A vida ao longo do tempo geológico

Aqui está um power point feito pelo nosso professor de Geologia.

Tabela cronostratigráfica

A maioria dos estudos procuram enquadrar os processos geológicos numa escala de tempo, de forma a permitir reconstituir a História geológica do nosso planeta e a correlacionar os principais eventos que ocorreram em diferentes locais do planeta. Este é o principal objetivo da cronostratigrafia.

As tabelas cronostratigráficas foram elaboradas com base na litostratigrafia e no conteúdo fóssil das diferentes rochas. Todas as datações efetuadas eram relativas e baseavam-se nos princípios estratigráficos já efetuados. Nas primeiras versões da tabela cronostratigráfica, as divisões foram estabelecidas com base na existência de descontinuidades no registo geológico. Estas descontinuidade resultaram de interrupções na sedimentação, evidenciando alterações profundas nos paleoambientes.

Com o desenvolvimento dos métodos de dataçãoradiométrica e da magnestostratigráfia no séc. XX, foi possível datar com maior precisão a formação de muitas das rochas e atribuir uma idade absoluta às divisões da tabela cronostratigráfica.

Para caraterizar um conjunto de rochas, é necessário estudar a sua comparação mineralógica e estrutura, e descrever detalhadamente o seu conteúdo, caso este exista. Recorrendo à datação relativa e absoluta enquadram-se as rochas em estudo com as referências presentes na coluna estratigráfica

A tabela cronostratigráfica é composta pela sobreposição de unidades cronostratigráficas (corpos rochoses que se formam em intervalos específicos do tempo geológico. Inclui o Eonotema, o Eratema, o Sistema, a Série e o Andar).

A organização sistemática das rochas em diferentes unidades cronostratigráficas permitiu elaborar a tabela cronostratigráficas com os correspondentes intervalos do tempo geológico - Unidades geocronológicas: Unidades do tempo geológico durante a qual as unidades cronostratigráficas se formaram. Inclui o Éon, a Era, o Período, a Época e a Idade.)

Métodos de datação físicos

Para além do registo estratigráfico e biostratigráfico, os cientistas também recorrem a métodos físicos para datar os princípais acontecimentos da História da Terra. Estes métodos permitem uma datação absoluta e baseiam-se no decaimento radioativo de alguns elementos químicos presentes no nosso planeta - Datação radiométrica - ou na magnetoestratigrafia.

Decaimento radioativo

O decaimento do isótopo-pai potássio-40 (K-40) no isótopo filho árgon-40 (Ar-40) é muito usado para a datação das rochas e minerais presentes na Terra. O átomo de potássio possui uma razão reduzida entre neutrões e protões, captando um eletrão, transformando um protão num neutrão. Neste processo o K-40 converte-se em Ar-40, que é mais estável.

O tempo que demora a que metade dos núcleos dos elementos instáveis sofram decaimento designa-se por tempo de semivida. Se conhecermos o tempo de semivida de um isótopo, e após determinarmos as proporções do isótopo-pai e do isótopo-filho, é possível calcular o tempo de decaimento numa determinada rocha e assim obter a sua idade.

Magnestostratigrafia

Este método baseia-se no pressuposto de que os minerais com propriedades magnéticas são capazes de registar a orientação do campo magnético, no momento em que se formaram, a partir da cristalização de um magma. Podem apresentar uma polaridade normal, quando o norte magnético coincide com o norte geográfico ou polaridade inversa, quando o norte magnético se orienta para o sul geográfico. O registo do campo magnético mantém-se após a cristalização.

Os geólogos começaram por estudar o registo paleomagnético de depósitos vulcânicos continentais cuja idade tinha sido determinada por datação radiométrica. Como estes depósitos possuíam idades diferentes, foi possível elaborar uma escala magnetostratigráfica.
Quando se pretende datar uma rocha com base no paleomagnetismo é necessário identificar o registo magnético que possui, bem como o dos estratos adjacentes. O padrão que se obtém é depois comparado com a escala magnetostratigráfica, determinando-se a sua idade absoluta. Este procedimento é muito utilizado para datar rochas magmáticas, e sedimentares pois é difícil determinar a idade destas com base na datação radiométrica.

A deandrocronologia permite datações absolutas

A idade de uma árvore pode ser determinada contando o número de anéis que existem no tronco. Todos os anos, as árvores produzem dois novos anéis. O anel que se forma durante a Primavera e o Verão tende a ser mais claro e mais espesso do que o anel formado no Inverno que é muito fino e escuro.

Para além da idade, anéis permitem obter informações importantes sobre as condições ambientais a que as árvores estiveram expostas, como por exemplo a temperatura e a precipitação. Nos períodos de maior precipitação as árvores crescem mais e produzem anéis mais longos. Nos Verões muito secos tendem a formar anéis mais finos. O padrão dos anéis tende a ser semelhante em árvores de uma mesma região, uma vez que se encontram a condições ambientais idênticas.
O estudo destes anéis permite perceber e datar de forma absoluta as condições ambientais dos últimos milhares de anos - Deandocronologia.

Os "relógios" paleontológicos

Os "relógios" paleontológicos são usados pela biostratigrafia no estabelecimento da idade relativa das formações rochosas, com base no seu conteúdo paleontológico. O principal objetivo é a classificação e a correlação de estratos em diferentes locais, de acordo com os fósseis presentes.

Biostratigrafia
Ramo da estratigrafia que permite correlacionar e fazer a datação relativa das rochas através do estudo dos fósseis nelas contidas.

Os fósseis são a principal fonte de dados para correlacionar os rochas. Estratos com a mesma idade podem ser litológicamente diferentes e difíceis de correlacionar, mas se possuírem o mesmo conteúdo fóssil depositam-se simultaneamente em diferentes locais. Este pressuposto está na base do Princípio da Identidade Paleontológica.

Nem todos os fósseis podem ser usados na datação dos estratos. Os mais usados na bioestratigrafia são os fósseis de identidade estratigráfica, ou também conhecidos por fósseis de idade. Estes fósseis caraterizam-se por apresentarem uma distribuição limitada no tempo, uma ampla distribuição geográfica e serem abundantes nos estratos. Assim, a presença destes fósseis permite aos investigadores determinar com maior facilidade a idade das rochas e comparar amostras de diferentes locais do globo.

Devido à importância dos fósseis na datação das rochas, os cientistas criaram escalas de tempo geológicos em que os limites entre os diferentes períodos estão associados a alterações muito importantes no registo fóssil. Estas variações devem-se à ocorrência de extinsões e à evolução rápida das espécies que originaram novas comunidades científicas.

Os fósseis permitem definir unidades bioestratigráficas (biozonas): Conjunto de estratos definidos e caraterizados com base nos fósseis que possuem.

Existem diversos tipos de biozonas, definidos de acordo com as quantidades relativas, caraterísticas morfológicas específicas, conteúdo, distribuição e associação de fósseis:

• Zona de Oppel: Definida pela associação única de três ou mais taxas de fósseis;

• Zona de distribuição concomitante: Inclui as rochas definidas pela sobreposição ou presença simultânea de dois táxon;

• Zona de distribuição de um táxon: Conjunto de rochas que representa a distribuição estratigráfica e geográfica de um táxon;

• Zona de abundância: A abundância de um táxon ou taxa comparativamente a rochas adjacentes define uma biozona

• Zona de intervalo: Definida pela ausência de um ou mais táxon por um periodo de tempo variável.

Os "relógios" sedimentológicos

Os "relógios" sedimentológicos são a base da litostratigrafia

Os relógios sedimentológicos são usados pela litostratografia no estudo das camadas rochosas que compõem os estratos. A litostratografia é uma subdisciplina da estratigrafia que estuda a composição litológica dos estratos.

A litostratigrafia estuda os diferentes estratos, definindo unidades litostratigráficas. Estas são formadas por estratos individualizados e definidas de acordo com as suas propriedades litológicas, independemente da sua idade. A unidade litostratigráfica fundamental é a Formação. Esta é composta por um conjunto de rochas com propriedades litológicas e posição estratigráficas semelhantes e que é facilmente distinguíveis das restantes.

Para proceder à datação relativa dos diferentes estratos, os geólogos recorrem aos princípios litostratigráficos fundamentais.

Princípio da Horizintalidade original

A acumulação de sedimentos ocorre na horizontal ou muito próximo desta. Os estratos que se encontram atualmente na diagonal ou vertical sofreram modificações após a sua deposição.

Princípio da sobreposição

A deposição dos estratos ocorre sempre por ordem cronológica, da base para o topo. Se não ocorrerem perturbações de natureza tectónica, um estrato é mais recente do que o que serve de base, e mais antigo do que os estratos depositados por cima.

Princípio da interseção

Aplica-se a estratos que são afetados por estruturas em que estes elementos são mais recentes que os estratos que intersetam.

Princípio da inclusão

Aplica-se essencialmente a rochas compostas por fragmentos de outras rochas. Um estrato é mais recente do que as rochas ou sedimentos que incluiu ou assimilou. 

Princípio da continualidade lateral dos estratos

Embora o estrato se estenda lateralmente por longas distâncias, possui a mesma idade em toda a sua entensão lateral.

Os "relógios" sedimentológicos também permitem também fazer uma datação absoluta, com base nos cíclos de gelo-degelo.

Ciclos de gelo-degelo

Em regiões frias, onde se formam glaciares ou onde há registos de glaciações, é possível estudar a História geológica recorrendo aos depósitos lacustres.

No Verão, com o aumento da temperatura, ocorre o degelo parcial dos glaciares. O aumento do caudaldos rios permite que estes transportem sedimentos originados pela ação dos glaciares. Os sedimentos mais grosseiros depositam-se a montante enquanto que os mais finos podem ser depositados em lagos próximos dos glaciares. Estes sedimentos formam uma camada clara no fundo do lago, que adquire, por vezes, tonalidade entre o azul e o verde com aspeto leitoso, o que indica a presença de elevada quantidade de sedimentos em suspensão.

No Inverno, com temperaturas reduzidas, não ocorre degelo. Os rios reduzem o transporte de sedimentos para os lagos, que se econtram frequentemente congelados à superfície. Assim as condições de sedimentação são diferentes no Inverno - os sedimentos argilosos muito finos depositam-se, juntamente com o material orgânico que se encontrava em suspensão. A camada que se forma apresenta uma cor mais escura e tende a ser mais fina, sendo facilmente distinguível da camada de Verão.

A alternância rítmica de estratos formados no Verão e no Inverno origina varvitos. Um varvito é composto por um par de estratos que se deposita anualmente. Estes são os depósitos rítmicos mais pequenos e mais importantes para o estudo do passado da Terra, nomeadamente as modificações climáticas.

Movimentos horizontais da litosfera - da formação de riftes à formação de cadeias montanhosas

Dorsais oceânicas

São fronteiras em que as placas se afastam uma da outra, dando origem à formação de nova litosfera oceânica.

Formação de magma em limites divergentes

Os materiais do manto estão no estado sólido e a alta temperatura. Mas ao ascenderem, devido ao abaixamento e pressão, começam a passar ao estado líquido.

Morfoestrutura longitudinal das dorsais oceânicas

As dorsais encontram-se cortadas por falhas transformantes, devido à atividade intensa.

Morfoestrutura transversal das dorsais oceânicas

• O vale do rifte tem profundidade e largura elevados. No seu interior existem falhas normais alinhadas paralelamente ao seu eixo;

• No vale do rifte existe grande atividade vulcânica e sísmica, apresentam elevado fluxo térmico e expelem magma basáltico que permite a expansão dos fundos oceânicos.

Riftes continentais

1. A instalação de um rifte continente decorre da ascensão de elevados volumes de material de origem mantélica (manto), provocando atividade vulcânica intensa, que leva à fratura da crusta terrestre. Tudo isto é caraterístico de um regime distensivo que origina um vale de rifte profundo com intensa atividade vulcânica;
2. Ascensão contínua de magma basáltico provoca o estiramento da crusta, que se torna mais fina e de composição basáltica, formando a crusta oceânica;
3. Forma-se uma depressão, chamada "graben" que será preenchida por água, originando um oceano no seu estádio menos evoluído. Dá-se a sua expansão e desenvolvimento. 

A divergência de litosfera continental conduz à formação de falhas normais. Esses movimentos levam à formação de "graben" (depressões) e "horst" (relevos).

Arcos insulares intra-oceânicos

Os arcos insulares encontram-se associados a fossas oceânicas no limite convergente entre placas oceânicas.

No choque entre duas placas oceânicas, a placa mais velha é a mais densa e sofre subducção. A integração desta placa numa zona de elevada temperatura origina fusão parcial formando magmas. A menor densidade e maior fluidez deste magma permite que este ascenda à superfície, originando as ilhas vulcânicas na placa oceânica.

Cadeias montanhosas

As montanhas continentais sempre causaram curiosidade aos cientistas, que procuravam explicar os processos que estavam na base da sua formação. Os processos de formação de montanhas designam-se por orogenia.

Cadeias de subducção

 Geram-se nos limites convergentes de duas placas litosféricas. Na subducção, a placa mais densa desliza sob uma placa menos densa. O mergulho de uma das placas origina a formação de uma fossa oceânica profunda. Ao ser transportada para profundidades elevadas, a placa sofre fusão parcial, formando magma básico. Os minerais do magma basáltico e os minerais do manto próximo fundem, formando um magma andesítico. Como o magma andesítico é menos dense ascende, podendo formar rocha vulcânica ou plutónicas. Estes processos permitem explicar o paralelismo entre a fossa oceânica e os episódios vulcânicos que se geram à superfície na placa oposta.

A pressão exercida pela convecção e subducção resulta no enrugamento e erguimento da crusta terrestre, o que leva à formação da cadeia.

Cadeias de obducção

Geram-se nos limites entre uma placa continental e uma placa oceânica. Na obducção, alguns fragmentos da crusta oceânica são transportados para cima da crusta continental. Ocorre maioritariamente em situações em que a crusta oceânica esté entre duas continentais. Esta rocha sofre esmagamento porque houve choque entre as duas continentais e há formação de rocha metamórfica.

É devido a este processo que se verificam rochas basálticas e/ou fósseis marinhos em montanhas elevadas, porque houve transporte de uma parte da crusta oceânica para cima da crusta continental.

Cadeias de colisão

Formam-se no choque entre duas placas continentais. O choque entre ambas as placas provoca a cotração e erguimento dos materiais da litosfera, formando altas montanhas. Não ocorre subducção porque ambas as placas têm a mesma densidade. Um dos exemplos mais importantes deste processo é a formação dos Himalaias.

Cadeias intracontinentais

As cadeias montanhosas não se formam apenas nos limites das placas litosféricas. A deformação tectónica também está presente dentro dos continentes, com regimes compressivo que provocam o espessamento da crusta. Este processo forma as dobras e as falhas. A formação de falhas permite erguer os blocos rochosos e formar as cadeias montanhosas.

Bacias sedimentares 

 Bacias sedimentares são depressões da superfície terrestre, nas quais se depositam sedimentos. Estes formam-se devido ao afundamento da litosfera por um processo de subsidência.

Bacias associadas a riftes (bacias de estiramento)

A instalação de um rifte provoca o estiramento da crusta e a formação de bacias sedimentares.

Bacias de margem passiva

A subsidência ao longo de uma margem passiva de uma placa provocao afundamento dos estratos sedimentares e permite a acumulação de mais sedimentos.

Bacias associadas a zonas de subducção

A formação de fossa oceânica cria uma depressão que será preenchida por sedimentos.

Bacias associadas a arcos insulares

A subducção da placa oceânica provoca o arrastamento e afundamento da outra placa que contém o arco insular, formando entre eles uma bacia sedimentar.

Movimentos verticais da litosfera

Equilíbrio Isostático

Isostasia ou movimento isostático é o termo utilizado em Geologia para se referir ao estado de equilíbrio gravitacional, e as suas alterações entre a litosfera e a astenosfera da Terra.

As anomalias isostáticas podem ser positivas ou negativas. Numa anomalia isostática positiva, a gravidade é superior ao valor médio medido ao nível do mar e indica que há um excesso de massa nessa secção da Terra, em resultado da maior densidade. São comuns nas regiões oceânicas, pois a crusta oceânica é formada essencialmente por basaltos, mais densos que as rochas graníticas.

Quando o material numa dada secção apresenta uma baixa densidade, diminui a atração gravítica e origina uma anomalia isostática negativa. Estas anomalias são frequenetes nas regiões montanhosas, o que poderá indicar que possuem "raizes" profundas, formando uma espessa mas pouco densa coluna de material crustal. Assim, os continentes apresentam altitudes superiores, pois são compostos por rochas menos densas, principalmente de composição granítica.

O ajustamento isostático são todos os ajustamentos que ocorrem entre a litosfera e a astenosfera de forma a equilibrar o nível de compensação isostático.

Ajustamento Isostático

A convecção no manto terrestre e o movimento das placas litosféricas

Este é um power point que fala acerca da convecção mantélica.

A Teoria da Tectónica de Placas

Em 1929, o geólogo Arthur Holmes aprofundou umas das hipóteses de Wegener ao postular que no manto terrestre ocorre convecção térmica. O material quente expande e diminui a sua densidade, podendo ascender até à superfície. Em contrapartida, quando arrefece, torna-se mais denso e sofre afundamento. Este mecanismo de aquecimento a arrefecimento podia ser responsável pelo movimento dos continentes. Esta ideia recebeu pouca atenção na época, pois o próprio Holmes referiu que se tratava de uma especulação e que necessitava de dados concretos para a validar.

Os desenvolvimentos tecnológicos verificados após a II Guerra Mundial permitiram explorar de uma forma mais eficaz os fundos oceânicos e obter novos dados sobre a deriva dos continentes, nomeadamente:

• a descoberta da existência de um campo magnético terrestre, cujo pólo norte varia ao longo do tempo geológico (de positivo a negativo);

• a deteção e registo de sismos, em estações sismográficas instaladas por todo o globo a partir de 1960, com o intuito de detetar e monitorizar testes nucleares;

• a cartografia dos fundos oceânicos e a datação das rochas, possível com o desenvolvimento de técnicas de datação absolutas baseadas no decaimento radioativo.

Embora muitas das conclusões de Wegener e Holmes estivessem incorretas ou baseadas em argumentos poucos sólidos, as suas ideias foram a base para a compreensão dos mecanismos da expansão dos fundos oceânicos. A descoberta do paleomagnetismo e o desenvolvimento acentuado da oceanografia constituíram pontos cruciais no desenvolvimento das novas teorias.

Oceanografia

O estudo da morfologia dos fundos oceânicos permitiu descobrir novas cadeias montanhosas submersas que constituem importantes alinhamentos por todo o globo.

Em 1962, Hess constatou que as montanhas de um dos lados do rifte era um perfeito espelho das que existiam do outro lado. As cadeias montanhosas contrastavam com as planícies abissais, que se caraterizam por ser profundas e planas.

A existência de ilhas vulcânicas na proximidade dos riftes e das fossas oceânicas permitiu estudar as rochas vulcânicas expelidas pelos vulcões. Com base nestes estudos, Hess defendia a expansão da crusta oceânica ao nível dos riftes e a sua destruição nas fossas oceânicas, originando as fossas insulares.

Paleomagnetismo

A Terra possui um campo magnético, comportando-se como um íman gigante. Uma das explicações mais aceites para a origem deste magnetismo deve-se ao fato de os materiais existentes no núcleo externo estarem em rotação. Este movimento produz uma corrente elétrica responsável pela orientação de todos os objetos magnetizáveis, como por exemplo as bússolas, no sentido do pólo norte magnético. Quando o polo norte magnético está perto do pólo norte geográfico origina uma anomalia positiva (ou normal). Quando o pólo norte sofre uma inversão de polaridade e passa a apontar para Sul ocorre uma anomalia negativa.

Alguns minerais sofrem magnetização quando se formam. Na magnetite, mineral rico em ferro e comum nas rochas basálticas, as partículas magnéticas alinham-se paralelamente ao campo magnético quando a temperatura desce abaixo dos 580ºC.

Com o abaixamento progressivo da temperatura os minerais deixam de sofrer magnetização, mantendo a orientação magnética do momento da sua formação. Esta propriedade é essencial para estudar o paleomagnetismo.

A cartografia do paleomagnetismo nos fundos oceânicos permitiu verificar a alternância de anomalias magnéticas sob a forma de bandas paralelas nas duas margens da dorsal médio-oceânica. Estas observações permitiram concluir que ocorre a expansão dos fundos oceânicos ao nível das dorsais médio-oceânicas. A zona de rifte é um local por onde o magma proveniente do interior da Terra é expelido. Da sua acumulação resulta a crusta oceânica, que vai formando continuamente para os dois lados da dorsal oceânica.

A expansão dos fundos oceânicos também explica a presença de crusta de idades mais recentes na proximidade dos riftes. Junto às fossas oceânicas deteta-se a presença da crusta oceânica mais antiga.

Esta descoberta indicava que a idade dos fundos oceânicos deveria ser recente, estando em constante produção e destruição.

Os dados de Hess foram definitamente comprovados por Fred Vine e Drummond Matthews e assim é atribuida a estes cientistas a elaboração da Teoria da Tectónica de Placas.

Teoria da Tectónica de Placas

A ascensão de magma ao nível dos riftes e a subducção da placa oceânica ao nível das fossas estão relacionadas com a existência de células de convecção no manto. Hess postulou que a subida do magma mantélico provocavaa instalação de um rifte à superfície da Terra enquanto que nas regiões de subducção ocorria descida de material frio, que se "afundava" no manto. O magma, após aquecer, tornava-se menos densoe podia retomar a ascensão, definindo assim uma célula convectiva. A permanente construção e destruição da crusta estariam relacionados com os mecanismos de convecção oriundos do manto.

A Teoria da Deriva dos Continentes

O estudo geológico realizado nas cadeias montanhosas levou Alfred Wegener a formular, em 1912, e a publicar, em 1915, a Teoria da Deriva dos Continentes. Esta teoria defendia o mobilismo dos continentes e era baseada em diversos argumentos, muitos já observados e descritos por outros geólogos.

De acordo com este cientista, os continentes estiveram unidos no início da formação da Terra num único continente, que se designou por Pangea. Este supercontinente fragmentou-se e os diferentes blocos deslocaram-se até às posições atuais.

Argumentos usados por Wegener para suportar a Teoria da Deriva dos Continentes

• Geográficos: As linhas da costa encaixam-se, deduzindo que os continentes estiveram juntos;

•  Paleontológicos: Foram encontrados fósseis do mesmo género em continentes atualmente distintos, sugerindo que os continentes já tenham estado juntos:

• Paleoclimáticos: A descoberta de rochas formadas pela ação dos glaciares em regiões tropicais levou a considerar que estas rochas já se encontraram mais a Sul, sujeitas a condições climáticas muito distintas das atuais.

 Críticas à Teoria da Deriva dos Continentes

• Os argumentos não eram suficiente convincentes, nem suportados por dados físicos e cálculos matemáticos da época;

• Não apresentava um mecanismo para a deriva dos continentes e esta era considerada impossível, pois implicava a existência de forças muito intensas que eram desconhecidas na época.

Apresentação

No âmbito da disciplina de Geologia do 12º ano de escolaridade, foi-nos sugerido a criação de um blog. Neste blog irá ser colocado matéria que achamos que é essencial para facilitar o estudo de futuros visitantes. Iremos também colocar trabalhos realizados pelo meu grupo acerca de várias temáticas da disciplina.

Espero que o blog vos ajude num futuro próximo.

Ricardo