Geofisica- Estrut Interna
-
Upload
isaac-yanqui-morales -
Category
Documents
-
view
92 -
download
5
Transcript of Geofisica- Estrut Interna
Geotectônica
•Prof. Ticiano J. Saraiva dos Santos
Universidade Estadual de Campinas
Instituto de Geociências
Métodos Geofísicos
• Gravimetria
• Magnetometria
• Sísmica
Gravimetria
Medida da aceleração da gravidade.
Mede pertubações locais geradas no campo terrestre em função da
presença de rochas de diferentes densidades. Maior densidade ,
maior contribuição para o campo gravitacional.
A variação causada pelos efeitos da maré, ou seja, da atração da lua e
do sol, é denominada de efeito tidal. Correção por tabelas.
A variação da gravidade causada pela topografia do terreno necessita
de correções denominadas: Correção ar-livre e Bouguer.
Ar-livre 0,03086 x altura (mgal) (somada ao valor medido)
Bouguer –0,0419 x p (magal)/metro
Variação da densidade de algumas rochas e suas médias. Fonte: Decifrando a Terra
Anomalia de gravidade
causada pelo granito Tourão
(situado no Estado do RN). O
perfil A-B, mostra uma
acentuada queda no valor de
gravidade que coincide com o
setor de maior profundidade
do granito, menos denso que
as rochas encaixantes. A
extensão horizontal do corpo
intrusivo (~ 50 km) é cerca de
dez vezes maior que a sua
profundidade máxima (~ 5 km).
Fonte: DT, R.I.F. Trindade.
Mapa de anomalias Bouguer do Brasil e áreas adjacentes. O intervalo das linhas
de contorno é de 20 mGal. Fonte: Sá et al. 1993.
Isostasia
• Isostasia é um conceito fundamental de
geofísicos, baseado no seguinte
princípio:
• ... Existe um nível abaixo da litosfera
terrestre (na astenosfera) onde
nenhum gradiente de pressão pode
ser mantido no tempo geológico. Tal
nível é chamado de “nível de
compensação”.
Isostasia
O balanço (equilíbrio) é baseado no contraste de densidade dos
materiais envolvidos. A crosta é menos densa que o manto.
Isostasia é o
balanço
gravitacional
de massas na
superfície
terrestre.
Tipos de isostasia:
Isostasia local
(Airy ou Pratt): não há
estiramento lateral da
litosfera;
Isostasia
regional, há um
estiramento lateral da
litosfera (flexura);
Isostasia Local
Em grande escala (>1000km), o modelo mais
apropriado é o de isostasia local, que diz:
Como o principal contribuinte para pressão na
terra é o peso da carga (soterramento), não pode
existir qualquer diferença de peso entre duas
colunas verticais quando medido da superfície da
Terra para o nível de compensação.
Modelo de compensação isostática de Airy. A camada superior rígida possui
densidade constante mas inferior àquela do substrato plástico. O equilíbrio
isostático é atingido pela variação da espessura da camada superior, de
modo que as montanhas têm raízes profundas (fonte:Decifrando a Terra)
Modelo de compensação isostática de Pratt. A camada superior rígida é
composta por blocos de igual profundidade, mas com diferentes p. O
equilíbrio isostático é atingido pela variação da densidade, de modo que as
rochas sob as cadeias montanhosas são menos densas, enquanto as das
bacias oceânicas são mais densas. (fonte:Decifrando a Terra)
Mecanismo de compensação
isostática tipo Aire. TA
espessura da crosta de
densidade pc, r esp da raiz, “a”
esp da anti-raiz, pm densidade
do manto, pw de H2O
Mecanismo de compensação
isostática tipo Pratt. Tp
espessura da crosta, ph
densidade da crosta, Dp prof.
De compensação abaixo Tp.
r = hpc/(pm-pc)
Isostasia Regional
Numa escala mais local (< 1000km), a litosfera é capaz de
sustentar o gradiente de pressão horizontal que ascende entre
duas colunas litosféricas de diferentes pesos. Em outras
palavras, a litosfera é capaz de “flexurar” sobre um peso e
“abrigar" a astenosfera abaixo do gradiente de pressão que
pode originar-se na litosfera.
Flexura da litosfera em resposta peso da carga, por excesso de
topografia (a - b) ou subducção (c).
Outras formas de “soterramento”
Crustal
Gelo é menos denso que
rocha, mas uma pilha sobre
a crosta terá um impacto
isostático.
Degelo
Grande parte da Escandinávia está experimentando um rápido soerguimento, em
resposta a remoção das geleiras que existiam há dezenas de milênios.
Movimentos verticais da litosfera causados pela adição (a) e
remoção (c) de uma carga na sua superfície. A linha pontilhada
refere-se à situação de equilíbrio isostático. A linha tracejada indica
como a gravidade varia com a adição ou remoção da carga.
O equilíbrio entre tectônica de
soerguimento e erosão
p.370
Estabilidade de falhas sobre cargas de gelo.
Derretimento do gelo provoca instabilidade.
OK, INTERVALO !!!!!
Magnetometria
Medida do campo magnético terrestre.
O campo magnético terrestre é equivalente ao campo de um dipolo,
cujo eixo faz um ângulo de 11,5° com o eixo de rotação da Terra e está
um pouco afastado de seu centro.
Mapa de declinação magnética indicando a posição dos pólos e a
linha de declinação zero. Fonte: Langel et al., 1980.
Minerais
ferromagnéticos,
paramagnéticos e
diamagnéticos
Material Susceptibility x 10^3 (SI)*
Air ~0
Quartz -0.01
Rock Salt -0.01
Calcite -0.001 - 0.01
Sphalerite 0.4
Pyrite 0.05 - 5
Hematite 0.5 - 35
Illmenite 300 - 3500
Magnetite 1200 - 19,200
Limestones 0 - 3
Sandstones 0 - 20
Shales 0.01 - 15
Schist 0.3 - 3
Gneiss 0.1 - 25
Slate 0 - 35
Granite 0 - 50
Gabbro 1 - 90
Basalt 0.2 - 175
Peridotite 90 - 200
Magnetização de esfera enterrada no polo Magnetização de esfera enterrada no equador
Assinatura Magnética
• Minerais ricos em ferro
(ferromagnesianos) são
levemente magnetizados na
direção paralela ao campo
magnético existente na época do
resfriamento, abaixo de 580 oC.
• Se a rocha se move ou se o
campo magnético muda, a rocha
retém a assinatura magnética
original.
Magnetismo reverso e dados do
assoalho oceânico
• O campo magnético terrestre
muda;
• A assinatura magnética
registrada nas rochas também
guarda a polaridade;
• Nas cadeias meso-oceânicas
nova croista oceânica é gerada
e registra a assinatura e
polaridade magnética.
Padrão do magnetismo nas cadeias meso-
oceânicas
Formação de
anomalias
Magnéticas
Distribuição do fundo oceânico mundial
Magnetismo Reverso
Registro magnético em sedimentos
oceânicos
Sismologia Estudo da propagação das ondas
sísmicas ( P e S) geradas
naturalmente (terremotos) ou
artificialmente (explosões)
possibilitando o entendimento da
estrutura interna da Terra.
Grande movimento num curto
intervalo de tempo.
Terremoto
• Movimentom de rocha ao longo de uma falha.
• Rocha sob tensão acumula energia de deformação com o tempo;
• Fraturamento da rocha.
• Liberação da energia como onda sísmica, provocano o terremoto.
Tipos de ondas sísmicxas
1. ondas internas – viajam no interior da terra;
2. Ondas superficiais -- viajam na superfície da terra
Tipos de ondas intaernas
Primária ou "P" : maior vewlocidade,
Causa compressão e expansão na direção de propagação
Secundária ou "S" : Ondas de cisalhamento
Mais lentas do que a onda P, mas mais rápida do que a superfície de onda.
Causa cisalhamento de rocha perpendicular a direção de propagação da onda>
Não se propaga através do líquido
Ondas superficiais "Love" (“L”) e Rayleight
Causa choque vertical e horizontal
Viaja exclusivamente na superfície da Terra.
Tensão vs Deformação (pressure)
Foco e Epicentro de Terremoto
Os dois modos
principais de
propagação das
vibrações sísmicas são
a onda P (a),
longitudinal e a onda S
(b), transversal
(vibração
perpendicular à direção
de propagação). Junto
à superfície da Terra,
propagam-se também
as ondas superficiais:
onda Rayleigh (c), e
ondas Love (d).
Ao gerar-se um tremor as ondas sísmicas propagam-se em todas as direcções,
provocando o movimento do solo tanto horizontal, como verticalmente. Nos
lugares próximos ao epicentro, a componente vertical do movimiento é maior
que a horizontal e diz-se que o movimento é trepidatório. Por outro lado, ao
propagarem-se as ondas sísmicas, as componentes verticais atenuam-se e ao
chegar a um solo brando, as componentes horizontais amplificam-se e diz-se
que o movimento é oscilatório.
Movimento Trepidatório
Movimento Oscilatório
Movimentos Trepitatório e Oscilatório
Ondas
P
Ondas
S
• Medida das ondas de “som” do terremoto
Onda P - rápida
Onda S
Superfície de onda
Tempos de chegada
determina a distância
do terremoto.
Velocidade de propagação das ondas P e S
Onde k é a propriedade de
incompressibilidade da
rocha; u é a rigidez da rocha
(ou a resistência ao
cisalhamento) e; p é a
densidade.
Zona de
sombra de
ondas P
Zona de
sombra de
ondas S
De maneira geral, quanto maior a densidade do material,
maior a velocidade de propagação das ondas P e S.
Sísmógrafos – registra a
intensidade do terremoto
Curva de velocidade
de propagação das
ondas P e S
Triangulação
de 3 estações
para localizar
o epicentro
do terremoto.
Determinando a magnitude de terremotos Magnitude – medida da energia liberada durante o terremoto. Há diferentes caminhos para se medir a magnitude. Magnitude Richter • Mede a amplitude da maior onda S no registro sismográfico. • Leva em conta a distância entre o sismógrafo e o epicentro. Escala Richter • Escala logaritimica (NÃO física) • O aumento de uma unidade representa a magnetude 10 vezes
maior. • 1 unidade na escala Richter representa aproximadamente um
aumento de 30 vezes na energia liberada. Intensidade • Intensidade refere-se a quantidade de danos causados • Escala Mercalli é usada para expressar os danos.
Movimento do Tsunami
Mov. Tsunami : ~600 mph em água profunda
~250 mph média profundidade
~35 mph em água rasa
Previsão de Terremoto (?)
Parkfield, Califórnia “Capital mundial do terremoto” (ô vantagem)
Mecanismo
Focal de
Terremotos
Geometria de
Falha
Teste de Mecanismo Focal Hipótese de Falhas
Transformantes
Mecanismos Focais Atuais
Mecanismo Focal de El Salvador
Fonte: Bezerra et al., 2001
ESTRUTURA INTERNA DA
TERRA • Diferenciação da Terra
• Velocidade de propagação de ondas e Descontinuidades internas da terra
• Composição da terra
- crosta
# continental superior e inferior
# oceânica 1 , 2 e 3
- ofiolitos
- metamorfismo
#diferenças entre crosta cont. e oceânica
- manto
# estrutura sísmica
# composição
# zona de baixa velocidade (LVZ)
# zonas de transição
Deformação na crosta e manto
- Núcleo
• Litosfera e Astenosfera
• Fluxo de calor na Terra
O início da Terra
- Extremamanete violento;
- Muito quente, fusão do ferro;
-Rochas do interior da Terra
fortemente comprimidas e
quentes;
- Calor Radiogênico adicionado
devido a fissão;
- a Terra é diferenciada em
camadas.
Qual a composição da Terra primitiva?
Estudo de meteoritos;
Muitos são ferro e Níquel
Alguns contém condritos.
pequenos corpos rochosos nos meteoritos
que podem representar material condesado da nebula solar original
A composição da terra seria similar a desses meteoritos,
Entretanto Meteoritos tem 35 % de Ferro e a Terra apenas 6%
Como a Terra continuou acrescionando, a
temperatura passou do ponto de fusão e
houve uma liquefação.
Por causa de sua maior densidade, o ferro
foi para o centro da proto-Terra devido a
gravidade.
Os elementos mais leves foram para
superfície.
Originalmente a Terra era homogênea,
mas devido ao calor e fusão, o material foi
se separando formando zonas concêntricas
de diferentes densidades, tornando-se
assim,
DIFERENCIADA
Propagação de ondas
sísmicas e o interior
da Terra.
• A velocidade de propagação de ondas
sísmicas depende da composição do
material e da pressão.
• Pode-se usar o comportamento de
propagação de ondas sísmicas para
desvendar o interior da Terra.
• Quando as ondas se movem de um
material para outro elas mudam de
velocidade e direção.
Propagação da ondas sísmicas P e S
Caminho da ondas P e S na Terra
Tempo de propagação das ondas sísmicas P e S com a profundidade da
Terra. Propriedades como incompressibilidade, rigidez e densidade são
inferidas a partir da velocidade, sendo esta última direta e precisa.
Mudanças de
Vp e Vs
fornecem dados
para revelar a
disposição das
camadas no
interior da
Terra
• Conrad
• Moho (mo-ho-RHO-vi-chich)
• LVZ
• 400 km
• 670 km
• D
• Gutenberg
• Lehman
Principais Descontinuidades:
pro
fundid
ade
• Conrad:
- profundidade de 5 a 30 km
- crosta máfica a félsica
-crosta superior e crosta inferior
- normalmente ausente
- aumento da velocidade p/ 6,3 km/s
• Moho (mo-ho-RHO-vicic):
- profundidade de 4 a 55 km
- mudança composicional
- tectonicamente ativa??
- marca o limite crosta - manto
- velocidade aumenta p/ 8km/s
• LVZ (low velocity zone):
- zona de baixa velocidade das ondas sísmicas
- presente entre 80 e 300 km profundidade
- ondas S sempre presente, P ausente em algumas
regiões
- regionalmente variável, P sobre embasamento antigo
- possibilidades: Tº anomalamente alta, mudança de
fase, mudança composicional, presença de fendas ou fissuras,
fusão parcial
- importância: representa uma camada de baixa
viscosidade, ocorrendo o movimento relativo entre a litosfera e a
astenosfera.
•400 km e 670 km:
- distribuição mundial
- acima de 400 km o principal constituinte é olivina
- em 400 km, mudança de fase mineral para uma
estrutura de maior densidade, no caso para espinélio
- em 670 km, mudança da estrutura do espinélio para
perovskita; limite manto superior – manto inferior
Estrutura da
Crosta e
manto
superior
olivina
Zona de transição olivina -espinélio
Estrutura do espinélio
Z. transição espinélio-perovskita
Estrutura da perovskita e óxido de
magnésio
Zona de baixa velocidade
(astenosfera)
Man
to
super
ior
Man
to
Infe
rior
D:
- ocorre na profundidade
de 2870 km
- camada fina, 200 a 300
km, na porção inferior do
manto
- mistura de material do
manto e núcleo? Fe
líquido do núcleo com
silicatos do manto
- produção de ligas
metálicas e silicatos não
metálicos a partir da
perovskita
- possível zona de origem
das plumas do manto
• Gutenberg
- profundidade de 2885 km
- FeO fluido, FeS vs silicato(Mg, Fe)
- limite entre núcleo e manto
- gera forte reflexão sísmica e provavelmente representa uma
mudança de interface
• Lehman
- profundidade de
5144 km
- Fe sólido vs. FeO
FeS fluído
- limite núcleo externo –
interno
Crosta • 5 a 75 km espessura
• Sólida
• Silício (Si) e oxigênio (O)
• Continental
– 5 a 75 km espessura
– antiga (bilhões de anos)
– Deformado
– Densidade 2.7 g/cm3 – Granodiorítica
- Aumento densidade: 30Mpa/km
- Aumento temperatura: 25ºC/km, diminuindo à metade no Moho
• Crosta continental superior
– composição granítica
• Crosta continental inferior
– Velocidade de 6,5 a 7,6 km/s
– Composição basáltica? (associações minerais
incompatíveis)
– Composição variável (granodiorítica a
granítica, ácidas; gabroica anortosítica)
Crosta Continental: 0.374%
massa; profundidade de 0-50
km.
A crosta continental contém
0.554% da massa manto-crosta. É
a parte externa da Terra,
composta essencialmente de
rochas cristalinas, com minerais
de baixa densidade,
principalmente quartzo (SiO2) e
feldspato. A crosta (oceânica e
continental) é a superfície da
Terra, sendo a parte mais fria do
planeta. Dessa forma, as rochas
se deformam suavemente, e esta
porção rígida é denominada de
litosfera.
•Oceânica
–5 a 8 km espessura
–Relativamente jovem (menos de 200 Ma)
–Indeformado
–Densidade 3.0 g/cm3 – Basáltica
–Equilíbrio isostático com a crosta continental
–Subdividido em 3 camadas (1, 2 e 3)
Crosta Oceânica: 0.099% de
massa da Terra;
profundidade 0-10 km
A crosta oceânica contém
0.147% da massa manto-
crosta. A maior parte da crosta
terrestre foi feita através da
atividade vulcânica. O sistema
de cadeias oceânicas, conjunto
de 40.000 km de vulcões, gera
nova crosta oceânica a uma
taxa de 17 km3 por ano,
cobrindo o fundo oceânico
com basaltos.
•Camada 1:
- sedimentos terrígenos e depósitos pelágicos;
- espessura média de 0,4 km
•Camada 2:
- espessura média de 1 a 2,5 km
- velocidade sísmica 3,4 a 6,2 km/s
- subcamadas 2A, 2b e 2C; aumento da velocidade e
diminuição da porosidade
- basaltos fraturados, basaltos maciços com diques e diques
com basaltos maciços
•Camada 3:
- camadas 3A, 3B (velocidade de 6,5-6,8 e 7-7,7 km/s respct
- metagabros e gabros com bolsões de plagiogranitos e
prointrusões de serpentinitos (3A); Gabros e metagabros com
protointrusões e bolsões de cumulatos ultramáficos
(a) Crosta oceânica sugerida pela velocidade das ondas P. C a m a d a 1 - sedimentos; Camada 2-
rochas vulcânicas porosas com proporção pequena d e sedimentos ; Camada 3 – rochas máficas
maciças; Camada 4 – rochas ultramáficas. (b) Crosta oceânica no ofiolito de Omã, Golfo
Pérsico, (Fonte: Decifrando a Terra)
-Toda crosta oceânica é produzida nos centros de expansão.
- Manto quente funde-se próximo a superfície devido a diminuição
da pressão.
-O magma basáltico dissolvido resfria como intrusões gabróicas
abaixo de 2km de profundidade, enquanto grandes quantidades
eruptem no mar formando pillow lavas.
-O topo da câmara magmática vai sendo intrudida continuamente por
diques, levando magmas para a superfície. Por isto ocorrer no
centro de expansão, cada dique está sempre fraturado por um novo
dique, formando um grande amontoado de diques verticalmente
orientados chamados de complexo de diques acamadados
SUITE OFIOLITICA
OFIOLITOS Assembléia de rochas ígneas variando de basaltos a
gabros e peridotitos e sedimentos.
Geralmente ocorre em cinturões colisionais;
Originados de litosfera oceânica.
Estrutura da crosta oceânica e manto
superior
• Distinção de 4 camadas via velocidade sísmica
• Programas de sondagens marinhas
• Ofiolitos
Estrutura da crosta
oceânica e manto
superior
Ofiolitos típicos
Litologias e espessura de uma
sequência ofiolítica do Oman ( Boudier
e Nicolas, 1985) Earth Planet. Sci.
Lett., 76, 84-92.
Diferenças entre crosta oceânica e continental:
•0.2 Ga versus 3.5 Ga de idade máxima;
•5 km versus 35 km de espessura média;
•globalmente acamadada versus grande heterogeneidade;
•ampla calmaria sísmica versus tectonica ativa;
• vulcanismo de grande-escala versus vulcanismo suave.
O MANTO
Manto superior: 10.3% da
massa; profundidade de 10-400
km
O manto superior contém 15,3 %
da massa crosta-manto. Olivina
(Mg,Fe)2SiO4 e piroxênio
(Mg,Fe)SiO3 são os primeiros
minerais formados. Estes e outros
minerais são refratários e
cristalizados a altas temperaturas.
Parte do manto superior, a
astenosfera, pode ser parcialmente
fundida.
Zona de Transição: 7.5% da
massa da Terra;
profundidade de 400-650 km.
A zona de transição ou
mesosfera (manto médio),
chamado também de camada
fértil, contém 11.1% da massa
crosta-manto e é a fonte dos
magmas basálticos. Contém Ca,
Al, e Granada. Esta camada é
densa quando fria, por causa da
granada. Flutua quando quente
por que existem minerais
fundentes para formar basaltos
que podem subir como magma.
Manto Inferior: 49.2% da
massa da terra,
profundidade de 650-2,890
km
O manto inferior contém
72.9% da massa crosta –
manto e é provavelmente
composta de Si, Mg e
oxigênio. Pode conter algum
Fe, Ca e Al. Essa dedução é
feita assumindo que a Terra
tem uma abundância similar
e proporção de elementos
cósmicos como encontrados
no sol e meteoritos
primitivos.
D": 3% da massa da Terra;
profundidade de 2,700-2,890
km
Mesmo freqüentemente
identificada como parte do
manto inferior,
descontinuidades sísmicas
sugerem que a camada D"
diferencie-se quimicamente do
manto inferior abaixo deste.
Teoriza-se que o material
dissolvia-se no núcleo ou
afundava no manto, mas não
no núcleo por causa da sua
densidade.
Composição do Manto:
Amostras do manto superior
ocasionalmente aparece em zonas
de falha oceânicas, falhas de
cavalgamento em cinturões
colisionais, ou em erupções de
basaltos. A rocha é geralmente
peridotítica, ¾ de dunito (ou
olivine pura) e ¼ basalto. Este
último pode ser formado por
fusão parcial do pirólito, que
deriva de magma basáltico
enriquecido, partindo do final do
dunito empobrecido. .
Composição do Manto:
- peridotito: >>olivina e <15%
granada;
- eclogítico: <<olivina e >30%
granada
Núcleo externo : 30.8% da massa da Terra,
profundidade de 2.890-5.150 km
O núcleo externo é uma massa líquida quente,
eletricamente condutiva onde ocorrem os
movimentos convectivos. Esta camada
condutiva combina com a rotação da Terra e
cria um efeito dínamo que mantém um sistema
de correntes elétricas conhecido como campo
magnético terrestre.. Esta camada não é tão
densa quanto ferro fundido, o que indica a
presença de elementos mais leves. Suspeita-se
que 10% seja composto de enxofre e/ou
oxigênio, pois estes elementos são abundantes
no cosmo e dissolve-se facilmente em ferro
fundido.
Núcleo Interno: 1.7% da massa da Terra,
profundidade de 5.150 a 6.370 km
O núcleo interno é sólido . Acredita-se que
foi solidificado como resultado da pressão, o
que ocorre com muitos líquidos quando a
temperatura diminui e a pressão aumenta.
Litosfera (rígida)
Astenosfera (plástica)
Litosfera
Mesosfera (rígida)
Núcleo externo (líquido)
Núcleo interno (sólido)
crosta
Litosfera e Astenosfera
Fluxo de Calor
Litosfera:
- atua como uma camada isolante e a transferência de
calor na mesma ocorre por condução ( radiação de sua
superfície);
- afinamento litosférico– aumento gradiente
geotermal e fluxo térmico. O inverso verdadeiro.
- limite termal inferior de 1300-1400ºC – dissipação
Astenosfera
- convecção termal
- modelos variáveis
Calor interno da Terra
• Calor original
• Subseqüente decaimento radioativo
• Condução
• Convecção
Fluxo de Calor
Plumas do Manto
- bolhas de material aquecido, com densidade e
viscosidade menor que os materiais adjacentes;
- Tuzo Wilson: causadores de rifteamento e cadeia
meso oceânicas, atividade vulcânica, hot spots
- várias interpretações quanto a natureza da pluma
(agente causador e desencadeador), profundidade, dimensão,
forma, condições limites (pressão, temperatura, viscosidade),
tempo de desenvolvimento, respostas sísmicas, etc.
-
Convecção do manto superior: possível motor
da tectônica global
Variação da temperatura com a profundidade sobre regiões
continentais e oceânicas.
Valor médio do fluxo de calor na superfície terrestre
Região Média fluxo de calor na superfície (mW/m2)
Africa 49.8
America do Sul 52.7
America do Norte 54.4
Australia 63.6
Europa 60.2
Media continental 56.5
Pacífico norte 95.4
Pacífico sul 77.4
Atlântico norte 67.4
Média oceânica 78.2
Valor de Condutividade para Várias rochas Sedimentares
Tipo de rocha Condutividade (W/m/K)
Arenito 3 - 5
Folhelho 1.5 - 2
Sal 6