GEODINÂMICA QUÍMICA: UM MODO ABRANGENTE DE PENSAR O PLANETA JOÃO MATA

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GEODINÂMICA QUÍMICA: UM MODO ABRANGENTE DE PENSAR O PLANETA

JOÃO MATA

GeoFCUL 2007

A segunda metade do século XX assistiu a duas grandes revoluções no âmbito das Ciências da Terra. A primeira, na década de 60, aconteceu com o advento da Teoria da Tectónica de Placas e a segunda, a partir da década de 80, com a proposição da Geodinâmica Química.

A Teoria da Tectónica de Placas tem sido por muitos considerada como a teoria unificadora das Ciências da Terra. No entanto, como se pode depreender, por exemplo, da definição de Turcotte & Schubert (2002) ¹ questões como a composição, estrutura, dinâmica e evolução do manto e do núcleo ( 82% e 16%

do volume da Terra, respectivamente) não eram objecto específico da referida teoria. Tal fazia-se ainda sentir no início da década de 80 quando Hofmann (1984) afirmava que “A fundamental, unsolved problem of the earth sciences is the evolution and present-day structure and dynamics of the Earth’s mantle”. A solução deste problema era vista, pelo referido autor, como uma necessidade dado considerar que “...would complement the theory of plate tectonics and would bring us closer to a unified theory for the global processes of the Earth.”

No entanto, a teoria da tectónica de placas ao contemplar a existência de processos de subducção abriu a porta ao desenvolvimento do conceito de reciclagem de materiais crostais para o manto. Este facto, ao permitir questionar os modelos de evolução mantélica baseados no transporte unidireccional de massa e energia para a crosta e a atmosfera, deixava em aberto a possibilidade de novos e significantes avanços na compreensão global do planeta. Tais avanços seriam concretizados com o advento da utilização maciça da espectrometria de massa o que, tendo contribuído de forma significativa para o incremento da importância da Geoquímica no seio das Ciências da Terra, abriu caminho ao alvorecer do que, em minha modesta opinião, constituiu a segunda grande revolução do pensamento geológica do século XX, a Geodinâmica Química.

A expressão “Geodinâmica Química” foi internacionalmente introduzida por Allègre (Institut de Physique du Globe de Paris) em 1982 e posteriormente

1- “Plate tectonics is a model in which the outer shell of the Earth is divided into a number of thin, rigid plates that are in relative motion with respect to one another.”

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consagrada por Zindler & Hart (1986) em trabalho canónico que, em jeito de homenagem a Allègre, intitularam, também, de “Chemical Geodynamics”². Explicita a utilização integrada da Geoquímica, Geofísica e Geologia no estudo da estrutura e evolução da Terra (Fig. 1).

Mais do que uma mera expressão retórica, Geodinâmica Química assumiu- -se, desde logo na mente do seu proponente, como um novo modo de pensar o nosso planeta: “The role of chemical geodynamics is to explain chemical observations in the framework of geodynamics. The different chemical operators are related to important geological operators. Thus the understanding of the chemical operators will aid in understanding the geological operators themselves.” ³

FIG. 1: A Geodinâmica Química promove uma abordagem integrada dos dados da Geoquímica, Geofísica e Geologia que potencia o papel destes ramos das Geociências no estudo da Terra.

A ligação entre os processos físicos e químicos torna-se evidente a partir da constatação de que o calor gerado pelo decaimento radioactivo dos isótopos de U, Th e K é a principal fonte de energia interna do planeta Terra com consequências para os processos magmáticos, metamórficos e tectónicos. Condiciona também a biosfera e a convecção mantélica e, através desta, a estrutura interna do planeta Terra e a forma como se processam os movimentos de transferência de massa entre os diferentes reservatórios terrestres. A constatação deste facto, chamando a atenção para a necessidade de uma abordagem integrada da estrutura química e

2- Em 1987 Allègre chamar-lhe-ia “Isotope Geodynamics” mas a designação “Chemical Geodynamics” já estava definitivamente consagrada.

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A utilização dos sistemas isotópicos para a compreensão do modo de evolução da Terra levou, em 1986, ao agraciamento de C. Allègre com o Crafoord Prize outurgado pela Real Academia Sueca das Ciências, prémio que receberia juntamente com G.J. Wasserburg (The Lunatic Asylum, California Institute of Technology).

Geofísica G

eolo gia

Geoquímica

G eod inâmica

Qu ímica

GQ

Geofísica G

eolo gia

Geoquímica

G eod inâmica

Qu ímica

GQ

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física do nosso planeta, levou ao aparecimento da Geodinâmica Química como disciplina fundamental para a compreensão da dinâmica do planeta Terra (Fig. 2).

Por outro lado, a necessidade de uma abordagem integrada do sistema Terra é consequência das características do planeta e das limitações, quer da Geofísica, quer da Geoquímica isotópica (Fig. 3). A Terra caracteriza-se por cerca de 4.55 Ga de história e cerca de 6371 km de raio. Esta dimensão confere à Geofísica um papel imprescindível no seu estudo, ainda que este ramo das Ciências da Terra tenha uma importante limitação que advém do facto de apenas ser aplicável para caracterizar propriedades actuais do planeta. Por outro lado, uma perspectiva histórica da Terra é possível através das assinaturas isotópicas, particularmente as relativas aos sistemas radioactivos de longa vida, visto só estes fornecerem imagens integradas num tempo suficientemente longo para que possam ser consideradas significativas na questão aqui em apreço. No entanto, a Geoquímica Isotópica é, tal como a Geoquímica Elementar, inerentemente limitada pelo facto de só ser possível de aplicar a materiais que, sendo de ocorrência superficial (s.l.), se geraram na esmagadora maioria dos casos até apenas 2 centenas de quilómetros abaixo da superfície da Terra.

FIG. 2: A estrutura e dinâmica do planeta Terra tal como perspectivada em 2005 pelo proponente da Geodinâmica Química. In: Allègre, C.J. (2005).

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FIG. 3: Limitações à aplicabilidade da Geoquímica e da Geofísica ao estudo da Terra.

Ainda que quando da sua proposição a Geodinâmica Química se centrasse, através do estudo das rochas magmáticas, no manto e na crosta, o conceito evoluiu e esta disciplina ocupa-se, actualmente, do estudo das transferências de matéria e energia entre todos os reservatórios do nosso planeta, englobando todos os processos (magmáticos, metamórficos e supergénicos) envolvidos nas referidas transferências e/ou condicionando a composição dos reservatórios terrestres (Fig.

4).

Tempo

Pr of un di dad e

4.55 Ga

6371 km 0

Geoquímica isotópica

Geofísica

Tempo

Pr of un di dad e

4.55 Ga

6371 km 0

Geoquímica isotópica

Geofísica

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Fig. 4: Geodinâmica Química: um modo abrangente de pensar o planeta (adaptado de Turcotte, D.L. &

Schubert. G., 2002)

Referências Bibliográficas:

Allègre, C. J. (1982) - Chemical geodynamics. Tectonophysics, 81: 109-132.

Allègre, C.J. (1987) – Isotope Geodynamics. Earth Planet. Sci. Lett., 86: 175-203.

Allègre, C.J. (2005) - Géologie Isotopique. Belin, Paris, 495 pp.

Hofmann, A.W. (1984) – Geochemical mantle models. Terra Cognita, 4: 157-165.

Turcotte, D.L. & Schubert. G. (2002) – Geodynamics. Cambridge University Press, 2^nd edition, 456 pp.

Zindler, A. & Hart, S. (1986) – Chemical geodynamics. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 14: 493-571.

Atmosfera

Oceanos

Crosta Oceânica

Crosta Continental

Manto Superior

Manto Inferior

Núcleo Externo

Núcleo Interno

Solidificação

Dissolução Exsolução

Reacções Químicas

Subducção Delaminação

Subducção Cristas

Arcos insulares Delaminação Arcos insulares

Sedimentos Vulcanismo Alteração

hidrotermal

Erosão

Vulcanismo

Plumas