Exercícios: Da deriva continental à tectónica de placas

Quem foi Alfred Wegener e o que propunha a sua hipótese da deriva continental? Explica por que razão a comunidade científica da sua época a rejeitou, apesar das evidências que apresentava.

Resume os três argumentos clássicos da deriva continental — concordância das costas, fósseis comuns e paleoclimas —, apresentando um exemplo concreto de cada um.

O que era a Pangeia e quando começou a fragmentar-se? Indica que oceano se foi a abrir com a separação da América em relação à Europa e a África.

Explica o que é o paleomagnetismo e como as rochas ígneas, ao arrefecerem, «fotografam» a direção do campo magnético terrestre do momento em que se formaram.

O que é uma dorsal oceânica? Descreve que processo ocorre no seu rifte central, que tipo de rocha aí se gera e que relação tem com a expansão dos fundos oceânicos.

Explica a diferença entre continente e placa litosférica e justifica, com o exemplo da placa sul-americana, por que razão uma mesma placa pode conter metade continente e metade oceano.

O Mesosaurus, um réptil de água doce, surge fossilizado apenas no leste da América do Sul e no sul de África. Justifica por que razão não conseguiu atravessar o Atlântico a nado e que conclusão retirou Wegener dessa distribuição.

Em rochas de regiões atualmente tropicais (Índia, África austral, América do Sul) encontram-se estrias glaciares com cerca de $300$ milhões de anos. Explica o que indicam sobre a posição que esses continentes ocupavam na altura e como se articulam numa única calote polar quando reunidos.

O esquema mostra as bandas magnéticas dos fundos oceânicos em ambos os lados de uma dorsal, juntamente com a idade das rochas. a) Explica por que razão as bandas são simétricas e o que indica o aumento da idade à medida que nos afastamos da dorsal. b) Justifica como este facto, desconhecido por Wegener, ressuscitou a deriva continental convertida na expansão dos fundos oceânicos.

A expansão do Atlântico avança a um ritmo médio de $2{,}5\ \text{cm}$ por ano. Calcula quantos quilómetros alargou o oceano nos últimos $80$ milhões de anos e comenta por que razão esse valor é apenas uma aproximação.

Explica a diferença entre a deriva continental de Wegener e a teoria atual da tectónica de placas: o que é que realmente se desloca em cada modelo e sobre que camada o faz.

A Islândia fratura-se em duas partes a um ritmo de cerca de $2\ \text{cm}$ por ano ao longo da dorsal que a atravessa. a) Calcula quantos metros o território alargará em $1\,000$ anos e quantos quilómetros num milhão de anos. b) Explica por que razão a Islândia concentra vulcanismo ativo precisamente nessa fratura.

A espessura dos sedimentos nos fundos oceânicos aumenta com o afastamento em relação às dorsais, e nenhum fundo oceânico tem mais de cerca de $200$ milhões de anos, em contraste com os continentes, que apresentam rochas com quase $4\,000$ milhões de anos. Justifica como ambos os dados se articulam com a expansão oceânica e com a existência de zonas onde a litosfera é destruída.

As trajetórias de «deriva polar aparente» calculadas para a Europa e para a América do Norte são distintas, como se cada continente tivesse observado o polo deslocar-se por caminhos diferentes. Explica por que razão essa contradição desaparece se tiver sido cada continente a mover-se de forma independente.

Ao reconstituir o encaixe da América do Sul e de África, o ajuste é muito mais perfeito se forem unidos os bordos das plataformas continentais e não as linhas de costa atuais. Explica porquê (a erosão, a sedimentação e as variações do nível do mar modificam a linha de costa) e o que representa efetivamente o bordo da plataforma.

A linha de Wallace, situada entre as ilhas indonésias de Bali e Lombok, separa faunas asiáticas de faunas australianas apesar da sua proximidade. Relaciona esta fronteira biogeográfica com a história tectónica da região (aproximação das plataformas de Sunda e de Sahul e grande profundidade do estreito) e explica por que razão as espécies não a atravessaram.

Uma equipa de geologia analisa uma coluna estratigráfica e estrutural na península ibérica e documenta a seguinte sobreposição de acontecimentos:

1. Um soco basal de xistos e gnaisses intensamente dobrados com intrusões graníticas datadas de cerca de 305 Ma.

2. Em discordância sobre o soco, camadas continentais de arenitos vermelhos e evaporitos do Triásico (230 Ma), sobre as quais assentam potentes espessuras de calcários e dolomitos marinhos com fauna de águas quentes do Jurássico e do Cretácico.

3. Estruturas de cavalgamento e mantos de carreamento ativos há 25 Ma que empilham e deformam os calcários mesozoicos e sedimentos terciários, originando um relevo montanhoso.

1. a) Deduz a que contexto geodinâmico e a que orogenia corresponde o soco basal (1), justificando se representa a formação ou a rutura de Pangeia.
2. b) Explica o significado geodinâmico da transição entre os sedimentos triásicos e os calcários jurássico-cretácicos (2), relacionando-a com a abertura do mar de Tethys e do Atlântico.
3. c) Interpreta a origem tectónica da deformação terciária (3): que orogenia representa, que massas continentais colidem e qual é a sua relação com a génese e configuração do Mediterrâneo atual?

Analisa a seguinte tabela com dados cinemáticos e geométricos de quatro placas litosféricas:

1. a) Justifica, a partir da correlação destes dados, que mecanismo («slab pull» ou tração da placa que subduz face a «ridge push» ou empurrão de dorsal) exerce o controlo dominante na velocidade das placas.
2. b) Se o empurrão de dorsal fosse o motor principal, que velocidades relativas esperarias encontrar na placa Antártica relativamente à Pacífica? Explica a razão física de o empurrão de dorsal não ser suficiente para mover placas a grande velocidade.
3. c) Explica por que razão a placa Africana se desloca lentamente apesar de estar rodeada em grande parte por dorsais e convecção mantélica ascendente, analisando o efeito do arrasto basal e das raízes continentais espessas.

Em 1960, antes de a tectónica de placas ser aceite, um defensor do fixismo geológico afirmava:

«A crosta oceânica é uma bacia permanente e passiva onde se foram acumulando sedimentos de forma ininterrupta desde o Pré-Câmbrico; a ideia de que os continentes se deslocam é uma fantasia sem base física.»

1. a) Se a afirmação do fixista fosse verdadeira, que espessura relativa e que antiguidade deveriam ter os sedimentos e as rochas do fundo oceânico? Justifica por que razão os dados reais obtidos através de sondagens e testemunhos oceânicos (ausência de crosta marinha anterior a 180 Ma e sedimentos notavelmente finos perto das dorsais) falsificaram por completo o modelo fixista.
2. b) Explica como os mapas batimétricos elaborados por Marie Tharp e a descoberta do vale de rifte axial na dorsal mesoatlântica obrigaram a reinterpretar o papel do fundo oceânico na dinâmica terrestre.
3. c) A partir deste caso histórico, avalia por que razão a hipótese de Wegener de 1915 não pôde consolidar-se como teoria científica no seu tempo e que papel decisivo desempenhou o desenvolvimento de nova tecnologia (sonar, magnetometria marinha) na mudança de paradigma.

Num transecto do Atlântico Sul perpendicular ao eixo da dorsal mesoatlântica dataram-se três pontos-chave da crosta basáltica simétrica em ambos os lados do rifte:

• A anomalia magnética C5 (10 Ma de antiguidade) localiza-se a 200 km a leste e a 200 km a oeste da dorsal.

• A anomalia magnética C34 (84 Ma de antiguidade) localiza-se a 1 400 km de cada lado da dorsal.

• O limite crosta oceânica-crosta continental (bordo do rifting inicial, datado de 130 Ma) encontra-se a 3 000 km de cada lado.

1. a) Calcula a velocidade de abertura total do oceano Atlântico sul (expressa em cm/ano) para os três intervalos temporais: (i) de 130 Ma a 84 Ma, (ii) de 84 Ma a 10 Ma, e (iii) de 10 Ma à atualidade.
2. b) Interpreta os resultados calculados: a velocidade de expansão do fundo oceânico no Atlântico sul foi constante? Explica como a análise das anomalias magnéticas revela estas acelerações ou desacelerações.
3. c) Duas estações de posicionamento geodésico espacial (GNSS/GPS) localizadas em Fortaleza (Brasil) e Libreville (Gabão) registam hoje que a distância intercontinental aumenta à razão de 3,8 cm/ano. Compara este dado com a taxa geológica recente calculada e justifica que vantagem a tecnologia GNSS/VLBI oferece relativamente ao registo paleomagnético no estudo da cinemática de placas.

Analisa os seguintes dados geodinâmicos comparativos entre dois grandes orógenos colisionais ativos:

• Sistema Himalaia-Tibete: Taxa de convergência: ~4,5 cm/ano. Espessura cortical máxima: 75 km. Altitude média do planalto: 4 500 m. Litologia implicada: colisão frontal de um cratão pré-câmbrico frio, denso e rígido (placa da Índia) contra a Eurásia.

• Sistema dos Alpes: Taxa de convergência: ~0,5 cm/ano. Espessura cortical máxima: 50 km. Altitude média do orógeno: 2 000 m. Litologia implicada: colisão oblíqua e complexa de microplacas fragmentadas (bloco da Apúlia/Adriático) contra a margem europeia.

1. a) Justifica, a partir das diferenças na velocidade de convergência, massa e inércia litosférica dos blocos em contacto, por que razão a crosta sob o Tibete atingiu um espessamento de quase o dobro do que nos Alpes.
2. b) Apesar de a convergência entre a Índia e a Ásia continuar ativa, as medições mostram que o planalto do Tibete sofre atualmente falhas normais (extensão este-oeste) e que os cumes mais altos atingiram um teto orogénico. Explica que fenómeno geodinâmico e isostático (colapso gravitacional) trava o crescimento vertical indefinido de uma cordilheira.
3. c) Prevê, de forma fundamentada, a evolução estrutural do orógeno dos Himalaias durante os próximos 15 milhões de anos se a Índia prosseguir o seu avanço: para onde migrarão os cavalgamentos ativos e o que acontecerá com a massa rochosa do planalto?

Um mapa geodinâmico do Mediterrâneo mostra três características destacadas:

1. Planos de sismicidade profunda (zonas de Wadati-Benioff) que se inclinam sob o arco Helénico (Grécia) e sob o arco da Calábria (sul de Itália), atingindo focos sísmicos até 400 km de profundidade.

2. Cadeias de vulcões ativos com magmas explosivos ricos em andesitos e dacitos no mar Egeu (Santorini) e no mar Tirreno (ilhas Eólias).

3. Bacias marinhas jovens (o mar Tirreno e o mar Egeu) cujo fundo mostra adelgaçamento cortical e falhas extensionais ativas, apesar de a África e a Eurásia se aproximarem globalmente a um ritmo de cerca de 0,5 cm/ano.

1. a) Interpreta, a partir da sismicidade e do vulcanismo, que processo geodinâmico opera nos arcos Helénico e da Calábria, deduzindo a origem e a natureza do magma explosivo dessas zonas.
2. b) Resolve o aparente paradoxo do ponto 3: como é possível existirem bacias em extensão e abertura no interior de um oceano que se encontra globalmente em fase de fecho tectónico? (Pista: considera o recuo do plano de subducção ou «slab rollback».)
3. c) Prevê que estrutura orográfica e que tipo de crosta predominarão na região mediterrânica dentro de cerca de 40 milhões de anos, se continuar o movimento convergente, e menciona dois registos geológicos que atestarão, no futuro, que ali existiu uma bacia marinha.

Em 1915, os cientistas defensores do fixismo explicavam a presença de fósseis idênticos de Mesosaurus (um réptil de água doce do Pérmico) na África do Sul e no Brasil postulando a existência de «pontes terrestres intercontinentais» que posteriormente se teriam afundado no fundo do mar.

1. a) Aplica o princípio da isostasia e a diferença de composição e de densidade entre a crosta continental (sial) e o manto/crosta oceânica (sima) para argumentar por que razão a hipótese fixista das «pontes colapsadas» é um disparate físico.
2. b) Analisa as marcas de estrias glaciares pérmicas encontradas na América do Sul, no sul de África, na Índia e na Austrália: justifica por que razão a sua orientação divergente a partir das costas atuais em direção ao interior do continente resulta inexplicável com os continentes fixos, mas adquire coerência imediata se se reconstruir o supercontinente da Pangeia.
3. c) Avalia a frase clássica: «Wegener acertou no quê e falhou no como». Detalha que mecanismo motor errado propôs ele para a deriva continental e explica que conceito tectónico posterior resolveu satisfatoriamente essa falha física.

Uma equipa de geologia de campo descreve quatro bacias tetónicas terrestres (A, B, C e D) com os seguintes registos litológicos e estruturais:

• Bacia A: Vale continental abatido com falhas normais escalonadas, adelgaçamento da crosta, vulcanismo bimodal (riolitos e basaltos continentais) e lagos alongados com sedimentos fluviais e evaporíticos.

• Bacia B: Braço de mar estreito com margens continentais paralelas; no seu eixo central já se regista a formação incipiente de fundo oceânico basáltico e ressurgências hidrotermais.

• Bacia C: Oceano largo cujas margens continentais não apresentam sismicidade nem vulcanismo (margens passivas), acumulando espessos prismas sedimentares sobre a plataforma e o talude continental.

• Bacia D: Orógeno de colisão sem vulcanismo ativo, com uma descontinuidade de Moho situada a mais de 65 km de profundidade, cavalgamentos maciços e presença de ofiolitos (associação de peridotitos, gabros e lavas em almofada) incrustados entre os sedimentos deformados.

1. a) Deduz a que etapa do ciclo de Wilson corresponde cada bacia (A, B, C e D), justificando a tua escolha a partir de dois critérios geológicos observáveis em cada caso.
2. b) Atribui um exemplo geográfico real atual a cada uma das quatro etapas descritas.
3. c) A partir da presença de ofiolitos na bacia D e da dinâmica do ciclo de Wilson, responde: por que razão não existe crosta oceânica in situ com mais de 180 Ma nos oceanos atuais, enquanto nas massas continentais encontramos rochas com mais de 3 800 Ma?