiramente de dióxido de carbono. A água líquida não está presente na sua superfície atual- o plane- ta é tão frio e sua atmosfera tão delgada que a água ou congela ou evapora. As redes de vales e canais secos de rios, entretanto, indicam que a água líquida foi abundante na superfície de Mar- te há mais de 3,5 bilhões de anos. Algumas das rochas observa- das pelo robô móvel Sojourner, da Missão Explorador de Mar- te (Mars Pathfinder) de 1997, mostraram evidências de terem sido desgastadas pelo fluxo de água. As sondas orbitadoras de Marte têm recentemente encontrado evidências de que grande quantidade de gelo pode estar armazenada abaixo da superfície e segregada nas capas de gelo polares. A vida pode ter existido num planeta Marte úmido de bilhões de anos atrás e pode exis- tir hoje como micróbios sob a superfície. A NASA está proje- bati métricas dos oceanos, obtidas por navios, e medidas do campo gravimétrico, obtidas da superfície do assoa lho oceãnico por satélites orbitais da Terra. A topografia de Marte, que mostra o maior contraste, foi medida entre 1998 e 1999 por meio de um altímetro a laser a bordo da sonda orbitadora Mars Global Surveyor (Topografia Global de Marte). [Cortesia de Greg Neumann/MIT IGSFClNASA] tando uma sonda que poderia responder, dentro de poucos anos, a questão de se há vida em Marte! A maior parte da superfície do planeta tem mais de 3 bi- lhões de anos. Na Terra, em contraste, grande parte da superfí- cie de mais de 500 milhões de anos foi obliterada pela ativida- de geológica. Os capítulos seguintes vão descrever como esses processos ativos têm modelado a face do nosso planeta ao lon- go de sua história. Além da Terra, a Lua é o outro corpo mais bem conhecido do sistema solar devido à sua proximidade e aos programas de exploração tripulada e não-tripulada. Como explicitado ante- riormente, a teoria mais aceita sobre a origem da Lua propõe que ela coalesceu como um grande corpo fundido depois que um gigantesco impacto ejetou sua matéria da Terra. Em geral, os materiais da Lua são mais leves que os da Terra, porque a matéria mais pesada do gigante corpo colidente e a de seu al- vo primitivo permaneceram encravadas na Terra. A Lua não tem atmosfera e, como Vênus, é predominantemente muito seca, tendo perdido sua água devido ao calor gerado pelo enorme impacto. Há algumas evidências novas, a partir de ob- servações de sondas espaciais, de que pode existir gelo em pe- quenas quantidades em crateras profundas e sombrias nos pó- los norte e sul da Lua. A superfície que vemos hoje é aquela de um corpo muito ve- lho e geologicamente inativo. Dois terrenos dominam a superfí- cie lunar. O mais antigo é o das terras altas, de coloração clara. Essas regiões rugosas e intensamente crateriformes cobrem cer- ca de 80% da superfície. As terras altas são resultantes dos detri- tos ejetados pelos impactos dos primórdios da história lunar, quando a Lua foi bombardeada por grandes asteróides. Os res- tantes 20% da superfície são constituídos por planícies escuras mais novas, chamadas de maria (que significa "mares" em latim, pois é assim que se parecem quando vistas da Terra). Os "mares" foram formados mais tarde, quando as grandes bacias de impac- tos foram subseqüentemente preenchidas por lavas.
  30. 30. CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~ _ planetas exteriores ou gigantes gasosos - Júpiter, Satur- _-rano e Netuno - permanecerão como um quebra-cabeça -:rito tempo. Essas imensas bolas de gases são quimica- -~ tão distintas e tão grandes que devem ter seguido uma , 'a evolutiva inteiramente diferente daquela dos peque- eras telúricos. Entendemos menos ainda sobre o plane- _ - '- di tante, o minúsculo Plutão, uma estranha mistura ~lada de gás, gelo e rocha, sendo o único planeta ainda não por nossas sondas espaciais. mbardeamento vindo do espaço rfícies salpicadas por crateras da Lua, Marte, Mercúrio e - orpos são evidências de um importante intervalo da his- primordial do sistema solar: o período de Bombardeamen- -:J.'5ado (ver Figura 1.3). Durante esse período, que deve ter c1 desde a formação dos planetas até 600 milhões de anos :;.;,os planetas varreram e colidiram com a matéria residual para trás na época em que foram agregados. A atividade a na Terra obliterou os efeitos desse bombardeamento. o espaço está cheio de asteróides, meteoróides, cometas e outros detritos abandonados desde o início do nosso sistema so- lar. Pequenos blocos de detritos aqueceram-se e vaporizaram-se na atmosfera da Terra antes de alcançar a sua superfície, enquan- to blocos maiores atravessaram-na por completo. Atualmente, cerca de 40 mil toneladas de material extraterrestre caem na Ter- ra a cada ano, sobretudo como poeira e pequenos objetos não ob- servados. Embora a atual taxa de impacto seja, em várias ordens de magnitude, menor que aquela do período de Bombardeamen- to Pesado, um grande bloco, de I a 2 km de diâmetro, ainda po- de colidir com a Terra em intervalos aproximados de poucos mi- lhões de anos. Embora tais colisões tenham se tomado raras, te- lescópios estão sendo programados para localizar os maiores corpos no espaço e, assim, possibilitar que sejamos antecipada- mente advertidos da potencialidade de alguns deles virem a se chocar com a Terra. Recentemente, os astrônomos da NASA pre- viram, "com uma probabilidade nada negligenciável" (uma chance em 300), que um asteróide de 1km de diâmetro colidirá com a TetTaem março de 2880. Um evento como esse constitui- ria uma ameaça à civilização . Última ocorrência Exemplo4 (em anos)Efeitos planetáriosEfeitos na vida4,45 x 109Fusão do planetaForte emissão de voláteis; extinção da vida na TerraMais do queFusão da crostaExtinção da vida na Terra 4 VestaS (um Cerca deVaporização dos oceanosA vida pode sobreviver sob4,0 x 109 a superfície3,8 x 109Vaporização do topo dosCozimento sob pressão dooceanos até 100 mvapor na zona fótica;a pode cessar a fotossínteseCerca deAquecimento da atmosferaCauterização dos continentes2 x 109e da superfície até cerca de 727°C 6; 65 X 106Incêndios, poeira, escmidão;Extinção de metade dasmudanças químicas no oce-espécies; o evento Kff levouano e na atmosfera; grandeà extinção dos dinossaurososcilação de temperaturasCerca deSuspensão de poeira emInterrupção da fotossíntese;300 miltoda a atmosferaindivíduos morrem, masdurante mesespoucas espécies são extintas; ameaça à civilização1908 (ano)Derrubou árvores num rastroManchetes nos jornais; pôr-de dezenas de quilômetros;do-sol romântico; crescimento causou pequenos efeitos da taxa de natalidade hemisféricos; suspensão de poeira na atmosfera . ,- Impactos de bólidos e seus efeitos na vida na Terra -;:l=queno >1 km _ édio R > 10 km 10 pequeno -:;> > 100 m ~ ande ":'> -Okm de "::">"'Okm -:' .:c--o da Terraque recebea luzdo Sol,ouseja,a atmosferae o topodosoceanosaté 100m de profundidade. ~: :IodificadadeJ. D. Lissauer,Nature402: Cll-C14.
  31. 31. 36 Para Entender a Terra Um impacto importante ocorreu há 65 milhões de anos. O bólido, com pouco mais de 10 km, causou a extinção de meta- de das espécies da Terra, incluindo todos os dinossauros. Tal- "ez, esse evento tenha possibilitado que os mamíferos se tor- nassem a espécie dominante, preparando o caminho para o homem. O Quadro 1.1 descreve os efeitos de impactos de vá- lias tamanhos em nosso planeta e na vida. O poeta Robert Frost talvez tenha pensado na vulnerabilidade da vida na Terra quando escreveu Alguns dizem que o mundo terminará em labareda quente, Outros dizem que em frio enregelado. Do que eu provei do desejo ardente Eu concordo com os que torcem pelo fogo inclemente. Mas se eu tiver de perecer dobrado, Eu acho que conheço bem o querer mal Para dizer que a destruição do gelo desapiedado É também colossal Esuficiente pro mundo ser acabado.? Embora a Terra tenha se esfriado desde seu início ardente, ela continua um planeta inquieto, mudando continuamente por meio de atividades geológicas, tais como terremotos, vulcões e glacia- ções. Essas atividades são govemadas por dois mecanismos tér- micos: um intemo e o outro extemo. Mecanismos de tal tipo- como, por exemplo, o motor a gasolina de um automóvel- trans- formam calor em movimento mecânico ou trabalho. O mecani - mo intemo da Terra é govemado pela energia térmica aprisiona- da durante a origem cataclísmica do planeta e gerada pela radioa- tividade em seus níveis mais profundos. O calor interior controla os movimentos no manto e no núcleo, suprindo energia para fun- dir rochas, mover continentes e soerguer montanhas. O mecani - mo extemo da Terra é controlado pela energia solar - calor da su- perfície terrestre proveniente do Sol. O calor do Sol energiza a at- mosfera e os oceanos e é responsável pelo nosso clima e tempo. Chuva, vento e gelo erodem montanhas e modelam a paisagem e. por sua vez, a fon11ada superfície muda o clima. Todas as partes do nosso planeta e todas suas interações, to- madas juntas, constituem o sistema Terra. Embora os cientistas da Terra pensem já há algum tempo em termos de sistemas na- turais, foi apenas nas últimas décadas do século XX que ele dispuseram de equipamentos adequados para investigar como o sistema Terra realmente funciona. Dentre os principais avanços. estão as redes de instrumentos e satélites orbitantes de coleta de informações do sistema Tena numa escala global e o uso de computadores eletrônicos com potência suficiente para calcular a massa e a energia transferi das dentro do sistema. Os principai componentes do sistema Terra estão descritos no Quadro 1.2 e representados na Figura panorâmica 1.10. Já disconemos so- bre alguns deles e definiremos os outros a seguir. Dedicaremos nossa atenção às diversas facetas do sistema Tena nos capítulos posteriores. Vamos agora começar a pensar sobre algumas de suas feições básicas. A Terra é um sistema aberto, no sentido de que troca massa e energia com o restante do cosmos. A energia radiante do Sol energiza o intemperismo e a erosão da superfície tenestre, bem como o crescimento das plantas, as quais servem de alimento a muitos outros seres vivos. Nosso clima é controlado pelo balanço entre a energia solar que Quadro 1.2 ~ . ". . :,,:.' ..• ", Os principais componentes do sistema Terra Atmosfera Hidrosfera Biosfera Lira fera Asteno fera Manto inferior Núcleo extemo Núcleo interno A energia solar energiza estes componentes Invólucro gasoso que se estende desde a superfície terrestre até uma altitude de cerca de 100 km A esfera da água compreende todos os oceanos, lagos, rios e a água subterrânea Toda matéria orgânica relacionada à vida próxima à superfície terrestre o calor interno da Terra energiza estes componentes Espessa camada rochosa extema da Terra sólida que compreende a crosta e a parte superior do manto até uma profundidade média de cerca de 100 km; forma as placas tectônicas Fina camada dúctil do manto sob a litosfera que se deforma para acomodar os movimentos horizontais e verti- ais das placas tectônicas :1anto sob a astenosfera, estendendo-se desde cerca de 400 km até o limite núcleo-manto8 (cerca de 2.900 km de profundidade) Camada líquida composta predominantemente por feiTOliquefeito, estendendo-se desde cerca de 2.900 km até 5,150 km de profundidade E fera mai intema constituída predominantemente de feITOsólido, estendendo-se desde cerca de 5.150 km até o centro da Terra (cerca de 6.400 km de profundidade)
  32. 32. CAPíTULO 1 • Estruturando um Planeta ~ .., :ERRA É UM SISTEMA ABERTO QUE TROCA ENERGIA E MASSA COM SEU ENTORNO O mecanismo interno da Terra é governado pelo calor apri- sionado durante sua origem ... li O calor irradiado pela Terra equilibra o calor interno e aquele recebido do Sol. A energia solar é responsável por nosso clima e tempo meteorológico. 11O Sol controla o mecanismo externo da Terra. Sol SISTEMA TERRA É CONSTITUíDO POR TODAS AS PARTES DE NOSSO PLANETA E SUAS INTERAÇÕES O sistema do clima envolve grande troca de massa (p. ex., água) e energia (p. ex., calor) entre a atmosfera e a hidrosfera ... Núcleo interno ... bem como interações com a litosfera (p. ex., exalação de gases pelos vulcões e erosão). Os organismos vivos, a biosfera, ocupam9 parte da atmosfera, da hidrosfera e da litosfera. I A litosfera move-se sobre porções do manto mais liquefeito, afunda e é arrastada para a astenosfera ... ... onde é movida para o manto inferior e emerge novamente num ciclo convectivo. O núcleo externo e o núcleo interno interagem no sistema do geodínamo que é responsável pelo campo magnético terrestre. Figura panorâmica 1.10 Principais componentes e subsistemas do sistema Terra ( er Quadro 1.2). As interaçôes entre os componentes são governadas pela energia do Sol e do interior do planeta e organizadas em três geossistemas globais: o sistema do dima, o sistema das placas tectônicas e o sistema do geodínamo.
  33. 33. - - ~~ =--"'- er 2. Terra _-~_di o si-tema Terra e a energia que o planeta irradia de o e pa, o. A. transferências de massa entre a Terra e ,o d,-, re eram marcadamente depois do período de 30mb deamento Pesado, mas ainda desempenham um papel . -o o i tema Terra - é só perguntar aos dinossauros! Embora pen emos a Terra como sendo um único sistema, é om de afio e tudá-la por inteiro de uma só vez. Ao invés disso, se enfocarrnos nossa atenção em partes do sistema, estaremos a'-an,ando no seu entendimento. Por exemplo, nas discussões obre mudanças climáticas recentes, consideraremos primeira- mente a interações entre atmosfera, hidrosfera e biosfera, as quai são controladas pela energia solar. Nossa abordagem so- bre a formação dos continentes enfocará as interações entre a ro ta e as porções mais profundas do manto, que são controla- da pela energia interna da Terra. Os subsistemas específicos que encenam elementos característicos da dinâmica tenestre ão chamados de geossistemas.10 O sistema Tena pode ser pensado como uma coleção desses geossistemas abertos e inte- rativos (e freqüentemente se sobrepondo). Nesta seção, apresentaremos dois geossistemas importantes que operam numa escala global: o sistema do clima e o sistema das placas tectônicas. O terceiro sistema global é o do geodína- mo, o qual é responsável pelo campo magnético terrestre, que trata de uma parte importante do funcionamento da Terra como planeta e também se constitui em um instrumento-chave para explorar as camadas internas. O geodínamo será discutido no Capítulo 21. A sua importância para a compreensão das placas tectônicas é discutida no Capítulo 2. Posteriormente, ainda, te- remos ocasião de discorrer sobre diversos geossistemas meno- re . :qui estão três exemplos: vulcões que expelem lava quen- te (Capítulo 6), sistemas hidrológicos que nos proporcionam -gua para consumo (Capítulo 13) e reservatórios de petróleo que fome em óleo e gás (Capítulo 22). o sistema do clima Tempo é o termo que usamos para descrever a temperatura, a precipita,ão. a nebulosidade e os ventos observados num pon- to da uperfí ie terrestre. Todos sabemos o quanto o tempo po- de ser "ariá"el- quente e chuvoso num dia, frio e seco no outro -, dependendo dos movimentos de sistemas de tempestades, frente frias e quentes e outras mudánças rápidas dos distúrbios atmosféri o . Como a atmosfera é muito complexa, mesmo os melhore meteorologistas têm dificuldades em prever o tempo com ante edên ia de mais de quatro ou cinco dias. Entretanto, podemo inferir orno ele será, em termos gerais, num futuro bem mais di tante. pois o tempo predominante é governado principalmente pelas "ariações do influxo de energia solar nos ciclos sazonai e diário : "erões são quentes e invernos, frios; dias são quentes e noite . mais frescas. O clima é a descrição desses ciclos de tempo em termos das médias de temperatura e outras variáveis obtidas durante muitos anos de observação. Além dos valores médios, uma descrição completa do clima também inclui medidas de quanto tem sido a variação do tem- po meteorológico, tais como as temperaturas mais altas ou mais baixas já registradas num cerro dia. O sistema do clima inclui todas as propriedades e intera- ções dos componentes dentro do sistema Tena necessárias pa- ra determinar o clima numa escala global e descobrir como ele muda com o tempo. O problema é incrivelmente complicado porque o clima não é apenas o comportamento da atmosfera so- zinha. Ele é sensível a muitos outros processos envolvendo a ru- drosfera, a biosfera e a Terra sólida (ver Figura panorâmica 1.10). Para entender essas interações, os cientistas elaboram modelos numéricos - sistemas climáticos virtuais - em super- computadores e comparam os resultados de suas simulações com os dados observados. (Em março de 2002, o Japão anun- ciou o maior e mais rápido computador do mundo, o Simulador da Terra - Earth Simulator -, dedicado à modelagem do clima terrestre e outros geossistemas.) Os cientistas ganham credibilidade quando seus modelos apresentam uma boa coincidência com os dados observados. Eles utilizam os desajustes para identificar onde os modelos estavam errados ou incompletos. Além disso, esperam aperfei- çoar suficientemente os modelos por meio de testes feitos a partir de diversos tipos de observações, de modo que possam fazer predições acuradas sobre como o clima mudará no futu- ro. Um problema particularmente urgente é entender o aqueci- mento global que pode resultar das emissões de dióxido de carbono e outros gases-estufa gerados por atividades humanas. Parte do debate público sobre o aquecimento global centra-se sobre a precisão das predições computadorizadas. Os céticos argumentam que mesmo os modelos computadorizados mais sofisticados não são confiáveis porque desconsideram várias feições do sistema Terra real. No Capítulo 23, discutiremos al- guns aspectos de como o sistema do clima funciona e os pro- blemas práticos das mudanças climáticas causadas pelas ativi- dades humanas. o sistema das placas tectônicas Alguns dos mais dramáticos eventos geológicos do planeta - erupções vulcânicas e tenemotos, por exemplo - também resul- tam de interações dentro do sistema Tena. Esses fenômenos são controlados pelo calor interno do globo, que escapa por meio da circulação de material no manto sólido, em um proces- so conhecido como convecção. Vimos que a Terra é quimicamente zoneada: sua crosta, manto e núcleo são camadas quimicamente distintas que se se- gregaram durante a diferenciação primordial. A Terra é também zoneada pela reologia, ou seja, pelos diferentes compOltamen- tos materiais que apresenta ao resistir à deformação. Por sua vez, a deformação do material depende da composição quími- ca (tijolos são frágeis; banas de sabão, dúcteis) e da temperatu- ra (cera fria é frágil; cera quente, dúctil). De cerra forma, a par- te externa da Terra sólida comporta-se como uma bola de cera quente. O resfriamento da superfície torna frágil a casca mais externa ou litosfera (do grego lithos, "pedra"), a qual envolve uma quente e dúctil astenosfera (do grego asthenes, "fraque- za"). A litosfera inclui a crosta e o topo do manto até uma pro- fundidade média de cerca de 100 km. Quando submetida a uma força, a litosfera tende a se comportar como uma casca rígida e frágil, enquanto a astenosfera sotoposta flui como um sólido moldável ou dúctil. De acordo com a notável teoria da tectônica de placas, a li- tosfera não é uma casca contínua; ela é quebrada em cerca de 12 grandes "placas" que se movem sobre a superfície terrestre com taxas de alguns centímetros por ano. Cada placa atua co-

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