Elemento-filho

Introdução a Mineralogia e
Geologia Geral
Eng. Civil – Unime – 2016.1
Aula 02
“Estruturando um Planeta”
Prof. Corey
Lauro de Freitas, Fevereiro, 2016.
1. ESTRUTURANDO UM PLANETA: INTRODUÇÃO
A Geologia é a ciência que estuda a Terra:
Orígem, evolução, funcionamento.
→ O sistema Terra evoluiu ao longo do tempo
geológico.
→ A Terra tem cerca de 4,5 billões de anos.
→ A vida tem orígem à 3 billões.
→ Hominídeos à 5 millões de anos.
→ Homo-sapiens à 120 mil anos.
2. O MÉTODO CIENTÍFICO
→ Eventos físicos possuem explicações físicas.
O método científico:
Hipótese
Teoria
Modelo científico
(Simulação numérica: cálculo
numérico)
3. TEORIAS E PRÁTICAS DA GEOLOGIA
→ Registro geológico é a informação preservada
nas rochas.
Princípio do uniformitarismo:
“O presente é a chave do pasado” (James Hutton)
As leis naturais não mudam, mas podem variar
em intensidade, taxa, locação dentro do
Universo onde esses processos ocorrem.
Exemplo de leis:
• Decaimento radioativo
• Atração gravitacional
• Comportamento eletromagnético
Alguns eventos geológicos são lentos:
Levou mais de 250 millões
de anos para depositar
esta sequência de camadas
de sedimentos
As rochas da base do Grand
Canyon têm 2 billões
de anos
Alguns eventos geológicos são instantâneos:
(impacto por meteoroides, vulcões, terremotos)
Cratera (1,2 km) de
meteorito (bólido) formada
em alguns segundos à
50 mil anos
Tempo geológico
Datação absoluta
Idade da Terra:
baseada na mitologia
Tradição budista:
Infinita – cíclica
Tradição chinesa Han:
Ciclo 23 milhões de anos
Arcebispo de Ussher (1581-1656)
(árvores genealógicas da Bíblia –
200 gerações desde Adão)
Terra teria sido criada a
26 de outubro do ano 4004 AC,
às nove horas da manhã
Georges Louis Leclerc
Conde de Buffon (1779)
Les époques de la nature (1778)*
Baseou-se na taxa de resfriamento do ferro
75.000 anos
(1707-1788)
Naturalista, matemático,
cosmologista francês
Condenado pela Igreja Católica e
seus livros foram queimados
William Thomson,
Lord Kelvin (1862)
20- 400 Ma
idades inferiores a 100 Ma
(cálculos de resfriamento da Terra)
(1824-1907)
físico inglês- defensor da cronologia curta
John Joly (1899)
100 Ma oceanos e Terra salinidade dos oceanos
com a quantidade de sais
trazida pelos rios e
afluentes
(1857-1933)
físico irlandês, radioterapia
George Darwin
100 Ma
Evolução da Lua
(1845-1912)
cosmologista inglês
• Henri Becquerel (1852 - 1908):
• Pierre Curie (1859-1906)
físico francês, descoberta da
radioatividade
Marie Curie (1867-1934):
decaimento radiativo
Ernest Rutherford
Físico inglês (1871 - 1937)
primeiro a sugerir que era
possível utilizar a radioatividade
para datar rochas
Bertram Boltwood
1904-1907: primeiro pesquisador a utilizar a
radioatividade para datar rochas.
250 Ma - 1.3 Ga
Arthur Holmes
1921: Terra 4 Ga
• Geólogo britânico - (1890 - 1965)
Por meio da série urânio chumbo conseguiu obter uma idade de
370 Ma
(Devoniano) de rochas na Noruega
HISTÓRIA DA ESCALA DO TEMPO GEOLÓGICO
Métodos de datação absoluta
Os métodos de datação radiométrica só foram completamente
desenvolvidos e amplamente aplicados a partir dos anos 50
do século XX, quando a radioatividade se tornou mais
completamente entendida e os equipamentos necessários
(espectrômetro de massa) para a sua aplicação na datação
fossem desenvolvidos.
Princípios básicos
Decaimento radiativo *
reação espontânea que ocorre dentro do átomo instável
que se transforma em outro átomo estável
Elemento-pai
ou
Nuclídeo-pai
Elemento-filho
ou
Nuclídeo-filho
(RADIOATIVO)
(RADIOGÊNICO)
* Decaimento alfa, beta ou por captura de elétrons
Princípios básicos
Série de decaimento radioativo do Urânio 238 para
Chumbo 206. Neste processo, a emissão de
Partículas alfa e beta transforma o Urânio 238
(radiativo) em chumbo 206 (radiogênico),
um elemento estável.
Princípios básicos
Elemento-pai
ou
Nuclídeo-pai
(RADIOATIVO)
Tempo de decaimento
Meia-vida
Elemento-filho
ou
Nuclídeo-filho
(RADIOGÊNICO)
Princípios básicos
Dentre os inúmeros isótopos radioativos existentes na natureza
apenas cinco tem meias vidas suficientemente longas,
para serem utilizadas na datação de materiais geológicos.
Elemento Pai
Elemento Filho
(radioativos)
(radiogênicos)
Rubídio (87
4,8
Nd)
1,06
Pb)
1,4
Pb)
0,70
(206Pb)
4,5
Ar)
4,2
Rb)
Estrôncio (87
Sm)
Neodímio (143
Th)
Chumbo (208
U)
Chumbo (207
Urânio (235
Urânio
Sr)
Argônio (40
Samário (147
Tório (232
Ar)
(Ga)
1,3
K)
Potássio (40
(238U)
Rênio (187
Re)
Chumbo
Meia vida (t1/2)
Ósmio (187
Princípios básicos
Datação radiométrica
baseia-se
na acumulação de elementos filhos,
a partir do decaimento de um tipo de
átomo pai
É NECESSÁRIO CONHECER:
No DE ÁTOMOS PAI, ÁTOMOS FILHOS E
A TAXA DE DECAIMENTO OU A MEIA-VIDA DO PAI
Princípios básicos
Os/Re
Rb/Sr; Sa/Ne
Espectrômetros de massa
Espectrômetro de massa
Mass Spectrometer
detecção de elementos com concentrações de até n partes por trilhão (ppt).
Escala do tempo geológico
15
4,5
Bilhões de anos
Origem
da
Vida
História da
Terra
4. A ORÍGEM DE NOSSO SISTEMA PLANETÁRIO
DO
BIG BANG
À
TERRA
4,5 BILHÕES DE ANOS
10 BILHÕES DE ANOS
BIG BANG
TERRA
→ Orígem do universo: Teoria do Big Bang.
A grande explosão aconteceu à 14 billões de
anos, a partir de um ponto onde se concentrava
toda a matéria, esse ponto era extremamente
denso tornou-se instável e explodiu. Desde
então até hoje o universo continua a se
expandir.
Do que é composto o Universo?
GALÁXIAS
SISTEMAS SOLARES
PLANETAS
MATÉRIA
ESCURA
GALAXIAS
Um grande conjunto de estrelas
(100 bilhões) + poeira + gas
Ficam juntas por força gravitacional
Três tipos de galáxias
Espiral
Estrelas poeira e gas
que giram a partir
de um centro
Eliptica
Forma de ovo; quase
não tem poeira + gas entre
as estrelas;
Irregular
Não tem forma definida;
menor do que as outras e tem
A hipótese da Nebulosa:
Nebulosa Solar (nuvem gasosa mais
poeira cósmica) cresceu quente .
Achatamento (“disco) e rotação: maior calor na região
mais interna. “Disco” nebulosa, uma vez formada,
iniciou seu resfriamento e muitos dos gases se
condensaram.
ATRAÇÃO GRAVITACIONAL forçou a acresção da poeira
cósmica e material condensado em planetésimos. É ela que
mantém a Terra e os outros planetas do Sistema Solar e o
próprio Sol, coesos.
O COMEÇO DO COMEÇO
4.56 BILHÕES DE ANOS ATRÁS
Courtesy of NASA/JPL-Caltech
Choques entre planetésimos; re-arranjo do material no espaço:
formação dos 8 planetas do sistema solar em suas órbitas
atuais.
SOL
PLANETAS
INTERNOS
(TERRESTRES)
MAIS DENSOS
Planetas
externos
(gigantes); têm
atração
gravitacional
suficiente para
atrair os
constituintes
nebulosos mais
leves; podem
possuir núcleos
rochosos
A FORMAÇÃO DO SISTEMA SOLAR
E PORTANTO
DA TERRA, DOS PLANETAS E DOS
ASTERÓIDES OCORREU HÁ
4,57 BILHÕES DE ANOS (ba)
Retornando
ao
COMEÇO DO COMEÇO
O COMEÇO DO COMEÇO
4.56 BILHÕES DE ANOS ATRÁS
Courtesy of NASA/JPL-Caltech
05. A Terra Primitiva
INICIO DA HISTÓRIA DA TERRA
UMA ESFERA DE MATERIAL FUNDIDO
TERRA
(4,4 Ga)
Com o Resfriamento da Terra
forma-se a crosta primitiva
PORQUE A TERRA ERA
QUENTE ?
Quais eram os
mecanismos de
aquecimento do corpo
primitivo ?
Impacto de planetésimos: energia de
movimento transforma-se em calor;
Compressão gravitacional: redução de
volume, causando aumento na temperatura
interna
PT < PG
Contração
Desintegração de elementos
radioativos: (U,Th, K, etc.)
Rb
CENÁRIO HÁ 4,57 Ga: Terra Fundida;
Energia Interna; Girando no Sistema
Solar
Consequência principal:
ESTRUTURAÇÃO INTERNA: via
reorganização de compostos
químicos
DIRIGIDA pela densidade dos compostos e
pela temperatura e pressão de equilíbrio.
Material mais pesado afunda e segue
para o interior da Terra; Material mais
leve flutua
A subida de material mais leve teria trazido o
calor para a superfície e dissipando-o
A Terra vai resfriando e solidificando,
transformando-se em um planeta zonado e
diferenciado em 3 camadas principais:
Núcleo, Crosta e o Manto separando as
duas zonas
EVOLUÇÃO DO PLANETA TERRA
ASSOCIA-SE A DIFERENCIAÇÃO
TRANSFORMAÇÃO DE UMA MISTURA
CAÓTICA DE MATERIAIS EM UM
CORPO ESTRUTURADO EM
CAMADAS CONCÊNTRICAS QUE
DIFEREM ENTRE SI
QUIMICAMENTE E FISICAMENTE
Entre 1 000 e 25 000 Km de altitude
ocorrem duas regiões
em forma de circulos achatados
denominadas de
CINTURÃO DE VAN ALLEN
Compostas de
eletrons + protons
viajando em alta velocidade (~600Km/s)
Outras particulas carregadas elétricamente
(vento solar)
Magnetosfera: Parte externa da atmosfera, na qual o campo
magnético da Terra se encontra confinado
região ocupada pelo campo magnético
o escudo magnético da Terra
TEMPESTADES
MAGNÉTICAS /
ERUPÇÕES
SOLARES
Aumenta a densidade de partículas no
vento solar (≥ 10 particulas/cm3).
Parte bloqueada pelo campo
geomagnético.
Nos polos as partículas penetram até a atmosfera superior
(alt. 80 km)
Ao interagir com os átomos da atmosfera produzem as chamadas
AURORAS
 Hemisferio Norte Aurora Boreal
 Hemisfério Sul: Aurora Austral
A TERRA PRIMITIVA: FORMAÇÃO DE UM
PLANETA EM CAMADAS
A TERRA PRIMITIVA: FORMAÇÃO DE UM
PLANETA EM CAMADAS
Formação da Lua
Simulação Computacional por H.J.
Melosh (University of Arizona)
Formação
da Lua
Formação da Lua
Vista a partir
da Lua recem
formada
A Terra poderia
estar tão quente
quanto o Sol
por uns 10,000
anos
A Terra começa a esfriar
Formação dos ocêanos:
A primeira aparição da Lua
Voltando à Terra .........
Formação da Terra por camadas:
Diferenciação da Terra primitiva:
Crosta
Manto
Ferro líquido
do núcleo
externo
Ferro sólido
do núcleo
interno
A composição química da Terra:
Toda a Terra:
Fe+O+Si+Mg = 93%
Crosta:
O+Si+Al = 82%
Fig. 1.7
A TERRA COMO UM SISTEMA DE
COMPONENTES INTERATIVOS:
A Crosta: Os continentes são feitos de
material mais leve assim que, literalmente
flotam sobre um material mais denso:
0 (km) Crosta oceânica
10 (3.0 g/cm3)
20
30
Manto
40
(3.4 g/cm3)
50
Crosta continental
(2.8 g/cm3)
A distância horizontal não está a escala
Moho
discontinuidade
A crosta continental menos densa
flota sobre o manto mais denso
10
20
30
40
50
O sistema das placas tectónicas:
Whole-mantle convection
Mantle
Outer core
Inner core
Upper
mantle
700 km
Lower
mantle
2900 km
Outer core
Convecção de todo o Manto:
Upper
mantle
700 km
Lower
mantle
2900 km
Outer core
Convecção Estratificado
Boundary near
700 km separates
the two convection
systems.