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5.1: Introdução à Tectônica de Placas - Geociências


Objetivos de aprendizado

Este capítulo tem várias metas e objetivos:

  • Compare e descreva cada uma dessas camadas da Terra: litosfera, crosta oceânica e crosta continental.
  • Descreva como a convecção ocorre no manto e compare as duas partes do núcleo e descreva por que são diferentes uma da outra.
  • Explique os conceitos das seguintes hipóteses: hipótese da deriva continental, hipótese da expansão do fundo do mar e a teoria das placas tectônicas.
  • Descreva os três tipos de placa tectônica e como os processos levam a mudanças nas características da superfície da Terra.

Questões Essenciais

  • Qual é a força motriz das placas tectônicas e como isso impacta terremotos e vulcões em todo o mundo?
  • Como a teoria das placas tectônicas ajuda a explicar os diferentes tipos de terremotos e vulcões ao redor do planeta?

1.5 Fundamentos da Tectônica de Placas

Placas tectônicas é o modelo ou teoria que tem sido usado nos últimos 60 anos para entender o desenvolvimento e a estrutura da Terra - mais especificamente as origens dos continentes e oceanos, das rochas dobradas e cadeias de montanhas, dos terremotos e vulcões e da deriva continental. Ele é explicado com alguns detalhes no Capítulo 10, mas é apresentado aqui porque inclui conceitos que são importantes para muitos dos tópicos abordados nos próximos capítulos.

A chave para a compreensão das placas tectônicas é a compreensão da estrutura interna da Terra, que é ilustrada na Figura 1.6. Da terra testemunho consiste principalmente em ferro. O núcleo externo está quente o suficiente para que o ferro se torne líquido. O núcleo interno, embora ainda mais quente, sofre tanta pressão que se torna sólido. O manto é feito de ferro e magnésio silicato minerais. A maior parte do manto, que envolve o núcleo externo, é rocha sólida, mas é plástico o suficiente para fluir lentamente. Ao redor dessa parte do manto está uma camada parcialmente fundida (o astenosfera), e a parte mais externa do manto é rígida. O crosta - composta principalmente por granito nos continentes e principalmente por basalto abaixo dos oceanos - também é rígida. A crosta e o manto rígido externo, juntos, constituem o litosfera. A litosfera é dividida em cerca de 20 placas tectônicas que se movem em diferentes direções na superfície da Terra. (Para uma descrição mais precisa dos componentes do interior da Terra, consulte a Figura 9.2.)

Uma propriedade importante da Terra (e de outros planetas) é que a temperatura aumenta com a profundidade, de perto de 0 ° C na superfície até cerca de 7000 ° C no centro do núcleo. Na crosta, a taxa de aumento da temperatura é de cerca de 30 ° C / km. Isso é conhecido como gradiente geotérmico.

Figura 1.6 A estrutura do interior da Terra mostrando o núcleo interno e externo, as diferentes camadas do manto e a crosta [Wikipedia]

O calor flui continuamente para fora do interior da Terra e a transferência de calor do núcleo para o manto causa convecção no manto (Figura 1.7). Essa convecção é a principal força motriz do movimento das placas tectônicas. Em locais onde as correntes de convecção no manto estão se movendo para cima, novas formas de litosfera (nas cristas do oceano) e as placas se afastam (divergem). Onde duas placas estão convergindo (e o fluxo convectivo é para baixo), uma placa será subduzido (empurrado para baixo) no manto abaixo do outro. Muitos dos principais terremotos e vulcões da Terra estão associados a fronteiras convergentes.

Figura 1.7 Um modelo de convecção dentro do manto da Terra [http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/27/Oceanic_spreading.svg/1280px-Oceanic_spreading.svg.png]

As principais placas tectônicas da Terra e as direções e taxas nas quais elas divergem nas cristas do fundo do mar são mostradas na Figura 1.8.

Exercício 1.2 Movimento da placa durante sua vida

Usando um mapa das placas tectônicas da Internet ou a Figura 1.8, determine em qual placa tectônica você está agora, aproximadamente com que velocidade ela está se movendo e em que direção. Até onde essa placa se moveu em relação ao núcleo da Terra desde que você nasceu?

Figura 1.8 Placas tectônicas da Terra e características tectônicas que estiveram ativas nos últimos 1 milhão de anos [http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plate_tectonics_map.gif]


Rubrica

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Inclui todos os componentes necessários, conforme especificado na atribuição.

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Precisa ser em formato de ensaio, sem nenhuma das perguntas incluídas e nenhum texto de instrução. Em anexo está meu artigo atual com todas as respostas. Ele só precisa ser colocado em formato de ensaio com uma introdução, referências e conclusão.


Introdução à Tectônica de Placas Esta unidade apresenta a hipótese de Wegner sobre a deriva continental, a teoria de expansão do fundo do mar de Hess e a moderna teoria abrangente de placas tectônicas.

A apresentação sobre placas tectônicas está dividida em 3 discussões distintas: Continental Drift, Seafloor Spreading e Plate Tectonics. Esta abordagem visa destacar o desenvolvimento histórico da teoria das placas tectônicas. O desenvolvimento da teoria é um excelente exemplo da natureza cumulativa da ciência e do processo científico.

Continental Drift esta apresentação revê a hipótese original de Wegner sobre o aparente movimento dos continentes.

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Palestra Online. Clique aqui para ver uma palestra em streaming sobre a evidência de Wegner para a deriva continental. (

Esta animação mostra uma reconstrução do movimento dos continentes nos últimos 180 milhões de anos. Esta e outras animações estão disponíveis no Centro de Visualização Multimídia Educacional da UCSB do Departamento de Ciências da Terra. Esta animação está disponível clicando aqui.

Espalhamento no fundo do mar Esta apresentação analisa as principais características do fundo do mar e a teoria original de Harold Hess sobre a expansão do fundo do mar.

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Palestra Online. Clique aqui para ver uma palestra em streaming discutindo o ciclo das rochas e as rochas ígneas. (

Esta animação mostra a propagação do fundo do mar em três centros de difusão conectados por falhas de transformação. A inserção na aminação mostra reversões de polaridade magnética e a formação de faixas magnéticas no fundo do mar. Esta e outras animações estão disponíveis no Centro de Visualização Multimídia Educacional da UCSB do Departamento de Ciências da Terra. Esta animação está disponível clicando aqui.

Plate Tectonics esta apresentação revisa a teoria moderna de placas tectônicas, margens de placas e a ocorrência de vulcanismo e terremotos.

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Esta animação mostra a subducção da crosta oceânica sob a crosta continental em uma margem convergente. Conforme a placa é subduzida no manto, a água na placa é liberada e se move para cima por meio de flutuabilidade. O influxo de água no manto superior diminui o ponto de fusão das rochas, resultando na formação de magma basáltico. À medida que o magma sobe de maneira flutuante, sua composição muda de basalto para andesito por uma variedade de processos. Conseqüentemente, uma linha de vulcões se forma na placa superior paralela à fossa oceânica profunda. Esta e outras animações estão disponíveis no Centro de Visualização Multimídia Educacional da UCSB do Departamento de Ciências da Terra. Esta animação está disponível clicando aqui.

Atividades de sala de aula

Quebra-cabeça de Wegner. Clique para baixar uma pasta compactada de documentos para esta atividade clássica desenvolvida pelo U.S. Geological Survey. Esta é uma excelente atividade inicial para uma unidade de placas tectônicas. Além disso, a atividade pode demonstrar o ajuste dos continentes para formar a Pangéia e pode ser usada como um fenômeno introdutório. Esta atividade permite que os alunos usem exibições gráficas (por exemplo, mapas) para identificar relações temporais e espaciais. (1,9 Mbytes). Pasta compactada

Modelagem da propagação do fundo do mar. Clique para baixar esta atividade onde os alunos modelam a expansão do fundo do mar e a formação de & quotstripes & quot magnéticas que fornecem evidências primárias para a teoria das placas tectônicas. Esta atividade permite que os alunos usem um modelo para testar ideias sobre um fenômeno em uma escala não observável (ou seja, para entender a natureza das faixas magnéticas do fundo do mar). Além disso, permite que os alunos construam uma explicação usando o modelo.

  • Documento em PDF de instruções do professor
  • Folha de dados do aluno Documento PDFWord

Onde ocorrem terremotos e vulcões? Nesta atividade, os alunos trabalham em grupos de quatro para traçar as localizações de 20 vulcões ativos e 20 grandes terremotos. Os alunos comparam seus resultados com um mapa de placas tectônicas para investigar a relação entre os limites das placas e os locais de terremotos e vulcões. Esta atividade permite que os alunos usem exibições gráficas (por exemplo, mapas) de grandes conjuntos de dados (locais de terremotos e vulcões) para identificar relações espaciais com margens tectônicas.

  • Folha de Dados do Aluno Documento PDFWord
  • PDF da chave do mapa

De onde veio o Parque Nacional Pinnacles? Nesta atividade, os alunos examinam o movimento das rochas vulcânicas de Neenach no Parque Nacional de Pinnacles em direção ao norte ao longo da falha de San Andreas. Esta atividade permite que os alunos apliquem conceitos matemáticos (por exemplo, taxa) a uma questão científica sobre a taxa de movimento ao longo da falha de San Andreas e prever o movimento futuro.

  • Folha de Dados do Aluno Documento PDFWord
  • PDF da chave de respostas do professor

Quão rápido está se movendo a placa do Pacífico? Documento Word em PDF Nesta atividade, os alunos examinam os dados geocronológicos dos fluxos de lava que formam as ilhas havaianas e usam esses dados e as distâncias das ilhas do ponto quente do manto havaiano para determinar a taxa de movimentação da placa do Pacífico. Esta atividade permite que os alunos apliquem conceitos matemáticos (por exemplo, taxa) a uma questão científica sobre a taxa de movimento da placa do Pacífico sobre o ponto quente do Havaí . Chave do Professor

Recursos de mídia e vídeo online

Este mapa interativo do planeta dinâmico Este é um mapa interativo muito legal que mostra a localização de vulcões, terremotos, limites de placas e crateras de impacto. Este site contém muitos dados gráficos e requer uma conexão rápida com a Internet (seja paciente ao carregar). Instituto Smithsonian.

Este planeta dinâmico O USGS produziu um mapa impresso espetacular. Este site é o companheiro do mapa impresso e inclui links para mapas para download. USGS

Esta Terra Dinâmica: A História da Tectônica de Placas Esta é uma publicação online que fornece informações detalhadas sobre as placas tectônicas. USGS

Professores na vanguarda Existem muitos recursos e atividades desenvolvidas por este programa de desenvolvimento profissional para professores de ciências do ensino médio.

Tectônica de placas: uma introdução Este vídeo apresenta as placas tectônicas e como a superfície da Terra mudou ao longo do tempo geológico. Clique aqui para acessar o site de origem, incluindo recursos adicionais. Fundação Educacional WGBH

Tectônica de placas: o cientista por trás da teoria Este vídeo apresenta os três principais tipos de limites fora da placa. Clique aqui para acessar o site de origem, incluindo recursos adicionais. Fundação Educacional WGBH

Tectônica de placas: evidências adicionais Este vídeo apresenta os três principais tipos de limites fora da placa. Clique aqui para acessar o site de origem, incluindo recursos adicionais. Fundação Educacional WGBH

Tectônica de placas: Lake Mead, Nevada Este breve vídeo examina a área do Lago Mead da província de Basin e Range, onde a extensão da crosta norte-americana está ocorrendo. Clique aqui para acessar o site de origem, incluindo recursos adicionais. Fundação Educacional WGBH

Divisão continental: a divisão da Pangéia A animação interativa mostra a divisão de Pangeae com evidências de rochas e fósseis. Fundação Educacional WGBH

Tectônica de placas: o arquipélago havaiano Este vídeo apresenta a formação do Havaí a partir de um ponto quente do manto. Clique aqui para acessar o site de origem, incluindo recursos adicionais. Fundação Educacional WGBH

Tremor de terra! Quando as placas colidem (Fundação Educacional WGBH). Clique aqui para acessar o site de origem, incluindo recursos adicionais.

Programa de Riscos de Terremoto do USGS earthquake.usgs.gov/ Este site do USGS é o principal ponto de entrada para informações sobre terremotos, incluindo mapas de terremotos em tempo real.

Mapa terremoto global em tempo real http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/ Este é um mapa interativo que mostra a ocorrência de terremotos. Observe que você pode aumentar o zoom em qualquer local para obter mais detalhes e alterar as opções do mapa para exibir terremotos de magnitude diferente.

Pesquisa Geológica dos Estados Unidos (USGS) www.usgs.gov/ O USGS é uma agência federal dentro do Departamento do Interior dos Estados Unidos e tem a responsabilidade primária por questões geológicas (riscos, recursos, etc.) e ambientais de importância nacional e regional.

O Centro Educacional de Visualização Multimídia emvc.geol.ucsb.edu/ Este site contém animações incríveis que ilustram o movimento da placa tectônica. UCSB

Professores na vanguarda orgs.up.edu/totle/ Existem muitos recursos e atividades desenvolvidas por este programa de desenvolvimento profissional para professores de ciências do ensino médio.

Idéias básicas disciplinares do NGSS

Grau 2
ESS1.C: A História do Planeta Terra. Alguns eventos acontecem muito rapidamente, outros ocorrem muito lentamente, ao longo de um período de tempo muito mais longo do que se pode observar .

4ª série
ESS1.C: A História do Planeta Terra. Padrões locais, regionais e globais de formações rochosas revelam mudanças ao longo do tempo devido a forças terrestres, como terremotos. A presença e localização de certos tipos de fósseis indicam a ordem em que as camadas de rocha foram formadas.

ESS2.B: Placas tectônicas e interações do sistema em larga escala. As localizações de cadeias de montanhas, fossas oceânicas profundas, estruturas do fundo do oceano, terremotos e vulcões ocorrem em padrões. A maioria dos terremotos e vulcões ocorre em faixas que geralmente estão ao longo das fronteiras entre continentes e oceanos. As principais cadeias de montanhas se formam dentro dos continentes ou perto de suas margens. Os mapas podem ajudar a localizar as diferentes áreas de recursos terrestres e aquáticos da Terra.

ESS3.B: Riscos da natureza. Uma variedade de perigos resultam de processos naturais (por exemplo, terremotos, tsunamis, erupções vulcânicas). Os humanos não podem eliminar os perigos, mas podem tomar medidas para reduzir seus impactos.

Ensino fundamental
ESS2.B: Placas tectônicas e interações de sistemas em larga escala Mapas de antigos padrões de terra e água, baseados em investigações de rochas e fósseis, deixam claro como as placas da Terra se moveram por grandes distâncias, colidiram e se espalharam.

ESS3.B: Riscos naturais O mapeamento da história dos riscos naturais em uma região, combinado com uma compreensão das forças geológicas relacionadas, pode ajudar a prever as localizações e a probabilidade de eventos futuros.

Ensino médio
ESS3.B: Riscos naturais Riscos naturais e outros eventos geológicos mudaram o curso da história humana [eles] alteraram significativamente o tamanho das populações humanas e impulsionaram as migrações humanas.

Equívocos científicos comuns

Crosta e litosfera (ou placas) são termos sinônimos

A astenosfera é líquida (os alunos estão familiarizados apenas com convecção líquida, não com convecção sólida; muitos filmes de ciências da terra do ensino médio também se referem especificamente a uma camada interna derretida).

O manto inferior é líquido (por razões semelhantes às anteriores).

O núcleo da Terra é oco, ou que grandes espaços ocos ocorrem nas profundezas da Terra (uma relíquia da cosmologia mais antiga e um esteio da literatura popular e dos filmes de Hollywood).

Apenas os continentes se movem (conceito original de Wegener, junto com o uso comum do termo 'Deriva Continental' em textos gerais, filmes de ciências da terra no ensino médio, etc.)

A maioria dos movimentos da crosta (especialmente aqueles associados a processos de construção de montanhas ou formação de trincheiras em águas profundas) são devidos a movimentos verticais, não laterais (termos como 'levantamento de montanha' e terminologia de livros de ciências da terra, bem como ideia de relíquias de cosmologias antigas).

Dorsais oceânicas divergentes são devidas a elevação ou convergência vertical, ao invés de divergência (na experiência dos alunos, a flambagem é geralmente devido à convergência ou elevação, não a diferenças de calor / densidade, então ilustrações de cadeias não se encaixam prontamente com um movimento de separação).

Os oceanos atuais apenas começaram quando Pangaea se separou - ligada à ideia geral de que Pangéia era o continente original no início da Terra (poucos filmes educacionais de ciências da terra mencionam o que veio antes de Pangaea e a ênfase na expansão do Atlântico faz com que o Pacífico seja esquecido).

O movimento da placa é imperceptível em um período de tempo humano (o uso comum da analogia do crescimento da unha só é verdadeiro para as placas mais lentas e subestima a importância do movimento).

O movimento das placas é rápido o suficiente para que a colisão do continente possa causar caos financeiro e político, enquanto o rifteamento pode dividir famílias ou separar uma espécie de sua fonte de alimento.

Os oceanos são responsáveis ​​pela crosta oceânica (em vez de estarem mais próximos do contrário).

As 'prateleiras' continentais são semelhantes às prateleiras das casas, estendem-se ao longo da borda do continente e podem quebrar e desmoronar para formar tsunamis (então o tsunami do Boxing Day foi devido ao colapso das prateleiras)

A borda de um continente é a mesma coisa que um limite de placa.

Com o tempo, não houve nenhuma mudança significativa na proporção entre áreas oceânicas e continentais (a ideia de estase é um equívoco comum, mas também fazia parte do conceito original de Lyell).

Além das diferenças devido às mudanças no volume do gelo, o nível do mar permaneceu relativamente constante ao longo do tempo (reconhecimento do impacto da velocidade da placa no nível do mar nem mesmo reconhecido pelos geólogos até relativamente recentemente).

Um tipo de limite de placa é a mesma coisa que uma placa. Por exemplo, uma placa deve ser divergente ou convergente.


Programa de Geodésia Espacial

Durante o século 19 e o início do século 20, vários geólogos exploraram a ideia de que os continentes podem ter se movido pela superfície da Terra. Todos foram inspirados pelo notável ajuste entre as costas atlânticas da África e da América do Sul. A hipótese da deriva continental foi amplamente desenvolvida pelo alemão Alfred L. Wegener, conferencista de astronomia e meteorologia, que sugeriu que os continentes da Terra já haviam sido unidos em dois supercontinentes. No ano de 1912, Wegener fez a proposta de que todos os continentes eram anteriormente um grande continente, mas depois se separaram e foram levados pelo fundo do oceano para onde agora estão localizados. Além de usar o ajuste dos dois continentes já mencionados, Wegener também usou a distribuição fóssil e a semelhança litológica como evidência. Wegener nasceu em Berlim em 1º de novembro de 1880, o filho mais novo de um pregador evangélico. Na adolescência, ele desenvolveu um grande interesse pelas ciências da terra. Ele estudou astronomia na Universidade de Berlim, onde recebeu o título de doutor em 1904. Wegener exibia um talento para expor assuntos complexos com grande facilidade. Junto com a força de sua personalidade, a clareza da visão de Wegener inspirou grande entusiasmo e lealdade entre seus alunos.

Claro, a teoria da & quotDrift & quot não foi imediatamente aceita pelos pares de Wegener & # 39s, pois é difícil no mundo da ciência mudar doutrinas ou pontos de vista aceitos ou estabelecidos. Dois outros pontos de vista prevaleceram neste momento. Aqueles que acreditavam que os continentes e bacias estavam basicamente inalterados em sua posição e configuração relativa desde que foram formados foram chamados de & quotPermanentistas & quot. Outros acreditavam que, como resultado da contração gradual da terra sólida, o fundo do oceano se tornou terra seca e a terra seca por sua vez se tornou fundo do oceano. Esses cientistas foram chamados de "contratistas".

Wegener estudou a distribuição de animais e plantas terrestres fósseis para ajudá-lo em suas interpretações. Wegener descobriu que a planta Glossopteris deixou para trás restos de folhas que eram relativamente comuns nos continentes do hemisfério sul. Isso apoiou sua hipótese, como Wegener raciocinou que, a fim de Glossopteris folhas para serem encontradas nos continentes amplamente espaçados do hemisfério sul, os continentes devem ter sido unidos. Usando essa evidência, ele juntou todos os continentes do sul, junto com a Índia, em um supercontinente que ele nomeou Pangea.

A divisão de Pangea

Wegener também estudou a distribuição dos principais corpos geológicos, como complexos de embasamento cristalino (rochas e crosta continental) e depósitos minerais. Ele descobriu que o ajuste previsto pelas estimativas do mapa foi confirmado pelo alinhamento dos complexos geológicos em ambos os lados do Oceano Atlântico. Por exemplo, quando encaixou a África e a América do Sul ao longo de suas plataformas continentais, ele descobriu que grandes blocos de rochas antigas, chamados crátons, formavam padrões contíguos ao longo da linha divisória. As montanhas que correm de leste a oeste pela África do Sul pareciam se conectar com a cordilheira perto de Buenos Aires, na Argentina. Os estratos rochosos distintos do sistema Karoo na África do Sul, que consiste em camadas de arenito, xisto e argila entrelaçados com camadas de carvão, eram idênticos aos do sistema Santa Catarina no Brasil.

Contribuição da África do Sul

O apoio mais convincente e entusiástico de Wegener veio de um geólogo sul-africano, Alexander Du Toit. Cientistas sul-africanos eram muito mais favoráveis ​​à ideia de deriva continenal por uma razão simples: ao redor deles eles podiam ver uma infinidade de fenômenos geológicos que se assemelhavam aos de outros continentes do hemisfério sul. Du Toit passou cinco meses no Brasil, Uruguai e Argentina acumulando evidências. Ele achou difícil acreditar que estava em outro continente, pois não apenas encontrou os mesmos fósseis de plantas e animais que conhecia em casa, mas os encontrou na mesma sequência complexa, incrustados camada por camada na rocha. Du Toit estava confiante de que havia encontrado provas conclusivas de que os continentes já haviam sido unidos. Num livro dedicado a Wegener e intitulado Nossos Continentes Errantes, Du Toit propôs uma configuração anterior para os continentes que era diferente da de Wegener & # 39s.

Em vez de um supercontinente simples, Du Toit reconstruiu os continentes no Pólo Sul e agrupou os continentes do norte perto do Equador. Ele chamou seu supercontinente sul de Gondwana e a massa de terra do norte de Laurásia. Ele dedicou a maior parte de seu livro a Gondwanaland e, como evidência de sua existência, produziu uma massa impressionante de dados muito mais detalhados do que qualquer coisa que Wegener havia tentado.

Mapa do séc. 39 de Alexander Du Toit de dois supercontinentes antigos

Isso foi bom o suficiente para os críticos acadêmicos? Não. O estilo extravagante de escrita de Du Toit doeu os críticos. Por exemplo, ele escreveria e citaria o espantoso espetáculo das massas continentais atuais, firmemente ancoradas a uma fundação de plástico, mas permanecendo fixas no espaço definido a milhares de quilômetros de distância, pode ser, mas se comportando de maneira quase idêntica de época a época e de estágio a estágio soldados em uma broca amplamente esticados em alguns locais em vários momentos e surpreendentemente comprimidos em outros, ainda mantendo suas formas gerais, posições e orientações remotas umas das outras ao longo da história, mas mostrando em seus fósseis permanece comum ou formas aliadas de vida terrestre possuídas durante certos épocas de climas que podem ter variado de glacial a tórrido ou pluvial a árido, embora contrário aos princípios meteorológicos quando suas posições geográficas existentes são consideradas - para mencionar apenas alguns desses paradoxos! suas contribuições substanciais para as evidências. & quotIsso, & quot fungou um crítico acadêmico & quot, é a linguagem pitoresca de um panfletário. & quot

Como os críticos foram convertidos

A descoberta do paleomagnetismo e o desenvolvimento da oceanografia foi um passo necessário no desenvolvimento da ciência que as teorias de Wegener e Du Toit aguardavam.

Paleomagnetismo

O paleomagnetismo é baseado no princípio de que nas rochas ígneas derretidas, ou sedimentos não litificados, as partículas magnéticas se alinham com o campo magnético da Terra. Esse registro magnético é armazenado nas rochas quando elas esfriam e nos sedimentos quando se tornam litificadas. Os desvios no alinhamento dessas partículas paleomagnéticas da direção atual do campo magnético da Terra mostram que os continentes se moveram. O físico britânico Patrick Blackett, que ganhou o Prêmio Nobel em 1948 por seu trabalho em física nuclear e radioação cósmica, desenvolveu um dispositivo sensível chamado magnetômetro astático. Usando este equipamento, foi possível pela primeira vez detectar a orientação de campos magnéticos extremamente fracos. Isso permitiu que os pesquisadores conduzissem estudos paleomagnéticos de tipos de rochas cujo magnetismo não podia ser discernido por equipamentos anteriores.

Oceanografia

Durante os anos 1960 e 39, dois cientistas de Cambridge, Drummond Matthews e Fred Vine descobriram que em ambos os lados da Cadeia do Atlântico Central havia uma série de anomalias magnéticas lineares. Faixas da crosta oceânica tinham orientações magnéticas alternadas. Essas observações foram explicadas em termos de um modelo de expansão do fundo do mar, pelo qual uma nova crosta oceânica se forma ao longo das dorsais meso-oceânicas à medida que as duas metades de um oceano se separam.

A partir dessas observações simples, a teoria de PLACAS TECTÔNICAS desenvolvido.

De acordo com o modelo de placas tectônicas, a superfície da Terra consiste em uma série de placas relativamente finas, mas rígidas, que estão em movimento constante. A camada superficial de cada placa é composta por crosta oceânica, crosta continental ou uma combinação de ambas. A parte inferior consiste na rígida camada superior do manto terrestre. As placas rígidas passam gradualmente para baixo na camada de plástico (macia) do manto, a astenosfera. As placas podem ter até 70 km de espessura se forem compostas de crosta oceânica ou 150 km incorporando crosta continental. As placas se movem em velocidades diferentes. A placa africana se move cerca de 25 mm por ano, enquanto a placa australiana se move cerca de 60 mm por ano.

A maior parte da atividade tectônica, sísmica e vulcânica da Terra ocorre nos limites das placas vizinhas. Existem três tipos de limites de placa: limites divergentes, convergentes e de transformação.

Margens da placa divergente

Neste tipo de fronteira, uma nova crosta oceânica é formada no intervalo entre duas placas divergentes. A área da placa aumenta à medida que as placas se afastam. O movimento da placa ocorre lateralmente longe do limite da placa, que é normalmente marcado por uma elevação ou crista. A crista ou elevação pode ser compensada por uma falha de transformação. Atualmente, as margens mais divergentes ocorrem ao longo da zona central das principais bacias oceânicas do mundo. O processo pelo qual as placas se separam é referido como expansão dos fundos oceânicos. O Mid-Atlantic Ridge e o East Pacific Rise fornecem bons exemplos desse tipo de margem de placa.

O sistema Mid-Atlantic Ridge

Limites de placa convergente

Em um limite convergente, duas placas estão em movimento relativo uma em direção à outra. Uma das duas placas desliza para baixo da outra em um ângulo de cerca de 45 graus e é incorporada ao manto da Terra ao longo de um zona de subducção. O caminho desta placa descendente pode ser encontrado a partir da análise de terremotos profundos e o ponto inicial de descida é marcado na superfície por um profundo trincheira oceânica . A área da placa é reduzida ao longo da zona de subducção. Quando duas placas da crosta oceânica colidem, um arco da ilha vulcânica pode formar. Conforme uma das placas é subduzida sob a outra, ela começa a derreter a uma profundidade entre 90 e 150 km e o magma resultante sobe à superfície acima da zona de subducção para formar uma cadeia ou arco de vulcões. A borda da placa que não desce é, portanto, marcada por uma cadeia de ilhas vulcânicas.

Margens conservadoras ou transformadas

O sistema de falhas de San Andreas é o exemplo mais famoso desse tipo de limite. Aqui, duas placas movem-se lateralmente uma pela outra e a crosta oceânica não é criada nem destruída.

    A taxa na qual cada placa se move para além de uma margem divergente varia de menos de 50 mm por ano a mais de 90 mm por ano e pode ser determinada a partir do padrão de anomalias magnéticas de cada lado de uma crista de expansão. De qualquer lado de um centro de disseminação, anomalias magnéticas fracas com 5-50 km de largura e centenas de quilômetros de comprimento podem ser identificadas. a rocha derretida esfria entre as placas divergentes e os minerais magnéticos presentes se alinham com a orientação do campo magnético da Terra naquele momento. A polaridade da Terra mudou em intervalos regulares ao longo do tempo geológico. O norte magnético tem alternado entre o Ártico (polaridade normal) e a Antártica (polaridade invertida). Como resultado disso, as seções da crosta formadas durante um período de polaridade normal têm um remanescente paleomagnético que é orientado para o norte magnético de hoje, enquanto uma seção da crosta formada durante um período de polaridade invertida não tem. Essas longas faixas lineares de anomalias magnéticas formam um padrão simérico de cada lado de um centro de expansão. Um registro das mudanças na polaridade magnética da Terra foi estabelecido e datado para o Cenozóico e é a base para a magnetoestratigrafia. Este registro, em conjunto com as faixas magnéticas encontradas em ambos os lados de uma crista de expansão, permite que a taxa e o padrão de expansão do fundo do mar sejam examinados.

O que faz com que os pratos se movam?

Esta questão ainda não foi totalmente resolvida. Quatro hipóteses principais foram apresentadas para explicar isso.

Correntes de convecção

Esta hipótese sugere que o fluxo no manto é induzido por correntes de convecção que arrastam e movem as placas litosféricas acima da astenosfera. As correntes de convecção sobem e se espalham abaixo dos limites divergentes das placas e convergem e descem ao longo do convergente. Três fontes de calor produzem as correntes de convecção:

(1) cooling of the Earth's core

(2) radioactivity within the mantle and crust

The convection hypothesis has been proposed in several different forms throughout the last 60 years. Convective models of plate evolution clearly show how important convective heat transport is to the modern Earth, over length scales as small as 100 km and times of 60 million years. Earth is a spendthrift, living on its inherited capital of primaeval heat, not on its radiogenic modern income.

Magma injection This hypothesis invokes the injection of magma at a spreading centre pushing plates apart and thereby causing plate movement.

Gravity Oceanic lithosphere thickens as it moves away from a spreading centre and cools, a configurationwhich might tend to induce plates to slide under the force of gravity, from a divergent margin towards a convergent margin.

Descending plates This hypothesis suggests that a cold dense plate descending into the mantle at a subduction zone may pull the rest of the plate with it and thus cause plate motion.

To summarize, the plate tectonic model provides a mechanism by which:

(1) continents can move across the surface of the globe

(2) patterns of volcanism can change and shift across the globe as plates and their boundaries evolve and move

(3) new oceans may grow and different sedimentary basins evolve

(4) oceans and sedimentary basins close and are deformed to produce mountains

Do measurements using VLBI, SLR and GPS support the findings from paleomagnetism ?

Yes, it does.

Geodetic data from VLBI, SLR and GPS indicate that plate velocities as measured over the last 15 years nearly equal those averaged over the past 3 million years.


Introduction to Plate Tectonics Continental Drift - PowerPoint PPT Presentation

May occur under oceanic or continental crust . Low density continental crust is not subducted, but may partially underlie the . &ndash PowerPoint PPT presentation

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Introduction to Plate Tectonics with Google Earth

Plate tectonics is a unifying framework for understanding the dynamic geology of the Earth. The theory posits that the outermost layers of the Earth (the crust and uppermost mantle) make up the brittle lithosphere of the Earth. The lithosphere is broken up into a number of thin plates, which move on top of the asthenosphere (middle mantle). The asthenosphere is solid, but flows plastically over geologic time scales. Plate interiors are relatively stable, and most of the tectonic action (earthquakes, volcanism) takes place where plates meet – where they collide at convergent boundaries, move away from one another at divergent boundaries, or slide past one another at transform boundaries.

Reconstructions of the Earth’s tectonic plate locations through time are available, for example, at:

http://www.scotese.com/newpage13.htm (Links to an external site.)
http://www.ucmp.berkeley.edu/geology/tectonics.html (Links to an external site.)

But how do we define plates and plate boundaries? On what are plate reconstructions and animations based? How do we know plates are moving, how can we track their positions in the past, and how can we predict their positions in the future?

To answer these questions, this assignment guides you through an examination of patterns on Earth – the topography of the earth’s surface above sea level, the bathymetry of the ocean floor below sea level, and the distribution of earthquakes and volcanic rock ages. These patterns reveal plate boundaries, just as they did for geologists first developing plate tectonic theory in the 1960s. You’ll then use geologic data to determine long-term average plate motions, to predict how our dynamic planet will change in the future.

To do this, you’ll use the program Google Earth, and Google Earth layers compiled from various sources.

A. Getting started with Google Earth

On your computer, install the latest version of Google Earth Pro from https://www.google.com/earth/versions/ (Links to an external site.)

Once installed, open Google Earth, under the Tools/Options/3D View/ menu on a PC, or under the Preferences/3D View menu on a Mac, choose the “Decimal Degrees” and “Meters Kilometers” options and makes sure the “Use High Quality Terrain” box is checked.

Open the View menu. Go ahead and experiment with the options, but in general you should just have the Tool Bar, Side Bar and Status Bar checked. Also, on the View menu, hover over Navigation and you will see several options for the compass arrow and slide bars in the upper right corner of the Google Earth screen.

“Automatically” is a good choice as it leaves a ghost of the image visible until you hover over it.

Load the DynamicEarth.kmz file from into Google Earth Pro. It is located at https://serc.carleton.edu/sp/library/google_earth/examples/49004.html (Links to an external site.) and is the top file in the “Description and Teaching Materials” list. You should be able to double-click on the filename and it will open. Or, you can download the file onto your computer first, and then open it in Google Earth Pro by using File/Open and navigating to the file.

Once the DynamicEarth.kmz is loaded, click and drag to move it from “Temporary Places” to “My Places.” Then save “My Places” by clicking File/Save/Save My Places. DynamicEarth.kmz will now be available every time you open Google Earth Pro on your computer.

When you exit, Google Earth Pro should save “My Places” for the next time.

But you should manually save “My Places” whenever you make significant changes to it, as Google Earth Pro does not autosave during a session.
You now have an interactive view of the Earth! Take some time to explore the Earth with Google Earth and figure out how the navigation works using the keyboard, your touch pad, your mouse. Por exemplo:

Zoom in and out, move N, S, E, W, grab and spin the globe, etc. The resolution will change as you zoom. Clicking on the “N” of the navigation compass reorients the view so north is “up.”

At top left, “search” (and fly to) any place of interest. Zoom in and click on the “street view” icon (orange stick figure under the compass at top right) to explore an area as if you were on foot

Zoom in to see individual buildings, roads, cars, etc.

Go 3D – zoom into a significant topographic feature (e.g. Mount Everest, the Grand Canyon, Niagara Falls). Hold the Shift key down and tilt the terrain using the Up/Down arrows to tilt the terrain, and spin the terrain using the Right/Left buttons. Do the same thing for topographic features on the ocean floor. Note that under Tools/Options/3D View you can increase the vertical exaggeration by up to 3x. This is useful to emphasize subtle features, but is pretty scary when you look at the Grand Canyon that way!

On the Google Earth tool bar, click the clock-with-an-arrow icon to explore historical imagery in an area of interest (views through time of your favorite city, for example)

By clicking and dragging, you can move things that you have found and want to save, from the “Search” menu into “My Places.” You can also re-organize “My Places” by adding and deleting items, changing the order of things, making subfolders, etc.

Explore the built-in items under the Layers menu at bottom left, and Dynamic Earth layers in your Places menu.

Expand and contract the folders and subfolders, turn various items on and off, etc. For example, with the Dynamic Earth/Volcanoes of the World layer displayed, right-clicking on a volcano (double-clicking with a Mac) brings up an information box about it.

B. Topographic Patterns
Uncheck all of the layers and focus on topographic features of the Earth.

Topography of the earth ABOVE sea level

Are mountains randomly distributed on the continents, or do they tend to occur in particular patterns (clusters, linear chains, arcs, etc.)?
Find Mt. Everest, the highest point on earth. Zoom in enough to see the summit, then pan your cursor around to locate the highest point (elevations shows up in the status bar at the bottom, as long as View/Status Bar is selected). The elevation of Mt. Everest is how many meters?
Topography of the earth BELOW sea level

We are all relatively familiar with the topography of the Earth’s surface above sea level, but less so with the bathymetry of the Earth below sea level. Before this was known, most people assumed that the seafloor was relatively flat and featureless, and personal experience with lakes and rivers suggested that the deepest part would be in the middle. Actual mapping of the sea floor, however, showed some surprises.

Such mapping began in the 1930’s but accelerated during World War II with the advent of submarine warfare. Princeton Geosciences Professor Harry Hess played a pivotal role as captain of the USS Cape Johnson he used the ship’s echo-sounder to “ping” the seafloor and measure depth as the ship traversed the Pacific Ocean between battles. After the war, this data led him to propose seafloor spreading, a process crucial to the development of the theory of plate tectonics.

Modern methods to measure bathymetry include multi-beam echo sounders that map a wide swath of seafloor, and satellite measurement of variations in sea level due to variations in gravitational pull over bathymetric features – sea level is slightly lower over low spots on the sea floor and slightly higher over high spots.

On Google Earth, the bathymetry is shown in shades of blue: the darker the blue, the greater the depth. You can get Google Earth Pro to draw topographic profiles by a) using the “Add Path” tool to draw a path across a region of interest b) saving that path to My Places and c) right-clicking on the path in My Places and choosing “Show Elevation Profile.”

In order to see a bathymetric profile of the sea floor, (as opposed to a topographic profile on land), there is one more important step to take. In the information box for the path you create, click on “Altitude”, and then choose “clamped to the sea floor” instead of “clamped to the ground”. Otherwise your profile will simply show you a flat line for the sea surface.

Examine the Atlantic Ocean between North/South America and Eurasia/Africa. Note that the deepest part is not the middle instead, an underwater mountain range runs down the middle of the ocean.
Shore of South America leads to the Atlantic Ocean which ends at the shore of Africa.

Features like this are called mid-ocean ridges or spreading ridges (more on the “spreading” later in this lab). Zoom in enough to see that although the ridge is a topographic high, it also has a valley (the “rift valley”) running along the middle of it. In the space below, complete the topographic profile of the Atlantic Ocean floor between South America and Africa. Take a digital photograph of your sketch to including in your lab report.

Scan around to see the ocean ridges in the Indian, Pacific and Southern Oceans.

Pacific Ocean leads up to the South American shoreline.
If the earth’s lowest spots aren’t in the middle of the ocean, where are they? Focus on the west coast of South America, and in the space below complete the topographic profile of the Pacific Ocean floor from South America westward about 600 miles (1000 km). Take a digital photograph of your sketch to including in your lab report.

The deep linear features, the lowest points on Earth, are called ocean trenches.
Using Google Earth, “fly to” Challenger Deep, the deepest place on Earth (once Google Earth gets you there, you may have to zoom out to see where you are). Cadê?

Challenger Deep reaches 11 km (11,000 meters, equivalent to 36,000 ft) below sea level. Which is greater, the elevation of Mt Everest above sea level (see Question 3), or the depth of Challenger Deep below sea level, and by how much?
In the space below, give the locations of three other ocean trenches on Earth.

C. Seismic Patterns
An earthquake is a vibration of Earth caused by the sudden release of energy, usually as an abrupt breaking of rock along planar fractures called faults.

Earthquakes originate at a point called the focus (or hypocenter) which is not at the surface of the earth, but instead at some depth within the earth. The epicenter of an earthquake is the point directly above the focus on either the land surface or seafloor the depth of an earthquake has nothing to do with water depth, but instead is the depth in the solid earth from epicenter to focus.

Only rocks that are cold and brittle (the earth’s lithosphere) can be broken in earthquakes. Rocks that are hot and ductile will stretch and deform slowly over time without breaking (the earth’s asthenosphere) – and thus do not produce earthquakes. So observing where earthquakes occur, both horizontally and with depth, tells us something about where stress is concentrated, and also about the material properties of the earth.
Representation of two faults shifting. Where the slip happens underground is the focus. Where the slip occurs on the surface is the epicenter.

(Source: https://www.windows2universe.org/earth/geology/quake_1.html (Links to an external site.))

Expand the Dynamic EarthSeismicity item and click “on” the “Twenty years of large earthquakes” layer to show the epicenters of large earthquakes (those with magnitudes = 6.0) during a 20-year period.

Describe any patterns you see in the distribution of earthquake epicenters over the Earth’s surface – do they form lines, arcs, circles or clusters? Are patterns connected or disconnected?

Look closely at and around the Earth’s ridges and trenches. The earthquake depth patterns associated with these features are different. Complete the chart below:
In the vicinity of ridges.
(Scan 1500km or so on either side) In the vicinity of trenches.
(Scan

1500 or so km on either side)

Describe the depth or range of depths of earthquakes, and the distribution (symmetric or asymmetric?)

Is there any pattern to the depth distribution?

Using earthquake depths as evidence, is the Earth’s lithosphere thicker in the vicinity of ridges or in the vicinity of trenches? Justify your answer.
D. Volcano Patterns
A volcano is an opening in the Earth’s surface through which melted rock (magma), volcanic ash and/or gases escape from the interior of the Earth.

Leaving the earthquake layer on, click on the Active Volcanoes layer. Describe the relationship between the locations of most active volcanoes and locations of earthquakes:
E. Plate Boundaries

The theory of plate tectonics holds that the Earth’s lithosphere is broken into a finite number of jigsaw puzzle-like pieces, or plates, which more relative to one another over a plastically-deforming (but still solid) asthenosphere. The boundaries between plates are marked by active tectonic features such as earthquakes, volcanoes, and mountain ranges and there is (relatively) little tectonic activity in the middle of plates.

Unclick all the layers, and then click on the “plate boundary model” layer (click the box to show it and then click the + or arrow to expand the legend). This shows plate boundaries and the names of major plates.

Find the boundary between the African and South American plates

Where is this plate boundary, relative to the coastlines of Africa and South America?

Now click the other layers on and off so that you can see relationships between plate boundaries and these features. If you did not have the “plate boundary layer” available to you, how could you determine where this plate boundary was? Be sure to consider topography/bathymetry as well as the earthquake and volcano layers. List several ways and be specific.
Travel westward across the South American plate to its boundary with the Nazca plate

Where is this plate boundary, relative to South America?
If you did not have the “plate boundary layer” available to you, how could you determine where this plate boundary was? List several ways and be specific.
F. Plate motion

Motion across the mid-Atlantic ridge: the South American plate vs. the African plate

Turn on the “Seafloor age” and the “Plate Boundary” Google Earth (GE) layers. The “Seafloor age” layer shows the ages of volcanic rocks that have erupted and cooled to form the ocean floor. Focus on the Atlantic Ocean. Note that the age bands generally run parallel to the spreading ridges. Seafloor age is a critical piece of evidence for plate tectonics these are used to reconstruct how ocean basins have developed over time and predict how they may evolve in the future.

How many million years (abbreviated Ma) does each colored band represent?

On average, continental crust is 2 billion years old the oldest rocks are 3.8 billion years old, and some of the grains in those rocks are even older.

What is the age of the oldest seafloor? _______________________________

On average, which is oldest – the continents or the ocean basins? _________________

Find the South American plate, the African plate, and the Mid-Atlantic Ridge that marks the boundary between them. What happens to the age of the seafloor as distance increases away from the Mid-Atlantic Ridge?

Is crust being created or destroyed at this plate boundary (and other spreading ridges)?

Is this plate boundary divergent, convergent, or transform? ________________

Focus on the northern Atlantic Ocean, near the east coast of the US and the northwest coast of Africa. How long ago did the northern Atlantic Ocean begin to open up or start spreading? Describe your reasoning.

Did the northern Atlantic Ocean basin start to open at the same time as the southern Atlantic Ocean basin? How much older or younger is the northern Atlantic basin than the southern Atlantic basin? Describe your reasoning.
G. Putting it all together:

Prepare a report documenting this lab activity. Your report should discuss how plate tectonic theory relates to earthquakes, volcanoes, and the bathymetry (sea floor topography) of oceans. Along the way, include answers to all of the questions in this lab. Your paper should be accompanied by the two drawings of your ocean floor profile sketches in questions 3 and 4. Your paper should be well organized and written in flowing paragraph form, instead of just a numbered list of questions and answers. Use APA format, according to the CSU Global Writing Center (Links to an external site.) including a title page, and citing and referencing any sources that you use to support your work, apart from this lab sheet.


Kiyoo Wadati

Kiyoo Wadati (1902-1995) was a Japanese seismologist who presented convincing evidence of deep earthquakes (>300km). He discovered what is today known as the Wadati-Benioff Zone, a region of intermediate and deep earthquake zones along oceanic trenches, which became the foundation for the plate tectonics hypothesis. Wadati graduated from the Institute of Physics, Imperial University of Tokyo. He subsequently worked at Central Meteorological Observatory during which time he discovered deep earthquakes.

Specific contributions to plate tectonic theory / solid Earth geophysics

Kiyoo Wadati hypothesized that earthquakes in Japan were a result of plate motion. His early research compared time curve data for the arrival of P and S waves of two earthquakes with close epicenters. The calculations demonstrated that one earthquake occurred at a depth of 30 km, while the other occurred at a depth of greater than 300 km. Wadati compiled evidence of more than a dozen earthquakes between 1924 and 1927 in the Honshu region that occurred at the same depth range. Wadati plotted data that demonstrated an inclined intermediate and deep earthquake zone near the oceanic trench dipping toward the Asiatic continent northwestward and the Philippine Sea westward. The intermediate and deep earthquake zone was named the Wadati-Bennioff zone after Hugo Benioff demonstrated that the zone existed in each area in the circumpacific region. His observations that deep earthquakes occured provided integral support for the theory of plate tectonics.

Later in his career, Wadati plotted data for ground motion at seismic stations. He demonstrated that curves were sharper according to the magnitude of the quake. Wadati attempted to use this method to estimate the magnitu de of destructiveness of earthquakes. Charles Richter later created the Richter scale based on Wadati’s methods.

Diagram of Wadati-Benioff zone from the U.S. Geological Survey (obtained from Wikipedia.com June 10th, 2011)

Other interesting scientific contributions

Wadati studied ground subsidence while director of Osaka District Meteorological Observatory. He discovered the relationship between ground water levels, consolidation of mudstone, and subsidence in the Osaka area. His research was valued in the recovery of Japan after World War II when industrial growth contributed to increases in ground subsidence.

Other cool stuff you should know

Wadati was placed on the retired list of the Central Meteorological Society for 1929-1931 because he was ill with tuberculosis. He was director general of the Japan Meteorological Society from 1956 until he retired due to an age limit in 1967.

Bibliography

Frolich, Cliff. “Kiyoo Wadati and Early Research on Deep Focus Earthquakes'

Introduction to Special Section on Deep and Intermediate Focus Earthquakes”. Journal of Geophysical Research, Vol. 92, No. B13, pp. 13,777-13,788, 1987


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