Exercícios: A tectónica de placas e o relevo

O que é uma placa litosférica e sobre que camada se desloca? Indica que força é considerada atualmente o motor principal do seu movimento.

Refere os três tipos de limites entre placas litosféricas e apresenta um exemplo real de cada um (uma cordilheira, uma dorsal ou uma falha conhecidas).

Distingue hipocentro de epicentro de um sismo e explica o que mede a escala de magnitude (de momento) em comparação com a escala de intensidade macrossísmica.

Indica pelo menos seis grandes placas litosféricas e refere em qual se localiza a Península Ibérica e com que placa contacta a sul.

Explica o que é a litosfera, por que camadas é formada e por que razão apresenta um comportamento rígido ao deslocar-se sobre a astenosfera.

Descreve o movimento relativo das placas em cada tipo de limite (divergente, convergente e transformante) e indica que processo domina em cada um (formação, destruição ou conservação de litosfera).

O que é uma falha transformante? Apresenta o exemplo mais conhecido (a falha de San Andreas) e explica que placas separa e em que sentido se movem.

Explica por que razão os terramotos e os vulcões não se distribuem ao acaso pelo planeta, desenhando faixas estreitas, e exemplifica com o «anel de fogo» do Pacífico.

Explica o que ocorre numa dorsal oceânica e numa fossa de subducção, indicando em qual dos dois locais se gera nova litosfera oceânica e em qual é destruída.

A Península Ibérica regista sismos apesar de não se encontrar exatamente sobre um limite de placa nítido. Explica o papel da fronteira entre as placas euroasiática e africana (Açores-Gibraltar) na sismicidade do sul e do leste peninsulares.

O esquema mostra os três tipos de limites entre placas litosféricas. a) Indica que tipo de limite está oculto sob o ponto de interrogação «?» e descreve o movimento relativo das suas placas. b) Apresenta um exemplo real de cada um dos três limites. c) Assinala em qual se cria nova crosta oceânica e em qual é destruída.

Dois sismos com a mesma magnitude ocorrem sob uma mesma região, um a $30\ \text{km}$ de profundidade e outro a $300\ \text{km}$. Justifica qual provocará maiores danos à superfície e porquê, explicando como se atenuam as ondas sísmicas com a distância percorrida.

Quando dois continentes colidem, nenhum consegue subduzir com facilidade. Explica o que acontece à crosta nessa colisão (encurtamento, espessamento, cavalgamentos), que relevo daí resulta e ilustra com o exemplo dos Himalaias.

Define orógeno e descreve as fases do ciclo orogénico desde uma bacia marinha que acumula sedimentos até uma cordilheira erodida, aplicando-o ao caso dos Pirenéus.

A fossa das Marianas atinge quase $11\ \text{km}$ de profundidade. Explica que processo tectónico origina as fossas oceânicas, o que acontece à litosfera que se afunda e por que razão é frequente existirem arcos de ilhas vulcânicas junto a elas.

Descreve sucintamente o perfil de um limite convergente oceano-oceano (fossa, arco vulcânico insular, bacia de retroarco) e explica a origem de cada um destes três elementos e a sua relação com a subducção.

Considera os seguintes dados de dois sismos históricos na península ibérica:

• Sismo A (Lisboa, 1755): Magnitude estimada $M_w \approx 8{,}5$; foco submarino a sudoeste do cabo de São Vicente a cerca de $40\ \text{km}$ de profundidade; gerou um tsunami transoceânico que devastou a costa do golfo de Cádis e produziu o desmoronamento de edifícios em Madrid e Salamanca.

• Sismo B (Lorca, 2011): Magnitude moderada $M_w = 5{,}1$; foco em terra a apenas $1{,}5\ \text{km}$ de profundidade na falha de Alhama de Murcia; aceleração sísmica recorde de $0{,}37\ g$; provocou $9$ vítimas mortais e colapsos graves na localidade, mas a $30\ \text{km}$ quase não se fez sentir.

1. a) Justifica o contexto geodinâmico específico de cada evento sísmico a partir do movimento relativo entre as placas Euroasiática e Africana (limite difuso transpressivo a sudoeste face a sistema de falhas de desligamento das cordilheiras Béticas a sudeste).
2. b) Um redator de notícias afirma: «O impacto destruidor de um terramoto depende exclusivamente da sua magnitude na escala de Richter». Rebate cientificamente esta afirmação analisando como influenciaram em cada caso a profundidade focal, a atenuação das ondas com a distância, a aceleração de pico do solo e a exposição/vulnerabilidade estrutural.

Atualmente, a litosfera oceânica do Atlântico expande-se a cerca de $2{,}5\ \text{cm/ano}$ a partir da sua dorsal, enquanto as suas margens continentais são quase na totalidade passivas. Em contrapartida, o Mediterrâneo representa uma bacia relíquia onde os restos da crusta oceânica do mar de Tétis subductam ativamente sob o sul da Europa a um ritmo de convergência de cerca de $5\ \text{mm/ano}$.

1. a) Prevê fundamentadamente a evolução geodinâmica das margens atlântico-ibérica e norte-americana: explica que alteração física crítica experimentará a litosfera oceânica à medida que se afaste da dorsal e arrefeça, e deduz que nova estrutura de limite de placas se formará de modo espontâneo para que o oceano Atlântico inicie o seu fecho dentro do ciclo de Wilson.
2. b) Modela um cenário tectónico para o mar Mediterrâneo daqui a $40-50$ milhões de anos: deduz que relevo resultante substituirá a bacia marinha atual após a colisão continental definitiva entre África e a Eurásia, que estruturas geológicas de deformação predominarão na zona de sutura e como afetará este fecho a circulação termohalina entre o Atlântico e o Índico.

Um observatório sismológico regista dois acontecimentos sísmicos numa mesma região:

• Sismo 1: Magnitude $M_w = 7{,}0$; hipocentro a $60\ \text{km}$ de profundidade numa zona rural montanhosa. A cidade mais próxima encontra-se a $90\ \text{km}$, alicerçada sobre maciços de granito competente e com edifícios construídos sob regulamentação antissísmica.

• Sismo 2: Magnitude $M_w = 5{,}0$; hipocentro a apenas $2\ \text{km}$ de profundidade, localizado sob um centro histórico urbano erguido sobre uma planície aluvial não consolidada.

1. a) A energia libertada por um sismo rege-se pela relação $\log E = 4{,}8 + 1{,}5 M_w$. Calcula de forma justificada quantas vezes mais energia mecânica libertou o Sismo 1 do que o Sismo 2.
2. b) Na cidade próxima do Sismo 1 a intensidade registada foi de grau IV (amplamente sentido, sem danos), enquanto no centro urbano do Sismo 2 a intensidade atingiu o grau VIII (danos estruturais graves e colapsos parciais). Interpreta esta aparente discrepância explicando o papel da distância hipocentral (atenuação geométrica), o «efeito de sítio» por amplificação de ondas em sedimentos brandos e a vulnerabilidade das construções.

Analisa os seguintes três factos geofísicos:

1. A distância entre a crista da dorsal do Pacífico Oriental e a fossa de subdução do Japão é de aproximadamente $10\,000\ \text{km}$, e a placa do Pacífico desloca-se para oeste a uma velocidade média constante de $8\ \text{cm/ano}$.

2. Nenhuma sondagem oceânica profunda do projeto IODP alguma vez encontrou crusta oceânica basáltica in situ com uma idade superior a cerca de $180-200\ \text{Ma}$.

3. Nos cratões continentais (como o escudo da Gronelândia ou o escudo Canadiano) afloram rochas com mais de $3\,800\ \text{Ma}$ de antiguidade.

1. a) Calcula o tempo (em milhões de anos) que uma porção de litosfera basáltica demora a viajar desde a sua formação na dorsal do Pacífico até à sua subdução na fossa. Avalia se o resultado obtido é coerente com a idade máxima observada nos fundos marinhos mundiais.
2. b) Justifica, a partir das propriedades físicas e petrológicas da litosfera oceânica face à continental (densidade média, espessura cortical, temperatura e comportamento isostático durante o arrefecimento térmico), por que razão a litosfera oceânica é efémera e se recicla continuamente no manto, enquanto a litosfera continental não pode subduzir de forma maciça e permanece durante milhares de milhões de anos.

A 26 de dezembro de 2004, um sismo de $M_w = 9{,}1$ em frente à costa ocidental de Samatra gerou um tsunami de proporções catastróficas. Por outro lado, grandes sismos de magnitude $M_w > 7{,}5$ associados a falhas transformantes (como a de Santo André ou a falha transformante Açores-Gibraltar) praticamente nunca originam tsunamis destrutivos em campo distante.

1. a) Mediante a teoria do ressalto elástico, explica passo a passo a deformação mecânica que sofrem o prisma de acreção e a placa superior numa zona de subdução antes e durante a rutura sísmica, e justifica por que razão esse deslocamento cossísmico gera uma onda marinha catastrófica enquanto uma falha transformante pura de deslocamento horizontal não o faz.
2. b) Um tsunami em águas abertas comporta-se como uma onda de águas pouco profundas cuja velocidade se aproxima por $v = \sqrt{g \cdot h}$ ($g = 9{,}8\ \text{m/s}^2$; $h$ = profundidade marinha). Se a profundidade média no Índico é de $4\,000\ \text{m}$, calcula a velocidade de propagação do tsunami em alto-mar (em $\text{km/h}$). De seguida, prevê o que acontecerá à velocidade, ao comprimento de onda e à amplitude da onda quando esta alcançar uma baía costeira com apenas $10\ \text{m}$ de profundidade, justificando o princípio físico de conservação do fluxo de energia envolvido.
3. c) Desenha e justifica a estrutura de um sistema de alerta precoce de tsunamis: explica por que razão não basta detetar a onda sísmica através de sismógrafos terrestres e é imprescindível incorporar sensores de pressão de fundo oceânico ligados a bóias superficiais (redes do tipo DART).

A dorsal mesoatlântica costuma estar submersa a cerca de $2\,500\ \text{m}$ de profundidade, mas na Islândia eleva-se formando uma extensa ilha emersa cuja crosta atinge entre $30$ e $40\ \text{km}$ de espessura (cerca de quatro vezes a espessura da crosta oceânica normal).

1. a) Justifica geodinamicamente esta anomalia orográfica e cortical explicando a interação entre dois mecanismos endógenos independentes: um limite de placa divergente e uma pluma mantélica profunda (ponto quente). Que processo físico-químico no manto superior gera um volume tão extraordinário de magma basáltico sob a Islândia?
2. b) No vale de Thingvellir observa-se uma fossa tectónica ou graben atravessada por grandes fissuras abertas (como Almannagjá). Deduz o regime de tensões que atua na zona, o tipo cinemático das falhas que delimitam o vale e prevê o que acontecerá à largura da Islândia se a taxa de separação de $2\ \text{cm/ano}$ se mantiver durante os próximos $5$ milhões de anos.
3. c) A Islândia apresenta gradientes geotérmicos locais de até $150-200\ ^\circ\text{C/km}$ (face aos $30\ ^\circ\text{C/km}$ da crosta continental média). Avalia os riscos geológicos (sismicidade induzida, emissões de gases magmáticos, deformação vulcânica) que devem ser considerados ao perfurar poços geotérmicos de alta entalpia nas proximidades de câmaras magmáticas ativas.

O mar Vermelho e o golfo da Califórnia são dois exemplos clássicos de bacias oceânicas em fase juvenil. No eixo central do mar Vermelho já se detetam anomalias magnéticas simétricas de fundo basáltico, salmouras hidrotermais metalíferas a mais de $60\ ^\circ\text{C}$ e uma taxa de divergência de $1{,}5\ \text{cm/ano}$. Paralelamente, a península da Baixa Califórnia separa-se do continente americano a um ritmo de $4{,}5\ \text{cm/ano}$, combinando extensão e desligamento lateral.

1. a) Analisa a evolução reológica, isostática e estrutural da litosfera durante a transição de um rifte intracontinental (etapa tipo Vale do Rifte da África Oriental) para um oceano juvenil (etapa mar Vermelho). Explica em que momento exato ocorre a rutura litosférica completa («continental breakup») e como muda o tipo de vulcanismo e sedimentação associados.
2. b) Um geólogo afirma que as salmouras quentes e as anomalias magnéticas lineares e simétricas do mar Vermelho demonstram que ali já opera uma dorsal oceânica em miniatura. Justifica a validade científica de ambos os indícios.
3. c) Prevê fundamentadamente a configuração paleogeográfica da região da Baixa Califórnia dentro de $30$ milhões de anos se o deslocamento atual continuar: deduz a posição relativa da península, a natureza da crusta marinha que a separará da América do Norte e o destino estrutural da falha de Santo André.

Embora a colisão orogénica principal entre a Ibéria e a Eurásia tenha terminado há mais de $20\ \text{Ma}$ e as medições GNSS/GPS atuais registem uma taxa de encurtamento tectónico horizontal quase impercetível ($< 0{,}3\ \text{mm/ano}$), os perfis de nivelamento geodésico revelam que a zona axial dos Pirenéus continua a elevar-se verticalmente a um ritmo líquido de $0{,}5$ a $1{,}2\ \text{mm/ano}$.

1. a) Resolve este aparente paradoxo: se a convergência tectónica ativa não é a causa motriz principal do levantamento atual, justifica que mecanismo físico endógeno — baseado no modelo de isostasia de Airy e na presença de uma raiz cortical profunda — impulsiona a elevação da cordilheira à medida que os agentes externos a erodem.
2. b) Num vale pirenaico identifica-se uma sequência em degraus de quatro terraços fluviais encaixados na rocha-mãe. O terraço superior (T1) situa-se a $+120\ \text{m}$ sobre o leito fluvial atual e o seu sedimento aluvial foi datado em $150\,000$ anos. Calcula a taxa média de encaixe fluvial (em $\text{mm/ano}$) e interpreta o que este dado nos revela sobre o equilíbrio entre a incisão fluvial e o levantamento da cordilheira durante o Quaternário.
3. c) Contesta a seguinte afirmação: «Dado que a erosão desmantela milhares de toneladas de rocha por ano, os Pirenéus ficarão reduzidos a uma peniplanície ao nível do mar nuns escassos milhões de anos». Explica o papel da compensação isostática retardada na longevidade do relevo montanhoso.