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Geologia

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Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
(Redirecionado de Geológico)
 Nota: Não confundir com Geografia.
O Grand Canyon, no Arizona, em março de 2013

Geologia é um ramo das ciências naturais que estuda a Terra e outros corpos celestes, as rochas que os compõem e os processos que os transformam.[1] O nome vem do grego antigo γῆ, gê, "terra", e -λογία, -logía, "estudo" ou "discurso".[2][3] A geologia tem muitos pontos em comum com as demais ciências da Terra, incluindo a hidrologia, e se integra à ciência do sistema terrestre e à planetologia.

A geologia estuda a estrutura da Terra, na superfície e em seu interior, e os processos que a formaram. Os geólogos examinam a composição mineralógica das rochas para compreender como elas se formaram. A geologia determina as idades relativas das rochas de um local, e a geoquímica, um de seus ramos, determina suas idades absolutas.[4] Com métodos da petrologia, da cristalografia e da paleontologia, os geólogos reconstituem a história geológica da Terra como um todo. Parte desse trabalho consiste em determinar a idade da Terra. A geologia também fornece os dados que sustentam a tectônica de placas, a história evolutiva da vida e o conhecimento dos climas do passado.

Os geólogos estudam as propriedades e os processos da Terra e de outros planetas terrestres. Para compreender a estrutura e a evolução do planeta, realizam trabalhos de campo, análises de rochas, investigações geofísicas, análises químicas, experimentos físicos e modelagem numérica. A geologia tem aplicações na pesquisa e na extração de recursos minerais e hidrocarbonetos, na avaliação de recursos hídricos, no estudo de perigos naturais, na recuperação de áreas com problemas ambientais e na compreensão das mudanças climáticas do passado. É uma disciplina acadêmica que fundamenta a engenharia geológica e também é aplicada à engenharia geotécnica.

Materiais geológicos

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Em sentido horário, a partir do canto superior esquerdo, fluxo de lava solidificado no Havaí, camadas sedimentares no Parque Nacional de Badlands, na Dakota do Sul, ouro nativo da Venezuela, tronco petrificado no Parque Nacional da Floresta Petrificada, no Arizona, quartzo do Tibete e rocha metamórfica de Nunavut, no Canadá

A maior parte dos dados geológicos vem da pesquisa de materiais sólidos da Terra. Meteoritos e outros materiais naturais extraterrestres também são estudados por métodos geológicos.

Minerais

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Os minerais são elementos e compostos naturais com composição química homogênea e definida e um arranjo atômico ordenado. Substâncias amorfas semelhantes a minerais às vezes recebem o nome de mineraloides, embora haja exceções, como a georgeíta e a autunita. Algumas substâncias amorfas formadas por processos geológicos são classificadas como minerais quando a substância original era um mineral antes da metamictização.[5]

Cada mineral tem propriedades físicas próprias, que podem ser determinadas por testes. Esses testes são usados com frequência para reconhecer os minerais. As amostras podem ser examinadas quanto às seguintes propriedades.[6]

  • Cor. Os minerais são agrupados pela cor, que geralmente auxilia na identificação, embora impurezas possam alterá-la.
  • Traço. A amostra é riscada sobre uma placa de porcelana. A cor do traço ajuda a reconhecer o mineral.
  • Dureza. É a resistência do mineral a riscos ou à penetração de um objeto em sua superfície.
  • Forma de ruptura. O mineral pode apresentar fratura, com superfícies irregulares, ou clivagem, com ruptura ao longo de planos paralelos próximos entre si.
  • Brilho. É a qualidade da luz refletida pela superfície do mineral, que pode ter brilho metálico, nacarado, ceroso ou fosco.
  • Densidade relativa. É o peso de um determinado volume do mineral.
  • Efervescência. O teste consiste em pingar ácido clorídrico sobre o mineral para observar se há formação de bolhas.
  • Magnetismo. Um ímã é usado para verificar se o mineral apresenta propriedades magnéticas.
  • Sabor. Alguns minerais têm sabor característico, como a halita, que tem gosto de sal de cozinha.

Rochas

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O ciclo das rochas apresenta as relações entre rochas ígneas, sedimentares e metamórficas.

Uma rocha é uma massa sólida ou um agregado de minerais ou mineraloides formado na natureza. Grande parte da pesquisa geológica se dedica às rochas, que guardam a maior parte das informações sobre o passado geológico da Terra. Há três tipos principais de rocha, as ígneas, as sedimentares e as metamórficas. O ciclo das rochas apresenta as relações entre elas, como mostra o diagrama.[7]

Quando uma rocha se solidifica ou se cristaliza a partir de material fundido, magma ou lava, ela é uma rocha ígnea.[8] O escoamento de rocha fundida é estudado em detalhe pela vulcanologia, e a petrologia ígnea procura reconstituir a formação das rochas ígneas desde o material fundido de origem até a cristalização final.[9]

As rochas podem sofrer intemperismo e erosão, ser redepositadas e passar pela litificação, formando uma rocha sedimentar. As rochas sedimentares são divididas principalmente em quatro grupos, arenitos, folhelhos, carbonatos e evaporitos. Essa classificação considera o tamanho das partículas sedimentares no caso dos arenitos e folhelhos, e a mineralogia e os processos de formação, carbonatação e evaporação, nos demais grupos.[10] O calor e a pressão podem transformar rochas ígneas e sedimentares em rochas metamórficas, alterando sua composição mineral e produzindo uma trama característica. Os três tipos podem voltar a se fundir, formando novo magma, do qual pode se solidificar outra rocha ígnea. Materiais orgânicos, como carvão, betume, petróleo e gás natural, ocorrem principalmente em rochas sedimentares ricas em matéria orgânica.[11]

Para estudar os três tipos de rocha, os geólogos avaliam os minerais que as compõem e outras propriedades físicas, como a textura e a trama.

Materiais não litificados

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Os geólogos estudam os materiais não litificados, chamados de depósitos superficiais, que recobrem a rocha de base.[12] Esse campo costuma receber o nome de geologia do Quaternário, em referência ao Quaternário, o período mais recente do tempo geológico.[13]

Estrutura da Terra

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Tectônica de placas

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As principais placas tectônicas da Terra[14]

Na década de 1960, descobriu-se que a litosfera terrestre, formada pela crosta e pela porção rígida mais externa do manto superior, está dividida em placas tectônicas. Elas se movem sobre uma porção sólida do manto superior que se deforma plasticamente, a astenosfera. Essa teoria se apoia em observações como a expansão do fundo oceânico[15][16] e a distribuição das montanhas e da atividade sísmica pelo planeta.[17]

O movimento das placas na superfície está intimamente acoplado à convecção do manto, a transferência de calor provocada pelo movimento lento das rochas dúcteis do manto. As porções oceânicas das placas e as correntes de convecção adjacentes do manto se movem sempre na mesma direção, pois a litosfera oceânica é a camada limite térmica rígida superior do manto em convecção. Esse acoplamento entre as placas rígidas que se movem na superfície terrestre e o manto em convecção recebe o nome de tectônica de placas.[18]

A tectônica de placas deu uma base física a muitas observações sobre a Terra sólida. Longas faixas lineares de estruturas geológicas correspondem aos limites entre placas.[19]

A convergência entre uma placa oceânica e uma continental produz subducção e arcos vulcânicos, um dos efeitos da tectônica de placas.

A tectônica de placas forneceu um mecanismo para a teoria da deriva continental de Alfred Wegener,[20] na qual os continentes se deslocam pela superfície terrestre ao longo do tempo geológico. Também explicou a força que provoca a deformação da crosta e deu uma nova base às observações da geologia estrutural. A capacidade de reunir essas observações em uma única teoria sobre o movimento da litosfera acima do manto em convecção fez da tectônica de placas uma "grande teoria unificadora da geologia".[21][22]

Estrutura interna

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As camadas da Terra. 1, núcleo interno. 2, núcleo externo. 3, manto inferior. 4, manto superior. 5, litosfera. 6, crosta, a parte mais externa da litosfera.

Os avanços da sismologia, da modelagem computacional e da mineralogia e cristalografia em altas temperaturas e pressões permitem compreender a composição e a estrutura internas da Terra.[23]

Trajetórias de ondas sísmicas como estas permitiram aos primeiros sismólogos compreender a estrutura em camadas da Terra.

Os sismólogos usam os tempos de chegada das ondas sísmicas para produzir imagens do interior terrestre. Os primeiros avanços nessa área mostraram a existência de um núcleo externo líquido, no qual as ondas de cisalhamento não se propagam, e de um núcleo interno sólido e denso. Essas descobertas levaram a um modelo da Terra dividido em camadas, com a litosfera, incluindo a crosta, na parte mais externa, o manto abaixo dela, com descontinuidades sísmicas a 410 e 660 km de profundidade, e os núcleos externo e interno mais abaixo.[24][25] Desde a década de 1970, técnicas como a inversão sísmica da forma de onda completa permitem criar imagens detalhadas das velocidades das ondas no interior da Terra, de modo semelhante à tomografia computadorizada usada na medicina. Essas imagens ampliaram o detalhamento do interior terrestre e permitiram substituir o modelo simplificado de camadas por outro muito mais dinâmico.[26][24]

Os mineralogistas combinam dados de pressão e temperatura obtidos por estudos sísmicos e de modelagem com o conhecimento da composição elementar da Terra. Com isso, reproduzem essas condições em experimentos e medem as mudanças na estrutura cristalina.[27] Esses estudos explicam as mudanças químicas nas principais descontinuidades sísmicas do manto[25] e permitem determinar as estruturas cristalográficas esperadas no núcleo interno da Terra.[28]

Tempo geológico

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A escala de tempo geológico abrange a história da Terra.[29] Seu limite mais antigo corresponde às idades dos primeiros materiais do Sistema Solar, de 4,567 bilhões de anos,[30] e à formação da Terra, há 4,54 bilhões de anos,[31][32] que dá início ao Hadeano, uma divisão do tempo geológico. No outro extremo da escala está o presente, na época do Holoceno.[33]

Escala de tempo da Terra

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As cinco linhas do tempo abaixo apresentam a escala geológica em proporção. A primeira vai da formação da Terra ao presente, mas deixa pouco espaço para o éon mais recente. A segunda amplia esse éon. A terceira amplia a era mais recente, a quarta amplia o período mais recente e a quinta amplia a época mais recente.

SiderianoRhyacianoOrosirianoStatherianoCalymmianoEctasianoStenianoTonianoCriogenianoEdiacaranoEoarqueanoPaleoarqueanoMesoarqueanoNeoarqueanoPaleoproterozoicoMesoproterozoicoNeoproterozoicoPaleozoicoMesozoicoCenozoicoHadeanoArqueanoProterozoicoFanerozoicoPré-Cambriano
CambrianoOrdovicianoSilurianoDevonianoCarboníferoPermianoTriássicoJurássicoCretáceoPaleogenoNeogenoQuaternárioPaleozoicoMesozoicoCenozoicoFanerozoico
PaleocenoEocenoOligocenoMiocenoPliocenoPleistocenoHolocenoPaleogenoNeogenoQuaternárioCenozoico
GelasianoCalabrianoChibanianoTarentianoPleistocenoHolocenoQuaternário
Gronelandês (estágio)NortegripianoMegalaianoHoloceno
Milhões de anos

Acontecimentos na Terra

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O tempo geológico em um diagrama chamado relógio geológico, com a duração relativa dos éons e das eras da Terra

Escala de tempo da Lua

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Ímbrico InferiorÍmbrico SuperiorPré-NectáricoNectáricoÍmbricoEratostenianoCopernicano
Milhões de anos antes do presente

As épocas lunares se baseiam na cronologia dos impactos e recebem os nomes dos grandes impactos que as delimitam. O Ímbrico, por exemplo, recebeu seu nome da formação da bacia do Mare Imbrium. A idade das bacias lunares mais antigas pode ser determinada pela intensidade de seu campo magnético intrínseco, pois a Lua teve um campo magnético que enfraqueceu com o tempo. A idade das crateras pode ser estimada por classificações morfológicas e estratigráficas, já que as crateras mais recentes se sobrepõem às mais antigas e geralmente apresentam menos desgaste por impactos posteriores.[38]

Escala de tempo de Marte

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Pré-NoachianoNoachianoHesperianoAmazônico (período)
Períodos de Marte. Escala em milhões de anos antes do presente.

Épocas do Noachiano e do Hesperiano:

Inf. = Inferior. Méd. = Médio. Sup. = Superior.

Métodos de datação

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Datação relativa

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As relações de corte permitem determinar as idades relativas dos estratos e de outras estruturas geológicas. A, estratos dobrados cortados por uma falha de empurrão. B, grande intrusão que corta A. C, discordância angular erosiva que trunca A e B e sobre a qual foram depositados novos estratos. D, dique vulcânico que corta A, B e C. E, estratos ainda mais recentes, sobrepostos a C e D. F, falha normal que corta A, B, C e E.

Os métodos de datação relativa foram desenvolvidos quando a geologia surgiu como ciência natural. Os geólogos usam os princípios a seguir para obter informações sobre o passado geológico e a sequência dos acontecimentos.[39]

O princípio do uniformitarismo estabelece que os processos geológicos que modificam a crosta terrestre no presente atuaram de maneira semelhante ao longo do tempo geológico.[40][41] Um princípio fundamental da geologia, formulado pelo médico e geólogo escocês James Hutton no século XVIII, é que "o presente é a chave do passado". Nas palavras de Hutton, "a história passada do nosso globo deve ser explicada pelo que se pode observar acontecendo no presente".[42]

O princípio das relações intrusivas se refere às intrusões que cortam outras rochas. Quando uma intrusão ígnea corta uma formação de rocha sedimentar, é possível determinar que a intrusão é mais recente que a rocha sedimentar.[43] Entre os tipos de intrusão estão os stocks, lacólitos, batólitos, soleiras e diques.[44]

O princípio das relações de corte se refere à formação das falhas e à idade das sequências que elas atravessam. As falhas são mais recentes que as rochas que cortam. Se uma falha atravessa determinadas formações, mas não as que estão acima delas, as formações cortadas são mais antigas que a falha, e as demais são mais recentes.[41] A identificação de uma camada-guia nessas situações pode ajudar a determinar se a falha é normal ou de empurrão.[45]

O princípio das inclusões e dos componentes estabelece que as inclusões, ou clastos, encontradas em uma formação sedimentar são mais antigas que a formação que as contém.[41] É comum, por exemplo, que cascalhos sejam arrancados de uma formação antiga e incorporados a uma camada mais recente. Algo semelhante ocorre nas rochas ígneas que contêm xenólitos. Esses fragmentos de outras rochas são capturados pelo magma ou pela lava em movimento, incorporados e depois resfriados na matriz. Os xenólitos são, por isso, mais antigos que a rocha que os contém.[46]

A estratigrafia do Permiano ao Jurássico na região do Planalto do Colorado, no sudeste de Utah, exemplifica os princípios da horizontalidade original e da superposição. Esses estratos formam boa parte das formações rochosas de áreas protegidas distantes entre si, como o Parque Nacional Capitol Reef e o Parque Nacional de Canyonlands. De cima para baixo, cúpulas arredondadas e castanhas do Arenito Navajo, camadas vermelhas da Formação Kayenta, paredões vermelhos com juntas verticais do Arenito Wingate, encostas arroxeadas da Formação Chinle, camadas de vermelho mais claro da Formação Moenkopi e arenitos brancos estratificados da Formação Cutler. Fotografia da Área Nacional de Recreação de Glen Canyon, em Utah.

O princípio da horizontalidade original estabelece que os sedimentos são depositados em camadas essencialmente horizontais.[41] A observação de sedimentos marinhos e não marinhos em diferentes ambientes sustenta essa generalização. Embora a estratificação cruzada seja inclinada, a orientação geral das unidades que a contêm é horizontal.[45]

O princípio da superposição estabelece que, em uma sequência sedimentar sem perturbação tectônica, cada camada é mais recente que a de baixo e mais antiga que a de cima. Uma camada mais recente não pode se depositar por baixo de outra já existente.[41] Esse princípio permite interpretar as camadas sedimentares como uma cronologia vertical, parcial ou completa, do tempo decorrido entre a deposição da camada inferior e a da superior.[45]

O princípio da sucessão faunística se baseia na ocorrência de fósseis nas rochas sedimentares. Como os organismos existem durante um mesmo intervalo de tempo em diferentes partes do mundo, sua presença, e às vezes sua ausência, permite determinar a idade relativa das formações em que ocorrem.[41] Os princípios da sucessão foram formulados a partir do trabalho de William Smith, quase cem anos antes da publicação da teoria da evolução de Charles Darwin, e se desenvolveram independentemente do pensamento evolutivo. Sua aplicação, porém, exige cuidado com as incertezas da fossilização, a distribuição localizada de tipos de fósseis por mudanças laterais de habitat, ou de fácies nos estratos sedimentares, e o fato de que nem todos os fósseis se formaram simultaneamente em todo o mundo.[47]

Datação absoluta

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O mineral zircão é muito usado na datação radiométrica.[48]

Os geólogos usam métodos para determinar a idade absoluta de amostras de rocha e de acontecimentos geológicos. Esses métodos podem ser combinados com a datação relativa ou usados para calibrá-la.[49]

No início do século XX, a possibilidade de obter datas absolutas precisas para acontecimentos geológicos com isótopos radioativos e outros métodos impulsionou a pesquisa e mudou a compreensão do tempo geológico. Antes, os geólogos só podiam usar fósseis e correlações estratigráficas para comparar a idade de diferentes sequências de rochas. A datação isotópica permitiu atribuir idades absolutas às unidades rochosas. Essas datas puderam então ser aplicadas a sequências fossilíferas que continham material datável, convertendo as antigas idades relativas em idades absolutas.[50]

Em muitas aplicações geológicas, medem-se as razões isotópicas de elementos radioativos nos minerais para determinar o tempo decorrido desde que a rocha passou por sua temperatura de fechamento. Nessa temperatura, os isótopos usados na datação radiométrica deixam de se difundir para dentro ou para fora da rede cristalina.[51][52] Essas medições são usadas em estudos geocronológicos e termocronológicos. Entre os sistemas isotópicos mais adequados estão urânio-chumbo, rubídio-estrôncio e potássio-argônio.[53] A datação por urânio-tório é usada em carbonato de cálcio.[54]

A datação de camadas de lava e cinza vulcânica em uma sequência estratigráfica permite obter idades absolutas para unidades sedimentares que não contêm isótopos radioativos e calibrar métodos de datação relativa.[55] Esses métodos também permitem determinar a idade de alojamento de plútons. O fracionamento dos elementos da série dos lantanídeos é usado para calcular o tempo decorrido desde que as rochas foram extraídas do manto.[56] Outros métodos são aplicados a acontecimentos mais recentes. A luminescência opticamente estimulada e a datação por radionuclídeos cosmogênicos permitem datar superfícies e determinar taxas de erosão.[57][58] A dendrocronologia pode ser usada para datar formas do relevo.[59] A datação por radiocarbono é aplicada a materiais geologicamente recentes que contêm carbono orgânico.[53]

Evolução geológica de uma área

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Uma sequência de rochas sedimentares originalmente horizontais, em tons de castanho, afetada por atividade ígnea. Em profundidade há uma câmara magmática e grandes corpos ígneos. A câmara alimenta o vulcão e envia ramificações de magma que se cristalizam em diques e soleiras. O magma também sobe e forma corpos ígneos intrusivos. O diagrama apresenta um cone de escórias, que libera cinzas, e um vulcão composto, que libera lava e cinzas.
Os três tipos de falha.
A. Falhas transcorrentes, nas quais as unidades rochosas deslizam lateralmente uma em relação à outra.
B. Falhas normais, formadas durante a extensão horizontal das rochas.
C. Falhas inversas, ou de empurrão, formadas durante o encurtamento horizontal das rochas.
A falha de Santo André, na Califórnia, é uma falha transcorrente.

A geologia de uma área muda à medida que novas unidades rochosas são depositadas ou intrudem outras rochas, e que a deformação altera suas formas e posições.

As unidades rochosas se formam inicialmente por deposição na superfície ou por intrusão nas rochas encaixantes. A deposição pode ocorrer quando os sedimentos se acumulam na superfície terrestre e depois se litificam, formando rochas sedimentares,[60] ou quando materiais vulcânicos, como cinzas[61] e derrames de lava, recobrem a superfície. Intrusões ígneas, como batólitos, lacólitos, diques e soleiras, avançam para cima, penetrando nas rochas sobrejacentes e se cristalizando.[44]

Depois que a sequência inicial se forma, as unidades rochosas podem sofrer deformação e metamorfismo. A deformação costuma resultar de encurtamento horizontal, extensão horizontal ou movimento lateral transcorrente. Esses regimes estruturais correspondem, de modo geral, aos limites convergentes, divergentes e transformantes entre as placas tectônicas, respectivamente.[62]

Sob compressão horizontal, as unidades rochosas encurtam e se tornam mais espessas. Com exceção das lamas, seu volume pouco se altera, de modo que esse ajuste ocorre principalmente por falhamento e dobramento. Na crosta rasa, onde pode ocorrer deformação rúptil, formam-se falhas de empurrão, que deslocam rochas profundas para cima das mais superficiais.[63] Como as rochas profundas costumam ser mais antigas, pelo princípio da superposição, esse movimento pode colocar rochas antigas acima de outras mais recentes.[64] O deslocamento ao longo das falhas também pode produzir dobras, seja porque a superfície da falha não é plana, seja porque as camadas são arrastadas durante o deslizamento, formando dobras de arrasto.[65]

Em maiores profundidades, as rochas se comportam plasticamente e se dobram em vez de se fraturar. Quando a parte central da dobra se arqueia para cima, forma-se uma antiforma. Quando se curva para baixo, forma-se uma sinforma. Se os topos das unidades rochosas ainda apontam para cima, essas estruturas são chamadas, respectivamente, de anticlinais e sinclinais. Quando parte das unidades está invertida, a estrutura recebe o nome de anticlinal ou sinclinal invertido. Se todas as unidades estão invertidas, ou se não é possível determinar a direção original do topo, usam-se apenas os termos mais gerais, antiforma e sinforma.[66]

Diagrama de dobras, com um anticlinal e um sinclinal

Pressões e temperaturas ainda mais altas durante o encurtamento horizontal podem provocar dobramento e metamorfismo. O metamorfismo altera a composição mineral das rochas e cria uma foliação, uma estrutura planar resultante do crescimento de minerais sob tensão. Isso pode apagar texturas originais, como a estratificação de rochas sedimentares, as estruturas de fluxo das lavas e os padrões de cristais em rochas cristalinas.[67]

A extensão alonga e afina o conjunto das unidades rochosas. Isso ocorre principalmente por falhas normais e pelo alongamento e afinamento dúcteis. As falhas normais deslocam unidades antes mais altas para baixo das que estavam em posições inferiores. Com isso, unidades mais recentes podem ficar abaixo de outras mais antigas. O alongamento das unidades também pode afiná-las.[68] As rochas situadas em profundidades suficientes para sofrer alongamento dúctil muitas vezes passam por metamorfismo. Ao serem estiradas, podem se separar em corpos lenticulares chamados boudins, palavra francesa para "salsichas", devido à semelhança de forma.

Onde as unidades rochosas deslizam lateralmente umas em relação às outras, formam-se falhas transcorrentes nas partes rasas e zonas de cisalhamento em maiores profundidades, onde a deformação é dúctil.

Seção geológica da montanha Kittatinny. As rochas metamórficas são recobertas por sedimentos mais recentes, depositados depois do metamorfismo. Essas unidades foram dobradas e falhadas durante o soerguimento da montanha.

A formação de novas unidades rochosas por deposição ou intrusão muitas vezes ocorre durante a deformação. O falhamento e outros processos de deformação criam desníveis no relevo, fazendo com que o material da unidade em elevação seja erodido nas encostas e nos canais. Esses sedimentos se depositam sobre a unidade que está rebaixando. O movimento contínuo da falha mantém o desnível apesar do transporte de sedimentos e cria espaço de acomodação para novos depósitos.

Os episódios de deformação muitas vezes ocorrem junto com o vulcanismo e a atividade ígnea.[69] Cinzas e lavas se acumulam na superfície, enquanto intrusões ígneas avançam por baixo. Os diques, intrusões longas e planas, penetram por fraturas e podem se formar em grande quantidade nas áreas em deformação. Isso pode produzir enxames de diques,[70] como os observados no Escudo Canadense,[71] ou anéis de diques ao redor do tubo de lava de um vulcão.

Esses processos não precisam ocorrer no mesmo ambiente nem em uma única ordem. As ilhas do Havaí, por exemplo, são formadas quase inteiramente por camadas de derrames de lava basáltica. As sequências sedimentares do interior dos Estados Unidos e do Grand Canyon, no sudoeste do país, contêm camadas sedimentares quase sem deformação, que permanecem em sua posição desde o Cambriano. Outras áreas têm uma estrutura geológica muito mais intrincada. No sudoeste dos Estados Unidos, rochas sedimentares, vulcânicas e intrusivas passaram por metamorfismo, falhamento, foliação e dobramento. Rochas ainda mais antigas, como o gnaisse Acasta do cráton Slave, no noroeste do Canadá, a rocha mais antiga conhecida no mundo, sofreram tanto metamorfismo que sua origem só pode ser determinada por análises de laboratório.

Esses processos também podem ocorrer em etapas. Em muitos locais, como se observa com clareza no Grand Canyon, as unidades inferiores passaram por metamorfismo e deformação. Depois que a deformação cessou, foram depositadas as unidades superiores, que não sofreram deformação. Embora a formação e a deformação das rochas possam ocorrer em qualquer quantidade e se repetir muitas vezes, esses conceitos orientam a compreensão da evolução geológica de uma área.

Métodos de investigação

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Uma bússola de bolso Brunton, muito usada por geólogos em mapeamentos e levantamentos

Os geólogos combinam métodos de campo, de laboratório e de modelagem numérica para reconstituir o passado da Terra e compreender os processos que ocorrem na superfície e em seu interior. As investigações geológicas costumam partir de informações da petrologia, o estudo das rochas, da estratigrafia, o estudo das camadas sedimentares, e da geologia estrutural, o estudo da posição e da deformação das unidades rochosas. Em muitos casos, os geólogos estudam solos, rios, formas do relevo e geleiras, investigam organismos do passado e do presente e processos biogeoquímicos, e usam métodos geofísicos para examinar a subsuperfície. As especialidades da geologia podem ser divididas em geologia endógena e exógena.[72]

Métodos de campo

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Acampamento de mapeamento geológico do USGS na década de 1950
Computadores de mão com GPS e programas de sistemas de informação geográfica são usados em trabalhos de campo para o mapeamento geológico digital.

O trabalho de campo varia conforme o objetivo da investigação. Entre as atividades habituais estão as seguintes.

Um microscópio petrográfico
Uma lâmina delgada sob luz polarizada com polarizadores cruzados
Na mineralogia óptica, lâminas delgadas são usadas para estudar as rochas. O método se baseia nos diferentes índices de refração dos minerais.

Petrologia

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Além do reconhecimento de rochas em campo, pela litologia, os petrólogos analisam amostras em laboratório. Dois dos principais métodos são a microscopia óptica, com instrumentos como o microscópio petrográfico,[79] e a microssonda eletrônica.[80] Na mineralogia óptica, lâminas delgadas de amostras de rocha são examinadas ao microscópio petrográfico. Os minerais são reconhecidos por suas propriedades sob luz plano-polarizada e com polarizadores cruzados, como a birrefringência, o pleocroísmo, a geminação e as figuras de interferência observadas com uma lente conoscópica.[81] Na microssonda eletrônica, analisam-se pontos específicos para determinar sua composição química exata e as variações de composição dentro de cada cristal.[82] Estudos com isótopos estáveis[83] e radioativos[84] permitem compreender a evolução geoquímica das unidades rochosas.

Os petrólogos também usam dados de inclusões fluidas[85] e realizam experimentos físicos em altas temperaturas e pressões[86] para determinar em que condições diferentes fases minerais se formam e como elas mudam durante processos ígneos[87] e metamórficos. Os resultados podem ser aplicados às observações de campo para compreender o metamorfismo e as condições de cristalização das rochas ígneas.[88] Esse trabalho também ajuda a explicar processos do interior terrestre, como a subducção e a evolução das câmaras magmáticas.[89]

Estratos rochosos dobrados

Geologia estrutural

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Diagrama de uma cunha orogênica. A cunha cresce por falhamento em seu interior e ao longo da falha basal principal, chamada décollement. Sua forma atinge uma geometria crítica, na qual os ângulos da cunha permanecem constantes porque as rupturas internas se equilibram com o deslizamento no décollement. O processo se assemelha ao de um trator que empurra uma pilha de terra, com o trator no papel da placa superior.

Os geólogos estruturais examinam ao microscópio lâminas delgadas orientadas de amostras geológicas para observar a trama das rochas e obter informações sobre a deformação de sua estrutura cristalina.[90] Também representam graficamente e combinam medições de estruturas geológicas para compreender a orientação das falhas e dobras e reconstituir a deformação das rochas de uma área. Realizam ainda experimentos analógicos e numéricos de deformação em diferentes escalas.

A análise estrutural costuma envolver a representação das orientações das estruturas em diagramas de projeção estereográfica. Neles, uma esfera é projetada sobre um plano, com os planos representados por linhas e as linhas por pontos. Esses diagramas permitem determinar a posição de eixos de dobras, as relações entre falhas e as relações entre outras estruturas geológicas.[91]

Entre os experimentos mais conhecidos da geologia estrutural estão os realizados com cunhas orogênicas, zonas nas quais se formam montanhas nos limites convergentes entre placas.[92] Nos modelos analógicos, camadas horizontais de areia são arrastadas sobre uma superfície inferior em direção a uma barreira. Isso produz padrões de falhamento semelhantes aos naturais e o crescimento de uma cunha orogênica com geometria crítica, na qual todos os ângulos permanecem constantes.[93] Os modelos numéricos funcionam de maneira semelhante, mas costumam ser mais detalhados e podem incluir padrões de erosão e soerguimento na cadeia de montanhas.[94] Esses experimentos permitem examinar a relação entre a erosão e a forma de uma cordilheira, além de fornecer informações sobre as trajetórias do metamorfismo em pressão, temperatura, espaço e tempo.[95]

Estratigrafia

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As cores das camadas inclinadas de rocha sedimentar do Parque Geológico Nacional de Zhangye, na China, resultam dos diferentes minerais que as compõem.

Em laboratório, os estratígrafos analisam amostras de seções estratigráficas trazidas do campo, como as obtidas em testemunhos de sondagem.[96] Também analisam dados de levantamentos geofísicos que permitem localizar unidades estratigráficas em subsuperfície.[97] Dados geofísicos e perfis de poços podem ser combinados para obter uma visão mais detalhada da subsuperfície, frequentemente com programas que a representam em três dimensões.[98] Esses dados permitem reconstituir processos antigos da superfície terrestre,[99] interpretar ambientes do passado e localizar áreas para extração de água, carvão e hidrocarbonetos.

Os bioestratígrafos examinam fósseis em amostras de afloramentos e de testemunhos de sondagem.[96] Esses fósseis ajudam a datar os testemunhos e a compreender o ambiente deposicional em que se formaram as unidades rochosas. Os geocronólogos datam com precisão rochas da seção estratigráfica para delimitar melhor as idades e as taxas de deposição.[100] Os especialistas em magnetoestratigrafia procuram sinais de inversões magnéticas nas unidades ígneas dos testemunhos.[96] Outros pesquisadores estudam isótopos estáveis nas rochas para obter informações sobre o clima do passado.[96]

A estratigrafia de sequências examina conjuntos de camadas delimitados por superfícies de erosão ou interrupções da deposição. A disposição dessas sequências permite investigar as mudanças do nível relativo do mar, os movimentos tectônicos e a quantidade de sedimentos que chega às bacias. A comparação entre bacias ajuda a distinguir variações globais do nível do mar de efeitos locais.[101]

Geologia planetária

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Superfície de Marte fotografada pelo módulo de pouso Viking 2 em 9 de dezembro de 1977

Com a exploração espacial no século XX, os geólogos passaram a estudar outros corpos planetários com os métodos desenvolvidos para investigar a Terra. Esse campo, chamado geologia planetária ou astrogeologia, aplica princípios geológicos ao estudo de outros corpos do Sistema Solar. É uma das áreas da planetologia e se concentra sobretudo nos planetas terrestres, nas luas geladas, nos asteroides, nos cometas e nos meteoritos. Alguns geofísicos planetários também estudam planetas gigantes e exoplanetas.[102]

Embora o prefixo grego geo- se refira à Terra, a palavra "geologia" é usada com os nomes de outros corpos planetários ao se falar de sua composição e de seus processos internos, como em "geologia de Marte" e "geologia da Lua". Também são usados termos específicos, como selenologia para o estudo da Lua, areologia para Marte e hermesologia para Mercúrio.[103]

Os geólogos planetários se interessam por todos os aspectos dos demais planetas, mas dedicam parte de seu trabalho à busca de vestígios de vida passada ou presente em outros mundos. Esse objetivo levou à realização de missões cuja finalidade principal ou complementar é procurar esses vestígios em corpos planetários.[104] Uma delas foi a sonda Phoenix, que analisou o solo polar de Marte em busca de água e de componentes químicos e mineralógicos relacionados a processos biológicos.[105]

Geologia aplicada

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Homem garimpando ouro no rio Mokelumne. Ilustração de "How We Got Gold in California", publicada na Harper's Weekly em 1860

Geologia econômica

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A geologia econômica estuda os recursos minerais usados para atender às necessidades humanas. Os minerais de interesse econômico são aqueles cuja extração para usos práticos é rentável. Os geólogos dessa área ajudam a localizar e administrar recursos naturais, como petróleo e carvão, e recursos minerais que incluem metais como ferro, cobre e urânio.[106]

Geologia de minas

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A geologia de minas se ocupa da extração de recursos minerais e minérios da Terra. Entre os recursos de interesse econômico estão as gemas,[107] metais como ouro e cobre,[108] minerais industriais como amianto, magnesita, perlita, mica, fosfatos, zeólitas, argila,[109] sílica[110] e pedra-pomes,[111] além de elementos como enxofre[112] e hélio.[113]

Geologia do petróleo

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Perfilagem de lama de perfuração, um método comum de estudar a litologia durante a perfuração de poços de petróleo

Os geólogos do petróleo estudam as regiões da subsuperfície que podem conter hidrocarbonetos extraíveis, sobretudo petróleo e gás natural.[114] Como muitos desses reservatórios estão em bacias sedimentares,[115] eles investigam a formação das bacias, sua evolução sedimentar e tectônica e a posição das unidades rochosas.

Geologia de engenharia

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A geologia de engenharia aplica os princípios geológicos à engenharia para que os fatores geológicos sejam considerados na escolha do local, no projeto, na construção, na operação e na manutenção das obras.[116] Há uma distinção entre geologia de engenharia e engenharia geológica, sobretudo na América do Norte.

Criança bebe água de um poço construído por um projeto humanitário de hidrogeologia no Quênia.

Na engenharia civil, os princípios e as análises geológicas são usados para determinar as propriedades mecânicas dos materiais sobre os quais as estruturas são construídas. Isso permite construir túneis sem desabamentos, pontes e arranha-céus com fundações resistentes e edifícios que não afundem em argila e lama.[117]

Hidrologia

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A geologia e seus princípios são aplicados a problemas ambientais como a recuperação de cursos d'água e de terrenos industriais abandonados ou contaminados, e o estudo das interações entre habitats naturais e o meio geológico. A hidrologia subterrânea, ou hidrogeologia, permite localizar água subterrânea,[118] que pode oferecer um abastecimento acessível de água sem contaminação, sobretudo em regiões áridas,[119] e acompanhar a propagação de contaminantes em poços.[118][120]

Paleoclimatologia

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Os geólogos obtêm dados pela estratigrafia, por perfurações e por testemunhos de rocha, sedimento e gelo. Testemunhos de gelo[121] e de sedimentos[122] são usados para reconstituir climas antigos e obter informações sobre a temperatura, a precipitação e o nível do mar no passado e no presente em todo o planeta. Esses conjuntos de dados são a principal fonte de informações sobre as mudanças climáticas globais, além das medições instrumentais.[123]

Geoconservação

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A geoconservação se dedica à proteção do patrimônio geológico. Os geossítios são locais de interesse científico ou educativo cujas rochas, fósseis, minerais ou formas do relevo permitem reconstituir o passado geológico de uma região. Seu inventário reúne informações sobre a geodiversidade e orienta ações de conservação, atividades educativas e geoturismo.[124] Nos geomorfossítios, o interesse se concentra nas formas do relevo. Sua avaliação pode empregar métodos qualitativos ou quantitativos, com critérios escolhidos conforme a finalidade do inventário.[125]

Perigos naturais

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Queda de blocos rochosos no Grand Canyon

Geólogos e geofísicos estudam os perigos naturais para fundamentar normas de construção e sistemas de alerta que evitem perdas materiais e de vidas.[126] Entre os perigos naturais pertinentes à geologia, além daqueles estudados principalmente ou exclusivamente pela meteorologia, estão os seguintes.[127]

História

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Mapa geológico da Inglaterra, do País de Gales e do sul da Escócia, elaborado por William Smith e concluído em 1815. Abrangia uma escala nacional e era muito mais preciso que os mapas anteriores.[128]

O estudo dos materiais físicos da Terra remonta pelo menos à Grécia Antiga, quando Teofrasto, que viveu de 372 a 287 a.C., escreveu Peri Lithon, ou Sobre as pedras. No período romano, Plínio, o Velho escreveu em detalhe sobre minerais e metais usados na época e reconheceu corretamente a origem do âmbar. No século IV a.C., Aristóteles também fez observações sobre a lentidão das mudanças geológicas. Ele examinou a composição dos terrenos e formulou uma teoria de que a Terra muda tão lentamente que essas transformações não podem ser percebidas ao longo de uma vida humana. Foi uma das primeiras formulações baseadas em observações sobre a velocidade das mudanças físicas da Terra.[129][130]

Abu al-Rayhan al-Biruni, que viveu de 973 a 1048, foi um dos primeiros geólogos persas. Entre seus trabalhos estão alguns dos primeiros textos sobre a geologia da Índia, nos quais propôs que o subcontinente indiano havia sido um mar.[131] A partir da literatura científica grega e indiana que não foi destruída pelas conquistas muçulmanas, o estudioso persa Avicena, que viveu de 981 a 1037, propôs explicações detalhadas para a formação das montanhas, a origem dos terremotos e outros temas da geologia, que deram uma base ao desenvolvimento posterior dessa ciência.[132][133] Na China, o polímata Shen Kuo, que viveu de 1031 a 1095, formulou uma hipótese sobre a formação dos terrenos. Ao observar conchas fósseis em um estrato de uma montanha a centenas de quilômetros do oceano, concluiu que os terrenos haviam se formado pela erosão das montanhas e pela deposição de silte.[134]

Georgius Agricola, que viveu de 1494 a 1555, publicou De Natura Fossilium em 1546 e recebe o crédito de fundador da geologia como disciplina científica.[135]

Nicolaus Steno, que viveu de 1638 a 1686, formulou os princípios da superposição, da horizontalidade original e da continuidade lateral, que fundamentam a estratigrafia.[136]

A palavra geologia foi usada pela primeira vez por Ulisse Aldrovandi em 1603,[137][138] depois por Jean-André Deluc em 1778,[139] e se estabeleceu como termo com Horace-Bénédict de Saussure em 1779.[140][141] Ela deriva do grego γῆ, gê, "terra", e λόγος, logos, "discurso".[142] O sacerdote e estudioso norueguês Mikkel Pedersøn Escholt, que viveu de 1600 a 1669, também recebe crédito pela origem da palavra. Escholt a empregou em seu livro Geologia Norvegica, de 1657.[143][144]

William Smith, que viveu de 1769 a 1839, elaborou alguns dos primeiros mapas geológicos e começou a ordenar os estratos rochosos pelo exame dos fósseis que continham.[128]

Em 1763, Mikhail Lomonossov publicou o tratado On the Strata of Earth.[145] Foi a primeira exposição da geologia moderna baseada na continuidade dos processos ao longo do tempo e na explicação do passado terrestre a partir do presente.[146]

James Hutton, que viveu de 1726 a 1797, é frequentemente chamado de primeiro geólogo moderno.[147] Em 1785, apresentou à Sociedade Real de Edimburgo um trabalho intitulado Theory of the Earth. Nele, propôs que a Terra deveria ser muito mais antiga do que se supunha, para que houvesse tempo suficiente para a erosão das montanhas, a formação de novas rochas a partir de sedimentos no fundo do mar e seu soerguimento até se tornarem terra firme. Hutton publicou suas ideias em dois volumes em 1795.[148]

Os seguidores de Hutton receberam o nome de plutonistas por defenderem que algumas rochas se formavam pelo vulcanismo, com a deposição de lava dos vulcões. Os netunistas, liderados por Abraham Gottlob Werner, defendiam que todas as rochas haviam se depositado em um grande oceano cujo nível baixara gradualmente.[149]

O primeiro mapa geológico dos Estados Unidos foi elaborado em 1809 por William Maclure.[150] Em 1807, ele havia decidido realizar por conta própria um levantamento geológico do país. Percorreu e mapeou quase todos os estados, cruzando a cordilheira Allegheny cerca de cinquenta vezes.[151] Apresentou os resultados de seu trabalho individual à Sociedade Filosófica Americana em um estudo intitulado Observations on the Geology of the United States explanatory of a Geological Map, publicado nos Transactions da sociedade junto com o primeiro mapa geológico do país.[152] O mapa antecedeu em seis anos o de William Smith para a Inglaterra, embora usasse outra classificação de rochas.

Charles Lyell, que viveu de 1797 a 1875, publicou a primeira edição de Principles of Geology em 1830.[153] O livro influenciou o pensamento de Charles Darwin e difundiu o uniformitarismo. Essa teoria afirma que processos geológicos lentos atuaram ao longo do passado terrestre e ainda atuam no presente. O catastrofismo propõe que as formas da Terra surgiram em acontecimentos catastróficos isolados e permaneceram inalteradas depois deles. Embora Hutton defendesse o uniformitarismo, a ideia ainda não tinha ampla aceitação em sua época.

Grande parte da geologia do século XIX se concentrou na questão da idade exata da Terra. As estimativas iam de algumas centenas de milhares a bilhões de anos.[154] No início do século XX, a datação radiométrica permitiu estimar a idade terrestre em dois bilhões de anos. A compreensão dessa enorme extensão de tempo abriu caminho a novas teorias sobre os processos que formaram o planeta.

Entre os avanços da geologia no século XX estão o desenvolvimento da tectônica de placas, na década de 1960, e o aperfeiçoamento das estimativas da idade do planeta. A teoria da tectônica de placas reuniu duas observações geológicas antes separadas, a expansão do fundo oceânico e a deriva continental, e transformou as ciências da Terra. A idade estimada da Terra é de aproximadamente 4,5 bilhões de anos.[32]

Geologia no Brasil

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No Brasil, a profissão de geólogo é regulamentada pela Lei nº 4.076, de 23 de junho de 1962, e fiscalizada pelos Conselhos Regionais de Engenharia e Agronomia, os CREAs, presentes em todos os estados.[155] Em junho de 2022, o país tinha 35 cursos presenciais de graduação em Geologia e Engenharia Geológica, distribuídos por 18 das 27 unidades federativas.[156]

Áreas e disciplinas relacionadas

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Ver também

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Referências

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