ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DA TERRA

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Estrutura e Composição 
da Terra
Profa. MSc. Neliane de Sousa Alves
Universidade do Estado do Amazonas – UEA
Geologia
Terra: formação de um planeta em 
camadas.
Como, a partir de uma
massa rochosa, a Terra
evoluiu até um planeta vivo,
com continentes, oceanos
e uma atmosfera?
?
Diferenciação
 Transformação de blocos aleatórios de 
matéria primordial num corpo cujo interior 
é dividido em camadas concêntricas, que 
diferem uma das outras tanto física como 
quimicamente.
 Esta ocorreu nos primeiros momentos da 
história da Terra, quando o planeta adquiriu 
calor suficiente para se fundir.
Aquecimento e fusão da 
Terra primordial
 1º momento: a Terra foi exposta aos 
violentos impactos dos planetesimais e de 
corpos maiores.
 Um planetessimal colidindo com a Terra numa V 
de 15 a 20 km/s libera uma energia equivalente 
a 100 vezes o seu peso em TNT 
(trinitrotolueno).
 Nestas colisões a maior parte da energia cinética 
ou de movimento é convertida em CALOR.
Aquecimento e fusão da 
Terra primordial
 A energia de impacto de um corpo, com 
cerca do dobro do tamanho de Marte, 
colidindo com a Terra seria equivalente a 
explodir vários trilhões de bombas 
nucleares de 1 megaton*.
 Energia suficiente para ejetar no espaço 
uma grande quantidade de detritos e gerar 
calor suficiente para fundir a maior parte do 
que restou da Terra.
* = energia de 1 milhão de ton de TNT ou 1.015 cal
Aquecimento e fusão da 
Terra primordial
 2º momento: ocorrência deste 
cataclismo durante os estágios 
tardios de acrescimento da Terra.
 O grande impacto criou uma nuvem de 
detritos da Terra e do corpo impactante, 
que se propalou para o espaço.
 A Lua agregou-se a partir desses 
detritos.
Aquecimento e fusão da 
Terra primordial
 A Terra teria se reconstituído como um 
corpo em grande parte fundido.
 Este impacto acelerou sua velocidade de 
rotação e mudou seu eixo rotacional, 
golpeando-o da posição vertical em relação 
ao plano orbital da Terra para sua atual 
inclinação de 23º.
 4.5 ba – entre o início de acrescimento da 
Terra (4.56 ba) e a idade das rochas mais 
antigas da Lua (4.47 ba)
Aquecimento e fusão da 
Terra primordial
 Outras fontes de calor:
 Os elementos radioativos que se desintegram 
espontaneamente com a emissão de partículas 
subatômicas.
 Essas partículas são absorvidas pela matéria do 
entorno e sua energia de movimento é 
transformada em CALOR.
 O calor radioativo teria contribuído para aquecer 
e fundir materiais da Terra. Estes contribuem 
para manter o calor interior da Terra.
Início da diferenciação
 Estágio inicial: a Terra seria uma mistura 
não-segregada de planetesimais e outros 
remanescentes da nebulosa.
 Após este estágio: ocorreu um gigantesco 
impacto gerando uma fusão de grande 
proporção.
 Cerca de 30 a 65% da Terra fundiram-se: 
“Oceano de lava”
Diferenciação
 O interior aqueceu-se e se tornou menos 
denso e seus componentes podiam mover-
se livremente.
 O material pesado mergulhou para o 
interior: NÚCLEO
 O material mais leve flutuou para a 
superfície: CROSTA
 A emersão do material mais leve carregou 
consigo calor interno para a superfície, de onde 
ele poderia irradiar-se para o espaço.
Diferenciação
 Com a perda de calor a Terra resfriou-se e 
grande parte dela solidificou-se.
 Formação de um planeta diferenciado ou 
zoneado: 
 NÚCLEO
 MANTO
 CROSTA.
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
A formação dos continentes, dos 
oceanos e da atmosfera da Terra
 A fusão primitiva promoveu a formação da 
crosta da Terra e, em conseqüência, dos 
continentes.
 Os materiais mais leves se concentraram 
nas camadas externas e permitiu que pelo 
menos os gases mais leves escapassem do 
interior.
 Esses gases formaram grande parte da 
atmosfera e dos oceanos.
Continentes
 Seus crescimento começou logo após a diferenciação 
e continuou ao longo do tempo geológico.
 O magma do interior da Terra ascendeu à superfície, 
esfriou e se solidificou para formar a crosta rochosa.
 Essa crosta primitiva fundiu-se e solidificou-se
repetidamente, fazendo com que os materiais mais 
leves se separassem dos mais pesados e 
ascendessem ao topo, para formar os núcleos 
primitivos dos continentes.
Continentes
 A água da chuva e outros constituintes da 
atmosfera erodiram as rochas, levando-as a 
decomporem-se e desintegrarem-se.
 Água, vento e gelo desprenderam, então, 
os detritos rochosos e moveram-nos para 
lugares de deposição mais baixos:
 Deposição em camadas: praias, deltas e os 
assoalhos de mares adjacentes.
 Ciclos repetidos desses processos 
estruturou os continentes. 
Oceanos e a atmosfera
1. Origem a partir de materiais ricos em voláteis 
(cometas) que impactaram o planeta depois que ele 
foi formado.
2. Os planetesimais tinham gelo, água e outros voláteis. 
A água estava aprisionada nos minerais, além de N e 
C.
 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 atmosfera pela 
atividade vulcânica.
A atividade vulcânica 
primitiva contribuiu com o 
lançamento, para a 
atmosfera e os oceanos, de 
grandes quantidades de 
vapor d’água, CO2 e outros 
gases e, para os continentes, 
de materiais sólidos.
A fotossíntese dos 
microrganismos removeu o 
CO2 e adicionou oxigênio à 
atmosfera primordial. O 
hidrogênio, devido à sua 
leveza, escapou para o 
espaço exterior.
Sismologia
 A sismologia é a ciência que estuda a 
origem e propagação das ondas elásticas 
nos corpos planetários
 Tipos de ondas:
 P (primárias): são ondas compressionais
 S (secundárias): são ondas cisalhantes. Estas 
não podem se propagar através de qualquer 
fluido – ar, água ou ferro líquido no núcleo 
externo.
Ondas P e S
 A partir dos sismogramas, os geólogos 
podem calcular a velocidade das ondas P e 
S, dividindo a distância percorrida pelo 
tempo de viagem.
 A medida da velocidade dessas onda é 
utilizada para inferir os materiais em 
profundidade.
 As ondas P e S viajam cerca de 17% mais 
rápido em rochas como gabro do que em 
granitos, e além disso, viajam 33% mais 
rápido através do manto superior.
Densidade dos materiais
 A V de propagação das 
ondas aumentam com a 
densidade das rochas
 A densidade dos materiais 
rochosos dentro de cada 
camada da Terra aumenta 
com a profundidade.
 Para cada descontinuidade 
sísmica mais evidente, há 
uma mudança na 
densidade das rochas, que 
é resultante de variações 
na composição química 
e/ou nas fases minerais 
presentes. 
Estrutura da Terra
 Séc. 19: os cientistas já especulavam sobre a constituição 
interna da Terra;
 Charles Darwin (séc. 19): sugeriu que a Terra era 
composta por uma fina casca ao redor de uma massa 
fundida, ao observar erupções vulcânicas e terremotos nos 
Andes.
 Na segunda metade do séc. 19, através de estimativas 
para o raio e massa da Terra, foi calculada sua densidade 
em 5,5 g/cm3.
 Esta densidade é maior que a da maioria das rochas expostas 
à superfície: 2,5-3,0 g/cm3 parte do interior terrestre 
deve ser composto por material mais denso;
 Usando os sideritos e meteoritos pétreos como anologia, 
sugeriu-se que a Terra teria um núcleo composto por uma liga 
metálica de Fe e Ni, envolto por um manto de silicatos de Fe e 
Mg.
Estrutura da Terra
O desenvolvimento da SISMOLOGIA possibilitou o
estudo da estrutura interna da Terra, e revelou que o
planeta é constituído detrês camadas principais:
 Crosta: composição intermediária
 Manto: composição máfica
 Núcleo: externo (Fe líquido) e interno (Fe 
sólido)
Separadas entre si por grandes descontinuidades
detectadas por variações na velocidade de
propagação das ondas sísmicas.
NÚCLEO
MANTO
CROSTA
Estrutura Interna
Descontinuidades Sísmicas
 Descontinuidade de Mohorovicic ou 
Moho: 
 marca o limite crosta-manto
 descoberta em 1909 por Andrija Mohorovicic, 
sismólogo iugoslavo
 O Moho não está a profundidade constante por toda a 
Terra. Se localiza a uma profundidade média de 
aproximadamente 5-10 km nas áreas oceânicas e a 
30-80 km nos continentes, variando com o relevo.
Descontinuidades Sísmicas
 Descontinuidade de Gutenberg:
 Interface manto-núcleo, determinada por Breno 
Gutenberg em 1914, situa-se a 2.900 km de 
profundidade, implicando que o manto forma 83% do 
volume da Terra.
 Estudando as ondas S verificou-se que estas 
não se propagavam no núcleo, o que levou à 
conclusão de que a rigidez do material é nula, 
ou seja, o meio é líquido.
Descontinuidades Sísmicas
 Em 1936, a sismóloga dinamarquesa Inga Lehman 
concluiu que a parte interna do núcleo era distinta da 
parte externa, com V de propagação das ondas P muito 
maiores, dando origem às ondas que apareciam na zona 
de sombra (núcleo externo).
 O núcleo interno começa a aproximadamente 5.100 
km de profundidade e nele se propagam as ondas P e S, 
que são ondas transversais o que significa que o material 
é sólido.
 Portanto, o núcleo é composto por uma parte 
externa que é líquida e uma parte interna, sólida.
Crosta
 Camada mais externa da Terra e apresenta espessura 
variável:
 Fina (cerca de 7km) sob os oceanos
 Espessa (cerca de 40km) sob os continentes e
 Mais espessa (cerca de 70 km) embaixo de altas 
montanhas.
 As ondas P movem-se através das rochas crustais com V 
de 6 a 7 km/s.
 É dividida em Crosta Oceânica e Continental 
Crosta Continental
 Apresenta espessura muito variável:
 30-40 km nas regiões sismicamente estáveis mais antigas 
(os crátons)
 60-80 km nas cadeias de montanhas, tais como os Himalaias 
na Ásia e os Andes na América do Sul.
 Em algumas regiões cratônicas, esta crosta está dividida 
em duas partes maiores pela descontinuidade de 
Conrad que assinala um ligeiro aumento das velocidades 
sísmicas com a profundidade.
 Separa rochas de densidade menor (crosta superior) de 
rochas de maior densidade (crosta inferior)
 Observações diretas sugerem uma subdivisão em 03 partes.
Crosta Oceânica
 O modelo geofísico sugerido para esta sugere a presença de 
três camadas de rochas sobre o manto:
 A camada superior (camada 1), mais fina, apresenta 
velocidades sísmicas baixíssimas e é composta 
predominantemente por sedimentos inconsolidados.
 A camada intermediária (camada 2), de velocidades 
sísmicas mais alta, inclui rochas vulcânicas máficas (minerais 
de Fe e Mg) no topo e diques subvulcânicos máficos na base.
 A camada inferior (camada 3) deve ser composta por 
rochas plutônicas máficas
 Apresenta variações na espessura das camadas e, 
consequentemente, na espessura total da crosta.
 O manto é uma camada essencialmente sólida 
que separa o núcleo metálico e parcialmente 
fundido das rochas resfriadas e rígidas da 
crosta.
 O manto se estende até uma profundidade de 
2.900 km e compreende 83% do volume da 
Terra e 67% de sua massa.
 É dividido em duas regiões sísmicas principais 
que acompanham grosseiramente a superfície 
concêntrica da Terra: o manto superior e o 
manto inferior, que são separados por uma 
descontinuidade sísmica a cerca de 670 km.
O Manto
O manto superior
 Situa-se abaixo da descontinuidade de Mohorovicic até a 
profundidade de cerca de 400 km (primeira 
descontinuidade mantélica)
 A densidade varia de 3,2 g/cm3 no topo até em torno de 
3,6-3,7 g/cm3 a 400km. Densidade das rochas ricas em 
olivina magnesiana e piroxênio.
 Entre o Moho e ~250 km de profundidade, a velocidade 
de propagação das ondas sísmicas sofrem uma ligeira 
diminuição com o aumento da profundidade: ZONA DE 
BAIXA VELOCIDADE
 O principal tipo de rocha do manto é o peridotito (olivina 
+ piroxênio) ou o eclogito (granada + piroxênio
O manto superior
 A temperatura do solidus (início da fusão da rocha, 
no caso o peridotito) é superior à da geoterma
(curva que relaciona a T com a profundidade no 
interior da Terra) sob pressões baixas e altas.
 Neste caso o manto permanece sólido.
 Se a T da geoterma excede a do solidus, o manto 
deve ficar parcialmente fundido, num intervalo 
correspondente a ZBV.
 A quantidade de líquido presente nesta zona é em 
torno de 2% no máximo.
 Suficiente para tornar o manto mais plástico.
Ao descer através da crosta e 
do topo do manto superior, 
portanto, passamos, de uma 
parte RÍGIDA, acima da ZBV, 
para uma parte PLÁSTICA
dentro da ZBV.
Parte rígida : LITOSFERA
Parte dúctil: ASTENOSFERA
Outras descontinuidades do 
manto:
 400 a 650 km: zona de transição caracterizada por 
pequenos aumentos de densidade devido a variação na 
composição química do manto. Os minerais com piroxênio 
e olivina adotam estruturas mais densas.
 Todas as transformações minerais são acompanhadas por 
aumentos das densidades e das velocidades de 
propagação das ondas sísmicas.
 De ~650 km até 100-300 km da descontinuidade de 
Gutenberg (2.900 km), o manto inferior é composto por 
silicatos ferromagnesianos de estrutura densa, por 
silicatos cálcio-aluminosos densos, óxidos de Mg, Fe e Al.
 Aumento da densidade de 4,0 g/cm3 para perto de 5,0 g/cm3
Zona D”
 Localiza-se entre 2.600 e 2.900 km.
 Apresenta propriedades sísmicas anômalas e 
variáveis.
 Revela uma diminuição das velocidades 
sísmicas com o aumento da profundidade.
 A origem e a natureza ainda especulativa.
A Litosfera (100 km de espessura média) é 
a camada mais externa e rígida da Terra e 
inclui a crosta que reage ao stress como um 
sólido quebradiço, e a porção superior do 
manto superior, isto é, o manto litosférico; 
• forma as placas que se movem na superfície 
da Terra, conforme a teoria da tectônica de 
placas, e é caracterizada pela alta 
velocidade e eficiência de propagação 
das ondas sísmicas. 
Litosfera
A Astenosfera, estendendo-se da base da 
litosfera até cerca de 250 km de 
profundidade, é comparativamente uma 
camada pouco rígida, que se deforma por 
deslizamento;
• É a porção do manto superior onde 
provavelmente ocorrem os maiores 
movimentos convectivos, e consiste numa 
zona caracterizada pela baixa velocidade 
das ondas sísmicas, o que sugere a 
presença de uma fase parcialmente fundida. 
Astenosfera
Localiza-se abaixo da ZBV, 
onde o manto está submetido a 
uma pressão mais alta, o que 
faz com que seja novamente 
pouco plástico e totalmente 
sólido.
 A Mesosfera é a região entre a 
base da Astenosfera (250 km) e 
o limite núcleo-manto (2.900 
km), que inclui a porção inferior 
do manto superior e o manto 
inferior
Mesosfera
O Núcleo
 Os aumentos da densidade e da velocidade das 
ondas P, ao atravessarem a descontinuidade 
de Gutenberg, são muito grandes e não podem 
ser gerados por transformações minerais.
 As densidades calculadas para o núcleo sugere 
que o mesmo seja constituído por uma liga 
metálica de Fe e Ni.
 Núcleo externo: líquido, possui densidade 
menor que 10g/cm3, o que indica que a liga de 
Fe-Ni deve incorporar elementos como H, O, 
Na, Mg ou S.
O Núcleo
 Núcleo interno: sólido, composto por liga 
de Fe-Ni.
 Cresce lentamente pela solidificação do núcleo 
externo;
 Gira com uma V maior que a do resto do 
planeta, o que sugereque numa época anterior 
todo o planeta girava com maior rapidez.
 Por estar isolado mecanicamente do resto do 
planeta pelo núcleo externo líquido, o núcleo 
interno mantém sua velocidade.
O calor do Interior da Terra
 A radiação solar é responsável pelos fenômenos que 
ocorrem na superfície da Terra e na atmosfera, se 
tornando desprezível no interior da Terra.
 A energia para processos como a movimentação 
horizontal da litosfera sobre a astenosfera e a geração 
do campo geomagnético deve provir do calor da Terra.
 O mecanismo interno da Terra é governado pela 
energia térmica aprisionada durante a origem 
cataclísmica do planeta e gerada pela 
radioatividade em seus níveis mais profundos.
 O calor interior controla os movimentos no manto e no 
núcleo, suprindo energia para fundir rochas, mover 
continentes e soerguer montanhas 
O calor do Interior da Terra
 Fluxo geotérmico: definido como o produto 
da variação da temperatura com a 
profundidade (gradiente geotérmico), pela 
condutividade térmica das rochas daquela 
camada.
 Dependendo da composição, idade e natureza 
do material da litosfera e dos processos que 
ocorrem abaixo dela, o fluxo de calor varia com 
a região da Terra.
 As regiões de fluxo térmico mais elevado estão 
associadas ao sistema de dorsais meso-
oceânicas.
O calor do Interior da Terra
 A evidência do calor no interior da Terra está 
em todo lugar: vulcões, fontes quentes e 
temperaturas elevadas em minas e furos de 
sondagem.
 Aproximadamente a metade do fluxo total de 
calor da Terra é perdida no resfriamento de 
litosfera oceânica de idade cenozóica (< 65 
Ma).
O transporte de calor e as 
temperaturas no interior da Terra
 O transporte de calor no interior da Terra 
ocorre por dois processos: condução e 
convecção.
 A condução é um processo mais lento, com 
transferência de energia de uma molécula para 
as vizinhas. Acontece nos sólidos (é importante 
na crosta e litosfera)
 A convecção é um processo mais rápido e 
eficiente, com movimento de massa, que ocorre 
nos fluidos, quando o gradiente térmico excede 
um certo valor – gradiente adiabático.
Convecção
 Acontece no núcleo 
externo e no manto 
que comporta-se 
como um líquido.
 A convecção no 
manto é essencial 
para explicar o 
movimento das 
placas tectônicas.
Variações da Temperatura com a 
profundidade:
 Através de dados obtidos em furos de 
sondagem da crosta o gradiente geotérmico 
alcança valores de 30 a 40ºC por quilômetro.
 Se estes gradientes continuassem com o 
mesmo valor para o interior da Terra, as 
temperaturas próximas ao centro seriam tão 
altas que todo o material estaria fundido.
 O núcleo interno é sólido.
Variação da Temperatura com a 
Profundidade:
Variação da Temperatura com a 
Profundidade:
 Existem muitas dúvidas quanto as 
temperaturas vigentes no interior da Terra:
 Na interface manto-núcleo: centenas de ºC até 
talvez 1.500ºC.
 A temperatura dentro do núcleo externo pode 
ser da ordem de 6.000ºC.
 Acredita-se que o núcleo esteja se 
resfriando, com consequente aumento do 
volume do núcleo interno
Tomografia Sísmica
 Obtêm-se distribuições tridimensionais das 
velocidades das ondas S, mostrando que, além das 
variações com a profundidade, existem consideráveis 
variações laterais no material no interior da Terra.
 Sua interpretação relaciona as zonas com 
velocidades sísmicas maiores que a normal com 
zonas mais densas e mais frias
 Enquanto as zonas com V sísmicas menores são 
zonas com rochas menos densas e mais quentes.
 O material mais denso tende a afundar, enquanto o 
menos denso tende a boiar: o interior da Terra 
contém celas de convecção em que o material está 
em movimento essencialmente vertical.
... e rochas mais frias
Uma secção da 
tomografia através 
da Terra revela 
rochas quentes, tais 
como uma pluma do 
manto ascendendo a 
a partir do núcleo da 
Terra sob a África do 
Sul...
Próximo à superfície terrestre, as rochas
quentes na astenosfera atenuam a velocidade
das ondas S, como é revelado pelas cores
vermelho e amarelo ao longo dos centros de
expansão do fundo oceânico.
Movendo-se mais para o fundo, vemos a
litosfera fria e estável do cráton continental
(regiões azul e púrpura) e a astenosfera mais
quente sob as bacias oceânicas (regiões
vermelhas.
Mais profundamente no manto, as feições já
não coincidem com as posições continentais
Próximo à fronteira núcleo-manto, os
padrões das ondas S revelam regiões mais
frias ao redor do pacífico, que podem ser o
cemitério do mergulho das placas
litosféricas.