Tema 2 Tectónica de Placas PDF

14/11/2022 GEODINÂMICA E RISCOS GEOLÓGICOS Geodinâmica Interna Rute Coimbra 1 Conteúdos: 1- Estrutura interna da Terra+ Exercícios 2- Tectónica de Placas 3- Sismos+ Exercícios 4- Riscos associados a sismos e vulcões 5- (paleo) Ge...

14/11/2022 GEODINÂMICA E RISCOS GEOLÓGICOS Geodinâmica Interna Rute Coimbra 1 Conteúdos: 1- Estrutura interna da Terra+ Exercícios 2- Tectónica de Placas 3- Sismos+ Exercícios 4- Riscos associados a sismos e vulcões 5- (paleo) Geomagnetismo+ Exercícios 6- Orogenia 7- Isostasia+ PALESTRA CONVIDADA 2 1  14/11/2022 2- Tectónica de Placas 3 2- tectónica de placas Síntese histórica (e revisões) No ano de 1596, o cartógrafo Abraham Ortelius observou que as costas da África e da América do Sul pareciam encaixar, levando-o a propor que os continentes já tinham estado unidos, mas foram separados por "terremotos e inundações". No entanto, a teoria da Tectónica de Placas é bastante jovem: O "Pai da Tectónica de Placas", Alfred Wegener propôs a "Continental Drift" em 1915, mas não foi aceite pelos colegas cientistas. Levaria mais 50 anos para que o conceito fosse aceite. 4 2  14/11/2022 2- tectónica de placas 1915 Alfred Wegener (1880-1930) propôs em 1915 a hipótese da Deriva Continental 5 5 2- tectónica de placas 1930s a 1960s: hipótese da Deriva Continental não foi aceite pela maior parte da comunidade científica. 1927: zonas de Wadati-Benioff 6 6 3  14/11/2022 2- tectónica de placas 1950s estudos de paleomagnetismo revelam a existência de inversões na polaridade do campo magnético no passado geológico da Terra. 7 7 2- tectónica de placas 1950s e 1960s: Morfologia dos fundos oceânicos - Dorsais oceânicas - Fossas oceânicas - Planícies abissais, ilhas oceânicas e montes submarinos 8 8 4  14/11/2022 2- tectónica de placas 1961: Descobrimento da existência de anomalias magnéticas nos fundos oceânicos. 1962: Harry Hess (1909-1969), geólogo estadunidense, propôs a “expansão dos fundos oceânicos”. 9 9 2- tectónica de placas 1963: Vine (1939-presente) e Matthews (1931-1997), geólogos britânicos, propõem o esquema geral da tectónica de placas (formação de litosfera oceânica no eixo das dorsais e destruição nas zonas de subducção). 1965: J.T. Wilson (1908-1993), geofísico canadiano propõe um terceiro tipo de limite de placas (falhas transformantes). Tectónica de placas: aceite desde o início 1970s 10 10 5  14/11/2022 2- tectónica de placas https://www.youtube.com/watch?v=G4nDcczMoBw 11 2- tectónica de placas Evidências paleontológicas/paleobiológicas 12 6  14/11/2022 2- tectónica de placas Forças que contribuem para o movimento das placas Convecção no manto “Slab Pull” “Ridge Push” Movimento das placas devido ao deslizamento da litosfera A litosfera oceânica ao mergulhar no manto sobre a superfície ligeiramente inclinada da astenosfera “puxa” e arrasta a placa restante, afastando-a da dorsal 13 2- tectónica de placas Limites de placas 14 7  14/11/2022 2- tectónica de placas Limites convergentes Os atuais limites convergentes estão marcados por profundas fossas oceânicas ou por cadeias de montanhas no interior dos continentes Tipos de convergência - oceano – oceano - oceano – continente - continente - continente 15 15 2- tectónica de placas Convergência oceano – oceano Uma das placas oceânicas mergulha no manto formando uma zona de subducção (e a fossa associada). A atividade vulcânica da origem à construção de arquipélagos de ilhas vulcânicas designados por arcos insulares. A convexidade do arco é no sentido da placa mergulhante Arco insular Fossa Fossa e arco insular das Aleutas 16 8  14/11/2022 2- tectónica de placas Convergência oceano – oceano (cont.) Os sedimentos que constituem a camada superior da crusta oceânica são deformados entre as placas, formando o prisma de acreção tectónico (accretionary wedge). O prisma de acreção pode chegar a formar uma elevação emersa. Entre o arco vulcânico e o prisma de acreção, localiza-se a bacia externa (fore-arc basin), geralmente pouco deformada, que se alimenta de sedimentos provenientes do arco vulcânico e do prisma de acreção, caso esteja emerso. Na região atrás do arco desenvolve-se com frequência uma bacia “back-arc”, geralmente sujeita a distensão. bacia back-arc bacia externa 17 2- tectónica de placas Convergência oceano – continente A placa oceânica mergulha no manto formando uma zona de subducção (e a fossa oceânica associada) A ascensão e cristalização dos magmas origina na crusta continental um arco magmático Ocorre deformação da margem continental Forma-se uma cadeia de montanhas no continente 18 18 9  14/11/2022 2- tectónica de placas Convergência oceano – continente (cont.) Formação de um prisma de acreção, uma bacia externa e uma bacia “back-arc” Deformação da margem continental, dando origem a uma cadeia de montanhas no continente bacia externa 19 19 2- tectónica de placas Extensão associada aos limites convergentes (oceano-oceano e oceano-continente) Na parte posterior de muitos arcos (magmáticos e insulares) ocorre extensão, originando as bacias “back-arc”. É aceite que as bacias “back-arc” são geradas por um processo de expansão dos fundos oceânicos. 20 10  14/11/2022 2- tectónica de placas Extensão associada aos limites convergentes (oceano-oceano e oceano-continente) - A razão para a ocorrência da extensão “back-arc” é ainda um assunto em debate. Aqui são apresentadas duas hipóteses: Ascensão e expansão lateral de magmas provenientes A subducção da placa pode provocar na astenosfera uma do manto poderá provocar extensão da litosfera. modificação na convecção, gerando correntes convectivas secundárias que provocariam extensão da litosfera. 21 21 2- tectónica de placas Convergência continente – continente A colisão continental está marcada pela completa subducção da crusta oceânica Forma-se uma cadeia de montanhas Não há fossa oceânica e as duas massas continentais encontram- se “coladas” num único bloco através duma cadeia de montanhas. 22 11  14/11/2022 2- tectónica de placas Limites divergentes A maior parte localizados nas dorsais oceânicas 23 2- tectónica de placas Limites divergentes: formação de crusta oceânica O processo de formação de crusta oceânica na zona central da dorsal envolve: A fusão parcial do manto (fusão por descompressão) A ascensão e cristalização dos magmas produzidos O progressivo afastamento da litosfera já gerada 24 24 12  14/11/2022 2- tectónica de placas Estrutura da crusta oceânica 25 2- tectónica de placas Formação da crusta oceânica No rift, em profundidade, existe uma câmara magmática: parte do magma sai para o exterior e forma as lavas, parte preenche as fraturas e forma os diques e parte solidifica na própria câmara magmática, formando os gabros e os cumulados (gabros e peridotitos bandados). A litosfera está sujeita a forças de tração, provocado a abertura de novas fraturas. Assim, os diques são abertos depois de solidificados e intruídos por outros novos. 26 13  14/11/2022 2- tectónica de placas Velocidade (cm/ano) do movimento das placas nas dorsais oceânicas Dorsais de expansão rápida: > 8 cm/a Dorsais de expansão lenta: < 8 cm/a 27 2- tectónica de placas Topografia das dorsais As características fisiográficas das dorsais estão relacionadas com a velocidade de expansão Nas dorsais de expansão rápida, como a dorsal do Pacífico E, as vertentes são muito suaves e não se desenvolve um rift central. Nas dorsais de expansão lenta, como a do Atlântico, as vertentes são mais inclinadas, a topografia é acidentada e o rift na zona axial está bem marcado. Dorsal de expansão rápida Dorsal de expansão lenta 28 14  14/11/2022 2- tectónica de placas Arrefecimento e subsidência da litosfera oceânica Isoterma dos 1200 °C: limite litosfera – astenosfera; As rochas arrefecem progressivamente à medida que se afastam do rift, encontrando-se a isoterma dos 1200 °C cada vez a maior profundidade. Em consequência, a litosfera mantélica aumenta de espessura à medida que aumenta a distância ao eixo da dorsal. sea level ridge axis crust mantle mantle 60-80 km Aumento da espessura da litosfera oceânica partially 1200 litosphere com a idade e com o afastamento progressivo ºC molten da dorsal. 1200 mantle diapirs ºC 29 2- tectónica de placas Arrefecimento e subsidência da litosfera oceânica Com a distância ao eixo da dorsal, a litosfera oceânica torna-se cada vez mais pesada (devido ao aumento de espessura e de densidade) e sofre subsidência. Ou seja, a profundidade dos fundos oceânicos aumenta com a idade da litosfera. Como o arrefecimento e a subsidência dependem da idade, as dorsais de expansão rápida apresentam um perfil com declives mais suaves que as de expansão lenta. 30 15  14/11/2022 2- tectónica de placas Limites transformantes 31 2- tectónica de placas Limites transformantes As falhas transformantes são zonas de fratura onde as placas deslizam uma ao lado da outra, sem movimento convergente ou divergente e sem gerar ou destruir litosfera; As transformantes, geralmente, são falhas verticais e paralelas à direção do movimento das placas 32 16  14/11/2022 2- tectónica de placas Tipos de falhas transformantes As falhas transformantes conectam limites convergentes e divergentes segundo varias combinações. Não costuma haver atividade vulcânica nas transformantes mas, devido ao movimento relativo das placas, são sismicamente ativas. Transformante dorsal - zona de subducção Transformante dorsal - dorsal Transformante zona de subducção - zona de subducção 33 2- tectónica de placas Exemplo de transformante dorsal - zona de subducção Mendocino Transform Fault 34 17  14/11/2022 2- tectónica de placas Transformantes dorsal - dorsal As falhas transformantes mais frequentes são as que ligam dois segmentos de uma dorsal oceânica.- 35 2- tectónica de placas Estrutura térmica das transformantes dorsal - dorsal As transformantes e os seus prolongamentos separam zonas da crusta com idades diferentes A topografia e a estrutura térmica das transformantes estão relacionadas com a diferença de idade (e temperatura) das rochas na zona da falha. A litosfera mais jovem (e mais quente) permanece mais alta que a litosfera mais antiga (mais fria). 36 18  14/11/2022 2- tectónica de placas Falhas transformantes nos continentes As falhas transformantes que ocorrem atualmente nas áreas continentais são semelhantes às dos oceanos, embora sejam menos frequentes: - as falhas penetram toda a litosfera (ao contrario dos outros tipos de falhas que ocorrem nos continentes); - constituem limites de placas; - o movimento é paralelo à direcção da falha; - os sismos associados são pouco profundos. 37 2- tectónica de placas Falhas transformantes nos continentes A falha de Santo André Fronteira entre a placa do Pacífico e a placa de América do Norte A maior parte dos sismos na Califórnia resultam do movimento desta falha 38 19  14/11/2022 2- tectónica de placas Falhas transformantes nos continentes A falha do Mar Morto Fronteira entre a placa da Arabia e a placa da África. O sistema de falhas deu origem à formação de bacias “pull apart”, onde estão localizados mares interiores. O Mar Morto acumula uma grande quantidade de sedimentos (~7 km de espessura). 39 39 2- tectónica de placas Falhas transformantes nos continentes A falha de Anatólia Fronteira entre a placa de Anatólia (Turquia) e a placa Euroasiática Elevada sismicidade 40 20  14/11/2022 2- tectónica de placas Pontos triplos 41 2- tectónica de placas Pontos triplos Os pontos onde 3 placas estão em contacto, denominam-se pontos triplos; Correspondem também a pontos onde confluem 3 limites de placas. ridge (red), trench (green), transform (black) – and corresponding triple junctions (yellow dots) 42 21  14/11/2022 2- tectónica de placas Pontos triplos Dependendo dos tipos de limites de placa envolvidos, podem-se encontrar diferentes classes de pontos triplos. A designação dos pontos triplos utiliza as letras R, T e F, iniciais dos termos ingleses Ridge, Trench e Fault, respectivamente para limites divergentes, convergentes e transformantes. Exemplos: um ponto triplo do tipo RRR, corresponde ao ponto onde se encontram 3 limites divergentes Um ponto triplo RRF, corresponde à confluência de 2 limites divergentes e uma transformante A ordem das letras pode ser qualquer uma. 43 2- tectónica de placas Pontos triplos A estabilidade de uma junção tripla depende das velocidades relativas das placas, do tipo de limites de placa e da sua orientação. Os pontos triplos mais estáveis são os que consistem na confluência de 3 limites divergentes (RRR), formando ~120º, pois pode-se criar crusta oceânica indefinidamente e o ponto triplo mantém-se com a mesma geometria. 44 22  14/11/2022 2- tectónica de placas Pontos triplos Há pontos triplos que NÃO são estáveis. 45 2- tectónica de placas Movimento das placas sobre uma esfera 46 23  14/11/2022 2- tectónica de placas Movimento das placas - O movimento das placas rígidas sobre uma esfera pode ser visualizado considerando a seguinte figura: ER - O movimento da placa 1 relativamente à placa 2 ocorre em torno a um eixo de rotação ER que intersecta a esfera no ponto P (pólo de rotação). P - Note-se que o eixo e o pólo de rotação das placas são independentes do eixo de rotação e dos pólos da Terra. 47 2- tectónica de placas Movimento das placas Diferentes partes da mesma placa apresentam diferentes velocidades: A velocidade máxima ocorre no equador da rotação ER A velocidade mínima ocorre nos pólos da rotação P - Esta variação da velocidade entende-se melhor se considerarmos que uma placa ocupa todo um hemisfério: os pontos Q, R, S e T têm velocidades progressivamente maiores e T apresenta a velocidade máxima, pois se situa no equador da rotação. 48 24  14/11/2022 2- tectónica de placas Movimento das placas As falhas transformantes se localizam em círculos menores e são paralelas à direcção do movimento As dorsais são perpendiculares à direcção do movimento e estão orientadas segundo círculos máximos Pode-se localizar o pólo de rotação das placas ER P Vídeo para visualizar o movimento das placas sobre uma esfera 2:42: https://www.youtube.com/watch?v=zIirwtKLB1Y 49 2- tectónica de placas Movimento das placas Vídeo para visualizar o movimento das placas sobre uma esfera 2:42: https://www.youtube.com/watch?v=zIirwtKLB1Y 50 25  14/11/2022 2- tectónica de placas Hamblin, W. K. & Christiansen, E. H. (2003). Earth's Dynamic Systems. Caps. 17, 18, 19 e 20. Plummer, C., Carlson, D. & Hammersley, L. (2015). Physical Geology, 15ª Ed. McGraw–Hill, 672 pp. (Caps. 18 e 19). Press, F. & Siever, R (2001). Understanding Earth. (Cap. 20) https://ugc.berkeley.edu/background-content/plate-tectonics/ https://oceanexplorer.noaa.gov/facts/plate-boundaries.html https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/node/1348 https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/geology/plate-tectonics/content-section-3.9 51 Conteúdos: 1- Estrutura interna da Terra+ Exercícios 2- Tectónica de Placas 3- Sismos+ Exercícios 4- Riscos associados a sismos e vulcões 5- (paleo) Geomagnetismo+ Exercícios 6- Orogenia 7- Isostasia+ PALESTRA CONVIDADA 52 26