16 de agosto de 2018

A Terra pulsante - Parte II: Os ciclos dos supercontinentes

Por Marco Gonzalez


Diagrama da escala de tempo geológico (por USGS)

Em 1912, o astrônomo alemão Alfred Wegener propôs que os continentes tivessem sido uma vez comprimidos em um único protocontinente que ele chamou de Pangea, nome que significa "todas as terras".

Em 1982, os pesquisadores da Universidade de Ohio, R. Damian Nance e Thomas R. Worsley propuseram que o protocontinente de Wegener seria apenas um de uma série de supercontinentes. Eles contariam a história geológica da Terra que vem se construindo e se refazendo há bilhões de anos. Essa ideia, conhecida como "ciclo dos supercontinentes", só germinou no século XXI.

Nas últimas décadas, formou-se um amplo consenso estabelecendo que repetidos ciclos de montagem e deriva de supercontinentes ocorreram desde o arqueano tardio, com profundo efeito na evolução da geosfera, da hidrosfera, da atmosfera e da biosfera da Terra. 


Os ciclos dos supercontinentes

Um supercontinente é uma massa de terra continental única constituída por toda ou pela maior parte da litosfera continental da época.

Os ciclos dos supercontinentes constituem um processo sequencial e cíclico de montagens e derivas de supercontinentes ao longo da história geológica da Terra, tendo sido o Pangea apenas o último deles. Cada um desses ciclos é uma sequência de episódios que incluem construção e junção de crostas continentais (montagem do supercontinente) e rifteamento das mesmas (deriva do supercontinente). 

Antes que se aceitasse que os continentes se moviam, a teoria dominante era a Teoria Geossinclinal, que tentava explicar a construção das montanhas, sem influência externa lateralmente dirigida, enquanto a Terra se resfriava e encolhia a partir de um estado originalmente fundido. 

Em meados da década de 1950, dados paleomagnéticos já obrigavam, inicialmente, os cientistas europeus a adotar a teoria da deriva continental. No final dos anos 1970 e início dos anos 1980 um novo conjunto de terminologias se desenvolveu baseado na tectônica de placas. 

Na passagem de uma teoria para outra, algumas adaptações foram necessárias, como as zonas de subducção do cinturão de montanhas dos Apalaches que tiveram alterações de mergulhos de oeste para leste nas publicações científicas.

Os atuais modelos de evolução da Terra incorporam a teoria dos sistemas integrados e vêm alterando radicalmente a representação da história tectônica do planeta. Eles concebem a Terra inicialmente sem ou com poucos blocos continentais que foram crescendo com o tempo e que apenas recentemente (em tempo geológico) alcançaram sua configuração atual. Nesses modelos, os movimentos continentais revelam complexidade, incluindo até mesmo movimentos rotacionais.

O Ciclo de Wilson e os ciclos dos supercontinentes

O ciclo completo de um supercontinente, desde o início de sua montagem até sua deriva máxima, é efetivado através da abertura e do fechamento de várias bacias oceânicas, ou seja, através de vários Ciclos de Wilson, que podem ser completos ou incompletos.

Estágios do Ciclo de Wilson (exceto o estágio final em Peneplano)

A teoria do Ciclo de Wilson tem um enfoque heurístico (no sentido de ser uma ideia diretriz para a pesquisa dos fatos) com o objetivo de elucidar situações das placas tectônicas quanto ao processo de abertura e fechamento de bacias oceânicas. Por outro lado, os ciclos dos supercontinentes são responsáveis por descrever suas montagens e derivas no tempo geológico.


Seis momentos desde a deriva (talvez) máxima do supercontinente Panótia, o supercontinente anterior, há 500 Ma (milhões de anos) até os dias atuais, novamente com a deriva provavelmente máxima do Pangea (fonte)

Os seis momentos da figura acima foram selecionados do vídeo a seguir, onde o recurso de animação ajuda a perceber os diversos processos de montagem e deriva desde 3.300 milhões da anos atrás.


O ciclo dos supercontinentes desde 3.300 milhões de anos atrás até os dias atuais (por Algol)

Os principais supercontinentes do passado

Durante as últimas duas décadas foram propostos alguns supercontinentes mais antigos que o Pangea, entretanto somente nos últimos anos houve o reconhecimento de que grande parte da história da Terra teria sido marcada por derivas e montagens de supercontinentes. 

Essa atualização do conhecimento científico trouxe profundas consequências apontando para aspectos fundamentais da dinâmica do interior da Terra. Porém é preciso estar ciente de que os dados disponíveis dos tempos anteriores a 1,2 bilhão de anos possibilitam um conhecimento tão escasso que o que parece ter acontecido antes disso deve ser considerado com cautela.

De forma geral, são aceitos seis principais supercontinentes: Vaalbara, Kenorland, Colúmbia, Rodínia, Panótia e Pangea.

1. Vaalbara
  • Montagem: início há 3,6 bilhões de anos.
  • Deriva: início há 2,8 bilhões de anos atrás.
  • Cratons associados: os principais seriam Kaapvaal da África Austral e Pilbara da Austrália Ocidental (o nome Vaalbara vem das últimas quatro letras do nome de cada um desses cratons). Provavelmente teria havido ligação do Vaalbara com mais três cratons na Antártida Oriental
Estima-se que o Vaalbara teria sido o primeiro supercontinente da Terra, porém há quem inclua Ur na lista entre Vaalbara e Kenorland. Outros defendem a hipótese de que Ur teria sido verdadeiramente o primeiro supercontinente ocorrendo há 3 bilhões de anos.

2. Kenorland
  • Montagem: início há 2,7 bilhões de anos.
  • Deriva: início entre 2,48 e 2,45 bilhões de anos.
  • Cratons associados: os principais seriam Kola, Karelia e Yilgarn.
O nome Kenorland faz referência a uma orogenia do Kênia.

Seu rompimento teria sido contemporâneo à glaciação huroniana, surgindo nessa época um cenário descontrolado com temperaturas médias baixo de zero em todo o planeta.

3. Columbia (ou Nuna)
  • Montagem: início há 1,8 bilhão de anos.
  • Deriva: inicio há 1,6 bilhão de anos.
  • Cratons associados: seriam os proto-cratons que compunham os antigos Laurentia, Báltica, Escudo Ucraniano, Amazônia, Austrália e, possivelmente, Sibéria, norte da China e Kalahari.
Estima-se que o Columbia media cerca de 12.900 quilômetros de norte-sul e 4.800 km (no máximo) leste-oeste. Teria havido a junção do leste da Índia com o oeste da América do Norte e o sul da Austrália com o oeste do Canadá. A maior parte da América do Sul teria girado para alinhar sua borda ocidental com o leste da América do Norte.

4. Rodínia
  • Montagem: início há 1,1 bilhão de anos
  • Deriva: inicio há 750 milhões de anos.
  • Cratons associados: seu núcleo seria formado pelo craton Norte Americano, sendo este cercado por outros cratons. 
O Rodínia (que significa "pátria mãe" em russo) seria circundado pelo oceano Pan-Rodinian Mirovoi e teria seu centro de massa ao sul do equador. Seus movimentos de deriva (ao contrário dos de montagem) são razoavelmente conhecidos.

Visão artística de "Snowball Earth" (por NASA)

A Terra teria começado a mudar no período Cryogeniano, com grandes glaciações. Áreas substanciais do Rodínia ficaram cobertas por geleiras em um período de resfriamento global conhecido como "Terra Bola de Neve" (Snowball Earth). Acredita-se que esse evento teria sido a causa de sua deriva, com a formação dos oceanos Pacífico e Iapetus. 

A fragmentação de Rodínia, com o aumento da atividade vulcânica, teria introduzido no ambiente marinho nutrientes biologicamente ativos provocando durante os períodos subsequentes significativa evolução da vida primitiva. 

Rodínia, portanto, teria existido antes que a vida colonizasse a Terra. Sem camada de ozônio para protegê-lo, o supercontinente estaria exposto a luz solar ultravioleta, o que impediria que qualquer organismo o habitasse. A partir de então a Terra passaria a se aprontar para ser o lar de variadas formas de vida.

5. Panótia

  • Montagem: inicio 650 milhões de anos.
  • Deriva: inicio há 560 milhões de anos.
  • Cratons associados: os principais seriam Congo, São Francisco e Rio de la Plata.
Pannotia (ou Vendiano) seria rodeado por dois proto-oceanos, o Panthalassa e o Pan-africano. Ao se fragmentar, teria se dividido nos quatro principais continentes paleozóicos: Laurentia, Báltica, Sibéria e Proto-Gondwana. Há, porém, quem descarte a sua existência assumindo a evolução do que seriam os supercontinente Proto-Gonduwana e Proto-Laurásia.

O ciclo do Pannotia pode ter desencadeado o evento conhecido como "Explosão Cambriana", u
m estouro evolucionário que encheu os mares com uma surpreendente diversidade de animais. Provavelmente tal explosão emergiu da interação complexa entre mudanças ambientais que desencadearam grandes desenvolvimentos evolutivos. São de fontes neoproterozoicas as primeiras acumulações economicamente importantes de hidrocarbonetos.

6. Pangea

  • Montagem: início há 300 milhões de anos
  • Deriva: inicio há 200 milhões de anos. 

Mapa do Pangea
(Wikimedia Commons traduzido)

O Pangea teria levado cerca de 50 milhões de anos para completar sua montagem com colisões que deixaram cicatrizes na forma das cadeias montanhosas conhecidas atualmente. 
Com o fechamento do oceano Iapetus, o Pantalassa teria sido o único oceano que rodeava Pangea. 

heterogênea fragmentação da Pangea teria se iniciado com a abertura da parte central do oceano Atlântico e, no início de sua deriva, teriam se formado os continentes Laurásia, ao norte, e Gondwana, ao sul. A Eurásia moderna e a América do Norte se formariam a partir da Laurásia, enquanto África, América do Sul, Índia, Austrália e Antártida se formariam a partir de Gondwana. 

Em algum momento entre 140 e 120 milhões de anos, a América do Norte e a Europa teriam começado a se separar. Por volta de 150 milhões de anos, o mesmo teria acontecido com a África e a Antártida. Há cerca de 95 milhões seria a vez da Austrália se separar da Antártida, aproximadamente na mesma época em que a Índia também iniciaria sua separação da Antártida. 



Ciclos dos supercontinentes e eventos correlacionáveis.
As faixas horizontais indicam os períodos onde ocorreram os primeiros registros de cada grupo biológico.
As setas à esquerda dos supercontinentes indicam os inícios da montagem e da deriva de cada um.


Os indícios da montagem e da deriva dos seis principais supercontinentes mostram algumas coincidências desses eventos com eras glaciais e alguns eventos biológicos evolutivos. Parece haver uma conexão dos supercontinentes com o clima e a vida na Terra. Essa conexão poderia se dar, entre outras coisas, através das flutuações no nível do mar, da atividade tectônica e da sedimentação das plataformas. Estudar a evolução dos supercontinentes é um modo de entender a história da Terra, havendo indícios de que, a cada pulsação da Terra, a população de organismos vivos teria se renovado.

Atualmente, os continentes ainda estão em processo de deriva, mas...

O supercontinente do futuro

... nos próximos 200 ou 250 milhões de anos já está prevista a formação de um novo supercontinente. Se ele nascer pelo fechamento do oceano Pacífico, será chamado Amásia. Se, entretanto, surgir ao se fechar o oceano Atlântico, será batizado como NeoPangea.

Há três teorias que têm o objetivo de determinar o local onde nascerá o próximo supercontinente, levando em consideração o que aconteceu no passado:

  • Introversão: o novo supercontinente se forma com o fechamento de um corpo de água mais jovem e interior. Seria, atualmente, o caso do oceano Atlântico, que corresponde ao local do centro de massa do Pangea.
  • Extroversão: o novo supercontinente se forma com o fechamento de um corpo de água mais antigo e exterior. Seria, atualmente, o caso do oceano Pacífico, que corresponde ao local oposto (180 graus, no globo) ao centro de massa do Pangea.
  • Ortoversão: o novo supercontinente se forma em posição ortogonal (90 graus, no globo) em relação ao centro de massa do supercontinente anterior. Este foi o caso do Rodínia cujo centro de massa estava posicionado a 90 graus do centro de massa do Colúmbia. Esta teoria leva em consideração o Ciclo de Wilson, onde a zona de subducção se torna o local da colisão das crostas continentais e, posteriormente, passa a ser o centro de massa do supercontinente que se forma.
Essas previsões indicam que a Terra continua viva.

Mas o que move o que se move?

Em 1968, John Tuzo Wilson declarou que "a Terra, em vez de parecer como uma estátua inerte, é uma coisa móvel, viva". O que a faz ser assim?

Responder esta questão ainda é um problema científico a ser resolvido, mas para se chegar lá há algumas hipóteses.

Forças relacionadas à dinâmica do manto

A transferência de energia do manto para a litosfera já foi considerada a principal causa dos movimentos das placas tectônicas. São concebidos três tipos de forças deste tipo:

  • Arrasto basal ou tração de cisalhamento basal (basal drag ou basal shear traction): o atrito das correntes de convecção da astenosfera contra a litosfera mais rígida sobreposta atuaria como uma correia transportadora para as placas tectônicas. Atualmente é um mecanismo que perde importância por ser difícil avaliar a relevância da convecção do manto em relação às demais forças consideradas.
  • Sucção da placa (slab suction): correntes de convecção locais puxariam para baixo a placa em zona de subducção. Trações (principalmente) basais (lado inferior) continuariam a atuar na placa à medida que ela vai mergulhando no manto.
  • Impulso de pluma (plume push): além de quebrar continentes, as plumas do manto seriam capazes de dar impulso ao movimento das placas. Muito tempo após a ruptura, a força impulsora da pluma poderia acelerar ou desacelerar o movimento da placa, dependendo de como esta força se compõe com outras forças atuantes.


Forças relacionadas à dinâmica do manto (esquema adaptado de fonte)

Forças relacionadas à gravidade

  • Deslizamento gravitacional para longe da crista oceânica (gravitational sliding): o movimento da placa seria impulsionado em virtude da maior elevação nas cristas oceânicas conferindo ligeira inclinação à placa. O gradiente de pressão distribuído causado pelo afundamento isostático da litosfera oceânica faria deslizar a placa para longe da crista pois suas porções mais frias, densas e espessas estariam localizadas distantes dessas cristas. Esta força é conhecida também como empurrão da crista (ridge push), porém há quem sustente que isto seria uma incorreção, pois não haveria empurrão e sim deslizamento gravitacional.
  • Tração da placa (slab pull): o movimento da placa seria impulsionado pelo peso da porção fria e densa que afunda no manto em zona de subducção. A força atuante seria proporcional ao excesso de massa da placa fria em relação à massa do manto mais quente que é deslocado. Paralelamente, este processo induziria a convecção do manto a medida que a placa penetra nele. Atualmente este mecanismo é tido como a principal causa dos movimentos das placas tectônicas, havendo dados que indicam que as placas associadas à zonas de subducção se movem muito mais rapidamente que as demais.


Forças relacionadas à gravidade (esquema adaptado de fonte)

Também é considerado um outro tipo de deslizamento gravitacional que estaria associado à existência de domos do manto. O movimento das placas seria acionado pela existência de cúpulas da astenosfera em grande escala.


Forças relacionadas ao movimento de rotação da Terra

Forças resultantes de marés e de fuga dos polos já foram propostas, mas são consideradas insignificantes, além de haver argumentos contrários. As principais são:

  • Arrasto por marés: movimentos causados pela força gravitacional que a Lua (e o Sol) exerce sobre a crosta da Terra. À medida que a Terra gira para o leste, a gravidade da Lua puxaria levemente a camada da superfície da Terra para o oeste.
  • Tensão de cisalhamento: movimentos causados pela compressão Norte-Sul relacionada à rotação da Terra e modulações.
  • Força centrífuga dos polos: movimentos em deriva equatorial causados por força centrífuga dos polos direcionada para o equador (polflucht).
Força de desaceleração de movimento
  • Força de colisão (Collisional Force): a colisão entre continentes desacelera o movimento das placas tectônicas. Esta força, notável através de terremotos e deformações crustais, age ao longo do limite das placas envolvidas. Um exemplo é o choque que formou os Alpes. Ele interrompeu o movimento da placa Africana e, assim, a placa Sul Americana acelerou para o oeste aumentando a subducção da placa de Nazca e, consequentemente, intensificou a formação dos Andes.
Provavelmente, o movimento de uma placa tectônica deve ser resultante da aplicação de todas as forças atuantes sobre ela, mas ainda se debate sobre a intensidade com que cada um dos mecanismos vistos acima contribui para o movimento real da placa.

Reflexões


Assim como a teoria das placas tectônicas tem sido essencial para entender a história geológica da Terra, poderia também ser útil no estudo sobre os tipos de rochas e na compreensão de como e onde elas se formam?

O Ciclo de Wilson poderia fazer uma ponte entre a movimentação das placas tectônicas e o estudo das rochas individualmente? O modelo de como a Terra funciona e evolui teria um correspondente modelo específico para as rochas? Ou seja, existe um ciclo tectônico das rochas?


Assim como os ambientes tectônicos e os continentes evoluem com o tempo (geológico), os tipos de rochas também evoluemA diversidade e a distribuição das rochas também sofreram alterações com o tempo (geológico)? Faz sentido insistir em um ciclo das rochas independente do ambiente?

Em um planeta dinâmico desde sua origem, não seria de se esperar que as teorias tectônicas atuais influenciassem o tradicional ciclo que estabelece a transformação de uma rocha em outra, impondo o reconhecimento de regimes específicos? 


Artigos relacionados:

A Terra pulsante - Parte I: O Ciclo de Wilson



Um comentário:

Almiro Wilbert disse...

Excelente compilação organizada da história evolutiva da dinâmica crosta terrestre. O vídeo, com a representação dinâmica das diferentes etapas de reunião e separação de fragmentos da crosta em distintos ajuntamentos e afastamentos, bordeja a utopia de um videotape testemunho. Requer e merece leitura repetida e refletida com muito mais interesse e atenção que a diagonal que ousei cometer por enquanto.