PLATE TECTONICS THEORY

Hipotesis of subduction initiation through Earth’s shrinking by cooling

Raphael RannaNational Agency of Petroleum - Brazil

Galileu Galilei Nicolau Copérnico

René Descartes Alfred Wegener 1

Ciência e Religião alguma semelhança?

Ciência e Religião alguma semelhança?

. Paradigmas absolutos, inquestionáveis ao longo do tempo;

. A reprodução de conceitos herdados de um “livro sagrado”, ou por um “sábio mestre”;

. O repúdio a novas interpretações, por parte principalmente de seus adeptos mais fervorosos.

Alguns questionamentos. Se o responsável pela abertura oceânica é a pluma mantélica, por que não há um

zoneamento metamórfico nas costas brasileira e africana, datado da época da abertura oceânica?

. Porque o magma da cadeia meso-oceânica possui temperatura de aproximadamente 1250°C, temperatura próxima ao esperado para a base da litosfera, e não uma

temperatura muito maior, dado que a pluma seria mais quente?. COMO SE INICIA UMA SUBDUCÇÃO???

Hipótese da movimentação Tectônica por influência da contração térmica da Terra

Contração Planetáriaisto é possível?

Planeta Mercúrio

Crédito: NASA, JPL, Mariner 10, Calvin J. Hamilton (LANL)

Massa: 3,302 x 1023 kgRaio: 2439,7 kmLitosfera: 100 a 300 kmManto: 600 kmNúcleo: 1800 km – raioMagnetosfera: 220 nT(indícios de núcleo externo líquido)

Fontes de calor

• Colisão de meteoritos, em especial no início da formação terrestre;

• Irradiação solar;

• Energia gerada pelo atrito da diferenciação, em especial a diferenciação de material ferroso, se deslocando do manto em sentido ao núcleo;

• Fusão nuclear (ainda bastante discutível...);

• FISSÃO NUCLEAR (DECAIMENTO RADIOATIVO), tido como a principal fonte de geração de energia. Jeanloz e posteriormente Nimmo estudaram a possibilidade de existência de liga 40K com Fe, em condições nucleares. Segundo aquele, o decaimento deste 40K, às condições de 1200 ppm, seria responsável por gerar no entanto apenas 20% da energia necessária para manter o manto a 7000 K.

Ainda: A meia vida do 40K é de 1,3 bilhões de anos. Ou seja, a abundância deste elemento seria o dobro há 1,3 bilhões e o quádruplo há 2,6 bilhões de anos. Se esta é uma fonte importante de provimento calorífico, é lógico pensarmos que seu suprimento de energia também se esgote com o tempo...

SEJA QUAL FOR A EXPLICAÇÃO, A TERRA PERDE CALOR, E AS FONTES DE ENERGIA MUITO PROVAVELMENTE ESTÃO DIMINUINDO!

Formas de variação de volume por variação na temperatura

2 formas principais:

• Contração térmica – calculada através do coeficiente de expansividade (dilatação) térmica;

• Mudança de fase mineral.

Como o resfriamento contribui para a Tectônica de Placas

Modelo hipotético para o resfriamento de 300 K para a Terra como um todo

Divisão da Terra

Núcleo interno

Núcleo externo

Manto inferior

Zona de transição

Manto Superior

Litosfera

Com o resfriamento, o núcleo interno, apesar de sofrer contração térmica, se expande, acompanhado a solidificação do material nuclear até então fundido, na proximidade de seu contato;

O núcleo externo, por sua vez, se contrai;

Resfriamento de 300 K no Núcleo

Resfriamento de 300 K no Núcleo

. Coeficiente de Expansividade térmica (α) : 1,3 x 10-5 K-1

. Volume do núcleo antes do resfriamento de 300 K:1,752 x 1011 km3

. Volume do núcleo após o resfriamento de 300 K: 1,745 x 1011 km3

O volume perdido pelo núcleo corresponde então a 6,83 x 108 km3, ou o equivalente a 1,81% da litosfera oceânica.

Ao final da contração, obtêm-se um núcleo menor e há a criação de “espaço” – na realidade, não há espaço sendo criado, mas alívio de pressão instantâneo local, no contato entre núcleo e manto inferior – na camada D’’

Resfriamento de 300 K no Contato Núcleo-Manto

As rochas mantélicas se deslocam então para baixo, de forma a retornar a estabilidade compressiva equivalente ao pacote de rocha sobreposto, no contato manto-núcleo. Como resultado, a descompressão é propagada para cima.

Resfriamento de 300 K no Manto

Esta descompressão se propaga então até a zona de transição do manto superior e inferior. Porém, o manto inferior também perde volume por contração térmica. Este contração amplifica as descompressões.

Resfriamento de 300 K no Manto

.α (Manto Inferior) : entre 1 x 10-5 K-1

e 3 x 10-5 K-1

.Volume do manto inferior antes do resfriamento: 5,949 x 1011 km3

.Volume do manto após o resfriamento: 5,909 x 1011 km3

Sendo assim, o volume perdido é igual a 3,98 x 1011 km3, ou o equivalente a 10,57% da litosfera oceânica. Somados, manto inferior e núcleo são responsáveis pela contração equivalente a 12,38% da litosfera oceânica.

Curva de Estabilidade Mineral nas proximidades da Zona de transição do manto

MANTO INFERIORZona de estabilidade da Perovskita (Curva de clapeyron NEGATIVA) :

Aumento de volume com resfriamento

ZONA DE TRANSIÇÃOMudança de fase mineral interna:

Passagem da Wadsleíta para Ringwoodita

(Curva de clapeyron POSITIVA) : Diminuição de volume com resfriamento

MANTO SUPERIORZona de estabilidade da olivina (Curva de clapeyron POSITIVA) :

Diminuição de volume com resfriamento

Resfriamento de 300 K no contato Manto Inferior – Zona de Transição

Sendo assim, no contato entre o manto inferior e o limite inferior da Zona de transição, um resfriamento acarretaria na transformação de perovskita em ringwoodita, gerando rebaixamento do limite e consequente aumento de volume dos minerais naquela região.

Sendo assim, no contato entre o manto inferior e o limite inferior da Zona de transição, um resfriamento acarretaria na transformação de perovskita em ringwoodita, gerando rebaixamento do limite e consequente aumento de volume dos minerais naquela região.

O rebaixamento do limite, neste caso, é equivalente a 15 km. Com diferença de volume de 9% entre perovskita e ringwoodita, o volume gerado pela expansão desta região é equivalente a 5,5 x 108 km3, ou 1,46% da litosfera oceânica.

O aumento de volume gera então uma anomalia compressiva local.

Mais acima, no entanto, o resfriamento promove a passagem de wadsleíta para ringwoodita, a 520 km, e a passagem olivina para wadsleíta, a 410 km, com reduções de volume de 1,8 e 5,1%, respectivamente, em faixas de ascendem 24 km de espessura.

Sendo assim, há descompressão equivalente á subtração total na região de 7,35 108 km3, ou o equivalente a 1,95% da litosfera oceânica.

Ademais, há também o efeito da contração térmica na região, à ordem de α = 3 x 10-5 K-

1. Sendo assim, há a contração térmica de 1,15 3 x 109 km3, ou o equivalente a 3% de litosfera oceânica.

Finalmente, há também no manto superior a contração térmica, na ordem de 1,21 x109 km3 ou o equivalente a 3,23% da litosfera oceânica. Estas descompressões continuam a se propagar para cima, até alcançar a base da litosfera.

Na base da litosfera, no entanto, as descompressões se concentram, já que a litosfera mais fria possui maior rigidez e, portanto, maior resistência à descompressão. Como consequência, a descompressão local acumulada é tal que propicia a fusão parcial das rochas logo abaixo da litosfera – a astenosfera.

Com a evolução do resfriamento, as tensões sob a litosfera são aumentadas.

Com as descompressões atingindo o limite da resistência da placa, a mesma é rompida e começa a ser “sugada”, de modo a compensar a anomalia descompressiva e reestabilizar as pressões internas acumuladas no manto superior.

Muitas placas são descritas como apresentando mudança de ângulo, sendo este suavizado, ao encontrar o limite superior da ZTM. Este fenômeno poderia ser explicado pela maior facilidade de propagação lateral da placa devido à anomalia descompressiva na região.

De forma análoga, as placas são descritas por muitos autores por se horizontalizarem na base da zona de transição. Em parte, este fenômeno ocorre pois, a placa mais fria, precisa ultrapassar a ZTM para se transformar em perovskita. Porém, poderia se considerar a possibilidade da anomalia compressiva local agira como um bloqueio á sua propagação.

Gu et al. (1998)

Lawrence & Shearer (2006)

Flannagan e Shearer (1998) 221 241 261

Espessura da Zona de transição (km)

Relação entre localizações de Zonas de Subducção e a Zona de Transição do manto

A abertura oceânica seria então resultado da força de subducção. De fato, há três principais fatores que ajudam esta hipótese:

a) Caso fossem as plumas mantélicas as responsáveis pela abertura oceânica, esperar-se-ia que uma zona de metamorfismo de baixa pressão e alta temperatura se formasse ao longo das costas brasileira e oeste-africana, afetando, além das rochas ígneas e metamórficas crustais, também as rochas sedimentares, em especial as das seções rifte e pré-rifte. Salvo casos isolados, isto não é o que se percebe;

b) A ascensão de material, sendo “empurrado” pela pluma mantélica, deveria gerar estruturas compressivas nas proximidades da cadeia meso-oceânica. Não é o que acontece. Ao contrário, o que se percebe são falhamentos normais paralelos à cadeia, tipicamente oriundos de movimento compressivo;

c) Há autores que mediram a temperatura dos magmas da cadeia meso-oceânica e afirmam que os mesmos não são mais quentes que qualquer outro magma, sendo em torno de 1600 K – o que seria de se esperar de magmas da base da litosfera.

Prezados, independentemente da validade da hipótese aqui apresentada, nós, como

cientistas que somos, temos a obrigação de nos questionar sobre a validade das teorias

atualmente apresentadas. SEMPRE!

MUITO OBRIGADO!