1. – Perspectiva Histórica
1.1 – Introdução
Em termos geológicos uma placa é uma grande massa rochosa, rígida, no estado sólido. O termo tectónica vem do grego e significa formar ou construir. A junção destes dois termos, isto é, a tectónica de placas, refere-se à constituição da superfície da Terra por placas independentes.
A teoria da tectónica de placas parte do pressuposto de que a camada mais superficial da Terra está fragmentada numa dúzia ou mais de grandes e pequenas placas que se movem relativamente umas às outras, sobre um material viscoso, mais quente. Por essa razão utiliza-se também, frequentemente, a designação de teoria da deriva continental.
Desde há muito que vários investigadores suspeitavam que os continentes não mantinham uma posição fixa, e que se moviam uns em relação aos outros. Esta noção foi originalmente enunciada, em 1596, pelo cartógrafo holandês Abraham Ortelius no seu trabalho Thesaurus Geographicus, em que este autor sugeria que as Américas “se afastaram da Europa e da África … devido aos terramotos e cheias”. Ortelius referia mesmo que “os vestígios da ruptura são evidentes, bastando observar um planisfério e considerar as costas dos três (continentes)”.
As ideias de Ortelius começaram a ser recuperadas no século XIX. Por exemplo, em 1858 o geógrafo Antonio Snider-Pellegrini desenhou dois mapas mostrando como, na sua opinião, a América e a África tinham estado juntas, tendo-se separado posteriormente.
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No entanto, foi necessário chegar-se a 1912 para que esta noção de que os continentes se moviam uns em relação aos outros fosse seriamente considerada como teoria científica, designada por Teoria da Deriva Continental (e que foi a precursora da actual Teoria da Tectónica de Placas). A formulação inicial desta teoria foi expressa em dois artigos publicados pelo meteorologista alemão Alfred Lothar Wegener, então com 32 anos de idade. Baseado em evidências geológicas, paleontológicas e geométricas, Wegener defendia que, há 200 milhões de anos, os continentes estavam reunidos num único super-continente, a Pangeia (do grego: todas as terras) que, nessa altura, se começou a fragmentar.
Alexander Du Toit, professor de Geologia na Johannesburg University, que foi um dos mais activos defensores das ideias de Wegener, propôs que a Pangeia se tinha fracturado em duas grandes massas continentais: a Laurásia, no hemisfério norte, e a Gondwana, no hemisfério sul. Posteriormente, estes fragmentaram-se em continentes menores, que são os que existem actualmente.
A teoria de Wegener baseava-se no ajuste, bastante evidente, entre a costa ocidental de África e a oriental da América do Sul, o que já tinha sido constatado, três séculos antes, por Abraham Ortelius. Todavia, Wegener utilizou, também, informações referentes a estruturas geológicas e a fósseis de plantas e animais encontrados em África e na América do Sul, que indicavam terem vivido em continuidade geográfica embora, actualmente, estejam separados pelo Atlântico Sul. Para este cientista, a presença de fósseis idênticos em ambos os continentes não podia ser explicada por qualquer processo de locomoção (isto é, seria fisicamente impossível para esses organismos atravessarem o oceano a nadar, ou transportados pelo vento, ou derivando em objectos flutuantes). Assim, o facto aludido surgia como a evidência mais ressaltante de que os continentes sul-atlânticos tinham outrora estado juntos, tendo-se separado posteriormente com a instalação do oceano Atlântico.
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Para Wegener, a deriva dos continentes tinha ainda o mérito de permitir explicar também as evidências de grandes modificações climáticas encontradas nalguns continentes. Por exemplo, a presença de fósseis de plantas tropicais (encontradas em jazigos de carvão) na Antárctica permitia concluir que este continente gelado se tinha já situado próximo do equador. Várias outras evidências que não eram explicáveis (ou o eram muito dificilmente) pela geologia clássica, e compiladas por Wegener, tornavam-se lógicas utilizando a teoria da deriva continental. Entre outros, este cientista utilizou a distribuição de fósseis do vegetal Glossopteris descoberto nas regiões polares e a ocorrência de depósitos glaciais em zonas tropicais de África.
Quando Wegener propôs a sua teoria da deriva continental a comunidade científica acreditava firmemente que os continentes ocupavam posições estáticas e permanentes. Não é de estranhar, consequentemente, que as suas propostas não tenham sido bem recebidas. A principal fraqueza da teoria de Wegener era a ausência de um mecanismo que permitisse explicar a movimentação das massas continentais através de distâncias tão longas. Wegener devotou o resto da sua vida à procura de novas evidências que permitissem suportar a sua teoria, até que morreu em 1930 numa expedição à calote glaciária da Groenlândia.
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Após a 2ª guerra mundial, as tecnologias para operação e detecção no meio marinho, que tinham sido desenvolvidas com objectivos militares, foram progressivamente sendo postas à disposição da comunidade científica civil. Tal permitiu que, na década de 50, os conhecimentos sobre o solo e o sub-solo marinhos fossem extremamente ampliados. No início da década de 60, os resultados entretanto adquiridos convergiam, de modo bastante nítido, para a recuperação da “velha” teoria da deriva continental formulada por Alfred Wegener e outros investigadores, segundo a qual os continentes não eram estáticos. A década de 60 foi caracterizada por uma euforia nos meios científicos, com a realização de centenas de cruzeiros científicos em que a obtenção de dados ia permitindo, de forma consistente, verificar e refinar a teoria da deriva continental, que então começou a ser designada por teoria da tectónica de placas ou da expansão oceânica.
A rápida aceitação desta teoria (ao contrário do que tinha acontecido cerca de meio século antes) teve como base quatro factores principais:
a) demonstração de que a idade da crosta oceânica é, em geral, bastante mais jovem do que a continental;
b) confirmação de que o campo magnético terrestre teve múltiplas inversões no passado geológico (e que estão registadas nas anomalias magnéticas do fundo oceânico);
c) elaboração da teoria da expansão oceânica envolvendo a criação de nova crusta oceânica nas zona de riftes e de consumo dessa crusta nas zonas de subducção;
d) constatação de que a grande maioria dos sismos e da actividade vulcânica está associada às fossas abissais e aos riftes.
A formulação da teoria da tectónica de placas teve ainda a virtude de propiciar uma abordagem multidisciplinar e interdisciplinar no estudo da Terra, envolvendo ramos tão diferenciados como a paleontologia, a sismologia, a petrografia e a física dos materiais. Por outro lado, veio permitir que se percebessem fenómenos sobre os quais, durante séculos, os cientistas tinham especulado sem conseguirem atingir um cabal entendimento dos processos. Com efeito, a teoria da tectónica das placas permite perceber, por exemplo, porque é que os sismos e as erupções vulcânicas se concentram em áreas específicas da Terra, como é que as grandes cadeias montanhosas (como os Himalaias, os Alpes e os Andes) se formaram e porque é que o gradiente geotérmico é mais elevado nuns locais do que noutros.
A elaboração da teoria da tectónica de placas foi uma das maiores revoluções científicas do século XX, a qual fez com que a Terra fosse encarada sob uma perspectiva diferente. Efectivamente, há a consciência, actualmente, que a tectónica de placas, como “motor” principal, directo ou indirecto, da generalidade dos processos geológicos, influencia de forma determinante o quotidiano do Homem.
A espécie humana beneficia das forças e das consequências da tectónica de placas, estando simultaneamente sujeita aos aspectos negativos por ela induzidos. A constituição da maior parte dos jazigos minerais que o Homem explora para utilização no seu dia a dia foi directamente ou indirectamente condicionada pela tectónica de placas. A própria paisagem, embora directamente modelada pelos processos de geodinâmica externa, está profundamente influenciada pelos processos relacionados com a tectónica de placas. No entanto, os processos geológicos relacionados com a deriva continental podem, também, ser profundamente prejudiciais para o Homem e as suas actividades. A qualquer momento, quase sem aviso prévio, pode ocorrer um grande sismo ou verificar-se uma erupção vulcânica.
Não temos qualquer controlo sobre os processos relacionados com a tectónica de placas. Todavia, hoje temos já conhecimento significativo sobre o seu funcionamento, tendo condições para beneficiar dos seus aspectos positivos e evitar muitos dos seus aspectos negativos.
1.2. – Contribuição da Batimetria
Até ao século XIX a morfologia e as profundidades existentes no oceano aberto eram apenas assunto de especulação, pois que as medições existentes eram em número bastante reduzido. Certo é que, desde o século XVI, alguns navegadores intrépidos, designadamente portugueses, tinham efectuado algumas sondagens esporádicas em oceano aberto, tendo obtido resultados que sugeriam diversidade na distribuição das profundidades. No entanto, a sondagem com fio de prumo, que se utilizava até então, era, para grandes profundidades, bastante demorada, trabalhosa e pouco precisa, pelo que só muito esporadicamente era efectuada. Por outro lado, à excepção de alguns cientistas mais interessados, a comunidade em geral não reconhecia qualquer interesse importante neste tipo de investimento. Neste contexto, a ideia geral instalada era a de que os fundos oceânicos profundos eram bastante aplanados e de morfologia bastante suave.
A quantidade de medições de profundidade (sondagens batimétricas) em oceano aberto foi significativamente ampliada no século XIX quando começaram s ser efectuados alguns levantamentos batimétricos no Atlântico e nas Caraíbas. A carta batimétrica do Atlântico Norte, de Matthew Maury (tenente da U.S. Navy), publicada em 1854, foi provavelmente a primeira em que se representam montanhas submarinas no meio do Atlântico (que Maury apelidou de “Middle Ground”). Estas elevações foram mais tarde confirmadas aquando dos trabalhos de mar preparatórios do lançamento do cabo telegráfico transatlântico. A ampliação dos conhecimentos efectuada em cerca de meio século após a publicação do mapa de Maury é bem evidente quando se compara esta com a carta batimétrica editada em 1911, e onde é bem visível já o esboço da crista médio-atlântica.
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Foi apenas após a 2ª Guerra Mundial (1914-18) que foi desenvolvida nova técnica, a da eco-sondagem, que permitiu começar a ter uma visão mais global e mais precisa da batimetria dos oceanos. A eco-sondagem baseia na emissão de um som, a partir do navio, o qual se propaga até ao fundo, sendo nele reflectido. O som reflectido é captado no navio, e o tempo entre a emissão e recepção é rigorosamente medido. Conhecendo a velocidade do som na água do mar, é fácil determinar a profundidade no local.
O primeiro perfil de eco-sondagem através de uma bacia oceânica foi realizado pelo U.S.S. Stewart, em 1922, tendo-se, então, efectuado 900 medições de profundidade. No entanto, a primeira utilização sistemática foi efectuada em 1925-1927 pelo navio Meteor, que num período de 25 meses, efectuou 14 travessias do Atlântico Sul, tendo obtido mais de 70 000 medições de profundidade. Os resultados da expedição Meteor indicavam claramente a existência de uma cordilheira submarina no meio do oceano.
Nos anos seguintes, a vulgarização do método da eco-sondagem permitiu pormenorizar o relevo da crista média atlântica. Após a 2ª Guerra Mundial verificou-se grande expansão da exploração oceanográfica, o que permitiu detectar muitas outras cordilheiras e montanhas submarinas, bem como descobrir muitas fossas abissais. Na realidade, o sistema de cristas médias oceânicas contorna, de forma zig-zagueante, toda a Terra, atingindo um comprimento total de mais de 50 000km. Este sistema de cordilheiras submarinas, de largura muito variável (que, nalgumas zonas, é de mais de 800km), dispõe-se à profundidade média de 4 500m. No entanto, foi apenas no início da década de 60 que o significado deste sistema global de cordilheiras submarinas e de fossas abissais começou a ser cabalmente percebido, no contexto da teoria da tectónica de placas. Efectivamente, os estudos batimétricos tiveram um papel da maior relevância no desenvolvimento desta teoria. Actualmente, embora com equipamentos utilizando novas tecnologias, a eco-sondagem, principalmente a batimetria multi-feixe, continua a ser um elemento fundamental nos trabalhos em curso.
1.3. – Contribuição da Sismologia
Out 01
Desde o início do século XX que, com a evolução da instrumentação sísmica e dos sismógrafos, os geofísicos começaram a perceber que os sismos tendiam a concentrar-se em certas áreas, principalmente ao longo das fossas abissais e das cristas médias oceânicas (dorsais). Esta associação entre os epicentros dos sismos e os aludidos acidentes geomorfológicos foi claramente definida na década de 1960 quando se constituiu a WWSSN (Worldwide Standardized Seismograph Network), criada para monitorizar o cumprimento do tratado de proibição dos testes nucleares subterrâneos. Efectivamente, os sismólogos confirmaram, então, que os epicentros da maior parte dos sismos principais se localizam em zonas paralelas ás fossas abissais (que tipicamente estão inclinadas de 40º a 60º e apresentam comprimentos de centenas de quilómetros) e nas zonas das dorsais oceânicas.
Esta confirmação foi um auxiliar precioso para suportar a teoria de Hess, segundo a qual a crusta oceânica antiga é consumida nas fossas abissais. Estas zonas foram mais tarde designadas por zonas de Wadati-Benioffou simplesmente por zonas de Benioff (dos nomes dos sismologistas que primeiro as reconheceram: Kiyoo Wadati, do Japão, e Hugo Benioff, dos Estados Unidos da América).
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1.4. – Contribuição da Magnetometria
Muitas rochas, tal como o basalto, são ricos em elementos férricos, designadamente magnetite. Como tal, geram um campo magnético próprio que distorce localmente o campo magnético terrestre. Tal é conhecido desde há muito. Já alguns navegadores portugueses, no século XVI, se questionavam sobre estas perturbações que, por vezes, ocorriam às “agulhas de marear”. Tal é conhecido, também, por exemplo, pelos pescadores islandeses, desde o século XVIII.
No início do século XX vários cientistas, entre os quais Bernard Brunhes em France (em 1906) e Motonari Matuyama no Japão (na década de 1920), descobriram que as rochas se podem distribuir por dois grupos: as que têm polaridade normal (isto é, em que os minerais magnéticos estão orientados de acordo com o campo magnético da Terra): e as que têm polaridade inversa (isto é, o alinhamento dos minerais magnéticos é contrário ao do campo magnético da Terra). Quando o magma arrefece, os elementos férricos orientam-se de acordo com o campo magnético existente, “fossilizando-o”. Assim, a existência de rochas vulcânicas com polaridade normal e outras com polaridade inversa, faz pressupor que, no passado geológico, houve períodos em que o campo magnético terrestre foi inverso do actual, e outros em que foi análogo ao actual, isto é, ocorreram inversões do campo magnético.
Na década de 1950 os investigadores começaram a utilizar, em navios, magnetómetros adaptados de equipamentos operados a bordo de aviões, que tinham sido desenvolvidos durante a 2ª Guerra Mundial para detectar submarinos. Os resultados que começaram a ser obtidos indicavam anomalias magnéticas inesperadas. Há medida que se iam obtendo novos dados de magnetometria marinha, começava-se a verificar que, ao contrário do que acontece nas rochas continentais, a magnetização das rochas que constituem a crosta oceânica apresenta um padrão em bandas (como uma zebra).
Em 1962, investigadores do U.S. Naval Oceanographic Office elaboraram um relatório em que sintetizaram a informação disponível sobre as anomalias magnéticas das rochas vulcânicas que constituem os fundos marinhos. Com base nestes dados, os geólogos britânicos Frederick Vine e Drummond Matthews construiram a hipótese de que o padrão em bandas da magnetização do fundo oceânico está relacionada com inversões do campo magnético da Terra.
O magma que chega à superfície na zonas dos riftes, ao arrefecer, fossiliza o campo magnético da Terra. Com a introdução de novo magma, as rochas já consolidadas são afastadas para os lados (no processo de expansão oceânica), transportando com elas o “sinal” do campo magnético sob o qual arrefeceram. Gera-se, assim, um padrão em bandas, simétrico em relação ao centro emissor, isto é, ao rifte.
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As inversões magnéticas tinham sido já evidenciadas em rochas continentais com elementos magnéticos. Assim, o passo lógico seguinte seria o de correlacionar as inversões magnéticas detectadas em terra com as bandas magnéticas existentes nos fundos marinhos num contexto cronológico. Tal só foi possível porque, ao mesmo tempo que os investigadores marinhos faziam estas descobertas, se estavam a desenvolver rapidamente novas técnicas de datação das rochas.
Recorrendo a um desses novos métodos de datação, o método do potássio-argon, Allan Cox, Richard Doell e Brent Dalrymple, utilizando rochas vulcânicas continentais de muitos lugares da Terra, conseguiram reconstruir a história das inversões magnéticas nos últimos 4 milhões de anos.
Em 1966, Vine e Mattews (e Morley trabalhando independentemente) compararam as idades das inversões magnéticas com as bandas magnéticas do fundo oceânico. Assumindo que o fundo oceânico se afastou do rifte, onde foi gerado, a uma velocidade de alguns centímetros por ano, encontraram uma correlação notável entre as inversões e as bandas magnéticas.
Imediatamente a seguir a esta descoberta, foram desenvolvidos vários estudos semelhantes noutras zonas, com sucessos assinaláveis.
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Esta teoria é suportada por várias evidências, designadamente: a) nos riftes as rochas são muito jovens, tornando-se a idade progressivamente maior com o aumento da distância ao rifte; b) as rochas jovens dos riftes têm sempre polaridade normal; c) a alternância da polaridade das bandas magnéticas paralelas ao rifte sugere que houve, no passado geológico, muitas inversões do campo magnético terrestre.
Assim, a crusta oceânica pode ser encarada como uma grande banda magnética na qual está registada a história das inversões do campo magnético da Terra.
Actualmente, praticamente todo o fundo oceânico está datado por este método, tendo-se mesmo concluído que as suas partes mais antigas têm pouco mais de 180 milhões de anos.
1.5. – Contribuição das Sondagens Profundas
Out 01
Na década de 1960 as evidências que suportavam a teoria da expansão oceânica surgiam de quase todos os domínios de estudo do solo e subsolo marinhos. Uma contribuição até certo ponto inesperada surgiu da prospecção petrolífera.
Após a 2ª Guerra Mundial as reservas de petróleo em terra começaram a ser intensivamente exploradas e a esgotar-se, começando a prospectar-se novos jazigos no mar. Para tal, as companhias petrolíferas construíram navios equipados com equipamentos especiais de sondagem profunda, com capacidade para perfurarem vários quilómetros no subsolo marinho.
Aproveitando esta experiência, os Estados Unidos construíram o navio de investigação Glomar Challenger,concebido especificamente para desenvolver estudos geológicos no mar, designadamente no oceano profundo, o qual foi utilizado pelo consórcio de instituições científicas norte-americanas JOIDES. Em 1968 o navio começou a operar, efectuando sondagens geológicas profundas entre os continentes sul-americano e africano. Quando as amostras foram analisadas e determinadas as suas idades quer por métodos paleontológicos, quer por métodos isotópicos, verificou-se que os resultados se ajustavam muito bem à teoria da expansão oceânica, constituindo-se como evidências extremamente importantes de suporte a esta teoria.
O projecto DSDP (Deep Sea Drilling Project), que utilizava o navio Glomar Challenger, foi coroado de pleno sucesso. O consórcio JOIDES que conduzia o projecto foi rapidamente alargado, integrando países de todo o mundo. Os resultados obtidos foram de tal qualidade que, quando o projecto terminou, foi substituído por outro de características análogas, o ODP (Ocean Drilling Project), que opera o navio Joides Resolution, e que se encontra ainda actualmente em execução.
Os resultados alcançados pelas centenas de perfurações profundas efectuadas até ao momento permitiram, e continuam a viabilizar, o refinamento da teoria da tectónica de placas (ou da expansão oceânica, ou da deriva continental).
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2. – Fronteiras de Placas
Há três tipos principais de fronteiras de placas:
Fronteiras divergentes, onde está a ser gerada nova crusta oceânica e as placas se afastam uma da outra.
Fronteiras convergentes, onde a crusta oceânica é consumida e uma placa mergulha sob a outra.
Fronteiras transformantes, em que não há criação nem consumo de crusta oceânica, mas as placas deslizam horizontalmente uma pela outra.
No entanto, nalguns casos, as fronteiras entre as placas não se enquadram bem nos tipos aludidos, sendo costume designá-las, então, por fronteiras complexas.
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2.1. – Fronteiras de Placas do Tipo Divergente
Out 01
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As fronteiras divergentes ocorrem nos riftes onde nova crusta está a ser criada a partir de magma proveniente do manto, o que força as placas a afastarem-se uma da outra. A fronteira divergente de placas mais conhecida é, provavelmente, a crista média atlântica. Esta cadeia montanhosa submarina, que se extende do oceano Árctico até uma zona ao largo do extremo meridional de África, é apenas um segmento da crista média oceânica global que percorre toda a Terra. No rifte médio atlântico está a ser criada nova crusta oceânica à razão média de 2,5cm/ano. Embora este valor possa parecer muito pequeno pelos padrões humanos, como o processo se prolonga por muitos milhões de anos, é responsável por movimentações das placas tectónicas que atingem vários milhares de km. Foi esta expansão oceânica que, durante os últimos 100 a 200 milhões de anos, fez com que o estreito golfo que existia inicialmente entre a Europa, a África e as Américas se convertesse no actual oceano Atlântico. A crista média atlântica sai do domínio submerso e atinge expressão francamente subaérea na Islândia. |
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A Crista Média Atlântica. (Kious and Tilling, This Dynamic Earth, USGS ws) |
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Efectivamente, a parte ocidental da Islândia está na placa americana, enquanto a parte oriental pertence à placa euro-asiática. Como tal, esta região é um laboratório natural onde os investigadores podem estudar mais facilmente os processos relacionados com a expansão oceânica e a divergência de placas. As consequências do movimento das placas são facilmente observáveis na zona do vulcão Krafla, no nordeste da Islândia. Nesta zona, no período de alguns meses, é possível constatar que as fissuras existentes no solo se vão alargando, criando-se, simultaneamente, outras novas, denunciando o activo processo de rifting. Entre 1975 e 1984 verificaram-se numerosos episódios destes, alguns dos quais foram acompanhados por actividade vulcânica. Normalmente, o solo eleva-se, de modo gradual, de 1 a 2m e, posteriormente, de forma abrupta, subsede, o que denuncia uma erupção eminente. Entre 1975 e 1984 estes deslocamentos totalizaram cerca de 7 metros. |
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A crista média atlântica divide a Islândia. Com triângulos vermelhos estão assinalados alguns dos vulcões activos islandeses. |
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Vista aérea da área de Thingvellir, na Islândia, onde é possível ver uma zona de fissura que corresponde à exposição subaérea da crista média atlântica. Á direita da fissura está a placa norte-americana e à esquerda a placa euroasiática.Na parte superior da fotografia é visível o Lögberg, primeiro parlamento da Islândia, fundado no ano 930. (Oddur Sigurdsson, National Energy Authority, Iceland.) |
Na África Oriental, os processos de expansão oceânica conduziram já á separação da Arábia Saudita do restante continente africano, constituindo-se o Mar Vermelho.
Aqui, está em criação uma nova fronteira divergente de placas, materializada pela zona do Rifte Este Africano.
Poderá ser aqui que se abrirá um novo grande oceano da Terra, transformando a região do “corno de África” numa ilha.
Poderá ser assim que o oceano Atlântico se começou a formar há cerca de 200 milhões de anos.
As fronteiras de placas formam um ponto triplo, na zona onde o Mar Vermelho conflui com o Golfo de Aden.
Na realidade, a placa da Arábia e as placas da Núbia e da Somália (que fazem parte da África) estão-se a afastar umas das outras, isto é, do ponto triplo existente na zona de Afar.
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Mapa da África Oriental em que estão assinalados com triângulos vermelhos alguns vulcões historicamente activos. A rosa, no centro do mapa, está indicado a triângulo do Afar, um ponto triplo em que as placas (arábica, núbia e somáli) se estão afastando umas das outras. (Kious and Tilling, This Dynamic Earth, USGS ws) |
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Cratera do Erta Ale, na Etiópia, um dos vulcões activos da zona do rifte este africano, fotografado em Fevereiro de 1994. Os dois vulcanólogos de fato vermelho que estão no bordo da cratera proporcionam uma boa escala. A cor vermelha no interior da cratera corresponde a lava fundida emergindo através da lava solidificada, negra. (Fotografia: Jacques Durieux, Groupe Volcans Actifs). |
O vulcão activo de Oldoinyo Lengai, na zona dos riftes este-africanos, onde a África está a ser fracturada pelos processos de tectónica de placas, separando uma nova placa, a placa somali, do resto da África, constituída pela placa núbia. |
2.2. – Fronteiras de Placas do Tipo Convergente
Out 01
Nos riftes está continuamente a ser criada nova crusta oceânica. Nos início da década de 1960 este processo foi aproveitado por alguns investigadores para “comprovar” que o afastamento dos continentes se devia, no fundo, a uma contínua expansão da Terra desde a sua formação. Todavia, esta hipótese da Terra em expansão não era satisfatória pois que os seus defensores não conseguiam explicar de forma convincente qual seria o mecanismo geológico que poderia provocar tal expansão. A maior parte dos geólogos continuava a acreditar que a Terra pouco tinha variado de volume desde a sua formação há 4,6 biliões de anos. No entanto, também estes não conseguiam explicar como é que a Terra não aumentava de volume se havia nova crusta a ser continuamente criada nas zonas dos riftes.
Este problema acabou por ser resolvido por Harry H. Hess (geólogo da Princeton University e Almirante na reserva) e por Robert S. Dietz (do U.S. Coast and Geodetic Survey): se há nova crusta que está a ser criada nos riftes então crusta antiga tem que estar a ser consumida noutras zonas, as fossas abissais. Segundo a hipótese de Hess, o oceano Atlântico está em expansão sendo a nova crusta aí criada, no rifte, compensada por consumo de crusta antiga nas fossas abissais do oceano Pacífico, estando consequentemente este em redução. Assim, existe um mecanismo perpétuo de reciclagem da crusta oceânica, com criação de nova crusta numas zonas e consumo de antiga noutras, sem existir variação de volume da Terra. Esta teoria permite também explicar porque é que as rochas do fundo oceânico têm idade bastante menor do que, em geral, as rochas continentais.
Estas zonas foram mais tarde designadas por zonas de Wadati-Benioff ou simplesmente por zonas de Benioff (dos nomes dos sismologistas que primeiro as reconheceram: Kiyoo Wadati, do Japão, e Hugo Benioff, dos Estados Unidos da América).
As zonas de subducção, a que as fossas estão associadas, constituem fronteiras de placas do tipo convergente. Todavia, nem em todas as fronteiras do tipo convergente existe subducção (pelo menos como é entendida nos conceitos de Hess e de Dietz). O tipo de convergência depende do tipo de litosfera envolvida. Como esta convergência pode ocorrer entre duas placas com crusta oceânica, uma placa com crusta oceânica e outra com crusta continental, ou entre duas placas com crusta continental, existem três tipo principais de convergência.
Convergência crusta oceânica – crusta continental
Como a crusta oceânica é mais densa do que a crusta continental, quando há colisão a primeira tende a mergulhar por baixo da segunda, isto é, a crusta oceânica tende a ser subductada. Normalmente estabelecem-se fossas abissais nestes domínios, as quais são a expressão dessa subducção.
Ao largo da costa oeste da América do Sul existe a fossa do Perú-Chile, onde a placa de Nazca está a ser subductada, de forma contínua , sob a parte continental da placa sul americana. Devido a esta colisão, a placa sul americana está a emergir na parte ocidental, com aumento de altitude da cadeia montanhosa dos Andes. Tal provoca sismos frequentes, alguns com grande potencial destruidor. Nalguns deste sismos verifica-se, em certas zonas, emergência continental que, por vezes, atinge alguns metros.
Muitos dos vulcões activos na Terra localizam-se em fronteiras de placas do tipo oceano-continente.
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Convergência crusta oceânica – crusta oceânica
Tal como acontece na convergência crusta oceânica – crusta continental, quando duas placas oceânicas convergem uma é geralmente subductada pela outra, constituindo-se um arco vulcânico.
Por exemplo, a fossa das Marianas, que se localiza paralelamente às ilhas Marianas (um arco insular), corresponde a uma zona de subducção. Neste caso, a convergência é obviamente crusta oceânica – crusta oceânica embora num contexto mais global se verifique que ambas as placas interessadas, a placa do Pacífico e a placa das Filipinas, se deslocam no mesmo sentido. Todavia, como a placa pacífica se desloca a maior velocidade do que a placa filipina, existe verdadeira convergência de placas.
A subducção resultante da convergência crusta oceânica – crusta oceânica também provoca o aparecimento de vulcanismo.As escoadas lávicas e os tephra emitidos durante milhões de anos por um vulcão fazem com que este, por vezes, atinja expressão subaérea (isto é, “saia” de água e se transforme numa ilha vulcânica). Estas cadeias de vulcões formando ilhas alinhadas, associadas a zonas de subducção e paralelas a fossas abissais, designam-se por arcos insulares. Geralmente, estes alinhamentos de ilhas são encurvados e por isso tomaram o nome de arcos.
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Para compreender os arcos insulares (como o das Marianas ou o das Aleutas) e a intensa sismicidade dessas zonas, é necessário compreender o que se passa nas zonas de subducção associadas. O magma que é extrudido por esses vulcões resulta da fusão parcial da placa subductada e/ou da litosfera oceânica sobrejacente e os sismos moderados a fortes e intermédios a profundos têm origem na fricção entre a placa subductada e a placa subductante.
Convergência crusta continental – crusta continental
Quando se verifica convergência crusta continental – crusta continental, como a densidade das rochas que constituem ambas as placas é análoga e pequena relativamente à do manto, é difícil que uma delas mergulhe sob a outra. Perante as tensões compressivas existentes, uma das placas tende, por vezes, a sobrepor-se à outra, verificando-se obdução.
Um bom exemplo de colisão crusta continental – crusta continental é o da Índia com a Ásia que deu origem à cadeia montanhosa dos Himalaias.
Nesta colisão, ocorrida há 50 milhões de anos, a placa euroasiática acabou por obductar a placa indiana. Após a colisão, a convergência das placas deu origem aos Himalaias (cujo ponto mais alto se localiza a 8 854m de altitude), obrigando também ao levantamento do planalto tibetano (cuja altitude média é de 4 600m).
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A colisão entre a Índia e a Eurásia provocou a formação dos Himalaias e a elevação do planalto do Tibete. |
2.3. – Fronteiras de Placas do Tipo Transformante
Out 01
O contacto entre duas placas pode efectuar-se sem que haja entre elas movimentos de convergência ou de divergência, deslizando apenas horizontalmente uma pela outra. Diz-se então que existe uma fronteira de placas transformante, sendo o contacto efectuado através de uma zona de fractura transformante.
O conceito de falha transformante foi introduzido pelo geofísico canadiano J. Tuzo Wilson. Estas falhas ligam um rifte a outro rifte ou, menos frequentemente, uma fossa a outra fossa ou, ainda, um rifte a uma fossa. Era este o elemento que faltava para se poderem definir convenientemente os limites das placas litosféricas. Nas falhas transformantes não há criação nem consumo de crusta.
Estas falhas transformantes são comuns nos fundos oceânicos. Frequentemente, provocam deslocação de troços de um rifte, ficando este com aspecto zig-zagueante. Algumas destas zonas transformantes têm centenas a milhares de quilómetros de comprimento e por vezes têm a expressão morfológica de vales que, embora raramente, chegam a atingir 8 000m de profundidade. Geralmente ocorrem nas falhas transformantes sismos superficiais.
Algumas falhas transformantes ocorrem em terra, como acontece, por exemplo, com a falha de Santo André, na Califórnia, a qual efectua a ligação entre a Crista do Pacífico Oriental (uma fronteira divergente de placas) com a Crista Gorga Sul / Juan de Fuca / Explorer (outra fronteira divergente de placas).
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A falha de Santo André é uma das poucas falhas transformantes expostas em terra. |
A zona de fractura de Santo André tem cerca de 1 300km de comprimento e, nalguns lugares, dezenas de quilómetros de largura, afectando aproximadamente dois terços da extensão da Califórnia. Esta falha transformante constitui uma fronteira de placas, onde, desde há 10 milhões de anos, as placas Pacífica e Norte-Americana deslizam horizontalmente uma pela outra à razão de cerca de 5cm/ano.
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Vista aérea da falha de Santo André na zona em que atravessa a planície de Carrizo, a oriente da cidade de San Luis Obispo. (Robert E. Wallace, USGS.) |
2.4. – Fronteiras de Placas de Tipos Complexos |
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Nem todas as fronteiras de placas são tão simples como as divergentes, as convergentes e as transformantes. Nalgumas regiões a zona de fronteira não está bem definida pois que a deformação que aí ocorre estende-se por uma faixa alargada e complexa. É o que se verifica na região mediterrânico-alpina correspondente à fronteira entre as placas euroasiática e africana. Foram aí reconhecidos vários pequenos fragmentos de placas (denominados microplacas). No contexto global, a fronteira de placas envolve duas grandes placas (a euroasiática e a africana) e várias microplacas entre elas, o que tem como resultado uma estrutura geológica bastante complicada, o que, aliás, é bem expresso pelos padrões complexos dos sismos que aí ocorrem. |
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O3. – Taxas de Expansão do do fundo oceânico |
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Baseado na análise das sequências de anomalias magnéticas da crusta oceânica e nas inversões do campo magnético da Terra, é possível determinar as taxas de expansão oceânica recente associadas a cada rifte. As taxas de expansão são muito variáveis, oscilando entre menos de 2,5cm/ano (na Crista Ártica) e mais de 15cm/ano (na Crista do Pacífico Oriental, na proximidades da Ilha da Páscoa, a cerca de 3 400km a ocidente da costa do Chile). A análise das sequências de anomalias magnéticas da crusta oceânica, associadas a outros estudos de índole geológica, permite, ainda, calcular as taxas de expansão no passado geológico. As taxas actuais de expansão podem ser determinadas directamente através de medições geodésicas, designadamente as que utilizam tecnologia laser. No entanto, a partir da década de 70, começaram-se a utilizar, com muito bons resultados, métodos de geodesia espacial ou satelitária, os quais permitem determinar repetidamente a posição, com muito rigor, de pontos criteriosamente seleccionados no terreno, afastados centenas ou milhares de quilómetros. Os métodos de geodesia espacial mais utilizados para determinar as actuais taxas de expansão oceânica são: VLBI – Very Long Baseline Interferometry SLR – Satellite Laser Ranging GPS – Global Positioning System |
4. – Os Movimentos de Convexão do Manto
Com base em evidências de índole geofísica, principalmente sísmica, a comunidade científica aceita, na generalidade, que o mecanismo forçador da tectónica de placas é o movimento lento do manto ao deslocar-se em células de convexão. Esta ideia foi primeiro considerada, nos anos 30, por Arthur Holmes, geólogo inglês, tendo sido formulada como teoria na década de 60 por Harry Hess.
É de referir que, quando Wegener formulou a teoria da deriva continental em 1912, a Terra era considerada como um corpo sólido, sem movimentações significativas no seu interior, tendo os continentes posições estáticas. Foram estes conceitos, bem como a impossibilidade de Wegener encontrar uma explicação satisfatória para a movimentação dos continentes, que conduziram, na altura, à rejeição da teoria da deriva continental pela maior parte da comunidade científica. No entanto, quando os geofísicos, principalmente baseados no estudo das ondas sísmicas, começaram a definir as diferentes camadas que constituem a Terra, bem como o estado físico de cada uma, estavam, sem o saber, a compilar uma série de elementos fundamentais para para a compreensão da teoria da tectónica de placas.
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Esquema do funcionamento das células de convexão no manto. Por volta dos 700km de profundidade os blocos de crusta oceânica são fundidos, sendo posteriormente homogeneizados no manto. Os materiais mantélicos aquecidos junto ao núcleo externo sobem nos ramos ascendentes das células de convexão até junto da litosfera, indo condicionar a existência de riftes. (adaptado de: Kious e Tilling, This Dynamic Earth, USGS ws) |
Desde os anos 60 que a Terra é vista como um corpo dinâmico, quer no que se refere à parte sólida superficial, quer no seu interior. Como Wilson afirmou em 1968, “the earth, instead of appearing as an inert statue, is a living, mobile thing.”
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Sob as placas rígidas que se encontram na parte superficial, os materiais movem-se de forma mais ou menos circular, tal como a água, numa panela sobre o lume, forma células de convexão. A água quente ascende à superfície, começa a arrefecer e mergulha novamente para o fundo onde torna a aquecer e a deslocar-se para a superfície, constituindo um fluxo convectivo. Como a viscosidade é extremamente diferente, as células de convexão existente no manto da Terra têm velocidades muitíssimo menores. Para haver o fluxo convectivo tem de existir uma fonte de calor. Sabe-se que o calor da Terra tem duas origens: desintegração radioactiva e calor residual. Todavia, o calor proveniente da radioactividade natural é bastante pequeno quando comparado com o calor residual que emana da parte central da Terra. Assim, este é considerado como a fonte de calor que constitui o forçamento para a tectónica de placas. Embora este mecanismo seja actualmente aceite pela generalidade da comunidade científica, ainda se está longe de compreender satisfatoriamente os processos envolvidos. Por exemplo, não se sabe quantas células de convexão existem, nem como e onde se originam, nem se conhece a sua estrutura. |
5. – Pontos Quentes (Hotspots)
A grande maioria dos sismos e das erupções vulcânicas ocorres nas fronteiras de placas. No entanto, há excepções, como é o caso do vulcanismo e sismicidade associada a pontos quentes (hotspots). O caso mais bem estudado de ponto quente é o das ilhas de Hawaii, totalmente de origem vulcânica, e que se localizam a mais de 3 200km da fronteira de placas mais próxima.
A teoria dos pontos quentes (hotspots) foi divulgada em 1963 pelo geofísico canadiano J. Tuzo Wilson. No entanto, quando foi apresentada, esta teoria foi considerada tão radical que o artigo foi recusado pelas revistas internacionais mais credenciadas, até conseguir ser publicada em 1963 no Canadian Journal of Physics. Apesar deste facto, a teoria dos pontos quentes tornou-se um dos aspectos mais importantes da tectónica de placas.
De acordo com a teoria de Wilson, os alinhamentos de ilhas vulcânicas não associadas a fronteiras de placas são explicados pela existência de zonas relativamente pequenas, persistentes e excepcionalmente quentes que existem sob a litosfera, e que por isso foram designadas por pontos quentes. São estes pontos quentes a fonte de calor e de vulcanismo continuado.
Como exemplificação, Wilson aponta o caso específico do alinhamento das ilhas do Hawaii / montanhas submarinas do Imperador:
- a placa pacífica, desloca-se sobre um ponto quente estacionário, no manto, localizado sob a actual posição da ilha do Hawaii;
- é este ponto quente que proporciona uma fonte persistente de magma, através da fusão parcial da parte da placa pacífica sobrejacente;
- este magma, menos denso do que as rochas consolidadas adjacentes, ascende através da crusta constituindo vulcões activos, os quais formam montanhas submarinas que, posteriormente, devido a erupções sucessivas, emergem como ilhas;
- num estádio posterior, devido à movimentação da placa pacífica, a ilha é transportada para fora da zona do ponto quente, deixa de haver fornecimento de magma e o vulcanismo cessa;
- à medida que um vulcão se extingue, começa a desenvolver-se outro sobre o ponto quente;
- este processo, funcionando continuadamente ao longo de milhões de anos, deu origem ao longo rosário de montanhas submarinas e ilhas vulcânicas do Hawaii e montanhas do Imperador.
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De acordo com a teoria dos pontos quentes formulada por Wilson, as ilhas deveriam ser progressivamente mais antigas, mais dissecadas e mais erodidas à medida que a distância ao ponto quente aumenta. É efectivamente o que se verifica nas ilhas do Hawaii: na ilha de Kauai, a mais afastada do vulcanismo actual, as rochas mais antigas têm idades de cerca de 5,5 milhões de anos e estão profundamente erodidas; na ilha de Hawaii (também conhecida por Big Island), presumivelmente localizada sobre o ponto quente, as rochas expostas mais antigas têm apenas 0,7 milhões de anos e novas rochas estão continuamente a ser adicionadas à ilha através de erupções vulcânicas.
Embora o Hawaii seja, provavelmente, o ponto quente mais conhecido, existem muitos outros, quer nas partes oceânicas, quer nas continentais. Na realidade, estão inventariados mais de uma centena de pontos quentes activos nos últimos 10 milhões de anos.
6. – Fontes Hidrotermais Submarinas e Comunidades Biológicas Associadas
Colónia de vermes gigantes, alguns com 1,5m. (Daniel Fornari, Woods Hole Oceanographic Institution)
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A vida na Terra, e especificamente nos oceanos, é dependente do oxigénio, da energia solar, e da temperatura amena. Como a luz solar só penetra no oceano até cerca de 300 metros no máximo, e como nos fundos oceânicos as massas de água provêm das zonas subpolares, sendo bastante frias, as zonas abissais constituem ambientes frígidos e escuros onde apenas poucas formas de vida conseguem subsistir. No entanto, já desde o início dos anos 70 que muitos investigadores defendiam a existência de fontes quentes (hidrotermais) em profundidade, nas zonas dos riftes, onde o magma, com temperaturas superiores a 1 000ºC está a chegar à superfície para constituir nova crusta oceânica. Assim, não foi uma surpresa completa quando, em 1977, investigadores descobriram fontes hidrotermais quentes a profundidades da ordem de 2 500 metros, no rifte dos Galápagos, ao largo do Equador. |
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Surpreendente foi, até porque totalmente inesperada e imprevista, a descoberta de vida abundante e desconhecida (vermes, ameijoas e mexilhões gigantes) na dependência dessas fontes hidrotermais submarinas. Posteriormente, foram descobertas muitas outras fontes hidrotermais submarinas associadas aos riftes, designadamente na Crista do Pacífico Oriental (East Pacific Rise), onde pela primeira vez os cientistas puderam observar ao vivo, a bordo do submersível norte-americano Alvin, as surpreendentes comunidades que vivem na sua dependência. Nas águas em redor destas fontes hidrotermais, que podem estar a temperaturas da ordem dos 380ºC, existe um ecossistema único. Na base da cadeia alimentar deste ecossistema estão bactérias oxidantes do enxofre que vivem simbioticamente com organismos maiores. |
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O H2S utilizado pelas bactérias é proveniente dos gases vulcânicos que emanam das fontes hidrotermais. A maior parte do enxofre provém do interior da Terra, mas uma pequena parte (menos de 15%) é produzido pela reacção química dos sulfatos (SO4) presentes na água do mar. O mais interessante nestes ecossistemas, além de sobreviverem num ambiente extremamente tóxico, é que a fonte energética básica não é a solar mas sim a proveniente das reacções químicas (quimiossíntese). Todavia, é possível que estas interessantes zonas reservem outras surpresas para a comunidade científica. Efectivamente, no final dos anos 80 foi detectada a existência de uma certa luminosidade nalgumas das fontes hidrotermais quentes de alta profundidade, a qual é actualmente objecto de intensa investigação. |
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A existência desta luz “natural” nas escuras profundezas oceânicas pode ter grande significado pois que tal implica que, mesmo nestes ambientes, é possível haver fotossíntese. Neste caso, na base da cadeia alimentar destes ecossistemas poderiam estar quer bactérias quimo-sintéticas, quer bactérias fotossintéticas (ainda que em pequena percentagem) . |
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As grandes dimensões das ameijoas gigantes ressaltam quando comparadas com as mãos dos investigadores que as sustêm. (William R. Normark, USGS.) |
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Colónia de vermes fotografada a 13° N na East Pacific Rise. ( Richard A. Lutz, Rutgers University, New Brunswick, New Jersey.) |
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Caranguejo-aranha observado a comer vermes gigantes. (William R. Normark, USGS.) |
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JMGAS/CM/DCM
Ocêanos e Vida Marinha 
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