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Ciências da Terra e do espaço do ensino fundamental · 1–9 年级

18Tectônica de placas: o quebra-cabeça que se move

Abra um mapa-múndi sobre a mesa e observe as duas margens do oceano Atlântico. A grande saliência do Brasil parece feita para se encaixar no recôncavo da costa oeste da África, como se alguém tivesse cortado um único pedaço de terra em dois e afastado as metades. As primeiras pessoas que imprimiram bons mapas das duas costas notaram isso na hora. Durante três séculos, isso continuou sendo uma curiosidade. No século XX, virou o ponto de partida da teoria que hoje explica por que o chão treme no Japão, por que os Andes são tão altos, por que a Islândia fica cada vez mais larga — e por que o mapa sobre a mesa é só um retrato instantâneo de um mundo que se move.

A América do Sul ao lado da África: num quebra-cabeça, o encaixe é um jogo; na Terra de verdade, é uma pista.

O que você já sabe

A Terra tem três camadas principais: uma crosta fina e rochosa, um manto grosso de rocha quente e um núcleo metálico; a temperatura sobe com a profundidade (Capítulo 16). Um lugar no globo é localizado pela sua latitude e pela sua longitude (Capítulo 14).

18.1 Continentes que já se encaixaram

Definição 18.1 (Deriva continental)

A deriva continental é a ideia de que os continentes se deslocam devagar pela superfície da Terra, de modo que as suas posições, e as formas dos oceanos entre eles, mudaram ao longo das eras.

Definição 18.2 (Supercontinente)

Um supercontinente é uma única massa de terra formada por todos, ou quase todos, os continentes juntos. O último, a Pangeia (“todas as terras”, em grego), começou a se partir entre cerca de 225 e 200 milhões de anos atrás.

O cientista que defendeu a deriva continental como uma teoria de verdade, com provas, foi Alfred Wegener. Ele reuniu quatro tipos de pistas.

As formas das costas. A América do Sul e a África se encaixam como duas peças de um quebra-cabeça, e o mesmo acontece com vários outros litorais.
Os fósseis. Os mesmos animais e plantas fósseis são encontrados em continentes que hoje estão separados por milhares de quilômetros de oceano. O Mesosaurus era um pequeno réptil que vivia em água doce: ele não poderia ter atravessado um oceano a nado, e mesmo assim os seus fósseis estão tanto no Brasil quanto no sul da África.
As rochas. Rochas dos mesmos tipos e das mesmas idades, e antigas cadeias de montanhas da mesma forma, param numa costa e recomeçam na costa oposta, como as linhas de um jornal rasgado.
Os climas antigos. O carvão, formado a partir das plantas de florestas quentes e pantanosas, é encontrado na Antártida; marcas deixadas por antigas geleiras são encontradas em partes da África que hoje são quentes e áridas. Essas terras devem ter ficado, um dia, em outros climas, em outras latitudes.

Os continentes do sul encaixados de novo. Cada faixa colorida liga os lugares onde hoje se encontra uma espécie fóssil: os répteis terrestres Cynognathus e Lystrosaurus, o réptil de água doce Mesosaurus e a samambaia Glossopteris. Separados, os continentes espalham as faixas; juntos, as faixas continuam sem interrupção. Mapa: U.S. Geological Survey, This Dynamic Earth (domínio público). — Os continentes do sul encaixados de novo. Cada faixa colorida liga os lugares onde hoje se encontra uma espécie fóssil: os répteis terrestres *Cynognathus* e *Lystrosaurus*, o réptil de água doce *Mesosaurus* e a samambaia *Glossopteris*. Separados, os continentes espalham as faixas; juntos, as faixas continuam sem interrupção. Mapa: U.S. Geological Survey, *This Dynamic Earth* (domínio público).

História — A ideia de Wegener, 1912–1930

Alfred Wegener, um meteorologista alemão de 32 anos, apresentou a teoria da deriva continental em dois artigos em 1912. A maioria dos geólogos a rejeitou. A objeção mais forte era que Wegener não conseguia dizer o que movia os continentes: ele achava que eles abriam caminho através da rocha do fundo do oceano, e o físico Harold Jeffreys mostrou que continentes sólidos não conseguiriam fazer isso sem se despedaçar. Wegener continuou reunindo provas até morrer na calota de gelo da Groenlândia, em 1930, durante uma expedição. A resposta que lhe faltava veio do fundo dos oceanos, explorado depois dos anos 1950: ela é contada num ano mais adiante.

18.2 As placas

As pistas de Wegener estavam certas, mas os seus continentes eram as peças erradas. Não são só os continentes que se movem: toda a casca externa da Terra, tanto embaixo dos continentes quanto embaixo dos oceanos, está partida em pedaços.

Definição 18.3 (Placa tectônica)

Uma placa tectônica (ou simplesmente uma placa) é uma grande laje rígida de rocha que forma parte da casca externa da Terra. Uma placa é feita da crosta e da parte mais alta, fria e rígida do manto, que juntas têm pelo menos 80 quilômetros de espessura em média; ela se desloca devagar sobre o manto mais quente e mais mole que fica embaixo dela.

Definição 18.4 (Tectônica de placas)

A tectônica de placas é a teoria segundo a qual a casca externa da Terra está dividida em placas que se movem umas em relação às outras, e a maioria dos terremotos, dos vulcões e das cordilheiras se forma onde as placas se encontram.

Observação 18.5 (Quantas placas?)

Cerca de uma dúzia de placas são grandes; muitas outras são pequenas. Um mapa detalhado usado pelos geólogos conta 52 delas. Uma placa pode levar um continente, um oceano ou os dois: a placa Sul-Americana leva toda a América do Sul e a metade oeste do Atlântico Sul. A placa do Pacífico, a maior, quase não leva terra nenhuma.

As principais placas tectônicas. Em vermelho: placas que se afastam; em azul com triângulos: uma placa que afunda embaixo da outra (os triângulos ficam na placa que continua em cima); em cinza: placas que se empurram ao longo de uma larga zona de montanhas; em vermelho-escuro: placas que deslizam uma ao lado da outra. Limites segundo P. Bird (2003); litorais de Natural Earth.

Como sabemos onde uma placa termina e a seguinte começa? Observe onde a Terra é agitada.

Proposição 18.6 (Os terremotos e os vulcões traçam os limites das placas)

Os terremotos e os vulcões não estão espalhados ao acaso pela Terra: a maioria deles fica ao longo de faixas estreitas, e essas faixas são as bordas das placas. Dos 7 031 terremotos de magnitude 6 ou mais registrados entre 1976 e 2025, 6 472 — ou seja, 92 % — aconteceram a menos de $300\,\mathrm{km}$ de um limite de placas.

Os grandes terremotos e os vulcões recentes. Compare com o mapa das placas acima: os pontos e os triângulos desenham os limites das placas. Dados: catálogo de terremotos do U.S. Geological Survey; Smithsonian Global Volcanism Program.

18.3 Três tipos de limites de placas

Definição 18.7 (Limite de placas)

Um limite de placas é a linha, ou a zona estreita, onde duas placas se encontram. Conforme o modo como as duas placas se movem uma em relação à outra, um limite é de um destes três tipos:

num limite divergente as duas placas se afastam;
num limite convergente as duas placas se aproximam;
num limite transformante as duas placas deslizam uma ao lado da outra.

Exemplo 18.8 (Limites divergentes: a Islândia e a África Oriental)

Pelo meio do oceano Atlântico corre uma cadeia de montanhas submarinas, a dorsal mesoatlântica, onde as placas dos dois lados se afastam. A rocha quente do manto sobe para o espaço aberto, derrete em parte e vira um novo fundo oceânico: um limite divergente constrói placa nova. A Islândia é um pedaço dessa dorsal que sai acima do mar: ali, a América do Norte se desloca para o oeste e a Eurásia para o leste, e a ilha vai sendo rasgada devagar. Entre 1975 e 1984, as fendas perto do vulcão Krafla, no norte da ilha, se alargaram cerca de 7 metros no total. Um limite divergente também pode cortar um continente: ao longo do Rifte da África Oriental, a África começa a se partir, e o mar Vermelho é um oceano jovem que já separou a Arábia da África.

Exemplo 18.9 (Limites convergentes: os Andes e o Himalaia)

Na costa oeste da América do Sul, a placa de Nazca, que leva oceano, se aproxima da placa Sul-Americana, que leva um continente. A placa oceânica, mais pesada, se curva e afunda embaixo do continente, para dentro do manto. Ao longo da linha onde ela desce, o fundo do mar mergulha numa fossa profunda; acima da placa que afunda, a terra é sacudida por terremotos e cheia de vulcões: os Andes. No oeste do Pacífico, onde uma placa oceânica afunda embaixo de outra, as fossas são os lugares mais fundos da Terra: a fossa das Marianas tem quase $11\,000\,\mathrm{m}$ de profundidade. Quando dois continentes se encontram, nenhum dos dois afunda: a crosta se amassa e fica mais grossa. A Índia colidiu com a Ásia há cerca de 50 milhões de anos, e as duas placas ainda se empurram; foi assim que o Himalaia e o planalto do Tibete se ergueram.

Exemplo 18.10 (Um limite transformante: a falha de San Andreas)

Na Califórnia, a placa do Pacífico desliza para o noroeste ao lado da placa Norte-Americana, ao longo da falha de San Andreas, com cerca de $1300\,\mathrm{km}$ de comprimento. Nenhuma placa é criada ou destruída ali; as duas placas se raspam, e os trancos dessa raspagem são terremotos.

Em cima: um corte através de dois limites de placas (fora de escala; as profundidades estão muito exageradas). Na dorsal, as placas se afastam e a rocha quente sobe do manto; na fossa, a placa oceânica afunda embaixo do continente, e a rocha que derrete acima dela alimenta vulcões. Embaixo: um limite transformante visto de cima.

A falha de San Andreas atravessando a planície de Carrizo, na Califórnia, vista de um avião: o longo vale reto é o limite entre a placa do Pacífico (à esquerda) e a placa Norte-Americana (à direita). Foto: Robert E. Wallace, U.S. Geological Survey (domínio público).

Método 18.11 (Reconhecer um limite de placas num mapa)

Para decidir que tipo de limite separa duas placas:

encontre, num mapa dos movimentos das placas, as setas dos dois lados do limite;
se elas apontam para longe do limite, ele é divergente; se apontam para ele, convergente; se são paralelas a ele e apontam em sentidos opostos, transformante;
confira com a paisagem: uma dorsal no meio de um oceano ou um rifte atravessando um continente acompanham um limite divergente; uma fossa profunda com uma fileira de vulcões, ou uma cordilheira alta, um limite convergente; uma longa falha reta sem nenhum dos dois, um limite transformante.

18.4 Com que velocidade as placas se movem?

Proposição 18.12 (Alguns centímetros por ano)

Duas placas vizinhas se movem uma em relação à outra a uma velocidade de alguns centímetros por ano: de cerca de 2 centímetros por ano no Atlântico Norte a mais de 14 centímetros por ano na dorsal do Pacífico Leste, a dorsal que se abre mais depressa na Terra.

A velocidade das placas em seis limites: médias ao longo de cada limite calculadas a partir do modelo de placas de P. Bird (2003).

Método 18.13 (De centímetros por ano para quilômetros por milhão de anos)

Um quilômetro tem $100\,000$ centímetros. Uma velocidade de $1\,\mathrm{cm}$ por ano, mantida durante um milhão de anos, percorre então $1\,000\,000$ centímetros, ou seja, $10\,\mathrm{km}$ . Portanto:

1\ \text{cm por ano} = 10\ \text{km por milhão de anos}.

Multiplique uma velocidade em centímetros por ano por 10 para obter quilômetros por milhão de anos; depois multiplique por um número de milhões de anos para obter uma distância em quilômetros, ou divida uma distância pela velocidade para obter um tempo.

Exemplo 18.14 (O Atlântico cresce)

Em média, os dois lados da dorsal mesoatlântica se afastam cerca de $2.5\,\mathrm{cm}$ por ano, ou seja, $25\,\mathrm{km}$ por milhão de anos. Em 100 milhões de anos, isso dá $2500\,\mathrm{km}$ : mantida por tempo suficiente, uma velocidade lenta demais para ser notada numa vida inteira abre um oceano.

Observação 18.15 (Medir o movimento hoje)

Movimentos tão lentos agora são medidos diretamente. Estações permanentes presas ao substrato rochoso recebem os sinais dos satélites de posicionamento e calculam a sua própria posição, dia após dia, com precisão de alguns milímetros. Em alguns anos, vemos estações em placas diferentes se afastarem ou se aproximarem, às velocidades encontradas pelas rochas ao longo de milhões de anos. O próprio posicionamento por satélite é o assunto do Capítulo 32.

Uma estação permanente de posicionamento: a sua antena está aparafusada na rocha, então ela se move com a placa.

18.5 Exercícios

Exercício 18.1 ★

O que é a deriva continental? Dê os quatro tipos de pistas que Wegener usou para defendê-la.

Solução

Solução de Exercício 18.1.

A deriva continental é a ideia de que os continentes se deslocam devagar pela superfície da Terra, de modo que as suas posições mudaram ao longo das eras. As pistas de Wegener: o encaixe dos litorais (a América do Sul e a África); os mesmos fósseis em continentes hoje separados por oceanos; as mesmas rochas e antigas cadeias de montanhas dos dois lados de um oceano; marcas de climas antigos fora do lugar (carvão na Antártida, depósitos de geleiras na África quente e árida).

Exercício 18.2 ★

Dê o nome dos três tipos de limite de placas e diga, para cada um, como as duas placas se movem uma em relação à outra.

Solução

Solução de Exercício 18.2.

Divergente: as placas se afastam. Convergente: elas se aproximam. Transformante: elas deslizam uma ao lado da outra.

Exercício 18.3 ★

Observe o mapa dos terremotos e dos vulcões. Dê o nome de duas regiões do mundo com muitos grandes terremotos, e de um continente que quase não tem nenhum no seu interior.

Solução

Solução de Exercício 18.3.

Por exemplo, toda a volta do oceano Pacífico (o Japão, a Indonésia, os Andes), e a faixa que vai do Mediterrâneo até o Himalaia. Quase nenhum grande terremoto no interior da África ou da Austrália (nem da América do Norte a leste das Montanhas Rochosas, nem do Brasil).

Exercício 18.4 ★

Fósseis de Mesosaurus, um pequeno réptil que vivia em água doce, são encontrados no Brasil e no sul da África. Por que isso é uma pista de que os dois continentes já estiveram unidos?

Solução

Solução de Exercício 18.4.

Um animal de água doce não conseguiria atravessar milhares de quilômetros de oceano salgado. Encontrá-lo dos dois lados significa que os dois lugares estavam unidos por terra, num só continente, quando o Mesosaurus vivia.

Exercício 18.5 ★★

Encontra-se carvão na Antártida. O que isso nos diz sobre o clima em que o carvão se formou, e o que podemos concluir sobre onde a Antártida estava naquela época?

Solução

Solução de Exercício 18.5.

O carvão se forma a partir das plantas de florestas quentes, úmidas e pantanosas: o clima era quente e úmido. Florestas assim não conseguem crescer perto do Polo Sul hoje, então a Antártida deve ter ficado muito mais perto do equador: ela se deslocou.

Exercício 18.6 ★★

Diga que tipo de limite existe em cada um destes lugares: a dorsal mesoatlântica; os Andes; a falha de San Andreas; o Himalaia; o Rifte da África Oriental.

Solução

Solução de Exercício 18.6.

Dorsal mesoatlântica: divergente. Andes: convergente (uma placa oceânica afunda embaixo de um continente). Falha de San Andreas: transformante. Himalaia: convergente (dois continentes colidem). Rifte da África Oriental: divergente (um continente se partindo).

Exercício 18.7 ★★

Converta uma velocidade de $2.5\,\mathrm{cm}$ por ano em quilômetros por milhão de anos. Quanto dois pontos, um de cada lado do limite, se afastariam em 60 milhões de anos a essa velocidade?

Solução

Solução de Exercício 18.7.

$2.5 \times 10 = 25$ quilômetros por milhão de anos; em 60 milhões de anos: $25 \times 60 = 1500\,\mathrm{km}$ .

Exercício 18.8 ★★

Entre 1975 e 1984 — nove anos —, as fendas perto do vulcão Krafla, na Islândia, se alargaram cerca de $7\,\mathrm{m}$ no total. Qual foi o alargamento médio por ano, em centímetros? Compare com a velocidade média da dorsal mesoatlântica, cerca de $2.5\,\mathrm{cm}$ por ano, e sugira por que os dois números são tão diferentes.

Solução

Solução de Exercício 18.8.

$7\,\mathrm{m} = 700\,\mathrm{cm}$ , e $700 \div 9 \approx 78$ : cerca de $78\,\mathrm{cm}$ por ano, umas 30 vezes a média de $2.5\,\mathrm{cm}$ por ano. As placas não se afastam suavemente na superfície: a tensão se acumula durante anos e é liberada em surtos curtos, quando as fendas se abrem metros de uma vez. Em períodos longos, os anos calmos e os surtos se equilibram numa média de alguns centímetros por ano.

Exercício 18.9 ★★

A teoria de Wegener foi rejeitada durante décadas. Que pergunta ele não conseguia responder? O que a teoria da tectônica de placas muda na sua imagem de continentes que se movem?

Solução

Solução de Exercício 18.9.

Ele não conseguia dizer que força move os continentes, e o movimento que ele imaginava (continentes abrindo caminho através do fundo do oceano) era impossível. Na tectônica de placas, os continentes não abrem caminho através de nada: eles são levados, com o fundo oceânico em volta deles, por placas que se movem como pedaços inteiros da casca externa da Terra.

Exercício 18.10 ★★

Observe o corte através de dois limites de placas. Onde o fundo do mar é mais alto, e onde ele é mais fundo? Onde está sendo criada placa nova, e onde uma placa volta para o manto?

Solução

Solução de Exercício 18.10.

Mais alto na dorsal, mais fundo na fossa. A placa nova é criada na dorsal, onde a rocha quente sobe do manto; a placa oceânica volta para o manto na fossa, onde ela afunda embaixo do continente.

Exercício 18.11 ★★★

Na dorsal do Pacífico Leste, as placas se afastam cerca de $14.2\,\mathrm{cm}$ por ano, e na dorsal do Atlântico Norte cerca de $2.2\,\mathrm{cm}$ por ano. Quantas vezes a dorsal do Pacífico Leste é mais rápida (arredonde para o número inteiro mais próximo)? Quanto tempo cada dorsal leva para abrir $1000\,\mathrm{km}$ de novo fundo oceânico?

Solução

Solução de Exercício 18.11.

$14.2 \div 2.2 \approx 6.45$ : cerca de 6 vezes mais rápida. Em quilômetros por milhão de anos, as velocidades são 142 e 22. Tempos para $1000\,\mathrm{km}$ : $1000 \div 142 \approx 7$ milhões de anos para a dorsal do Pacífico Leste; $1000 \div 22 \approx 45$ milhões de anos para a dorsal do Atlântico Norte.

Exercício 18.12 ★★★

Dos 7 031 terremotos de magnitude 6 ou mais registrados de 1976 a 2025, 4 578 aconteceram a menos de $100\,\mathrm{km}$ da linha de um limite de placas desenhada no mapa, 6 472 a menos de $300\,\mathrm{km}$ e 6 786 a menos de $500\,\mathrm{km}$ . (a) Quantos aconteceram entre $100\,\mathrm{km}$ e $300\,\mathrm{km}$ da linha? (b) Calcule, arredondando para o número inteiro mais próximo, a porcentagem de todos esses terremotos que aconteceu a menos de $100\,\mathrm{km}$ da linha. (c) Muitos dos terremotos entre $100\,\mathrm{km}$ e $300\,\mathrm{km}$ da linha ficam do mesmo lado de uma fossa oceânica profunda. Usando o que acontece num limite convergente, explique por que um terremoto causado por um limite de placas pode acontecer tão longe da linha desenhada no mapa.

Solução

Solução de Exercício 18.12.

(a) $6472 - 4578 = 1894$ terremotos. (b) $4578 \div 7031 \approx 0.651$ , ou seja, 65 %. (c) A linha no mapa marca a fossa, onde a placa oceânica começa a afundar. A placa não desce reto: ela afunda inclinada embaixo da outra placa, cada vez mais fundo à medida que passa por baixo dela. Os terremotos acontecem ao longo de toda a placa que afunda, então muitos deles ficam embaixo da placa de cima, do mesmo lado da fossa, a dezenas ou centenas de quilômetros da linha. Um limite de placas é uma zona, não uma linha fina.

18.6 Problema: A abertura do Atlântico Sul

Problema 18.1

Problema de fim de semana — medir um oceano no mapa e descobrir quanto tempo ele levou para se abrir

Num mapa do Atlântico Sul, um aluno segue o paralelo da latitude $23{}^{\circ}$ Sul. Ele sai da costa da América do Sul perto do Rio de Janeiro, na longitude $43.2{}^{\circ}$ Oeste, atravessa o oceano e a dorsal mesoatlântica e chega à costa da África perto de Walvis Bay, na longitude $14.4{}^{\circ}$ Leste. Nesse paralelo, um grau de longitude mede $102\,\mathrm{km}$ . Na dorsal, nessa latitude, as placas Sul-Americana e Africana se afastam $3.4\,\mathrm{cm}$ por ano.

Parte I — As pistas do encaixe.

No mapa dos fósseis deste capítulo, dê o nome dos fósseis cujas faixas passam da América do Sul para a África.
Por que os fósseis do Mesosaurus não podem ser explicados por um animal que nadou de um continente para o outro?
Que parte da América do Sul se encaixa em que parte da África?
Que tipo de limite de placas corre pelo meio do Atlântico Sul hoje? Como as duas placas se movem ali?

Parte II — Medir o oceano.

Quantos graus de longitude separam as duas costas ao longo do paralelo de $23{}^{\circ}$ Sul?
Qual é a largura do oceano, em quilômetros, ao longo desse paralelo? Arredonde para a dezena de quilômetros mais próxima.
No equador, um grau de longitude mede $111\,\mathrm{km}$ . Por que ele mede só $102\,\mathrm{km}$ a $23{}^{\circ}$ Sul?
A dorsal corre mais ou menos pelo meio do oceano. A que distância da dorsal fica, aproximadamente, cada costa?

Parte III — A idade do oceano.

Converta em quilômetros por milhão de anos a velocidade com que as duas placas se afastam.
Se o oceano sempre tivesse se aberto a essa velocidade, quantos milhões de anos ele teria levado para chegar à sua largura atual? Arredonde para a dezena de milhões de anos mais próxima.
Os geólogos datam o começo da fragmentação da Pangeia entre cerca de 225 e 200 milhões de anos atrás, e dizem que o Atlântico cresceu ao longo dos últimos 100 a 200 milhões de anos. A sua resposta concorda com isso?
Dê um motivo pelo qual a idade verdadeira do Atlântico Sul pode ser diferente da idade que você encontrou.

Solução

Solução de Problema 18.1.

1. O Mesosaurus, o Cynognathus e a Glossopteris (a faixa do Lystrosaurus liga a África, a Índia e a Antártida).

2. Ele vivia em água doce: não conseguiria atravessar um oceano salgado de milhares de quilômetros de largura.

3. A saliência do nordeste do Brasil se encaixa no recôncavo do golfo da Guiné, na costa oeste da África.

4. Um limite divergente, a dorsal mesoatlântica: a placa Sul-Americana se desloca para o oeste e a placa Africana para o leste, uma se afastando da outra.

5. As costas ficam em lados opostos do meridiano de origem: $43.2 + 14.4 = 57.6{}^{\circ}$ .

6. $57.6 \times 102 = 5875.2$ : cerca de $5880\,\mathrm{km}$ .

7. Os meridianos se aproximam uns dos outros à medida que se vai do equador para um polo. O paralelo de $23{}^{\circ}$ Sul é um círculo menor que o equador, então cada um dos seus 360 graus é mais curto.

8. Cerca de metade da largura: $5880 \div 2 = 2940\,\mathrm{km}$ .

9. $3.4 \times 10 = 34$ quilômetros por milhão de anos.

10. $5880 \div 34 \approx 173$ : cerca de 170 milhões de anos.

11. Sim: 170 milhões de anos fica entre 100 e 200 milhões de anos, e vem depois do começo da fragmentação da Pangeia, 225 a 200 milhões de anos atrás. Um cálculo simples num mapa dá a ordem de grandeza certa.

12. Por exemplo: a velocidade não foi sempre a mesma; os continentes se esticaram e afinaram antes de se partir, então as costas de hoje não são exatamente a linha ao longo da qual eles se romperam.

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