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Classificação de bacias sedimentares: mecanismos de subsidência e contexto tectônico - Bacias sedimentares: áreas da superfície terrestre que sofrem ou sofreram subsidência continuada. - Subsidência – resposta a uma mudança de estado na crosta ou na litosfera. - Principal agente das mudanças de estado: Tectônica Global. - A aula de hoje descreve os principais mecanismos de subsidência e sua relação com os principais ambientes tectônicos.

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Classificação de bacias sedimentares: mecanismos de subsidência e contexto tectônico

- Bacias sedimentares: áreas da superfície terrestre que sofrem ou sofreram subsidência continuada.

- Subsidência – resposta a uma mudança de estado na crosta ou na litosfera.

- Principal agente das mudanças de estado: Tectônica Global.

- A aula de hoje descreve os principais mecanismos de subsidência e sua relação com os principais ambientes tectônicos.

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Estrutura e Dinâmica interna da Terra

Para entendermos os processos relacionados à dinâmica interna da Terra, vamos rever sua estrutura interna. Há duas formas principais de se descrever a estrutura interna do planeta: com base na variação, em profundidade, da composição ou do comportamento mecânico.

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Subdivisão composicional

Crosta – é a porção mais superficial da Terra sólida, formada por rochas de composição variada, porém com grande predomínio de silicatos. Dois tipos de crosta apresentam composições, espessuras médias e história geológica distinta.

Crosta Oceânica – tem composição basáltica, mais rica em Fe e Mg (contidos em silicatos e óxidos) com densidade de cerca de 3 g/cm3, menor variação composicional e idade limitada a menos de 180 Ma. A crosta oceânica é formada essencialmente por rochas ígneas geradas por fusão do manto sob as cadeias meso-oceânicas. Sua espessura é de cerca de 5 km.

Crosta Continental – tem composição muito variada, refletindo complexa história geológica, com predomínio de rochas formadas principalmente por silicatos ricos em Al, K e Na, com densidade média próxima a 2,7 g/cm3. A crosta continental é formada por um complexo arranjo de rochas de diferentes idades (de mais de 5 Ga até o recente, de origem ígnea, metamórfica e sedimentare. Sua espessura varia de cerca de 15 km até mais de 70 km.

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Subdivisão composicional

Manto – Localizado abaixo da crosta, formado por rochas mais densas (de 3.25 a 3.4 g/cm3) compostas por silicatos ainda mais ricos em Fe e Mg e mais pobres em Si que aqueles da crosta oceânica. Com o aumento da profundidade, passam a predominar óxidos. Tem seu topo na descontinuidade de Moho e vai até aproximadamente 2900 km abaixo da superfície.

Núcleo – A cerca de 2900 km de profundidade, ocorre uma mudança abrupta de composição e comportamento mecânico, marcando o início do núcleo. Sua composição é supostamente dominada por ligas de Fe-Ni, com alto conteúdo de elementos do grupo da platina.

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Subdivisão mecânica

Litosfera – Porção rígida superficial, fragmentada em placas tectônicas. Inclui a crosta e a porção superior do manto. A litosfera continental tem profundidades de até 120 km, enquanto a oceânica de até 65 km.

Astenosfera – Porção plástica do manto superior, vai até a profundidade de cerca de 200 km. Perde calor por convexão.

Mesosfera – Porção inferior, rígida, do manto. De 200 km até 2900 km. Por volta de 600 km ocorre mudança de fase mineral.

Núcleo externo – Porção líquida do núcleo, de 2900 a 4700 km.

Núcleo interno – Porção interior e sólida do núcleo.

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Resposta da crosta a mudanças de estado: Isostasia

- Compensação isostática

1. Tipo Pratt (variação dedensidade)

2. Tipo Airy (variação de espessura)

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Na base das duas colunas as forças igualam-se:

Espessuras e densidades da crosta, manto astenosférico e manto litosférico.

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Relevo relativo entre dois blocos continentais adjacentes:

Se Z é preenchido por água (densidade=1.0 g/cm3):

Massa da coluna 1 = Massa da coluna 2

30*2,8+90*3,4=Z*1,0+15*2,8+45*3,4+(60-Z)*3,3390=Z+42+153+198-3,3Z

3,3Z-Z=393-3902,3Z=3

Z=1,3 km

Se Z é preenchido por ar (densidade ~0 g/cm3)

3,3Z=3Z=0,9 km

Se Z é preenchido por sedimento (densid.=2,3 g/cm3)

Z=3 km

Relevo relativo entre dois blocos continentais adjacentes:

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Se uma porção da crosta passar da condição da coluna 1 para a da coluna 2, ocorre subsidência.

Esse tipo de subsidência por afinamento crustal ou litosférico é denominado subsidência mecânica.

A subsidência mecânica ocorre em regiões sujeitas a tectônica distensiva.

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A espessura inicial da crosta ou litosfera sobre a espessura após a distensão determina o fator .

Como distensão da litosfera implica em ascensão de astenosfera, o gradiente térmico aumenta.

O aquecimento da litosfera pode ser rápido se houver adição de magma, e com isso a densidade diminui e a subsidência é reduzida.

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Quando a distensão termina, a litosfera esfria lentamente e ganha volume com a transformação de astenosfera quente em litosfera mais fria.

Esse resfriamento é acompanhado por aumento de densidade e, portanto subsidência termal ou térmica.

Para cada fator beta há uma curva exponencial de subsidência termal.

A subsidência total é mesma calculada para a compensação isostática sem os efeitos termais, apenas a curva é modificada.

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Como a crosta inferior e a litosfera apresentam comportamento dúctil com a deformação, a área de ascensão astenosférica é maior que a de distensão crustal.

Assim, a subsidência termal (sag basin) afeta uma área maior que a subsidência mecânica por ela responsável.

rift

sag

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Pelo modelo acima descrito, a distensão causa subsidência que causa ascensão de Astenosfera (aumento de gradiente geotérmico).

Mas qual a causa da distensão?

1- Tensões de borda e placa.

2- Colapso distensional

O ovo ou a galinha?

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Uma sobrecarga (e.g. cavalgamento, edifício vulcânico) também causará compensação isostática.

Se a litosfera fosse formada por blocos separados com movimento vertical independente, essa compensação não causaria subsidência, pois não haveria abatimento da superfície.

Na realidade a crosta tem uma rigidez que implica em abatimento por flexura de áreas adjacentes à sobrecarga.

Esse abatimento é denominado subsidência flexural.

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A distância a partir da área de sobrecarga afetada pela subsidência e a profundidade dessa subsidência dependem da rigidez flexural da crosta.

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Assim, os três principais mecanismos de formação de bacias sedimentares podem ser utilizados para classificar as bacias em:

- Bacias de subsidência mecânica

- Bacias de subsidência termal

- Bacias de subsidência flexural.

Muitas bacias são formadas por mais de um desses processos.

Outros mecanismos influenciam ou promovem a subsidência em bacias sedimentares e serão discutidos em aulas posteriores.

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Um outro tipo de classificação, muito utilizado, agrupa as bacias sedimentares de acordo com seu contexto na Tectônica da Placas.

Em uma divisão maior, as bacias podem ser classificadas em:

- Bacias relacionadas a limites convergentes de placas

- Bacias relacionadas a limites divergentes de placas

- Bacias relacionadas a limites transformes de placas

- Bacias intra-placa

Em cada um desses contextos ocorre uma série de tipos de bacias.

Os principais tipos serão apresentados na aula de hoje, seguindo a classificação de Ingersoll & Busby (1995), modificada.

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Estudos militares do fundo oceânico: Trincheiras e cadeias meso-ocêanicas.Pares de faixas de anomalia magnética paralelos às meso-oceânicas.

Juntando as evidências: a teoria de Vine, Matthews, and Morely.

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Se os oceanos se espalham, com criação de nova litosfera, tem de haver consumo de litosfera em algum lugar – zonas de Benioff e trincheiras oceânicas.

Combinando as evidências de formação nas meso-oceânicas, deriva dos continentes e consumo de litosfera nas zonas de subducção, surge a teoria da Tectônica de Placas.

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Limite transforme entre meso-oceânicas

Limite transforme em crosta continental

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Mecanismo causador da Tectônica de Placas: correntes de convexão na astenosfera e na litosfera (ridge push e slab pull).

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1. Bacias de contextos divergentes:

- Rifts intra-continentais: subsidência mecânica

- Bacias proto-oceânicas: subsidência mecânica + subsidência termal

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Rifts ativos X Rifts passivos

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Distensão por cisalhamento simples

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Bacias intra-placa:

- Margens Passivas: subsidência termal

- Bacias Intracratônicas: mecanismo incerto (termal, flaxural, topografia dinâmica)

- Bacias Oceânicas ativas: subsidência termal

- Bacias Oceânicas inativas: subsidência termal

- Rifts Intra-placa: subsidência mecânica

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Margens passivas

Porções mais distais da plataforma apresentam menor espessura de crosta após a distensão = maior fator beta = maior taxa de subsidência termal.

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Bacias de contextos convergentes:

- Trincheiras de subducção: subsidência termal + flexural

- Bacias de flanco de trincheira: subsidência mecânica + termal

- Bacias de ante-arco: mecanismo incerto (subsidência flexural + ?)

- Bacias de backarc: subsidência mecânica

- Bacias de intra-arco: subsidência mecânica

- Bacias de antepaís de retroarco: subsidência flexural

- Bacias periféricas de antepaís: subsidência flexural

- Bacias de colapso de orógeno: subsidência mecânica

G S A 5 8 0 5 - T e c t ô n i c a e S e d i m e n t a ç ã o

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Bacias de ante-arco

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Bacias de backarc

Distensão passiva:colapso da margem continental e rollback da subducção.

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Bacias de antepaís de retroarco

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Bacias periféricas de ante-país

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Bacias de contextos transformes:

- Bacias transtrativas

- Bacias transpressivas

- Bacias transrotacionais