TECTONICA DE PLACAS
segunda-feira, outubro 06, 2008 Edit This 0 Comments »
TECTÓNICA DE PLACASA teoria da tectónica de placas surgiu a partir da observação de dois fenómenos geológicos distintos: a deriva continental, identificada no início do século XX, e a expansão dos fundos oceânicos, detectada pela primeira vez na década de 1960. A teoria propriamente dita foi desenvolvida no final dos anos 60 e desde então tem sido universalmente aceite pelos cientistas, tendo revolucionado as Ciências da Terra (comparável no seu alcance com o desenvolvimento da tabela periódica na Química, a descoberta do código genético na Biologia ou à mecânica quântica na Física).
Placas tectónicas
O princípio chave da tectónica de placas é a existência de uma litosfera constituída por placas tectónicas separadas e distintas, que flutuam sobre a astenosfera. A relativa fluidez da astenosfera permite que as placas tectónicas se movimentem em diferentes direcções.
As placas contactam umas com as outras ao longo dos limites de placa, estando estes comummente associados a eventos geológicos como terramotos e a criação de elementos topográficos como cadeias montanhosas, vulcões e fossas oceânicas. A maioria dos vulcões activos do mundo situa-se ao longo dos limites de placas, sendo a zona do Círculo de Fogo do Pacífico a mais conhecida e activa. Estes limites são apresentados em detalhe mais adiante.
As placas tectónicas podem incluir crusta continental ou crusta oceânica, sendo que, tipicamente, uma placa contém os dois tipos. Por exemplo, a placa Africana inclui o continente africano e parte dos fundos marinhos do Atlântico e do Índico. A parte das placas tectónicas que é comum a todas elas, é a camada sólida superior do manto que se situa sob as crustas continental e oceânica, constituindo conjuntamente com a crusta a litosfera.
A distinção entre crusta continental e crusta oceânica baseia-se na diferença de densidades dos materiais que constituem cada uma delas; a crusta oceânica é mais densa devido às diferentes proporções dos elementos constituintes, em particular do silício. A crusta oceânica é mais pobre em sílica e mais rica em minerais máficos (geralmente mais densos), enquanto que a crusta continental apresenta maior percentagem de minerais félsicos (em geral menos densos).
Como consequência, a crusta oceânica está geralmente abaixo do nível do mar (como, por exemplo, a maior parte da placa do Pacífico), enquanto que a crusta continental se situa acima daquele nível (ver isostasia para uma explicação deste princípio).
São três os tipos de limites de placas, caracterizados pelo modo como as placas se deslocam umas relativamente às outras, aos quais estão associados diferentes tipos de fenómenos de superfície:
- Limites transformantes ou conservativos - ocorrem quando as placas deslizam ou mais precisamente roçam uma na outra, ao longo de falhas transformantes. O movimento relativo das duas placas pode ser direito ou esquerdo, consoante se efectue para a direita ou para a esquerda de um observador colocado num dos lados da falha.
- Limites divergentes ou construtivos – ocorrem quando duas placas se afastam uma da outra.
- Limites convergentes ou destrutivos – (também designados por margens activas) ocorrem quando duas placas se movem uma em direcção à outra, formando uma zona de subducção (se uma das placas mergulha sob a outra) ou uma cadeia montanhosa (se as placas simplesmente colidem e se comprimem uma contra a outra).
Há limites de placas cuja situação é mais complexa, nos casos em que três ou mais placas se encontram, ocorrendo então uma mistura dos três tipos de limites anteriores.
Limites divergentes ou construtivos
Nos limites divergentes, duas placas afastam-se uma da outra sendo o espaço produzido por este afastamento preenchido com novo material crustal, de origem magmática. A origem de novos limites divergentes é por alguns associada com os chamados pontos quentes. Nestes locais, células de convecção de grandes dimensões transportam grandes quantidades de material astenosférico quente até próximo da superfície e pensa-se que a sua energia cinética poderá ser suficiente para produzir a fracturação da litosfera. O ponto quente que terá dado início à formação da dorsal meso-atlântica situa-se actualmente sob a Islândia; esta dorsal encontra-se em expansão à velocidade de vários centímetros por século.
Limites convergentes ou destrutivos
Onde a colisão se dá entre duas placas continentais, ou elas se fragmentam e se comprimem mutuamente ou uma mergulha sob a outra ou (potencialmente) sobrepõe-se à outra. O efeito mais dramático deste tipo de limite pode ser visto na margem norte da placa Indiana. Parte desta placa está a ser empurrada por baixo da placa Euroasiática, provocando o levantamento desta última, tendo já dado origem à formação dos Himalaias e do planalto do Tibete. Causou ainda a deformação de partes do continente asiático a este e oeste da zona de colisão.
Quando há convergência de duas placa de crusta oceânica, tipicamente ocorre a formação de um arco insular, à medida que uma placa mergulha sob a outra. O arco é formado a partir de vulcões que eruptam através da placa sobrejacente à medida que se dá a fusão da placa mergulhante. A forma de arco aparece devido à esfericidade da superfície terrestre. Ocorre ainda a formação de uma profunda fossa submarina em frente a estes arcos, na zona em que o bloco descendente se inclina para baixo. Bons exemplos deste tipo de convergência de placas são as ilhas do Japão e as Ilhas Aleutas, no Alasca. (figuras?)
Da esquerda para direita: continental/continental; oceânico/continental e oceânico/oceânico;
Nem todos os limites de placas podem ser definidos. Alguns são largas faixas cujo movimento ainda é mal conhecido pelos cientistas. Um exemplo é o limite mediterrânico-alpino que envolve duas placas principais e várias microplacas.
Causas do movimento das placas
Conforme foi referido acima, as placas movem-se graças à fraqueza relativa da astenosfera. Pensa-se que a fonte da energia necessária para produzir este movimento seja a dissipação de calor a partir do manto. Imagens tridimensionais do interior da Terra (tomografia sísmica), mostram a ocorrência de fenómenos de convecção no manto (Tanimoto 2000). A forma como estes fenómenos de convecção estão relacionados com o movimento das placas é assunto de estudos em curso bem como de discussão. De alguma forma, esta energia tem de ser transferida para a litosfera de forma a que as placas se movam. Há essencialmente duas forças que o podem conseguir: o atrito e a gravidade.
Atrito
- Atrito do manto: as correntes de convecção do manto são transmitidas através da astenosfera; o movimento é provocado pelo atrito entre a astenosfera e a litosfera.
- Sucção nas fossas: correntes de convecção locais exercem sobre as placas uma força de arrasto friccional, dirigida para baixo, em zonas de subducção nas fossas oceânicas.
As correntes de convecção são um fenómeno que ocorre devido ao calor que é produzido pelo núcle terrestre, o que gera a subida de massas quentes no manto, enquanto que as mais superficiais que estão mais frias descem. Forma-se assim um género de "tapete rolante" que arrasta as placas litosféricas.
Gravidade
- Ridge-push: O movimento das placas é causado pela maior elevação das placas nas cristas meso-oceânicas. A maior elevação é causada pela relativamente baixa densidade do material quente em ascensão no manto. A verdadeira força produtora de movimento é esta ascensão e a fonte de energia que a sustenta. No entanto é difícil explicar a partição dos continentes a partir desta ideia.
- Slab pull: o movimento das placas é causado pelo peso das placas frias e densas, afundando-se nas fossas. Há evidências consideráveis de que ocorre convecção no manto. A ascensão de materiais nas cristas meso-oceânicas é quase de certeza parte desta convecção. Alguns modelos mais antigos para a tectónica de placas previam as placas sendo levadas por células de convecção, como em bandas transportadoras. Porém, hoje em dia, a maior parte dos cientistas acredita que a astenosfera não é suficientemente forte para produzir o movimento por fricção. Pensa-se que o arrasto causado por blocos será a força mais importante aplicada sobre as placas. Modelos recentes mostram que a sucção nas fossas também tem um papel importante. No entanto, é de notar que a placa norte-americana, não sofre subducção em parte alguma e ainda assim move-se. O mesmo se passa com as placas africana, euroasiática e da Antártida. As forças que realmente estão por detrás do movimento das placas bem como a fonte de energia por detrás delas continuam a ser tópicos de aceso debate e de investigações em curso.
- Atrito lunar: num estudo publicado em Janeiro-Fevereiro de 2006 no boletim da Geological Society of America, uma equipa de cientistas italianos e estado-unidenses defende a tese de que uma componente do movimento para oeste das placas tectónicas é devida ao efeito de maré produzido pela atracção da Lua. À medida que a Terra gira para este, segundo eles, a gravidade da Lua vai pouco a pouco puxando a camada superficial da Terra de volta para oeste. Isto poderá também explicar porque é que Vénus e Marte não têm placas tectónicas, uma vez que Vénus não tem luas e as luas de Marte são demasiado pequenas para produzirem efeitos de maré sobre este planeta [2]. Ainda assim, não se trata de uma ideia nova. Foi pela primeira vez avançada pelo "pai" da hipótese da tectónica de placas, Alfred Wegener e desafiada pelo físico Harold Jeffreys que calculou que a magnitude do atrito provocado pelo efeito de maré que seria necessária, teria causado a paragem da rotação da Terra há muito tempo. De notar também que muitas das placas na realidade movem-se para norte e este, não para oeste.
O movimento das placas é medido directamente pelo sistema GPS.
Super continentes
Ao longo do tempo o movimento das placas tem causado a formação e separação de continentes, incluindo a formação ocasional de um super continente contendo todos ou quase todos os continentes. O super continente Rodínia terá sido formado há cerca de 1000 milhões de anos contendo todos ou quase todos os continentes da Terra, tendo-se fragmentado em oito continentes há cerca de 600 milhões de anos. Posteriormente, estes oito continentes voltaram a formar um outro super continente chamado Pangea. Este super continente acabaria por dividir-se em dois, Laurasia (que daria origem à América do Norte e Eurásia) e Gondwana (que daria origem aos restantes continentes actuais).
História e impacto
Deriva continental
A deriva continental foi uma das muitas ideias sobre tectónica propostas no final do século XIX e princípios do século XX. Esta teoria foi substituída pela tectónica de placas e os seus conceitos e dados igualmente incorporados nesta.
Padrão de distribuição de fósseis nos vários continentes.
Em 1915 Alfred Wegener foi o primeiro a produzir argumentos sérios sobre esta ideia, na primeira edição de The origin of continents and oceans. Nesta obra ele salientava que a costa oriental da América do Sul e a costa ocidental de África pareciam ter estado unidas antes. No entanto, Wegener não foi o primeiro a fazer esta sugestão (precederam-no Francis Bacon, Benjamin Franklin e Antonio Snider-Pellegrini), mas sim o primeiro a reunir significativas evidências fosseis, paleo-topográficas e climatológicas que sustentavam esta simples observação. Porém, as suas ideias não foram levadas a sério por muitos geólogos, que realçavam o facto de não existir um mecanismo que parecesse ser capaz de causar a deriva continental. Mais concretamente, eles não entendiam como poderiam as rochas continentais cortar através das rochas mais densas da crusta oceânica.
Em 1947 uma equipa de cientistas liderada por Maurice Ewing a bordo do navio de pesquisa oceanográfica Atlantis da Woods Hole Oceanographic Institution, confirmou a existência de uma elevação no Oceano Atlântico central e descobriu que o fundo marinho por baixo da camada de sedimentos era constituído por basalto e não granito, rocha comum nos continentes. Descobriram também que a crusta oceânica era muito mais delgada que a crusta continental. Estas descobertas levantaram novas e intrigantes questões[3].
A partir da década de 1950 os cientistas, utilizando instrumentos magnéticos (magnetómetros) adaptados de aeronaves desenvolvidas durante a Segunda Guerra Mundial para a detecção de submarinos, começaram a aperceber-se de estranhas variações do campo magnético ao longo dos fundos marinhos. Esta descoberta, apesar de inesperada, não era inteiramente surpreendente pois sabia-se que o basalto – uma rocha vulcânica rica em ferro - contém magnetite, um mineral fortemente magnético, podendo em certos locais causar distorção nas leituras de bússolas. Esta distorção já era conhecida dos marinheiros islandeses desde o século XVIII. Mais importante ainda, uma vez que a magnetite dá ao basalto propriedades magnéticas mensuráveis, estas recém-descobertas variações magnéticas forneciam um novo meio de estudar os fundos marinhos. Quando se dá o arrefecimento de rochas portadoras de minerais magnéticos, estes orientam-se segundo o campo magnético terrestre existente nesse momento.
À medida que na década de 1950 se procedia à cartografia de cada vez maiores extensões de fundos marinhos, estas variações magnéticas deixaram de parecer isoladas e aleatórias, antes revelando padrões reconhecíveis. Quando se fez o levantamento destes padrões magnéticos numa área bastante alargada, o fundo do oceano mostrou um padrão de faixas alternantes. Estas faixas alternantes de rochas magneticamente diferentes estavam dispostas em linhas em cada um dos lados da dorsal oceânica e paralelamente a esta: uma faixa com polaridade normal e a faixa adjacente com polaridade invertida.
Quando os estratos rochosos das bordaduras de continentes separados são muito similares, isto sugere que estas rochas se formaram todas da mesma maneira, implicando que inicialmente se encontravam juntas. Por exemplo, algumas partes da Escócia contêm rochas muito similares às encontradas no leste da América do Norte. Além disso, os Montes Caledonianos da Europa e partes dos Montes Apalaches da América do Norte são muito semelhantes estrutural e litologicamente.
Continentes flutuantes
O conceito dominante era o de que existiam camadas estratificadas e estáticas sob os continentes. Cedo se observou que apesar de nos continentes aparecer granito, os fundos marinhos pareciam ser constituídos por basalto, mais denso. Parecia pois, que uma camada de basalto estava subjacente às rochas continentais.
Porém, baseando-se em anomalias na deflexão de fios de prumo causadas pelos Andes no Peru, Pierre Bouguer deduziu que as montanhas, menos densas, teriam que ter uma projecção na camada subjacente, mais densa. A ideia de que as montanhas têm "raízes" foi confirmada cem anos mais tarde por George Biddell Airy, enquanto estudava o campo gravítico nos Himalaias, tendo estudos sísmicos posteriores detectado as correspondentes variações de densidade.
Em meados da década de 1950 permanecia sem resposta a questão sobre se as montanhas estavam ancoradas em basalto ou flutuando como icebergs.
Teoria da tectónica de placas
Durante a década de 1960 fizeram-se grandes progressos e mais foram despoletados por várias descobertas, sobretudo a da dorsal meso-atlântica. Salienta-se a publicação, em 1962, de uma comunicação do géologo americano Harry Hess (Robert S. Dietz publicou a mesma ideia um ano antes na revista Nature. No entanto a prioridade deve ser dada a Hess, pois ele distribuiu um manuscrito não publicado do seu artigo de 1962, em 1960). Hess sugeriu que os continentes não se moveriam através da crusta oceânica (como sugerido pela deriva continental) mas que uma bacia oceânica e o continente adjacente moviam-se conjuntamente numa mesma unidade crustal ou placa. Nesse mesmo ano, Robert R. Coats do U.S. Geological Survey descreveu as principais características da subducção no arco insular das Ilhas Aleutas. Esta sua publicação, ainda que pouco notada na altura (tendo sido até ridicularizada), tem sido de então para cá considerada como seminal e presciente. Em 1967, Jason Morgan propôs que a superfície da Terra consiste de 12 placas rígidas que se movem umas em relação às outras. Dois meses mais tarde, em 1968, Xavier Le Pichon publicou um modelo completo baseado em 6 placas principais com os seus movimentos relativos.
Expansão dos fundos oceânicos
A descoberta da alternância de polaridade magnética das rochas dos fundos marinhos e da sua simetria relativamente às cristas meso-oceânicas sugeria uma relação. Em 1961, os cientistas começaram a teorizar que as cristas meso-oceânicas corresponderiam a zonas estruturalmente débeis onde o fundo oceânico estava a ser rasgado em dois segundo o comprimento ao longo da crista. O magma fresco proveniente das profundezas do interior da Terra sobe facilmente através destas zonas de fraqueza e eventualmente flui ao longo das cristas criando nova crusta oceânica. Este processo, mais tarde designado por expansão dos fundos oceânicos, em funcionamento há muitos milhões de anos é o responsável pela criação dum sistema de dorsais oceânicas com uma extensão próxima de 50 000 km. Esta hipótese era apoiada por vários tipos de observações:
- nas cristas ou nas suas proximidades, as rochas são muito jovens, tornando-se mais antigas à medida que nos afastamos delas;
- as rochas mais jovens presentes nas cristas apresentam sempre a polaridade actual (normal);
- faixas de rocha paralelas às cristas com alternância de polaridade magnética (normal-inversa-normal…) sugerem que o campo magnético da Terra tem sofrido muitas inversões ao longo do tempo.
Ao explicar quer o padrão de alternância de polaridade das rochas, quer ainda a construção do sistema de dorsais meso-oceânicas, a hipótese da expansão dos fundos oceânicos ganhou adeptos e representou mais um grande avanço no desenvolvimento da teoria da tectónica de placas. Mais ainda, a crusta oceânica passou a ser vista como um registo magnético natural da história das inversões do campo magnético terrestre.
A descoberta da subducção
Uma importante consequência da expansão dos fundos oceânicos era que nova crusta estava a ser (e é-o ainda hoje), formada ao longo das cristas das dorsais oceânicas. Esta ideia caiu nas graças de alguns cientistas que afirmaram que a deslocação dos continentes pode ser facilmente explicada por um grande aumento do tamanho da Terra desde a sua formação. Porém, esta chamada teoria da Terra expandida, não era satisfatória pois os seus defensores não podiam apontar um mecanismo geológico convincentemente capaz de produzir tão súbita e enorme expansão. A maioria dos geólogos acredita que o tamanho da Terra terá variado muito pouco ou mesmo nada desde a sua formação há 4.6 biliões de anos, levantando assim uma nova questão: como pode ser continuamente adicionada nova crusta ao longo das cristas oceânicas, sem aumentar o tamanho da Terra?
Esta questão intrigou particularmente Harry Hess, geólogo da Universidade de Princeton e contra-almirante na reserva e ainda Robert S. Dietz, um cientista do U.S. Coast and Geodetic Survey, que havia sido o primeiro a utilizar o termo expansão dos fundos oceânicos. Dietz e Hess estavam entre os muito poucos que realmente entendiam as implicações da expansão dos fundos oceânicos. Se a crusta da Terra se expandia ao longo das cristas oceânicas, teria que estar a encolher noutro lado, raciocinou Hess. Sugeriu então que a nova crusta oceânica se espalhava continuamente a partir das cristas oceânicas. Muitos milhões de anos mais tarde, essa mesma crusta oceânica acabará eventualmente por afundar-se nas fossas oceânicas – depressões muito profundas e estreitas ao longo das margens da bacia do Pacífico. Segundo Hess, o Oceano Atlântico encontrava-se em expansão enquanto o Oceano Pacífico estava em retracção. Enquanto a crusta oceânica antiga era consumida nas fossas, novo magma ascendia e eruptava ao longo das cristas em expansão, formando nova crusta. Com efeito, as bacias oceânicas estavam perpetuamente a ser "recicladas", com a criação de nova crusta e a destruição de antiga crusta oceânica a ocorrerem simultaneamente. Assim, as ideias de Hess explicavam claramente por que é que a Terra não aumenta de tamanho com a expansão dos fundos oceânicos, por que é tão pequena a acumulação de sedimentos nos fundos oceânicos e por que é que as rochas oceânicas são muito mais jovens que as rochas continentais.
Cartografando terramotos
Durante o século XX, as melhorias na instrumentação sísmica e o uso mais disseminado pelo mundo de instrumentação de registo de terramotos (sismógrafos), permitiu aos cientistas descobrir que os terramotos tendem a concentrar-se em determinadas zonas, sobretudo ao longo das fossas oceânicas e das cristas expansivas. No final da década de 1920, os sismólogos começavam a identificar várias zonas sísmicas paralelas às fossas, com uma inclinação típica entre 40 e 60º a partir da horizontal e que se estendiam por várias centenas de quilómetros em direcção ao interior da Terra. Estas zonas tornaram-se mais tarde conhecidas com zonas de Wadati-Benioff, em honra dos sismólogos que as identificaram pela primeira vez, Kiyoo Wadati do Japão e Hugo Benioff dos Estados Unidos. O estudo da sismicidade a nível global avançou grandemente nos anos 60 com a criação da Worldwide Standardized Seismograph Network (WWSSN) com o objectivo de monitorizar o cumprimento do tratado de 1963 que bania ensaios de armas nucleares à superfície. Os dados de muito melhor qualidade obtidos pelos instrumentos da WWSSN permitiram aos sismólogos cartografar com precisão as zonas de concentração de terramotos a nível mundial.
Mudança de paradigma geológico
A aceitação das teorias da deriva continental e da expansão dos fundos oceânicos (os dois elementos chave da tectónica de placas) pode ser comparada à revolução que Copérnico produziu na astronomia (ver Nicolaus Copernicus). Num período de apenas alguns anos, ocorreu uma revolução na geofísica e sobretudo na geologia. O paralelismo é notório; da mesma forma que a astronomia pré-copérnica era altamente descritiva mas ainda assim incapaz de fornecer explicações para o movimento dos corpos celestes, as teorias da geologia anteriores à tectónica de placas descreviam o que se observava mas debatiam-se com a falta de quaisquer mecanismos fundamentais. O problema residia na questão Como?. Antes da aceitação da tectónica de placas a geologia estava presa numa caixa "pré-copérnica".
Ainda assim, quando comparada com o que se passou na astronomia, a revolução na geologia foi muito mais repentina. Aquilo que fora rejeitado por todas as publicações científicas dignas desse nome, foi avidamente aceite poucos anos depois, nas décadas de 1960 e 1970. Qualquer descrição geológica anterior era apenas descritiva. Todas as rochas estavam descritas e uma variedade de razões eram avançadas, por vezes com um detalhe quase doentio, para o porquê de se encontrarem onde se encontravam. As descrições continuam válidas, contudo, as razões então apontadas hoje em dia parecem-se bastante com a astronomia pré-copérnica.
Apenas temos que ler as descrições anteriores à tectónica de placas sobre por que existem os Alpes ou os Himalaias para ver a diferença. Na tentativa de responder a questões como Como podem rochas que são claramente de origem marinha existir a milhares de metros acima do nível do mar?, ou, Como se formaram as margens concavas e convexas da cadeia Alpina?, qualquer avanço esbarrava na complexidade que se resumia a jargão técnico sem um contributo significativo para a compreensão dos mecanismos associados.
Com a tectónica de placas as respostas rapidamente ocuparam o seu lugar ou tornou-se claro qual o caminho para a sua obtenção. As colisões de placas convergentes possuíam a força necessária para levantar o fundo marinho até à atmosfera rarefeita. A origem das fossas oceânicas estranhamente situadas ao largo de arcos insulares ou de continentes e dos vulcões a eles associados, tornou-se clara quando se compreenderam os processos de subducção em placas convergentes. Por que existem paralelismos entre a geologia de partes da América do Sul e de África? Por que a América do Sul e África parecem duas peças de um quebra-cabeças que parecem encaixar? Para respostas complexas temos que procurar as explicações pré-tectónicas. Para respostas simples e que explicam muito mais, temos que recorrer à tectónica de placas. Um grande rift, semelhante ao Grande Vale do Rift no nordeste de África, dividiu um continente em dois, eventualmente formando o Oceano Atlântico e estas forças continuam ainda hoje a fazer-se sentir na crista meso-atlântica.
Herdou-se alguma da antiga terminologia, mas o conceito fundamental é tão radical e simples como o de que A Terra move-se foi na astronomia.
Tectónica de placas noutros planetas
Como resultado das observações do campo magnético de Marte efectuadas em 1999 pela Mars Global Surveyor, foi proposto que os mecanismos da tectónica de placas podem ter estado activos em algum momento da história de Marte (ver Geologia de Marte).
Apesar de ser considerado um planeta gémeo da Terra, Vénus não apresenta evidências de tectónica de placas (ver Geologia de Vénus).
Referencia
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tect%C3%B3nica_de_placas
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