Tectónica de placas
Tectónica (português europeu) ou tectônica (português brasileiro) de placas é a teoria científica que explica que a litosfera da Terra é compreendida em uma série de grandes placas tectónicas que se movem lentamente desde 3-4 bilhões de anos atrás. O modelo é baseado no conceito de deriva continental, uma ideia desenvolvida durante as primeiras décadas do século XX. A tectónica de placas passou a ser aceita pelos geocientistas depois que a expansão do fundo oceânico foi validada em meados da década de 1960. Os processos que resultam nas placas e moldam a crosta terrestre são chamados de tectónica. Placas tectónicas também ocorrem em outros planetas e luas.
As camadas externas da Terra são divididas em litosfera e astenosfera. A divisão é baseada nas diferenças nas propriedades mecânicas e no método de transferência de calor. A litosfera é mais fria e rígida, enquanto a astenosfera é mais quente e flui mais facilmente. O princípio fundamental da tectónica de placas é que a litosfera existe como placas tectónicas separadas e distintas, que se movem sobre o sólido fluido da astenosfera. Os movimentos das placas variam de 10 a 40 milímetros na Dorsal Mesoatlântica (aproximadamente tão rápido quanto as unhas crescem), para cerca de 160 milímetros por ano na placa de Nazca (quase tão rápido quanto o crescimento do cabelo). As placas litosféricas tectónicas consistem em manto litosférico coberto por um ou dois tipos de material crustal: crosta oceânica (em textos mais antigos chamada sima de silício e magnésio) e crosta continental (sial de silício e alumínio). A distinção entre crosta oceânica e crosta continental é baseada em seus modos de formação. A crosta oceânica é formada nos centros de expansão do fundo do mar, enquanto a crosta continental é formada pelo vulcanismo de arco e pela acreção de terrenos por meio de processos tectónicos de placas. A crosta oceânica é mais densa que a crosta continental porque tem menos silício e mais elementos mais pesados que a crosta continental.
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Existem três tipos de limites de placas, caracterizados pela maneira como as placas se movem em relação umas às outras. Eles estão associados a diferentes tipos de fenômenos de superfície. Os diferentes tipos de limites de placas são:
As placas tectónicas conseguem se mover devido à densidade relativa da litosfera oceânica e à relativa fraqueza da astenosfera. A dissipação de calor do manto é a fonte original de energia necessária para impulsionar a tectónica de placas por meio de convecção ou ressurgência e formação de cúpulas em larga escala. Como consequência, uma fonte poderosa que gera movimento de placas é o excesso de densidade da litosfera oceânica afundando em zonas de subducção. Quando a nova crosta se forma nas dorsais meso-oceânicas, essa litosfera oceânica é inicialmente menos densa que a astenosfera subjacente, mas se torna mais densa com a idade, à medida que esfria e engrossa de forma condutiva. A maior densidade da litosfera antiga em relação à astenosfera subjacente permite que ela afunde no manto profundo em zonas de subducção, fornecendo a maior parte da força motriz para o movimento das placas. A fraqueza da astenosfera permite que as placas tectónicas se movam facilmente em direção a uma zona de subducção.
Dinâmica do manto
Durante grande parte do primeiro quarto do século XX, a principal teoria da força motriz por trás dos movimentos das placas tectónicas previa correntes de convecção em larga escala no manto terrestre superior, que podem ser transmitidas através da astenosfera. Esta teoria foi lançada por Arthur Holmes e alguns precursores na década de 1930. Imagens bidimensionais e tridimensionais do interior da Terra (tomografia sísmica) mostram uma distribuição variável de densidade lateral por todo o manto. Essas variações de densidade podem ser materiais (da química das rochas), minerais (das variações nas estruturas minerais) ou térmicas (por meio da expansão e contração térmica da energia térmica). A manifestação desta densidade lateral variável é a convecção do manto devido às forças de flutuabilidade.
Gravidade
Forças relacionadas à gravidade são invocadas como fenômenos secundários dentro da estrutura de um mecanismo de condução mais geral, como as várias formas de dinâmica do manto descritas acima. Nas visões modernas, a gravidade é invocada como a principal força motriz, por meio da tração das placas ao longo das zonas de subducção. O deslizamento gravitacional para longe de uma crista em expansão é uma das forças motrizes propostas, que propõe que o movimento das placas é impulsionado pela maior elevação das placas nas cristas oceânicas. De acordo com teorias mais antigas, um dos mecanismos de condução das placas é a existência de grandes cúpulas de astenosfera/manto que causam o deslizamento gravitacional das placas litosféricas para longe delas. Esse deslizamento gravitacional representa um fenômeno secundário desse mecanismo basicamente orientado verticalmente. Ela encontra suas raízes no Modelo de Undação de Reinout van Bemmelen. Isto pode atuar em várias escalas, desde a pequena escala de um arco insular até à escala maior de uma bacia oceânica inteira.
Rotação da Terra
Alfred Wegener, sendo meteorologista, propôs as forças de maré e as forças centrífugas como os principais mecanismos de propulsão por trás da deriva continental; no entanto, essas forças foram consideradas muito pequenas para causar o movimento continental, pois o conceito era de continentes avançando através da crosta oceânica. Para que esses mecanismos sejam válidos em geral, devem existir relações sistemáticas em todo o globo entre a orientação e a cinemática da deformação e a grade geográfica latitudinal e longitudinal da própria Terra. Esses estudos de relações sistemáticas na segunda metade do século XIX e na primeira metade do século XX ressaltam exatamente o oposto: que as placas não se moveram no tempo, que a grade de deformação era fixa em relação ao equador e ao eixo da Terra e que as forças gravitacionais motrizes estavam geralmente agindo verticalmente e causavam apenas movimentos horizontais locais (as chamadas "teorias fixistas" pré-tectónicas de placas). Estudos posteriores, portanto, invocaram muitas das relações reconhecidas durante este período pré-tectónica de placas para apoiar suas teorias.
Resumo
O desenvolvimento da teoria da tectónica de placas foi a mudança científica e cultural que ocorreu durante um período de 50 anos de debate científico. O evento da aceitação em si foi uma mudança de paradigma e pode, portanto, ser classificado como uma revolução científica. Por volta do início do século XX, vários teóricos tentaram, sem sucesso, explicar as muitas continuidades geográficas, geológicas e biológicas entre os continentes. Em 1912, o meteorologista Alfred Wegener descreveu o que chamou de deriva continental, uma ideia que culminou cinquenta anos depois na teoria moderna da tectónica de placas. Wegener expandiu sua teoria em seu livro de 1915, The Origin of Continents and Oceans. Partindo da ideia (também expressa pelos seus precursores) de que os continentes atuais formaram uma única massa de terra (mais tarde denominada Pangeia), Wegener sugeriu que estes se separaram e afastaram-se.
Deriva continental
Foi observado já em 1596 que as costas opostas do Oceano Atlântico — ou, mais precisamente, as bordas das plataformas continentais — têm formas semelhantes e parecem ter-se encaixado umas nas outras. Desde então, muitas teorias foram propostas para explicar essa aparente complementaridade, mas a suposição de uma Terra sólida tornou essas várias propostas difíceis de aceitar. A descoberta da radioatividade e das suas propriedades deaquecimento em 1895 levou a um reexame da idade aparente da Terra. Isso já havia sido estimado pela sua taxa de resfriamento, sob a suposição de que a superfície da Terra irradiava como um corpo negro. Em 1915, depois de ter publicado um primeiro artigo em 1912, Alfred Wegener estava a apresentar argumentos sérios a favor da ideia da deriva continental na primeira edição de The Origin of Continents and Oceans.
Continentes flutuantes, paleomagnetismo e zonas de sismicidade
Durante o século XX, melhorias e maior uso de instrumentos sísmicos, como sismógrafos, permitiram que os cientistas aprendessem que os terremotos tendem a se concentrar em áreas específicas, principalmente ao longo das fossas oceânicas e das cristas oceânicas. No final da década de 1920, os sismólogos começaram a identificar diversas zonas proeminentes de terremotos paralelas às trincheiras, que normalmente eram inclinadas de 40 a 60° em relação à horizontal e se estendiam por centenas de quilômetros para dentro da Terra. Essas zonas mais tarde ficaram conhecidas como zonas de Wadati–Benioff, ou simplesmente zonas de Benioff, em homenagem aos sismólogos que as reconheceram pela primeira vez, Kiyoo Wadati do Japão e Hugo Benioff dos Estados Unidos. O estudo da sismicidade global avançou muito na década de 1960 com o estabelecimento da Rede Mundial Padronizada de Sismógrafos (WWSSN, sigla em inglês) para monitorar o cumprimento do tratado de 1963 que proíbe testes de armas nucleares acima do solo. Os dados muito melhorados dos instrumentos WWSSN permitiram que os sismólogos mapeassem com precisão as zonas de concentração de terremotos em todo o mundo.
Propagação e convecção da dorsal meso-oceânica
Em 1947, uma equipe de cientistas liderada por Maurice Ewing, utilizando o navio de pesquisa Atlantis, do Woods Hole Oceanographic Institution, e uma série de instrumentos, confirmou a existência de uma elevação no Oceano Atlântico central e descobriu que o fundo do mar abaixo da camada de sedimentos consistia em basalto, não em granito, que é o principal constituinte dos continentes. Eles também descobriram que a crosta oceânica era muito mais fina que a crosta continental. Todas estas novas descobertas levantaram questões importantes e intrigantes. Os novos dados coletados nas bacias oceânicas também mostraram características particulares em relação à batimetria. Um dos principais resultados desses conjuntos de dados foi que, em todo o globo, um sistema de dorsais meso-oceânicas foi detectado. Uma conclusão importante foi que, ao longo desse sistema, um novo fundo oceânico estava sendo criado, o que levou ao conceito de "Grande Fenda Global". Isto foi descrito no artigo crucial de Bruce Heezen (1960) baseado no seu trabalho com Marie Tharp, que desencadearia uma verdadeira revolução no pensamento.
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A tectónica de placas é um critério necessário para que um planeta seja capaz de sustentar vida complexa devido ao papel que a tectónica de placas desempenha na regulação do ciclo do carbono. A teoria da deriva continental ajuda os biogeógrafos a explicar a distribuição biogeográfica disjunta da vida atual encontrada em diferentes continentes, mas com ancestrais semelhantes.
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Surgimento da tectónica de placas e movimentos de placas anteriores
O momento do surgimento da tectónica de placas na Terra tem sido objeto de considerável controvérsia, com o tempo estimado variando enormemente entre os pesquisadores, abrangendo 85% da história da Terra. Alguns autores sugeriram que durante pelo menos parte do período Arqueano (~4-2,5 bilhões de anos atrás) o manto estava entre 100 e 250 °C mais quente do que atualmente, o que é considerado incompatível com a tectónica de placas de estilo moderno. A natureza cada vez mais félsica das rochas preservadas entre 3 e 2,5 bilhões de anos atrás sugere que zonas de subducção já haviam surgido nessa época, com zircões preservados sugerindo que a subducção pode ter começado há 3,8 bilhões de anos. As primeiras zonas de subducção parecem ter sido temporárias e localizadas, embora o grau em que isso ocorreu seja controverso. Sugere-se que a tectónica de placas moderna tenha surgido há pelo menos 2,2 bilhões de anos com a formação do primeiro supercontinente reconhecido, o Colúmbia, embora alguns autores tenham sugerido que a tectónica de placas não apareceu até 800 milhões de anos atrás, com base no aparecimento tardio de tipos de rochas como o xisto azul, que requerem material subduzido frio. Outros autores sugeriram que a tectónica de placas já era funcional no Hadeano, há mais de 4 bilhões de anos.
Dependendo de como são definidas, geralmente há sete ou oito placas "principais": Africana, Antártica, Eurasiática, Norte-Americana, Sul-Americana, Pacífica e Indo-Australiana. Esta última é às vezes subdividida em placas indiana e australiana. Existem dezenas de placas menores, das quais as oito maiores são: Arábia, Caribe, Juan de Fuca, Cocos, Nazca, Filipinas, Scotia e Somali. Durante a década de 2020, surgiram novas propostas que dividem a crosta terrestre em muitas placas menores, chamadas terrenos, o que reflete o fato de que as reconstruções de placas mostram que as placas maiores foram deformadas internamente e as placas oceânicas e continentais foram fragmentadas ao longo do tempo. Isto resultou na definição de aproximadamente 1200 terrenos dentro das placas oceânicas, blocos continentais e zonas móveis (cinturões montanhosos) que os separam.
O aparecimento de placas tectónicas em planetas rochosos está relacionado à massa planetária, sendo esperado que planetas mais massivos que a Terra apresentem placas tectónicas. A Terra pode ser um caso limite, devendo sua atividade tectónica à água abundante (a sílica e a água formam um eutético profundo).
Vênus
Vênus não mostra evidências de placas tectónicas ativas. Uma explicação para isto é que as temperaturas em Vénus são demasiado elevadas para que haja água em quantidade significativa. A crosta terrestre é encharcada de água, que desempenha um papel importante no desenvolvimento de zonas de cisalhamento. A tectónica de placas requer superfícies fracas na crosta ao longo das quais fatias da crosta podem se mover e pode muito bem ser que tal enfraquecimento nunca tenha ocorrido em Vênus devido à ausência de água. No entanto, alguns investigadores continuam convencidos de que a tectónica de placas está ou esteve ativa neste planeta.
Marte
Na década de 1990, foi proposto que a Dicotomia Crostal Marciana foi criada por processos tectónicos de placas. Os cientistas determinaram desde então que foi criado pela ressurgência no manto marciano que engrossou a crosta das Terras Altas do Sul e formou Tharsis ou por um impacto gigante que escavou as Terras Baixas Setentrionais. O Valles Marineris pode ser um limite tectónico. Observações feitas do campo magnético de Marte pela sonda espacial Mars Global Surveyor em 1999 mostraram padrões de faixas magnéticas descobertos neste planeta. Alguns cientistas interpretaram isso sinais de processos tectónicos de placas, como a expansão do fundo oceânico. No entanto, os seus dados falharam num “teste de reversão magnética”, que é usado para verificar se foram formados pela inversão das polaridades de um campo magnético global.
Exoplanetas
Em planetas do tamanho da Terra, a tectónica de placas é mais provável se houver oceanos de água. No entanto, em 2007, duas equipas independentes de investigadores chegaram a conclusões opostas sobre a probabilidade de ocorrência de tectónica de placas em superterras maiores com uma equipe a dizer que a tectónica de placas seria episódica ou estagnada e outra a dizer que a tectonica de placas é muito provável em superterras, mesmo que o planeta esteja seco. A consideração da tectónica de placas é parte da busca por inteligência extraterrestre e vida extraterrestre.
