Profa.Dra. Larissa Marques Barbosa de Araujo

INTRODUÇÃO No caso da Terra, considerando que é formada por envólucros

concêntricos (atmosfera e hidrosfera – litosfera – calcosfera – siderosfera ou núcleo de ferro), Goldschmidt classificou os elementos de acordo com o seu principal invólucro de ocorrência (Fig. 1).

Elementos atmófilos: ocorrem como gases na atmosfera. Ex.: Cl, N, H, gases nobres;

Elementos litófilos: concentram-se na crosta terrestre, tendem a formar silicatos, ou estarem associados com eles, entre estes elementos dominam as ligações iônicas. Ex.: elementos alcalinos, alcalinos terrosos, Ti, Cr, Mn, Al, Terras Raras, V, Nb, Ta, Si, etc..;

Elementos calcófilos: possuem afinidade pelo S concentrando-se como sulfetos. Formam ligações covalentes com o S, Se ou Te. Ex.: Cu, Pb, Zn, Ag, As,Sb, Cd, Bi, Hg, Ga, In, Tl, Se, Te;

Elementos siderófilos: aqueles que tendem a se concentrar no núcleo terrestre, tem afinidade pelo ferro, em geral apresentam ligações metálicas e não tendem a se combinar com O ou S. Exs. Fe, Co, Ni, platinóides, C, P, Ge, Sn, Mo e Au.

Figura 1 – Elementos com afinidade com a Terra e meteoritos. Áreas sobrepostas mostram elementos comuns em duas ou mais envólucros. O tamanho da letra mostra o elemento de maior concentração. Elementos em itálico são encontrados principalmente em fase ferrosa.

DiferençaDiferença entre a composição Interna e externa entre a composição Interna e externa da Terrada Terra

Métodos de observação do Interior da terra – Direto e IndiretoMétodos de observação do Interior da terra – Direto e Indireto

•Através de pequenos pedaços que o manto ocasionalmente leva a superfície por movimentações tectônicas, ofiolitos, xenólitos e por vulcanismo, muito do que nós sabemos do manto pode ser deduzido.

• Métodos indiretos de estudo que incluem a determinação de propriedades geofísicas como o fluxo térmico, densidade e velocidade de ondas sísmicas.

•Outro método indireto é análise de rochas vulcânicas geradas por fusão parcial do manto. Finalmente, a composição de condritos é uma importante chave para o entendimento da composição do manto.

ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DO MANTOESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DO MANTO

O manto superior situa-se abaixo da descontinuidade de Mohorovicic até a primeira das descontinuidades mantélicas abruptas que se manifestam a uma profundidade de cerca de 400 km. No manto superior, a densidade, geralmente expressa em valores para pressão zero p, varia desde 3,2 g/cm3 no topo até em torno de 3,6 – 3,7 g/cm3 a 400 km. Dentre as rochas terrestre conhecidas, são as ultramáficas ricas em olivina magnesiana (Mg2SiO4) e os piroxênios (MgSiO3 e CaMgSi4O6) que apresentam densidade adequadas a estes parâmetros.

Um controle adicional sobre a provável composição do manto superior é dado pelas rochas máficas observadas na superfície terrestre, cuja origem se dá predominantemente ali. A petrologia experimental demonstra que, para o manto superior poder produzir estas rochas máficas, as rochas nele presentes são, com maior probabilidade, o peridotito (olivina + piroxênio) ou o eclogito (granada + piroxênio).

As rochas fundem ao longo de um determinado intervalo de temperatura, uma vez que são compostas por vários minerais que possuem, por sua vez, faixas de temperaturas de fusão diferentes. A temperatura do início de fusão – o primeiro aparecimento de líquido – determina a solidus da rocha, que depende da pressão vigente. A curva solidus do peridotito aumenta de modo não linear com o aumento da pressão e da profundidade na Terra.

A temperatura, outro parâmetro importante, também aumenta de maneira não linear, acompanhando o aumento da profundidade. Chama-se de geoterma a curva que relaciona a temperatura vigente a uma determinada profundidade no interior da Terra.

MantoManto

MantoManto

É possível experimentalmente comparar os prováveis formatos da curva do solidus e da geoterma. Verifica-se que a temperatura do solidus é superior a da geoterma sob pressões baixas e altas. Nessa situação o manto permanece sólido.

Por outro lado, se a temperatura da geoterma excede a do solidus, o manto deve ficar incipientemente fundido, num intervalo de profundidade que corresponde, aproximadamente, a zona de baixa velocidade definida pelas propriedades sísmicas. Estima-se que a quantidade de líquido presente nesta zona seja pequena, em torno de 2 % no máximo. Essa quantidade de líquido, no entanto, é suficiente para tornar o manto mais plástico e mole do que o manto sobrejacente.

A geofísica revela que numa zona de transição no intervalo de aproximadamente 400 a 650 km há algumas descontinuidades, caracterizadas por pequenos aumentos de densidade nítidos ou gradativos que podem ser causados por mudanças na composição química do manto para uma composição em que um ou outro elemento de maior peso atômico (por exemplo, o ferro) começa a predominar sobre os outros elementos de menor peso atômico (por exemplo, o magnésio). Igualmente, a composição química pode ser mantida, e os minerais mudam de estruturas cristalinas menos densas sob as pressões relativamente menores do manto superior para estruturas mais densas devido às pressões maiores do topo do manto inferior, através de transformações polimórficas ou reações de decomposição promovidas pela pressão sempre crescente quanto maior for a profundidade terrestre.

P=1 atm

Composição do primeiro

cristal

X

Cristalização do feldspato

1. Líquido de composição X (An61) resfria para a liquidus

2. Cristais com aproximadamente An87 iniciam a sua formação3. Cristais possuem altas razões de Ca/Na; composição se torna mais sódica.

4. razões Ca/Na em ambos cristais e no liquido diminuem com a diminuição da temperatura; proporção dos cristais aumenta quando o líquido diminui

Composition of last crystal

Composição do líquido

5. Cristais com An61 resfriam sem mudanças na composição

Através da petrologia experimental, demonstra-se que, nesse intervalo de grande profundiade, os minerais presentes no topo do manto superior tornam-se instáveis e são substituídos por outros mais densos. Por exemplo, a olivina magnesiana transforma-se sucessivamente a ~ 400 km e a ~ 500 km em polimorfos β e γ, respectivamente, que mantém a fórmula (Mg, Fe)SiO2, porém adotam estruturas mais densas, com menor espaço livre entre os íons constituintes. No mesmo intervalo, os piroxênios também adotam estruturas mais densas. A ~ 650 km, a fase olivina γ decompõe-se, formando (Mg,Fe)O e (Mg,Fe)SiO3 com estrutura densa, adotada também pelos piroxênios. Todas as transformações citadas são acompanhadas por aumentos das densidades e das velocidades de propagação das ondas sísmicas, praticamente idênticos aos aumentos observados sismicamente.

A zona entre 2.600 e 2.900 km - D¨, revela uma diminuição das velocidades sísmicas com aumento de profundidade.

Esta zona pode ser herdada da época de aglutinação da Terra (embora seja difícil imaginar como ficou preservada durante as fortes segregações interna que ocorreram), pode representar uma zona onde se acumulam bolsões de material gerado anteriormente a profundidades bem menores e em vias de reciclagem dentro da Terra, pode incluir material liberado do núcleo, ou pode representar material do manto inferior, decomposto para a forma de óxidos densos.

Características do MantoCaracterísticas do Manto

Acredita-se que, desde ~ 650 km até em torno de 100 – 300 km da descontinuidade de Gutenberg a 2.900 km de profundidade, o manto inferior seja composto predominantemente por silicatos ferromagnesianos com estrutura densa e, em menor quantidade, por silicatos cálcio-aluminosos também densos, bem como óxidos de magnésio, ferro e alumínio. Tendo em vista o grande volume do manto inferior, a perovskita ferromagnesiana, mineral muito incomum nas rochas crustais, deve ser o silicato mais abundante da Terra.

Nesse intervalo de ~ 650 a ~ 2.600-2.800 km, a densidade P deve aumentar desde cerca de 4,0 g/cm3 até perto dos 5,0 g/cm3.

Atualmente o que é sugerido é que pode haver heterogeneidades importantes no manto inferior, conduzindo à presença de domínios químicos distintos separados por uma superfície bastante irregular, cuja profundidade pode variar de 1.600 km até a descontinuidade de Gutenberg.

Núcleo Os aumentos da densidade e da velocidade Vp, ao atravessarem a

descontinuidade de Gutenberg são muito grande e não podem ser gerados por transformações polimórficas dos materiais que compõem o manto inferior.

As densidades calculadas para o núcleo terrestre deixam poucas dúvidas de que seja composto predominantemente por uma liga metálica de ferro e níquel, hipótese corroborada pela planetologia comparada e pelo estudo de meteoritos. Entretanto, a densidade P calculada para o núcleo externo na descontinuidade de Gutenberg é um pouco menor do que a 10 g/cm3, inferior à densidade de 11,5 g/cm3 determinada para essas ligas.

Conseqüentemente acredita-se que a liga deva incorporar algum elemento de número atômico baixo, cuja presença resulta numa diminuição da densidade. Os candidatos já sugeridos são vários, como hidrogênio, oxigênio, sódio, magnésio, enxofre.

O núcleo interno, sólido, deve ser composto pela liga ferro-níquel, uma vez que sua densidade corresponde à densidade calculada. O núcleo interno deve crescer lentamente pela solidificação do núcleo externo. Estudos recentes sugerem que o núcleo interno assemelha-se a um enorme cristal anisotrópico que permite uma velocidade ligeiramente maior às ondas sísmicas propagadas na direção N-S. O núcleo interno gira com velocidade maior que a do resto do planeta, que sugere que numa época anterior todo planeta girava com maior rapidez. Por estar isolado mecanicamente do resto do planeta pelo núcleo externo líquido, o núcleo interno mantém sua velocidade.

REFERÊNCIASREFERÊNCIAS BROWNLOW, A. Geochemistry. Prentice-Hall,

Englewood Cliffs. 498pp. GILL, R. 1989. Chemical fundamentals of Geology.

Unwin Hyman, London. 291pp. GOLDSCHMIDT, V. M. (1937) The principles of

distribution of chemical elements in minerals and rock. J. Chem Soc., 1937:655-673.

LICHT, O. A. B. (Ed.); MELLO, C. S. B. (Ed.); SILVA, C. R. (Ed.). Prospecção geoquímica: depósitos minerais metálicos, não metálicos, óleo e gás. Rio de Janeiro: SBGq/CPRM, 2007. 788 p.

TEIXEIRA, W.; TOLEDO, M.; FAIRCHILD, T.; TAIOLI, F. Decifrando a Terra. Oficina de Texto. USP, 2000.