vulcanismo, terremotos e cordilheiras
introdução
A crosta terrestre sofre constantes mudanças provocadas pelas forças internas do planeta. Essas forças se originam do calor interior da Terra e são capazes de imprimir movimento às placas tectônicas e, por consequência, aos continentes. As placas tectônicas são os grandes fragmentos da litosfera que se movimentam devido à plasticidade da astenosfera que se localiza imediatamente abaixo da litosfera.
O movimento das placas tectônicas são responsáveis pela existência de vulcões (fig. 1), terremotos (fig. 2) e a origem de longas cordilheiras (fig. 3). As atividades vulcânicas e sísmicas ocorrem justamente nas regiões de limites entre as placas tectônicas.
Figura 1: Vulcão Etna, na Itália.
Figura 2: Terremoto ocorrido no México. em 23 de Julho de 2020.
Figura 3: Cordilheira do Himalaia, Nepal.
Você pode utilizar o simulador interativo "Placas Tectônicas" do PhET para entender os movimentos das placas tectônicas (limites convergentes, divergentes e transformantes). Acesse o botão abaixo:
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Vulcanismo
O ramo da geologia que estuda os vulcões se chama vulcanologia. Essa área é a responsável pelo estudo da formação de vulcões, suas distribuições ao longo do globo terrestre, suas estruturas e tipos. Os vulcões são estruturas geológicas que surgem quando o magma e gases fluem para a superfície. O magma é o nome dado à massa de rochas fundidas que ficam abaixo da superfície terrestre. Ele é formado predominantemente por silicatos a alta pressão e temperaturas que podem ir de 700ºC a 1500ºC.
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O magma se forma devido a valores de temperatura e pressão que se alteram, devido à dinâmica térmica que ocorre no manto terrestre. Quando as rochas alcançam determinadas temperaturas, os minerais que as constituem se fundem progressivamente. O acúmulo de magma então, por ter menor densidade que as rochas vizinhas sólidas, passa a subir em direção à crosta. Esse acúmulo forma a câmara magmática, que são enorme reservatórios subterrâneos de magma. Esse material fundido tende a subir e, se atravesar a crosta, alcança a superfície e se derrama. Caso não alcance a superfície, o magma pode preencher lacunas subterrâneas existentes na crosta e se resfriar, gerando as rochas ígneas plutônicas (como o granito).
Já quando o magma das câmaras magmáticas alcançam a superfície, ele é expelido (esse processo é chamado erupção) gerando, ao longo do tempo as estruturas dos vulcões. Tais estruturas geológicas se formam predominantemente em regiões de limites de placas tectônicas. O magma expelido passa a ser chamado lava.
Há três formas de criação de vulcões:
1- Em limites convergentes, o processo de subducção (que é aquele que ocorre quando uma placa ocêanica mergulha para baixo de uma placa continental), é responsável por boa parcela dos vulcões existentes no planeta. Estes tipos de vulcões são os mais conhecidos. A subducção da placa oceânica provoca uma compreensão nas rochas existentes no manto, acarretando no aumento de temperatura e no consequente derretimento das rochas que formará o magma (fig. 4).​
Figura 4: Processo de subducção gerando magma e atividade vulcânica.
Figura 5: O vulcão Llaima, no sul do Chile foi gerado por subducção.
2- Em limites divergentes de placas (quando duas placas, geralmente oceânicas, se afastam uma da outra em direções contrárias), pode haver o derrame de magma nas fronteiras entre as placas, originando vulcões. Estes tipos de vulcões são muito frequentes, mas por serem submarinos (fig.6) não são muito conhecidos.
Figura 6: Erupção de um vulcão submarino próximo à superficíe.
3- Em hot spots ("pontos quentes"). Neste caso, há formação de vulcões mesmo em regiões distantes das bordas as placas tectônicas. Hots spots são anomalias térmicas em que uma pluma mantélica isolada ocasiona a existência de uma câmara magmática abaixo da crosta (oceânica ou continental), gerando um vulcão. Plumas mantélicas são correntes térmicas vindas a partir do limite entre o manto inferior e o núcleo externo, que sobem atravessando o manto terrestre. Esse fluxo de calor é capaz de fundir as rochas sob a crosta e criar vulcões. As regiões sob essas colunas ascendentes de calor que são os chamados hot spots.
Figura 7: O belíssimo e perigoso supervulcão de Yellowstone (EUA) surgiu de um hot spots.
É muito interessante indicar que, como as plumas mantélicas possuem posição aproximadamente fixa, o movimento das placas tectônicas faz com que os vulcões originados "fiquem fixos, enquanto o resto do terreno caminha". Por exemplo, vulcões marinhos originados deste jeito, podem expelir lava, que com o tempo se resfriam e formam as chamadas ilhas vulcânicas. Como o que mantém o vulcão é uma pluma fixa, ele se mantém fixo e a rocha solidificada da lava vai sendo "arrastada" junto com a placa, fazendo surgir outras ilhas. Esse foi o processo de criação das ilhas do Havaí (EUA) (fig. 8).
Figura 8: As ilhas vulcânicas do Havaí (EUA) foram resultado de vulcões originados de hot spot.
Há muitos tipos de formatos de vulcões, dois deles são particularmente interessantes. O primeiro a ser destacado é o tipo estratovulcão, talvez o mais conhecido. Vulcões deste tipo, possuem um magma mais viscoso devido a maior presença de sílica que se polimeriza e dificulta a fluidez. Associado a presença de grande quantidade de gases, a erupção deste tipo de vulcão tende a ser explosiva. Rochas ígneas vulcânicas com grande quantidade de sílica, como o riólito, são derivadas de lavas de vulcões explosivos. Os estratovulcões possuem formato cônico e podem atingir elevadas altitudes.
Figura 9: O vulcão Vesúvio, na Itália, é um estratovulcão. Esse vulcão destruiu a antiga cidade romana Pompéia em 79 d.C., dizimando a vida de milhares de pessoas.
Figura 10: Corpos petrificados das vítimas do estratovulcão Vesúvio.
Figura 11: O belíssimo vulcão Mayon, das Filipinas, é um estratovulcão.
Figura 13: O monte Fuji, o ponto mais alto do Japão, é outro exemplo de estratovulcão.
O segundo tipo de vulcão aqui elencado, é o do tipo escudo. Este tipo de vulcão possui o formato mais achatado (lembrando um "escudo"), com base mais larga em relação à sua altitude. Este tipo de vulcão expele lavas menos viscosas, e portanto, mais fluídas. O resfriamento deste tipo de lava gera rochas ígneas mais pobres em sílica, como basalto. As erupções deste tipo de vulcão é efusiva, isto é, são derrames não explosivos. Os vulcões havaianos são tipicamente do tipo escudo.
Figura 13: O vulcão Mauna Kea, do Havaí (EUA), é do tipo escudo.
Figura 14: O vulcão Mauna Loa, também do Havaí (EUA), é do tipo escudo.
Os materiais expelidos pelos vulcões, além da lava, incluem sedimentos piroclásticos (popularmente chamados de cinzas vulcânicas), além de gases (muitos deles tóxicos). Também pode haver a ocorrência de porções de lava lançadas se solidificarem antes de cair no solo, tornando-se fragmentos rochosos chamado bombas vulcânicas. Diferenças entre as erupções explosivas e efusivas podem ser vistas nas figuras 15 e 16:
Figura 15: Erupção efusiva do Mauna Loa, o maior vulcão do planeta Terra (Havaí, EUA).
Figura 16: Erupção explosiva do vulcão Etna, na Itália.
As estruturas principais de um vulcão. Abaixo da base do vulcão encontramos a câmara magmática. A coluna por onde o material vulcânico sobe e é expelido é chamada chaminé. A abertura do vulcão na parte superior é chamada de cratera. O corpo rochoso é o cone.
Figura 17: Principais partes de um vulcão.
Nos últimos 2 milhões de anos, estima-se que existiram na Terra cerca de 10.000 vulcões. Atualmente, existem cerca de 500, sendo 20 deles considerados muito ativos. Os vulcões foram os responsáveis, em parte, por fornecer substâncias importantes para o desenvolvimento da vida primitiva nos oceânos. Muitas vezes essas estruturas geológicas são causadoras de desastres ambientais severos, contribuindo inclusive para alterações climáticas no planeta. Os limites entre placas na região do oceano Pacífico são áreas de intensa atividades sísmicas e vulcânicas. Essa região é chamada de Anel (ou Círculo) de fogo do Pacífico (fig. 18) e concentra 50% dos vulcões da Terra.
Figura 18: Anel de Fogo do Pacífico com destaque para as áreas vulcânicas.
Figura 19: Vulcões ao redor do Mundo.
terremotos
Terremotos ou sísmos, são vibrações bruscas provocados pelo choque entre placas tectônicas, portanto, são típicos de regiões de fronteira entre as placas. Esses choques podem ocorrer em diferentes profundidades. O ponto de colisão entre as placas tectônicas, em profundidade, é chamado hipocentro. A maioria dos choques entre placas (85%), ocorrem até 70km de profundidade, sendo classificados como superficiais. Os sismos intermédios (12%) ocorrem entre 70km e 350km de profundidade. Já os profundos ocorrem entre 350 e 650km de profundidade e representam somente 3% dos terremotos que ocorrem. O ponto na superfície, verticalmente acima do hipocentro, é chamado epicentro (fig. 20).
Figura 20: Hipocentro e epicentro de um terremoto.
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Os terremotos liberam repentinamente uma grande quantidade de energia que é propagada através das ondas sísmicas. Como já indicado, as ondas sísimicas são classificadas como de superfície e de corpo. As ondas de superfície são as responsáveis pela destruição típica dos grandes terremotos que ocorrereram no passado. Essas ondas de superfície são classificadas como Ondas de Rayleigh e Ondas de Love, mas não serão especificadas aqui em nossos estudos. Mas para fim de comparação, segue na figura 21, os quatro tipos de ondas sísmicas que existem:
Figura 21: Ondas sísmicas. Em a) Onda de corpo principal(P). Em b) Onda de corpo secundária. Em c) onda de superfície Love. Em d) onda de superfície Rayleigh.
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A intensidade dos sismos é medida através da famosa Escala Richter (fig 22). Essa escala se baseia na energia liberada pelo sismo e é logarítmica. O aparelho que mede os abalos sísmicos é o sismógrafo (fig.23).
Figura 22: Escala Richter.
Figura 23: Dados sísmicos registrados em um sismógrafo.
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Os terremotos permitem o estudo das estruturas internas da Terra, mas por outro lado, são responsáveis por catástrofes naturais. Eles podem causar destruição de edificações, desmoronamentos, avalanches e deslizamentos. No leito oceânicos, os terremotos causam o surgimento de ondas colossais chamadas tsunamis (fig. 24). Essas ondas marinhas são capazes de provocar grandes desastres nas áreas costeiras.
Figura 24: Os tsunamis são ondas gigantes provocadas por terremotos nos oceanos.
Figura 25: Destruição causada por um terremoto na Itália.
Figura 26: Destruição causada por um terremoto no Irã.
Cordilheiras
Cordilheiras são conjuntos montanhosos que surgem principalmente devido ao encontro convergente entre placas tectônicas. Esse processo de criação de montanhas se chama orogênese. Tal processo pode ocorrer quando uma placa oceânica mergulha sobre outra placa continental (subducção), resultando em uma formação montanhosa rica em atividade vulcânica. Exemplo disso é a Cordilheira dos Andes (fig. 27) na América do Sul. Essa cordilheira se originou da subducção da placa oceânica de Nazca sobre a placa continental Sul-americana.
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Figura 27: Cordilheira dos Andes.
Figura 28: O monte Aconcágua (6962m), na Argentina, é o pico mais alto dos Andes e a montanha mais alta das américas.
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Outro processo semelhante ocorre quando duas placas continentais colidem provocando dobramentos. Neste caso, a cordilheira formada não possui muitas atividades vulcânicas, como no caso anterior. Exemplos de cordilheiras formadas assim são o Himalaia (fig. 29) na Ásia e os Alpes na Europa.
A cordilheira dos Andes, as Montanhas Rochosas (na américa do norte), a cordilheira do Himalaia, e os Alpes são exemplos de dobramentos modernos. Esses dobramentos surgiram no período Terciário, há 65 milhões de anos. A cordilheira dos Andes é a maior cordilheira emersa em extensão do mundo, com mais de 7000 km. Já a cordilheira do Himalaia é a mais alta do planeta, com várias montanhas com altudes superiores a 8000 m, sendo o monte Everest (fig.30) o ponto mais alto, com 8848m de altitude.
Figura 29: Vista da cordilheira do Himalaia na Ásia.
Figura 30: Monte Everest (8848m) é a montanha mais alta do Himalaia e o ponto mais alto do planeta Terra.
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O afastamento entre placas tectônicas também pode gerar cordilheiras, mas estas são essencialmente submarinas, pois estes movimentos são comuns entre placas oceânicas. Neste caso a separação entre placas causa um alívio de pressão no limite entre as placas, fazendo com que o material rochoso abaixo se funda e flua através da falha criada. Esse sulco central é chamado rifte (fig.31) e pode desenvolver atividades vulcânicas. Essas cordilheiras submarinas não chamadas dorsais meso-oceânicas (fig.32) e um exemplo é a dorsal mesoatlântica (fig. 33). Essa dorsal é a maior cordilheira do planeta Terra, com 65.000 km de comprimento.
Figura 31: O afastamento entre duas placas tectônicas geram rifts.
Figura 32: Cordilheira meso-oceânica gerada pelo afastamento das placas tectônicas.
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Figura 33: A dorsal mesoatlântica fica localizada, como o nome indica, no meio do oceano Atlântico.