ELLEN P. METZGER
INTRODUÇÃO
Propósito: Os alunos farão um modelo de papel ilustrando o conceito de espalhamento do chão do mar e o desenvolvimento de “bandas” magnéticas simétricas em ambos os lados de um centro de espalhamento no meio do oceano.
Agrupamento de alunos com abraçadeiras: Os alunos trabalham como indivíduos.
Integração do quadro: Temas: Padrões de mudança: ao longo do tempo, o novo fundo do mar é criado pelo afloramento do magma nos centros de propagação do meio do oceano; o velho fundo do oceano é destruído por subducção nas trincheiras do mar profundo. Competências e processos científicos: Inferring a partir de um modelo. Integração com outras disciplinas: Ciência física: Ímanes dipolares e campos magnéticos; convecção. Oceanografia: topografia do fundo do oceano. Ciência da Vida: animais encontrados em respiradouros de água quente no fundo do oceano.
Atividades Relacionadas: Montanhas Submarinas.
Informação sobre o fundo do mar
Antes de realizar esta actividade, os alunos devem estar familiarizados com ela:
1) tipos de fronteiras entre as placas litosféricas;
2) características do fundo do oceano;
3) o conceito de propagação do fundo do mar; e
4) a natureza do campo magnético da Terra e o facto de ter invertido a sua polaridade muitas vezes no passado.
As camadas da Terra A Terra é um planeta estratificado constituído por crosta, manto e núcleo (Fig. 1). A camada externa de cerca de 100 km é uma camada rígida chamada litosfera, que é composta pela crosta e pelo manto mais alto. A litosfera é quebrada em várias placas grandes e pequenas que se movem sobre a astenosfera, uma camada de plástico no manto superior. Terremotos e vulcões estão concentrados nos limites entre as placas litosféricas. Pensa-se que o movimento das placas é causado por correntes de convecção no manto (Fig. 2), embora o mecanismo exacto não seja conhecido. As placas litosféricas estão se movendo a taxas de alguns cm por ano.
Tipos de limites de placas Existem três tipos de limites entre placas litosféricas (Fig. 3):
1) placas de limites convergentes convergem, ou se juntam. Se uma placa de litosfera oceânica colide com uma litosfera continental mais espessa e menos densa, a placa oceânica mais densa mergulhará sob o continente numa zona de subducção (Fig. 2).
2) fronteira divergente duas placas divergem, ou se afastam e uma nova crosta ou litosfera é formada.
3) placas de limite de falha de transformação deslizam uma sobre a outra sem criação ou destruição da litosfera.
Voltar ao topo
O fundo do oceano Um mapa do fundo do oceano mostra uma variedade de características topográficas: planícies planas, longas cadeias de montanhas, e trincheiras profundas. As cristas do médio-oceano fazem parte da cadeia de montanhas com cerca de 84.000 km de comprimento. O Cume Médio-Atlântico é a mais longa cadeia de montanhas da Terra. Estas cordilheiras são centros de propagação ou fronteiras de placas divergentes onde o afloramento do magma a partir do manto cria um novo fundo oceânico.
As trincheiras de profundidade são bacias longas e estreitas que se estendem de 8 a 11 km abaixo do nível do mar. As valas desenvolvem-se adjacentes a zonas de subducção, onde a litosfera oceânica desliza de volta para o manto (Fig. 2).
Variação continental A ideia de que os continentes se movem é antiga; Alfred Wegener, um meteorologista alemão, propôs a hipótese da deriva continental. no início do século XIX. Wegener usou várias linhas de evidência para sustentar a sua ideia de que os continentes foram outrora unidos num supercontinente chamado Pangaea e que desde então se afastaram uns dos outros: (1) a semelhança na forma dos continentes, como se um dia se encaixassem como as peças de um quebra-cabeças; (2) a presença de fósseis como a Glossopteris, uma samambaia fóssil cujos esporos não podiam atravessar oceanos largos, nos agora amplamente separados continentes da África, Austrália e Índia; (3) a presença de depósitos glaciais em continentes agora encontrados perto do equador; e (4) a semelhança de sequências de rochas em diferentes continentes. Voltar ao topo
A hipótese de deriva continental de Wegener não foi amplamente aceita porque ele não tinha nenhum mecanismo para explicar como os continentes se movem. A idéia não foi reavivada até que a nova tecnologia tornou possível a exploração do fundo do oceano.
Sea-floor spreading No início dos anos 60, o geólogo de Princeton Harry Hess propôs a hipótese de sea-floor spreading, na qual o magma basáltico do manto se eleva para criar novo fundo do oceano em cristas do médio-oceano. De cada lado da crista, o fundo do mar move-se da crista em direcção às trincheiras do mar profundo, onde é subduccionado e reciclado de volta para o manto (Fig. 2). Um teste da hipótese de propagação do fundo do mar foi fornecido por estudos do magnetismo da Terra.
O Campo Magnético da Terra Pensa-se que o campo magnético da Terra surge do movimento do ferro líquido no núcleo externo à medida que o planeta gira. O campo se comporta como se um imã permanente estivesse localizado perto do centro da Terra, inclinado a cerca de 11 graus do eixo de rotação geográfico (Fig. 4). Note que o norte magnético (medido por uma bússola) difere do norte geográfico, que corresponde ao eixo de rotação do planeta.
Colocar um íman de barra debaixo de um pedaço de papel com limalhas de ferro sobre ele criará um padrão à medida que as limalhas se alinham com o campo magnético gerado pelo íman. O campo magnético da Terra é semelhante ao gerado por um íman de barra simples. Atualmente, as linhas de força do campo magnético da Terra estão dispostas como mostrado na Figura 4; a atual orientação do campo magnético da Terra é referida como polaridade normal. No início dos anos 60, os geofísicos descobriram que o campo magnético da Terra inverte periodicamente; ou seja, o pólo magnético norte torna-se o pólo sul e vice-versa. Assim, a Terra experimentou períodos de polaridade invertida alternando com períodos (como agora) de polaridade normal. Embora o campo magnético se inverta nesses períodos, a Terra física não se move ou muda o seu sentido de rotação.
As lavas básicas contêm minerais que contêm ferro, como a magnetite, que actuam como bússolas. Ou seja, como estes minerais ricos em ferro arrefecem abaixo do seu ponto Curie, tornam-se magnetizados na direcção do campo magnético circundante. Estudos de magnetismo antigo (paleomagnetismo) registrados em rochas de diferentes idades fornecem um registro de quando o campo magnético da Terra inverteu sua polaridade. Voltar ao topo
Durante a Segunda Guerra Mundial, instrumentos sensíveis chamados magnetômetros foram desenvolvidos para ajudar a detectar submarinos com casco de aço. Quando cientistas pesquisadores usaram magnetômetros para estudar o fundo do oceano, eles descobriram um padrão surpreendente. As medições das variações magnéticas mostraram que, em muitas áreas, faixas alternadas de rochas registrando polaridade normal e invertida foram dispostas simetricamente em torno de cristas do médio-oceano (Fig. 5).
Em 1963, F. Vine e D.H. Matthews raciocinaram que, à medida que o magma basáltico se eleva para formar novo fundo oceânico em um centro de propagação do médio-oceano, ele registra a polaridade do campo magnético existente na época em que o magma se cristalizou. À medida que se espalha, a nova crosta oceânica se separa, tiras de aproximadamente o mesmo tamanho devem ser levadas para longe da crista de cada lado (Fig. 5). O magma basáltico que se forma nas cristas do médio-oceano serve como uma espécie de “gravador de fita”, registando o campo magnético da Terra à medida que este se inverte através do tempo. Se esta ideia estiver correcta, as bandas alternadas de polaridade normal e invertida devem ser dispostas simetricamente sobre os centros de propagação do médio-oceano. A descoberta de tais faixas magnéticas forneceu uma evidência poderosa de que a propagação do solo marinho ocorre.
A idade do solo marinho também suporta a propagação do solo marinho. Se a propagação do fundo do mar funcionar, a crosta oceânica mais jovem deve ser encontrada nas cristas e progressivamente a crosta mais velha deve ser encontrada ao afastar-se das cristas para os continentes. Este é o caso. O fundo do oceano mais antigo conhecido é datado de cerca de 200 milhões de anos, indicando que o fundo do oceano mais antigo foi destruído por subducção em trincheiras de águas profundas.
Foi preciso explorar o fundo do oceano para descobrir a propagação do fundo do mar, o mecanismo para o movimento dos continentes que faltava a Alfred Wegener. A hipótese da deriva continental ganhou novo interesse e, quando combinada com a propagação do fundo do mar, levou à teoria da tectónica de placas. A história do pensamento sobre o movimento dos continentes fornece um exemplo maravilhoso de como hipóteses como a deriva continental e a propagação do fundo do mar são minuciosamente testadas antes de surgir uma nova teoria. Para uma visão geral da história da tectónica de placas, ver Tarbuck e Lutgens (1994). Voltar ao topo
MATERIAIS (Fontes dadas abaixo)
Mapas do fundo do oceano
Mapa “Este Planeta Dinâmico”
Para cada estudante:
2 folhas de papel fichário de 8,5 x 11″ (pasta de arquivo em cartão poderia ser usada no lugar do papel para fazer um modelo mais resistente)
tesoura
régua
fita adesiva transparente
torneira de mascaramento
lápis de cor ou lápis de cera Sugestão: Faça o seu próprio modelo com antecedência para mostrar aos alunos antes de eles fazerem os seus modelos.
MATERIAIS DE MATERIAIS
Mapas do Ártico, Atlântico, Pacífico e Índico estão disponíveis na National Geographic Society, Educational Services, P.O. Box 98019, Washington, D.C., 20090-8019; telefone 1-800-368-2728. Cada mapa custa $10.90.
From Fisher-EMD: (1) Mapa fosforescente do fundo do oceano: medidas 24″ X 24″. ($10,60); (2) tamanho da parede do mapa da crista do Médio-Atlântico ($27,40). Encomende na Fisher Scientific-EMD, 4901 W. Lemoyne Street, Chicago, IL 60651; telefone 1-800-955-1177.
“This Dynamic Planet”: World Map of Volcanoes, Earthquakes, and Plate Tectonics” mede 150 x 100 cm; desenvolvido pelo United States Geological Survey e pela Smithsonian Institution. Encomende no USGS Map and Book Distribution, P.O. Box 25286, Federal Center, Bldg.. 810, Denver, CO 80225; telefone 303-236-7477. O preço é $3.00.Voltar ao topo
PROCEDUROS
Sigam os passos nas folhas de atividades dos alunos. Os alunos podem medir a colocação das zonas de subducção e a crista do médio-oceano para o seu modelo como mostrado na Figura 1 nas folhas de actividades dos alunos, ou você pode dar-lhes o modelo pronto fornecido. Você pode desejar copiar o modelo para uma pasta de arquivo ou cartão similar para um modelo mais resistente.
Modificações: Para crianças mais novas, omitir a explicação de bandas magnéticas e inversões de polaridade. Use o modelo para mostrar-lhes a criação de novo fundo do mar em centros de propagação e o desaparecimento do antigo fundo do mar em zonas de subducção. Você pode desejar cortar as peças do modelo de papel para os alunos antes do tempo, ou usar um modelo que você fez como demonstração para a classe.
Extensões: Os sistemas de ventilação hidrotermais, chamados fumadores a preto e branco, encontrados nos centros de propagação oceânica são uma das descobertas mais excitantes feitas durante os últimos quinze anos de exploração marinha. Estes fumadores são os locais de depósitos minerais e ecossistemas únicos que existem na escuridão total. Integrar uma unidade de propagação no fundo do mar e topografia do fundo do mar com a biologia, fazendo com que os estudantes pesquisem as criaturas únicas associadas às comunidades hidrotermais. Algumas referências sugeridas são dadas abaixo.
REFERÊNCIAS E RECURSOS
NSTA/FEMA, 1988, Tremor Troop Earthquakes: National Science Teachers’ Association, Washington, D.C.
Tarbuck, E. J. and Lutgens, F. K., 1994, Earth Science (7th ed.), Macmillan Publishing Company, p. 207-242.
Informação geral:
Yulsman, T., 1993, Charting Earth’s Final Frontier: Terra, vol. 2, não. 4 (julho de 1993), p. 36-41. Discute o mapeamento de vulcões, falhas, canyons e fluxos de lava no fundo do oceano usando um dispositivo de sonar de varredura lateral chamado GLORIA (Geologic Long-Range Inclined Asdic).
A Publicação de Interesse Geral “Geologia Marinha”: Research Beneath the Sea” do United States Geological Survey fornece uma visão geral dos métodos e equipamentos que os geólogos marinhos empregam para estudar o fundo do oceano. O panfleto descreve estudos de topografia do fundo dos oceanos, sedimentos e recursos minerais. Encomende até 50 exemplares gratuitos (use papel timbrado da escola) doUnited States Geological Survey, Box 25286, Denver Federal Center, Bldg. 810, Denver CO 80225; telefone (303)236-7476.
For Younger Children:
Cole, J., 1992, The Magic School Bus on the Ocean Floor: Scholastic, Inc., Nova Iorque. As crianças da classe da Sra. Frizzle fazem uma viagem de campo ao fundo do oceano para estudar a vida animal e vegetal, um ventilador de água quente, e um recife de coral (para crianças da escola primária).
Sobre os Sistemas Hidrotérmicos do Mar Profundo:
Ballard, R. D. e Grassle, J. F., 1979, Incredible World of the Deep Sea Rifts: National Geographic, v. 156, No. 5 (Nov. 1979), p. 680-705.
Lutz, R. A. e Hessler, R. R., 1983, Life Without Sunlight – Biological Communities of Deep-Sea Hydrothermal Vents: The Science Teacher, v. 50, No. 3 (Março 1983), p. 22-29.
Tunnicliffe, V., 1992, Hydrothermal-Vent Communities of the Deep Sea: American Scientist, v. 80 (Julho-Agosto, 1992), p. 336-349.Videos:
“Treasures of Neptune” (Tesouros de Netuno): Klondike on the Ocean Floor” ($149,00; 26 min). Olha para a relação entre a tectônica das placas e os depósitos minerais marinhos; mostra como o fundo do oceano está sendo mapeado e olha para os sistemas de recuperação dos recursos marinhos, incluindo colheres e pás subaquáticas e “aspiradores gigantes”. Encomenda de Films for the Humanities & Sciences, P.O. Box 2053; Princeton, N. J. 08543-2053; telefone 1-800-257-5126. “The Last Frontier on Earth” ($79,00; 26 min.). mostra como os cientistas estão explorando o fundo do mar usando o mapeamento Side Scan Sonar e a perfuração em alto mar. Encomende em: Brittanica Learning Materials, Customer Service, 310 South Michigan Avenue, Chicago, IL 60604-9839; telefone 1-800-554-9862.
“Physical Oceanography” ($59.95; 19 min.). Descreve métodos de exploração dos oceanos; interação dos oceanos com a biosfera, litosfera e atmosfera para criar um ambiente único; e as três principais características dos oceanos: sua química, topografia e movimento da água. Encomende na Scott Resources, P.O. Box 2121K, Ft. Collins, CO, 80522; telefone 1-800-289-9299.
Slides:
“Undersea Exploration” ($16.00 por 22 slides). Este conjunto ilustra a pesquisa submarina usando submersíveis de águas profundas e veículos operados remotamente para estudar sistemas de rift no fundo do mar. Inclui fotos de fumantes negros, minhocas tubulares e equipamentos usados por oceanógrafos. Encomenda da União Geofísica Americana, Attn..: Order, 2000 Florida Avenue, N.W., Washington, D.C. 20009; telefone 1-800-966-2481.
Atividades Relacionadas:
O módulo de Educação da Evolução Crustal (CEEP), “Quão Rápido o Piso do Oceano Está se Movendo?”foi desenvolvido pela Associação Nacional de Professores de Geologia. Neste módulo os alunos examinam os dados dos sedimentos no fundo do oceano, determinam se os dados suportam a teoria de propagação do fundo do mar e calculam a taxa de propagação do East Pacific Rise. Outros módulos do CEEP relacionados com o fundo dos oceanos incluem: “Placas Litosféricas e Topografia da Bacia do Oceano”; “Microfósseis, Sedimentos e Espalhamento do Fundo do Mar”; “Movimento do Fundo do Oceano Pacífico”; “Um Mistério do Fundo do Mar”: Inversões de Polaridade do Mapa”; e “Plotando a Forma do Chão do Oceano”. Cada um destes módulos está disponível como um pacote de aulas que inclui um Guia do Professor e 30 folhetos de investigação dos alunos e custa $23,50. Encomende no Ward’s Natural Science Establishment, Inc., 5100 West Henrietta Road, P.O. Box 92912, Rochester, New York 14692-9012; telefone 1-800-962-2260.
GLOSSARY
asthenosphere uma porção do manto que está por baixo da litosfera. Esta zona consiste em rocha facilmente deformada e em algumas regiões atinge uma profundidade de 700 km.
deriva continental A primeira hipótese que propõe grandes movimentos horizontais de continentes. Esta idéia foi substituída pela teoria da tectônica de placas.
convergência de placas, um limite entre duas placas litosféricas que se movem em direção uma à outra. Tais limites são marcados por subducção, terremotos, vulcões, e construção de montanhas.
Curie aponta a temperatura (cerca de 580 graus C) acima da qual uma rocha perde o seu magnetismo.
deep sea trenches longas, estreitas, e muito profundas (até 11 km) bacias orientadas paralelamente aos continentes e associadas à subducção da litosfera oceânica.
litosfera a camada mais externa e rígida da Terra; inclui crosta e manto mais alto e tem cerca de 100 km de espessura.
continuidade do médio-oceano uma cadeia contínua de montanhas no chão de todas as grandes bacias oceânicas que marca o local onde o novo fundo do oceano é criado à medida que duas placas litosféricas se afastam uma da outra.
polaridade normal um campo magnético que tem a mesma direção que a atual da Terra.
paleomagnetismo a magnetização permanente registrada nas rochas que permite a reconstrução do antigo campo magnético da Terra.
Pangaea ou Pangéia o proposto “supercontinente” que começou a se desfazer há 200 milhões de anos atrás para formar os continentes atuais.
plataforma tectônica a teoria que propõe que a litosfera da Terra é quebrada em placas que se movem sobre uma camada plástica no manto. As interações das placas produzem terremotos, vulcões e montanhas.
polaridade invertida um campo magnético com direção oposta à do campo atual da Terra.
transformar a fronteira entre as placas da litosfera que deslizam umas sobre as outras.
subducção de um piso, espalhando uma hipótese, proposta no início dos anos 60, de que o novo fundo do oceano é criado onde duas placas se afastam uma da outra nas cristas do médio-oceano.
zona de subducção uma zona longa e estreita onde uma placa litosférica desce por baixo da outra.
Regresso ao topo
Um MODELO DE PISO MARÍTIMO_6409> INTRODUÇÃO: A criação de um novo fundo do mar em centros de propagação no médio-oceano e a sua destruição em zonas de subducção é um dos muitos ciclos que faz com que a Terra experimente mudanças constantes.
MATERIAIS:
2 folhas de papel de 8,5″ x 11″ (papelão pode ser substituído por 1 das folhas)
régua
lápis de cor ou lápis de cera
tesoura
fita adesiva transparente
fita adesiva de mascaramento
PROCEDIMENTOS: Se o seu professor lhe der um modelo pronto para esta actividade, salte os passos 1-4.
1) Coloque uma folha de papel de encadernação para que o lado comprido fique na sua direcção (Fig. 1).
>
2) Desenhe uma linha vertical no meio do papel com uma altura de 11,5 cm deixando 5 cm em cada lado da linha. Esta linha representa um centro de espalhamento no meio do oceano (Ver Figura 1).
3) Desenhe uma segunda linha vertical à direita da linha central de modo que fique a 3 cm da margem direita do papel. Esta linha representa uma zona de subducção.
4) Desenhe uma terceira linha vertical à esquerda da linha central de modo que fique a 3 cm da borda esquerda do papel. Esta linha representa outra zona de subducção. Quando você terminar, seu pedaço de papel deve se parecer com o diagrama da Figura 1.
Etiquete a crista média do oceano e as zonas de subducção.
5) Com um par de tesouras, corte as linhas verticais para que haja três fendas no papel, todas da mesma altura e paralelas entre si. Para reforçar as fendas feitas, coloque a fita adesiva sobre cada uma delas e corte novamente a fenda através da fita adesiva.
6) Na segunda folha de papel desenhe 11 bandas cada 2,54 cm (1 “largura) perpendiculares à margem longa do papel.
7) Escolha uma cor para representar a polaridade normal e uma segunda para representar a polaridade invertida. As bandas alternativas de cor para representar os períodos de polaridade normal e invertida. Colorir a banda no extremo esquerdo como polaridade invertida.
8) Cortar o papel pela metade paralelamente à borda longa para obter duas tiras de papel como mostrado na Figura 2. Marque as bandas em cada tira com setas para indicar períodos alternados de polaridade normal (seta para cima) e invertida (seta para baixo). Volte para cima
>
9) Insira uma extremidade de cada tira de papel através da linha central de espalhamento no seu primeiro pedaço de papel (ver Figura 3).
10) Puxe cada tira de papel para as fendas mais próximas das margens do papel (as zonas de subducção). Cole cada tira de papel para fazer um laço, como mostrado na Figura 3.
11) Faça circular as fitas de papel (que representam a crosta oceânica) para simular o movimento do fundo do oceano desde o centro de propagação do médio-oceano até a zona de subducção.
Inicie o movimento das fitas com bandas representando a polaridade normal.
QUESTÕES:
1) A Terra tem cerca de 4,6 bilhões de anos. Com base nas observações do seu modelo de propagação no fundo do mar, por que você acha que o fundo do oceano mais antigo tem apenas cerca de 200 milhões de anos?
2) No fundo do oceano real, as faixas alternadas de polaridade normal e invertida não são todas de largura igual. O que é que isto lhe diz sobre os períodos de tempo representados pela polaridade normal e invertida?
