FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

FUNDAMENTOS DE

REED WICANDER • JAMES S. MONROE R E V I S Ã O T É C N I C A , A D A P TA Ç Ã O E R E D A Ç Ã O F I N A L

MAURÍCIO ANTÔNIO CARNEIRO

Sumário

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1

Tectônica de Placas: Entendendo a Terra: Uma Introdução à Geologia Física 1 Uma Teoria Unificadora Introdução O que é geologia?

GEOFOCO 1.1: O mar de Aral A GEOLOGIA E A EXPERIÊNCIA HUMANA COMO A GEOLOGIA AFETA O NOSSO DIA-A-DIA Fenômenos naturais Economia e política Nosso papel como tomadores de decisão Consumidores e cidadãos Desenvolvimento sustentável QUESTÕES GEOLÓGICAS GLOBAIS E AMBIENTAIS A ORIGEM DO SISTEMA SOLAR E A FORMAÇÃO DA TERRA PRIMITIVA A TERRA COMO UM PLANETA DINÂMICO GEOLOGIA E A FORMULAÇÃO DE TEORIAS TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACAS O CICLO DAS ROCHAS Grupos de rochas O ciclo das rochas e a tectônica de placas TEMPO GEOLÓGICO E UNIFORMITARISMO COMO O ESTUDO DA GEOLOGIA NOS BENEFICIA

2 3 5 7 7 7 8 8 8 9 9 11 13 14 15 17 18 19 19 22

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Introdução IDÉIAS INICIAIS SOBRE A DERIVA CONTINENTAL Edward Suess e a Flora Glossopteris Alfred Wegener e a hipótese da deriva continental EVIDÊNCIAS DA DERIVA CONTINENTAL Ajuste continental Semelhanças das seqüências das rochas e cadeias de montanhas Evidência glacial Evidência dos fósseis CONEXÕES CULTURAIS: A luta pelo progresso científico Paleomagnetismo e deslocamento polar REVERSÕES MAGNÉTICAS RELACIONADAS À EXPANSÃO DO ASSOALHO OCEÂNICO TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACAS O ciclo do supercontinente TRÊS TIPOS DE LIMITES DE PLACAS Limites divergentes Limites convergentes Limites transformantes O MOVIMENTO DAS PLACAS E O MODO DE DESLOCAMENTO

24 24 25 25 26 26 26 27 28 30 30 32 35 36 37 37 39 41 42

VI

FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Deslocamento relativo e velocidade média Deslocamento absoluto O MECANISMO QUE DIRECIONA A PLACA TECTÔNICA TECTÔNICA E RECURSOS NATURAIS GEOFOCO 2.1: Petróleo, placa tectônica e política

43 44 45 46 47

3

Minerais: Os Constituintes Rochosos 49 Introdução MATÉRIA SÓLIDA Elementos e átomos Ligações e compostos INICIANDO COM OS MINERAIS Substâncias que ocorrem na natureza e são inorgânicas Minerais cristalinos Composição química dos minerais GEOFOCO 3.1: Ouro e prata Propriedades físicas dos minerais A MULTIPLICIDADE DOS MINERAIS GRUPOS MINERAIS Os silicatos Outros grupos mineralógicos IDENTIFICAÇÃO DOS MINERAIS Cor e brilho Formas do cristal Clivagem e fratura Dureza Peso específico Outras propriedades minerais úteis ONDE E COMO SE FORMAM OS MINERAIS OS MINERAIS FORMADORES DAS ROCHAS CONEXÕES CULTURAIS: A história humana e os minerais RECURSOS E RESERVAS MINERAIS

50 50 50 53 55 56 56 56 57 59 59 59 61 63 64 64 65 65 66 67 67 68 68 69 70

4

Rochas Ígneas e Atividade Ígnea Intrusivas 73 Introdução 74 AS PROPRIEDADES E O COMPORTAMENTO DO MAGMA E DA LAVA 74 Composição do magma 75 Temperaturas do magma e lava 75 Viscosidade – resistência ao fluxo 76 COMO O MAGMA SE ORIGINA E SE MODIFICA 77 Séries de reação de Bowen 77 A origem do magma nas cadeias de espalhamento 79 Zonas de subducção e a origem do magma 80 Processos que resultam em mudanças químicas no magma 81 CARACTERÍSTICAS DAS ROCHAS ÍGNEAS 82 Textura de rochas ígneas 83 CONEXÕES CULTURAIS: Como o inferno ajudou os primórdios da ciência na Terra 84 A composição das rochas ígneas 85 Classificação das rochas ígneas 86 GEOFOCO 4.1: Rocha pequena, grande história 90 OS CORPOS INTRUSIVOS ÍGNEOS − OS PLÚTONS – CARACTERÍSTICAS E ORIGEM 92 Diques e soleiras 92 Lacólitos 93 Pipes vulcânicos e necks 93 Batólitos e stocks 93 COMO OS BATÓLITOS SÃO COLOCADOS NA CROSTA TERRESTRE 94

WICANDER • MONROE

5

Vulcanismo e Vulcões

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Introdução 98 VULCANISMO 98 CONEXÕES CULTURAIS: Os vulcões moldam a história romana 99 Gases vulcânicos 100 Fluxos de lava 102 Materiais piroclásticos 103 TIPOS DE VULCÕES 104 Vulcões-escudos 106 Cones de cinzas 107 Vulcões compostos 108 Domos de lava 109 OUTROS TIPOS DE VULCÕES 110 GEOFOCO 5.1: Erupções dos vulcões da cadeia de Cascades 111 Erupções fissurais e platôs basálticos 112 Depósitos de lençóis piroclásticos 113 TAMANHO E DURAÇÃO DAS ERUPÇÕES 114 PREDIZENDO AS ERUPÇÕES 115 DISTRIBUIÇÃO DE VULCÕES 117 TECTÔNICA DE PLACAS, VULCÕES E PLÚTONS 118 Limites divergentes de placa e atividades ígneas 119 Atividade ígnea em limites convergentes de placa 119 Vulcanismo intraplaca 120

6

Intemperismo, Erosão e Solo 121 Introdução INTEMPERISMO MECÂNICO Ação do congelamento Liberação da pressão Expansão e contração termal Organismos e intemperismo mecânico

122 123 123 123 124 125

VII

INTEMPERISMO QUÍMICO – DECOMPOSIÇÃO DOS MATERIAIS DA TERRA 125 Solução 125 Oxidação 127 Hidrólise 128 VELOCIDADE DO INTEMPERISMO QUÍMICO 128 O tamanho da partícula e a velocidade do intemperismo químico 129 Clima e intemperismo químico 129 A importância do material parental 130 COMPOSIÇÃO DO SOLO 130 GEOFOCO 6.1: Industrialização e chuva ácida 131 O PERFIL DO SOLO 133 FATORES NA FORMAÇÃO DO SOLO 135 Clima e solo 135 Material parental 136 Atividades dos organismos 136 A configuração da Terra – relevo e encosta 137 Tempo 137 CONEXÕES CULTURAIS: A revolução agrícola 138 DEGRADAÇÃO DO SOLO 139 INTEMPERISMO E RECURSOS NATURAIS 141

7

Sedimentos e Rochas Sedimentares Introdução TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DOS SEDIMENTOS DO SEDIMENTO À ROCHA SEDIMENTAR TIPOS DE ROCHAS SEDIMENTARES Rochas sedimentares detríticas Rochas sedimentares químicas e bioquímicas FÁCIES SEDIMENTARES CONEXÕES CULTURAIS: O tempo geológico

143 144 145 146 147 148 150 151 153

VIII

FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

LENDO A HISTÓRIA NAS ROCHAS SEDIMENTARES Estruturas sedimentares GEOFOCO 7.1: Leão de arenito Fósseis Determinando o ambiente deposicional RECURSOS EM SEDIMENTOS E ROCHAS SEDIMENTARES Petróleo e gás natural Formação de ferro em camadas

154 155 158 159 160 161 162 163

8

Metamorfismo e Rochas Metamórficas Introdução OS AGENTES DO METAMORFISMO Calor Pressão Atividade do fluido OS TRÊS TIPOS DE METAMORFISMO Metamorfismo de contato CONEXÕES CULTURAIS: A face real do método científico Metamorfismo dinâmico Metamorfismo regional A CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS METAMÓRFICAS Rochas metamórficas foliadas GEOFOCO 8.1: Começando com uma ardósia limpa Rochas metamórficas não-foliadas ZONAS METAMÓRFICAS METAMORFISMO E TECTÔNICA DE PLACAS METAMORFISMO E RECURSOS NATURAIS

165 166 166 167 168 168 169 169 170 172 173 175 175 177 178 179 180 182

9

Terremotos e o Interior da Terra Introdução A TEORIA DO REBOTE ELÁSTICO SISMOLOGIA ONDE OCORREM OS TERREMOTOS ONDAS SÍSMICAS Ondas internas Ondas de superfície COMO É LOCALIZADO O EPICENTRO DE UM TERREMOTO TAMANHO E FORÇA DE UM TERREMOTO Intensidade Magnitude EFEITOS DOS TERREMOTOS Tremor de terra GEOFOCO 9.1: Projetando estruturas resistentes aos terremotos Fogo Tsunami: ondas assassinas Rachaduras no chão PREDIZENDO TERREMOTOS Precursores do terremoto Programas de previsão de terremotos CONEXÕES CULTURAIS: Reagindo aos terremotos OS TERREMOTOS PODEM SER CONTROLADOS? INTERIOR DA TERRA Comportamento das ondas sísmicas O núcleo O manto Tomografia sísmica A crosta O CALOR INTERNO DA TERRA

183 184 185 186 188 189 189 190 191 191 192 193 195 196 197 199 199 200 200 201 202 203 204 206 207 207 209 210 211 212

WICANDER • MONROE

10

Deformação e Formação de Montanhas 213 Introdução 214 DEFORMAÇÃO DAS ROCHAS 215 DIREÇÃO E MERGULHO – DETERMINANDO A ORIENTAÇÃO DAS CAMADAS ROCHOSAS 217 DEFORMAÇÃO E ESTRUTURAS GEOLÓGICAS 218 Camadas de rocha dobradas 218 Juntas 222 Falhas 223 GEOFOCO 10.1: Mapas geológicos – construção e usos 227 DEFORMAÇÃO E A ORIGEM DAS MONTANHAS 229 Definição de montanha 230 Tipos de montanhas 230 TECTÔNICA DE PLACAS E A ORIGEM DAS MONTANHAS 231 Limites de placas e formação de montanhas 232 Terrenos suspeitos e a origem das montanhas 235 CROSTA CONTINENTAL DA TERRA 236 Continentes flutuantes?

237 O princípio da isostasia 237 Rebote isostático 239

11

Movimento Gravitacional de Massa 241 Introdução FATORES QUE AFETAM A MOVIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL DE MASSA Declividade da encosta Intemperismo e clima

242 243 244 245

Conteúdo de água Vegetação Sobrecarga GEOFOCO 11.1: A tragédia em Aberfan, Gales Geologia e estabilidade da encosta Mecanismos de desencadeamento TIPOS DE MOVIMENTO GRAVITACIONAL DE MASSA Quedas Escorregamento Corridas de massa Movimentos complexos RECONHECENDO E MINIMIZANDO OS EFEITOS DOS MOVIMENTOS DE MASSA

12

Água Corrente Introdução O CICLO HIDROLÓGICO ÁGUA CORRENTE Fluxo laminar e fluxo de canal Gradiente, velocidade e vazão GEOFOCO 12.1: Represas, reservatórios e energia hidrelétrica COMO A ÁGUA CORRENTE PROVOCA EROSÃO E TRANSPORTA SEDIMENTOS DEPOSIÇÃO POR ÁGUA CORRENTE Depósitos de canais entrelaçados e canais de meandros Depósitos em planície de inundação Deltas Leques aluviais BACIAS DE DRENAGEM E PADRÕES DE DRENAGEM CONEXÕES CULTURAIS: Histórias de enchentes ao redor do mundo NÍVEL DE BASE RIOS EM EQUILÍBRIO EVOLUÇÃO DO VALE

IX

245 246 246 247 248 249 249 250 251 254 257 259

263 264 265 266 266 266 267 270 271 273 274 274 276 273

279 283 283 284

X

FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Estágios na formação de vales e correntes Terraços de corrente Meandros encaixantes

13

Água Subterrânea Introdução ÁGUA SUBTERRÂNEA E CICLO HIDROLÓGICO COMO OS MATERIAIS DA TERRA ABSORVEM ÁGUA O LENÇOL FREÁTICO COMO SE MOVIMENTA A ÁGUA SUBTERRÂNEA FONTES, POÇOS DE ÁGUA E SISTEMAS ARTESIANOS Fontes Poços Sistemas artesianos COMO A ÁGUA SUBTERRÂNEA PODE ERODIR E DEPOSITAR MATERIAL CONEXÕES CULTURAIS: Hidroscopia Dolinas e topografia cárstica Grutas e depósitos em grutas COMO OS HOMENS ALTERAM O SISTEMA DE ÁGUA SUBTERRÂNEA Rebaixamento do lençol freático Invasão de água salgada Subsidência Contaminação da água subterrânea Qualidade da água subterrânea GEOFOCO 13.1: Arsenic and Old Lace ATIVIDADE HIDROTERMAL E ÁGUA SUBTERRÂNEA Águas termais Gêiseres Energia geotermal

284 283 287

289 290 290 290 292 293 293 293 295 295 296 297 298 300 303 303 305 305 306 308

14

Geleiras e Glaciação Introdução GELEIRAS – PARTE DO CICLO HIDROLÓGICO COMO AS GELEIRAS SE FORMAM E SE MOVEM TIPOS DE GELEIRAS Geleiras de vale Geleiras continentais ACUMULAÇÃO E PERDA − O BALANÇO GLACIAL CONEXÕES CULTURAIS: O Homem do Gelo MOVIMENTO GLACIAL EROSÃO E TRANSPORTE PELAS GELEIRAS Erosão pelas geleiras de vale GEOFOCO 14.1: Geleiras em parques nacionais Geleiras continentais e formações erosionais DEPÓSITOS GLACIAIS Formações compostas por till Formações compostas de drift estratificado Depósitos em lagos glaciais CAUSAS DAS ERAS GLACIAIS A teoria de Milankovitch Eventos climáticos de curto prazo

315 316 317 318 319 319 320 320 321 323 324 325 327 330 331 332 334 336 338 339 340

15

309

O Trabalho do Vento e os Desertos

311 311 312 313

Introdução COMO O VENTO TRANSPORTA SEDIMENTOS Carga de fundo

341 342 342 342

WICANDER • MONROE

Carga suspensa 343 COMO O VENTO ERODE AS FORMAÇÕES TERRESTRES 343 Abrasão 344 Deflação 344 TIPOS DE DEPÓSITOS DE VENTO 345 Formação e migração de dunas 345 Tipos de dunas 347 Loess 349 CINTURÕES DE PRESSÃO DE AR E PADRÕES DE VENTO GLOBAL 349 LOCALIZAÇÃO DOS DESERTOS 350 CARACTERÍSTICAS DOS DESERTOS 352 Temperatura e vegetação 352 Intemperismo e solos 352 GEOFOCO 15.1: Descarte do lixo radiativo: seguro ou desolador?

353 Dispersão de massa, água corrente superficial e água subterrânea 355 CONEXÕES CULTURAIS: Vivendo no deserto 356 Vento 357 TIPOS DE FORMAÇÕES NOS DESERTOS 357

16

O Assoalho Oceânico, o Litoral e os Processos Litorâneos 359 Introdução EXPLORAÇÃO DOS OCEANOS CARACTERÍSTICAS DO ASSOALHO OCEÂNICO Margens continentais Bacias do fundo do oceano SEDIMENTOS E RECIFES DO FUNDO DO MAR O LITORAL E OS PROCESSOS LITORÂNEOS Marés Ondas GEOFOCO 16.1: Energia dos oceanos

360 360 361 362 364 366 367 369 370 371

Correntes próximas ao litoral DEPOSIÇÃO AO LONGO DA LINHA COSTEIRA Praias Restingas, barreiras na entrada das baías e tômbolos Ilhas de barreira O balanço do sedimento perto da costa EROSÃO DAS LINHAS COSTEIRAS TIPOS DE COSTAS Costas deposicionais e erosionais Costas submergentes e emergentes RECURSOS DO MAR

XI

374 376 376 378 378 379 381 382 382 383 384

17

Tempo Geológico: Conceitos e Princípios Introdução A ORIGEM DO CONCEITO DE TEMPO GEOLÓGICO AS CONTRIBUIÇÕES DE JAMES HUTTON MÉTODOS DE DATAÇÃO RELATIVA Princípios fundamentais da datação relativa CONEXÕES CULTURAIS: Idade da Terra e tradições cristãs Discordâncias A CORRELAÇÃO DAS UNIDADES DE ROCHA MÉTODOS DE DATAÇÃO ABSOLUTA Decaimento radioativo e meias-vidas GEOFOCO 17.1: Radônio: o assassino silencioso Fontes da incerteza Pares de isótopos radioativos de longa vida Método de datação carbono 14 COMO A ESCALA DO TEMPO GEOLÓGICO FOI DESENVOLVIDA

387 388 389 389 390 390 391 394 398 400 400 401 403 405 406 407

XII

FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

18

História da Terra

19

409 História da Vida

Introdução HISTÓRIA PRÉ-CAMBRIANA DA TERRA A origem e a evolução dos continentes Escudos, plataformas e crátons História arqueana da Terra História proterozóica da Terra A GEOGRAFIA PALEOZÓICA DA TERRA EVOLUÇÃO PALEOZÓICA DA AMÉRICA DO NORTE A seqüência Sauk A seqüência Tippecanoe A seqüência Kaskaskia A seqüência Absaroka A HISTÓRIA DOS CINTURÕES MÓVEIS PALEOZÓICOS O cinturão móvel Apalachiano O cinturão móvel Cordilheirano O cinturão móvel Ouachita O PAPEL DAS MICROPLACAS O ROMPIMENTO DO PANGÉIA A HISTÓRIA MESOZÓICA DA AMÉRICA DO NORTE Região da Costa Leste Região costeira do Golfo Região Oeste HISTÓRIA DA TERRA NO CENOZÓICO GEOFOCO 18.1: Parque Nacional da Floresta Petrificada Tectônica de placas e orogenia Cenozóica A Cordilheira Norte-Americana O interior do continente e a planície da costa do Golfo Leste da América do Norte Glaciação do Pleistoceno

410 410 411 412 413 414 417 421 421 421 422 422 425 426 427 428 429 429 430 430 432 433 437 438 439 440 442 443 444

Introdução HISTÓRIA DA VIDA PRÉ-CAMBRIANA VIDA PALEOZÓICA Invertebrados marinhos A extinção em massa do Permiano Vertebrados Plantas VIDA MESOZÓICA Invertebrados marinhos A diversificação dos répteis GEOFOCO 19.1: Comportamento do dinossauro Pássaros Mamíferos Plantas Extinção em massa do Cretáceo HISTÓRIA DA VIDA NO CENOZÓICO Invertebrados marinhos e fitoplâncton Diversificação dos mamíferos Mamíferos cenozóicos Faunas do Pleistoceno Evolução dos primatas CONEXÕES CULTURAIS: As lições da história da Terra

447 448 448 451 451 453 454 456 457 457 458 461 466 467 468 469 470 470 470 471 473 474 477

Apêndices

A: Tabela de Conversão

do Sistema Inglês para o Sistema Métrico

B: Tabela Períodica

dos Elementos

479 480

Glossário

482

Índice

492

Prefácio A Terra é um planeta dinâmico, em contínua evolução no decorrer de seus 4,6 bilhões de anos de existência. Seu tamanho, formato e a distribuição geográfica de seus continentes e bacias oceânicas têm mudado ao longo do tempo, assim como sua atmosfera e sua biota. Por outro lado, uma consciência cada vez mais apurada da fragilidade do planeta e de como são interdependentes os seus vários sistemas têm norteado ações globais contra a poluição do meio ambiente e o cuidado com os recursos naturais da Terra, que são limitados e, em muitos casos, não-renováveis. Portanto, o estudo geológico é um dos mais importantes cursos de graduação que um estudante pode escolher.

Considerando esses aspectos, este livro – Fundamentos de Geologia – é um texto introdutório para os cursos de Geologia ou Ciências da Terra em geral, e foi escrito tendo em mente os estudantes. Um dos problemas de qualquer curso introdutório de ciências da Terra é que os estudantes estão assoberbados por um montante de matérias que não parecem estar vinculadas a nenhum tema unificador, nem são relevantes para as suas futuras carreiras profissionais.

Assim, os objetivos deste livro são os de oferecer aos estudantes uma compreensão básica da geologia e seus processos e, principalmente, um entendimento de como a geologia se relaciona com a experiência humana, já que ela afeta não somente os indivíduos, mas toda a sociedade. Portanto, para dar aos estudantes uma visão geral do assunto e lhes permitir ver como os vários sistemas da Terra são inter-relacionados, apresentamos os principais temas do livro no primeiro capítulo. Também entremeamos os aspectos econômicos e ambientais da geologia por todo o livro, em vez de tratar esses tópicos em capítulos separados. Dessa maneira, os estudantes podem ver, por meio de exemplos interessantes e relevantes, como a geologia causa impacto em nossas vidas.

ASPECTOS DA PRIMEIRA EDIÇÃO EM PORTUGUÊS

A

primeira edição em português é a versão da quarta edição norte-americana, que sofreu considerável atualização e revisão e traz um elevado nível de informações atuais e novas ilustrações. A partir dos comentários e sugestões dos revisores técnicos, incorporamos novos aspectos nesta edição, inclusive, exemplos brasileiros.

Em primeiro lugar, entre os novos aspectos estão as Conexões Culturais, que ajudam os estudantes, especialmente aqueles de outros ramos da ciência, a visualizar a interação da geologia com outras matérias do seu currículo. Para isso, contamos com a colaboração do Dr. E. Kirsten Peters, especialista em história e filosofia da ciência. Os tópicos das Conexões

XIV

FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Culturais incluem, por exemplo, a origem dos nomes dos minerais no mundo antigo; os antagonismos que se desdobram quando o método científico é expresso; o conflito entre uma parte pequena, mas expressiva, da Igreja cristã e os geólogos a respeito da idade e da história da Terra, entre outros.

Esta edição também inclui atualizações em cada um de seus capítulos. O recente “tsunami” no Oceano Índico, por exemplo, é discutido no texto.

A nova redação e as atualizações feitas no texto, assim como a adição de novas ilustrações, enriquecem esta edição, tornando-a mais fácil de ler e entender e, por conseguinte, uma ferramenta de ensino mais efetiva.

ORGANIZAÇÃO DO TEXTO

A

teoria da tectônica de placas é o tema unificador da geologia e, também, deste livro.

Essa teoria revolucionou a geologia ao fornecer uma perspectiva global da Terra, permitindo aos geólogos tratarem muitos fenômenos geológicos, aparentemente não relacionados entre si, como partes de um sistema planetário único. Por ser tão importante, a teoria da tectônica de placas é esmiuçada no Capítulo 2 e retomada, na maioria dos capítulos subseqüentes, sob a ótica do tema fundamental em curso.

Outro tema que permeia este livro é a complexidade e dinâmica do planeta, que tem mudado a face da Terra, constantemente, desde sua origem, há cerca de 4,6 bilhões de anos.

Podemos entender melhor essa complexidade usando uma abordagem de sistemas no estudo da Terra. Como mencionado anteriormente, ampliamos a seção sobre os Sistemas Terrestres no Capítulo 1, e essa abordagem está enfatizada ao longo de todo o livro.

Por outro lado, organizamos informalmente os capítulos deste livro em várias categorias.

O Capítulo 1, por exemplo, é uma introdução à geologia e aos sistemas geológicos da Terra, sua relevância para a experiência humana, a teoria da tectônica de placas, o ciclo das rochas, os períodos geológicos e o uniformitarismo, a origem do sistema solar e da Terra. O Capítulo 2 trata da tectônica de placas, enquanto os Capítulos 3–8 examinam os materiais da Terra (minerais e rochas ígneas, sedimentares e metamórficas) e os processos geológicos associados a eles, incluindo o papel da tectônica de placas na origem e distribuição desses materiais na crosta terrestre. Os Capítulos 9 e 10 tratam dos tópicos relacionados ao interior da Terra, terremotos, deformação da crosta terrestre e formação das montanhas. Os Capítulos 11–16 cobrem os processos da superfície da Terra, e o Capítulo 17 discute os períodos geológicos, incluindo os vários métodos para datação geocronológica, e explica como as rochas são correlacionadas geologicamente. Os Capítulos 18 e 19 oferecem uma visão geral da história geológica da Terra e sua biota.

Acreditamos que esse ordenamento informal dos temas funcionará bem para a maioria dos estudantes de geologia e de ciências da Terra. Sabemos, entretanto, que muitos professores podem preferir um ordenamento inteiramente diferente, dependendo da ênfase de cada um desses temas em seus cursos. No entanto, seja qual for a opção escolhida, os capítulos deste livro foram escritos de forma independente para que os interessados disponham deles na ordem que melhor se ajuste às suas necessidades.

1 CAPÍTULO

Entendendo a Terra: Uma Introdução à Geologia Física

OBJ ETIVOS Ao final deste capítulo, você terá aprendido que: 1 A Terra é um sistema complexo e integrado; 2 A geologia é o estudo da Terra em todas as suas dimensões físicas e biológicas; 3 A geologia não somente desempenha um papel importante na experiência humana, mas também nos afeta como indivíduos e membros da sociedade; 4 O sistema solar e os planetas evoluíram de uma nuvem turbulenta e giratória de material que circundava o Sol embrionário; 5 A Terra é um planeta dinâmico com três principais camadas concêntricas que podem se mover; 6 As teorias são baseadas no método científico; 7 A teoria da tectônica de placas revolucionou a geologia; 8 O ciclo das rochas ilustra as inter-relações entre os processos internos e externos da Terra e mostra como e por que os três maiores grupos de rochas estão relacionados; 9 Uma avaliação do tempo geológico e o princípio do uniformitarismo são essenciais para entender a evolução da Terra e sua biota.

2

FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

N

Introdução

1

este livro, enfocamos a Terra como um planeta dinâmico e complexo que vem sofrendo mudanças contínuas desde que se formou, há 4,6 bilhões de anos. Essas mudanças e as características atuais resultaram das interações entre os vários sistemas e ciclos internos e externos à Terra. A Terra é única entre os planetas do nosso sistema solar pelo fato de nela haver vida e oceanos de água, uma atmosfera hospitaleira e uma variedade de climas. A vida na Terra se deve a uma combinação de fatores, tais como a sua distância do Sol e a evolução de seu interior, crosta, oceanos e atmosfera. Por seu turno, os processos vitais, no decorrer do tempo, têm influenciado a evolução da atmosfera terrestre, oceanos e, em alguma medida, sua crosta. Esses fatores físicos e as mudanças que eles trazem também têm afetado a evolução da vida.

Se olharmos a Terra como um todo, podemos ver inúmeras interações ocorrendo entre seus vários componentes. Esses componentes não agem isoladamente, mas são interconectados. Quando uma parte do sistema muda, afeta as outras partes. O conceito de sistema torna mais fácil estudar um assunto tão complexo, tal como a Terra. Isso porque ele divide o todo em componentes menores, que podemos facilmente entender, sem perder de vista como os componentes se ajustam no todo.

Podemos apreciar melhor a complexidade da Terra pensando nela como um sistema. Um sistema é uma combinação de partes relacionadas que interagem de modo organizado (■ Figura 1.1). Informações, materiais e energia externos que penetram no sistema são os insumos (inputs), enquanto as informações, materiais e energia que deixam o sistema são os resultados (outputs). Um automóvel é um bom exemplo de sistema. Seus vários subsistemas incluem energia, transmissão, direção e freios. Esses sistemas são interconectados de tal forma que uma mudança em apenas um deles afeta os demais. O principal insumo no sistema do automóvel é a gasolina, e os seus resultados são o movimento, o calor e os poluentes.

Podemos examinar a Terra da mesma forma que examinamos um automóvel – isto é, como um sistema de componentes interconectados que interagem e afetam, de muitas maneiras, uns aos outros. Os principais subsistemas da Terra são atmosfera, hidrosfera, biosfera, litosfera, manto e núcleo (■ Figura 1.2). As interações complexas entre esses subsistemas resultam em um corpo dinamicamente mutável que troca matéria e energia e os recicla em diferentes formas (Tabela 1.1). O ciclo das rochas é um excelente exemplo disso. Ele ilustra como a interação entre os processos internos e externos da Terra reciclam os materiais terConexões Conectando restres para formar os três Processo com outros relação ou ou ciclo grandes grupos de rochas sistemas processo principal (ver ■ Figura 1.9).

Não devemos esquecer também que os Processos e ciclos seres humanos são parte em outros do sistema terrestre e só sistemas a nossa presença já é suficiente para afetar esse sisFonte de energia tema em alguma medida. ou mecanismo diretor Co n s e q ü e n t e m e n t e, ■ Figura 1.1 devemos entender que Uma série de engrenagens pode ser utilizada para ilustrar como interagem os sistemas e pro- as ações que executamos cessos da Terra. Pistões e barras de direção representam fontes de energia ou mecanismos de podem produzir mudandireção, as grandes rodas dentadas representam importantes processos ou ciclos e as rodas ças com efeitos de grande dentadas pequenas representam processos ou relações de conexão. Polias são usadas para amplitude, dos quais mostrar a relação com outros sistemas. Embora essas engrenagens sejam um meio útil de podemos não estar consrepresentar graficamente um sistema, é necessário lembrar que os sistemas reais da Terra são cientes (ver Geofoco 1.1). bem mais complexos.

WICANDER • MONROE

3

Por essa razão, precisamos dar muita importância ao entendimento da geologia, em particular, e da ciência em geral. Se a espécie humana vai sobreviver, devemos entender como os vários sistemas da Terra funcionam e interagir com cada um deles. E, tão importante quanto isso, é saber como as nossas ações afetam o delicado equilíbrio entre esses sistemas.

Atmosfera Emanações vulcânicas

Hidro sfer a

a fer os t i L

te de conv ren ec

ç ão

r Co

Liberação de gás

Biosfera Manto

Núcleo

■ Figura 1.2 Atmosfera, biosfera, hidrosfera, litosfera, manto e núcleo são os subsistemas da Terra. As interações entre esses subsistemas fazem da Terra um planeta dinâmico que vem evoluindo e mudando desde sua origem, há 4,6 bilhões de anos.

O QUE É GEOLOGIA?

O

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que é a geologia e o que fazem os geólogos? Geologia, do grego geo e logos, é definida como o estudo da Terra. Em geral, é dividida em duas grandes áreas: geologia física e geologia histórica. A geologia física estuda os materiais da Terra, tais como os minerais e as rochas, bem como os processos que operam no interior da Terra e na sua superfície. A geologia histórica examina a origem e a evolução da Terra, seus continentes, oceanos, atmosfera e vida.

A geologia é uma matéria tão ampla que é subdividida em muitos campos diferentes ou especialidades. A Tabela 1.2 lista os muitos campos da geologia e sua relação com as ciências da astronomia, física, química e biologia.

Praticamente, cada aspecto da geologia apresenta alguma relevância econômica ou ambiental. Muitos geólogos estão envolvidos na pesquisa de recursos minerais e energéticos, usando seu conhecimento especializado para localizar os recursos naturais nos quais está baseada a nossa sociedade industrializada. À medida que aumenta a demanda por esses recursos não-renováveis, os geólogos aplicam os princípios da geologia, por caminhos cada vez mais sofisticados, para ajudar a focalizar sua atenção em áreas com alto potencial de sucesso econômico.

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FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

Tabela 1.1

Interações entre os principais subsistemas da Terra Atmosfera

Hidrosfera

Biosfera

Litosfera Intemperismo e erosão Transporte do vapor d’água para precipitação da chuva e da neve

Atmosfera

Interação entre várias massas de ar

Correntes superficiais levadas pelo vento Evaporação

Gases para respiração Dispersão de esporos, pólen e sementes pelo vento

Hidrosfera

Insumo de vapor d’água e calor solar armazenado

Ciclo hidrológico

Água para a vida

Precipitação, intemperismo e erosão

Biosfera

Gases da respiração

Remoção de materiais dissolvidos pelos organismos

Ecossistemas globais Ciclos de alimentos

Modificação do intemperismo e erosão Formação do solo

Litosfera

Recurso de calor solar armazenado Paisagens afetam os movimentos do ar

Fonte de materiais sólidos e dissolvidos

Fonte de nutrientes minerais Modificação dos ecossistemas pelos movimentos das placas

Tectônica de placas

Tabela 1.2

Especialidades da geologia e seu relacionamento geral com as outras ciências Especialidade

Área de estudo

Ciências relacionadas

Geologia planetária

Geologia dos planetas

Geocronologia

Tempo e história da Terra

Astronomia

Paleontologia

Fósseis

Biologia

Geologia econômica

Recursos minerais e energéticos

Geologia ambiental

Meio ambiente

Geoquímica

Química da Terra

Hidrogeologia

Recursos hídricos

Mineralogia

Minerais

Petrologia

Rochas

Geofísica

Interior da Terra

Geologia estrutural

Deformação das rochas

Sismologia

Terremotos

Geomorfologia

Formas da superfície da Terra

Oceanografia

Oceanos

Paleogeografia

Características e localizações geográficas antigas

Estratigrafia/Sedimentologia

Rochas em camadas e sedimentares

Química

Física

WICANDER • MONROE

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GEOFOCO O mar de Aral

O

mar de Aral, na região desértica da Ásia Central, na ex-União Soviética (■ Figura 1), é um contínuo desastre humano e ambiental.

Em 1960 era o quarto maior lago do mundo. Desde então, seu tamanho diminuiu drasticamente, dos 67.000 km² iniciais para cerca de 34.000 km² atuais e, assim, é hoje o sexto maior lago do mundo. Atualmente, ele está dividido em duas bacias separadas: uma menor ao norte e uma maior ao sul. A continuar os atuais índices de redução, o mar de Aral pode desaparecer dentro de trinta anos.

O que causou tamanho desastre? Por milhares de anos, o mar de Aral foi alimentado por dois grandes rios, o Amu Dar’ya e o Syr Dar’ya. Os afluentes que formam ambos os rios nascem nas montanhas a sudeste e correm para o mar de Aral ao norte,

1.1

por mais de 2.000 km, através dos desertos de Kyzyl Kum e Kara Kum. Até o início do século XX, havia um equilíbrio entre a água fornecida pelos rios Amu Dar’ya e Syr Dar’ya e o índice de evaporação do mar de Aral, que não possui escoadouro.

Entretanto, para que a União Soviética pudesse se tornar auto-suficiente na produção de algodão, foi decretado, em 1918, que as águas dos dois rios que supriam o mar de Aral fossem desviadas para irrigar os milhões de acres de plantações. Como resultado dessa decisão, o mar de Aral se tornou um pesadelo ecológico e ambiental, afetando cerca de 35 milhões de pessoas. À medida que o mar de Aral encolhe, vastas áreas do fundo do mar, anteriormente submersas, ficam expostas. Esse novo sedimento, longe de ser rico e produtivo, contém grande quantidade de cloreto e sulfato de sódio. A

concentração de sal é tão alta que somente uma espécie de planta cresce nele. Ou seja, é muito salgado para qualquer outra coisa.

Por outro lado, o vento que sopra por essas terras, quase desérticas, levanta o sal e a poeira que são carregados por toda a região do Aral. Os sais causam grande prejuízo à safra do algodão e também afetam a vegetação da bacia do Aral. Além disso, cobram um alto preço dos seres humanos: a seca e a poeira salgada têm causado doenças respiratórias e oftalmológicas.

Casos de câncer de garganta têm aumentado, dramaticamente, nos últimos trinta anos. A água potável da região tornou-se tão contaminada que muitas pessoas sofrem de distúrbios intestinais.

A despeito desses danos causados à região pelo moribundo mar de Aral, a irrigação para a produção do algodão continua. O solo em muitos dos

Embora alguns geólogos trabalhem na localização de recursos minerais e energéticos, um trabalho extremamente importante, outros geólogos usam sua especialização para resolver problemas ambientais. Outros, ainda, buscam água subterrânea para atender às necessidades do crescimento explosivo das comunidades e indústrias, ou para monitorar a poluição da água da superfície ou do lençol freático e sugerir os meios para tratá-la. Engenheiros geólogos ajudam a identificar áreas seguras para a localização de barragens, áreas para disposição de resíduos, usinas de energia e projetos de construções resistentes a terremotos.

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FUNDAMENTOS DE GEOLOGIA

campos vem se tornando cada vez mais salgado em razão dos baixos níveis de água corrente e subterrânea, exigindo, portanto, mais irrigação para manter os mesmos níveis de produção.

Isso significa que mais água é desviada do mar de Aral, fazendo que ele se reduza ainda mais.

O mar de Aral poderia ser salvo? Somente por meio de um esforço concentrado e cooperativo dos países que constituem

NORTE

a bacia do Aral. Percebendo isso, os novos Estados independentes, Cazaquistão, Uzbequistão, Quirguistão, Tadjiquistão e Turcomenistão, deram os primeiros passos, assinando um acordo formal em 1992 para compartilhar as águas do Amu Dar’ya e Syr Dar’ya. Adicionalmente, esses Estados participam de uma discussão para criar um conselho que venha supervisionar e coordenar o gerenciamento dos recursos da bacia.

Ainda que a recuperação completa do mar de Aral não seja possível, é viável manter a superfície atual e, até mesmo, elevar o nível do pequeno mar de Aral do norte. Se isso for conseguido, os níveis atuais de salinidade serão reduzidos.

Fonte: Adaptado com autorização de Stephen Dutch, James S. Monroe e Joseph Moran, Earth Science (Minneapolis/St. Paul: West Publishing Co.).

Aralsk

CAZAQUISTÃO

Syr Dar’y

a

MAR DE ARAL

Amu

r ’ ya Da

Muynak

UZBEQUISTÃO

(a) a) Localização. (b) Foto de satélite do mar de Aral, 1985.

NASA

■ Figura 1 (b)

Os geólogos também fazem previsões, de curto e longo prazo, de terremotos e erupções vulcânicas e o seu potencial destrutivo. Além disso, os geólogos trabalham com os planejadores da defesa civil para ajudá-los a formular planos de contingência para o caso da ocorrência desses desastres naturais.

Portanto, como ilustra esse breve resumo, os geólogos possuem uma ampla variedade de carreiras e atribuições. À medida que cresce a população mundial e aumenta a demanda pelos recursos limitados da Terra, nós dependeremos cada vez mais dos geólogos e de suas habilidades.

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