Geologia

Geologia (do grego antigo γῆ (gê) 'terra' e λoγία (-logía) 'estudo de, discurso& #39;) é um ramo da ciência natural preocupado com a Terra e outros objetos astronômicos, as rochas das quais é composto e os processos pelos quais eles mudam ao longo do tempo. A geologia moderna se sobrepõe significativamente a todas as outras ciências da Terra, incluindo a hidrologia. Está integrado com a ciência do sistema terrestre e a ciência planetária.

A geologia descreve a estrutura da Terra em sua superfície e abaixo dela, e os processos que moldaram essa estrutura. Os geólogos estudam a composição mineralógica das rochas para obter informações sobre sua história de formação. A geologia determina as idades relativas das rochas encontradas em um determinado local; a geoquímica (um ramo da geologia) determina suas idades absolutas. Combinando várias ferramentas petrológicas, cristalográficas e paleontológicas, os geólogos são capazes de registrar a história geológica da Terra como um todo. Um aspecto é demonstrar a idade da Terra. A geologia fornece evidências para placas tectônicas, a história evolutiva da vida e os climas passados da Terra.

Os geólogos estudam amplamente as propriedades e processos da Terra e de outros planetas terrestres. Os geólogos usam uma ampla variedade de métodos para entender a estrutura e a evolução da Terra, incluindo trabalho de campo, descrição de rochas, técnicas geofísicas, análise química, experimentos físicos e modelagem numérica. Em termos práticos, a geologia é importante para a exploração e exploração de minerais e hidrocarbonetos, avaliando os recursos hídricos, compreendendo os perigos naturais, remediando os problemas ambientais e fornecendo informações sobre as mudanças climáticas do passado. A geologia é uma importante disciplina acadêmica e é central para a engenharia geológica e desempenha um papel importante na engenharia geotécnica.

Material geológico

A maioria dos dados geológicos vem de pesquisas sobre materiais sólidos da Terra. Meteoritos e outros materiais naturais extraterrestres também são estudados por métodos geológicos.

Minerais

Os minerais são elementos e compostos de ocorrência natural com uma composição química homogênea definida e composição atômica ordenada.

Cada mineral possui propriedades físicas distintas, havendo muitos testes para determinar cada uma delas. Os minerais são frequentemente identificados por meio desses testes. As amostras podem ser testadas para:

• Luster: Qualidade de luz refletida da superfície de um mineral. Exemplos são metálicos, pérolas, depilados, maçantes.
• Cor: Os minerais são agrupados pela sua cor. Principalmente diagnóstico, mas as impurezas podem mudar a cor de um mineral.
• Streak: Executado arranhando a amostra em uma placa de porcelana. A cor da série pode ajudar a nomear o mineral.
• Dureza: A resistência de um mineral a arranhar.
• Padrão de quebra: Um mineral pode mostrar fratura ou clivagem, o primeiro sendo quebra de superfícies irregulares, e o último uma ruptura ao longo de planos paralelos espaçados.
• Gravidade específica: o peso de um volume específico de um mineral.
• Efervescência: Os invólucros gotejam o ácido clorídrico no mineral para testar para esfriar.
• Magnetismo: Invoca usando um ímã para testar o magnetismo.
• Sabor: Os minerais podem ter um sabor distinto, como halite (que sabe como sal de mesa).

Rocha

O ciclo de rocha mostra a relação entre rochas igneas, sedimentares e metamórficas.

Uma rocha é qualquer massa sólida natural ou agregado de minerais ou mineraloides. A maioria das pesquisas em geologia está associada ao estudo das rochas, pois elas fornecem o registro primário da maior parte da história geológica da Terra. Existem três tipos principais de rochas: ígneas, sedimentares e metamórficas. o ciclo das rochas ilustra as relações entre eles (ver diagrama).

Quando uma rocha se solidifica ou cristaliza a partir do derretimento (magma ou lava), é uma rocha ígnea. Esta rocha pode ser desgastada e erodida, depois redepositada e litificada em uma rocha sedimentar. Pode então ser transformada em rocha metamórfica por calor e pressão que alteram seu conteúdo mineral, resultando em um tecido característico. Todos os três tipos podem derreter novamente e, quando isso acontece, um novo magma é formado, a partir do qual uma rocha ígnea pode se solidificar novamente. A matéria orgânica, como carvão, betume, petróleo e gás natural, está ligada principalmente a rochas sedimentares ricas em matéria orgânica.

Ouro nativo da Venezuela

Quartzo do Tibete. O quartzo compõe mais de 10% da crosta terrestre por massa.

Para estudar os três tipos de rocha, os geólogos avaliam os minerais de que são compostos e suas outras propriedades físicas, como textura e tecido.

Material não litificado

Os geólogos também estudam materiais não litificados (referidos como depósitos superficiais) que ficam acima do leito rochoso. Este estudo é muitas vezes conhecido como geologia quaternária, após o período quaternário da história geológica, que é o período mais recente do tempo geológico.

Magma

O magma é a fonte original não litificada de todas as rochas ígneas. O fluxo ativo de rocha fundida é estudado de perto em vulcanologia, e a petrologia ígnea visa determinar a história de rochas ígneas desde sua fonte fundida original até sua cristalização final.

Estrutura da Terra inteira

Placas tectônicas

Convergência oceânica-continental resultando em subdução e arcos vulcânicos ilustra um efeito da tectônica da placa.

As principais placas tectônicas da Terra

Na década de 1960, descobriu-se que a litosfera da Terra, que inclui a crosta e a porção superior rígida do manto superior, é separada em placas tectônicas que se movem através do manto superior sólido, deformador plástico, que é chamada de astenosfera. Esta teoria é apoiada por vários tipos de observações, incluindo a expansão do fundo do mar e a distribuição global de terreno montanhoso e sismicidade.

Existe um acoplamento íntimo entre o movimento das placas na superfície e a convecção do manto (isto é, a transferência de calor causada pelo movimento lento da rocha dúctil do manto). Assim, as placas oceânicas e as correntes de convecção do manto adjacente sempre se movem na mesma direção – porque a litosfera oceânica é na verdade a camada limite térmica superior rígida do manto de convecção. Esse acoplamento entre as placas rígidas que se movem na superfície da Terra e o manto convectivo é chamado de placas tectônicas.

Neste diagrama baseado na tomografia sísmica, as lajes subdutivas estão em margens azuis e continentais e alguns limites de placas estão em vermelho. A blob azul na seção cutaway é a Placa Farallon, que está subdutindo abaixo da América do Norte. Os restos desta placa na superfície da Terra são a placa Juan de Fuca e a placa do explorador, tanto no noroeste dos Estados Unidos quanto no sudoeste do Canadá e a placa de Cocos na costa oeste do México.

O desenvolvimento das placas tectônicas forneceu uma base física para muitas observações da Terra sólida. Longas regiões lineares de características geológicas são explicadas como limites de placas.

Por exemplo:

• Os cumes médio-oceanos, regiões altas no fundo do mar onde existem ventilaçãos hidrotérmicas e vulcões, são vistos como limites divergentes, onde duas placas se deslocam.
• Arcos de vulcões e terremotos são teorizados como limites convergentes, onde uma placa subdutos, ou se move, sob outro.

Os limites de transformação, como o sistema de falha de San Andreas, resultaram em terremotos poderosos generalizados. A tectônica de placas também forneceu um mecanismo para a teoria da deriva continental de Alfred Wegener, na qual os continentes se movem pela superfície da Terra ao longo do tempo geológico. Eles também forneceram uma força motriz para a deformação da crosta e um novo cenário para as observações da geologia estrutural. O poder da teoria das placas tectônicas reside em sua capacidade de combinar todas essas observações em uma única teoria de como a litosfera se move sobre o manto de convecção.

Estrutura da Terra

A estrutura em camadas da Terra. (1) núcleo interno; (2) núcleo externo; (3) manto inferior; (4) manto superior; (5) litosfera; (6) crosta (parte da litosfera)

Estrutura em camadas da Terra. Caminhos de onda típicos de terremotos como estes deram início seismologistas insights sobre a estrutura em camadas da Terra

Avanços em sismologia, modelagem computacional e mineralogia e cristalografia em altas temperaturas e pressões fornecem informações sobre a composição e estrutura interna da Terra.

Os sismólogos podem usar os tempos de chegada das ondas sísmicas para obter imagens do interior da Terra. Os primeiros avanços neste campo mostraram a existência de um núcleo externo líquido (onde as ondas de cisalhamento não eram capazes de se propagar) e um núcleo interno sólido e denso. Esses avanços levaram ao desenvolvimento de um modelo de camadas da Terra, com uma crosta e litosfera no topo, o manto abaixo (separado em si por descontinuidades sísmicas em 410 e 660 quilômetros), e o núcleo externo e o núcleo interno abaixo dele. Mais recentemente, os sismólogos conseguiram criar imagens detalhadas das velocidades das ondas dentro da Terra, da mesma forma que um médico visualiza um corpo em uma tomografia computadorizada. Essas imagens levaram a uma visão muito mais detalhada do interior da Terra e substituíram o modelo de camadas simplificado por um modelo muito mais dinâmico.

Os mineralogistas conseguiram usar os dados de pressão e temperatura dos estudos sísmicos e de modelagem, juntamente com o conhecimento da composição elementar da Terra, para reproduzir essas condições em ambientes experimentais e medir mudanças na estrutura cristalina. Esses estudos explicam as mudanças químicas associadas às principais descontinuidades sísmicas no manto e mostram as estruturas cristalográficas esperadas no núcleo interno da Terra.

Tempo geológico

A escala de tempo geológico abrange a história da Terra. Está entre as primeiras datas do primeiro material do Sistema Solar em 4.567 Ga (ou 4.567 bilhões de anos atrás) e a formação da Terra em 4,54 Ga (4,54 bilhões de anos), que é o início do éon hadeano informalmente reconhecido - uma divisão do tempo geológico. No final da escala, é marcado pelos dias atuais (na época do Holoceno).

Escala de tempo da Terra

As cinco linhas do tempo a seguir mostram a escala de tempo geológico em escala. A primeira mostra todo o tempo desde a formação da Terra até o presente, mas dá pouco espaço para o eon mais recente. A segunda linha do tempo mostra uma visão expandida da era mais recente. De maneira semelhante, a era mais recente é expandida na terceira linha do tempo, o período mais recente é expandido na quarta linha do tempo e a época mais recente é expandida na quinta linha do tempo.

Milhões de anos (1o, 2o, 3o e 4o)
Milhares de anos (5o)

Marcos importantes na Terra

Tempo geológico em um diagrama chamado relógio geológico, mostrando os comprimentos relativos dos eons e eras da história da Terra

• Telecomunicações Ga (gigaannum: bilhões de anos atrás): Formação do sistema solar
• 4.54 Ga: Acreção ou formação da Terra
• C. 4 Ga: Fim do bombardeio pesado tardio, a primeira vida
• c. 3.5 Ga: Início da fotossíntese
• c. 2.3 Ga: Atmosfera oxigenada, primeira bola de neve Terra
• 730–635 Ma (megaannum: million years ago): second snowball Earth
• 541 ± 0,3 Ma: Explosão Cambriana – vasta multiplicação da vida encorpada; primeiros fósseis abundantes; início do Paleozoic
• c. 380 Ma: Primeiros animais de terra vertebrados
• 250 Ma: extinção permiana-tríase – 90% de todos os animais de terra morrem; fim do Paleozoico e início do Mesozoic
• 66 Ma: Extinção Cretaceous-Paleogene – Dinossauros morrem; fim do Mesozoic e início do Cenozoic
• C. 7 Ma: Primeiros hominídeos aparecem
• 3.9 Ma: Primeiro Australopithecus, ancestral direto para Homo sapiens moderno, aparecem
• 200 ka (kiloannum: mil anos atrás): Primeiro moderno Homo sapiens aparecer na África Oriental

Calendário da Lua

Escala de tempo de Marte

Métodos de namoro

Namoro por parentes

As relações de corte cruzada podem ser usadas para determinar as idades relativas de estratos de rocha e outras estruturas geológicas. Explicações: A – estratos de rocha dobrados cortados por uma falha de impulso; B – grande intrusão (corte através de A); C – erosão desconformidade angular (corte A & B) em que estratos de rocha foram depositados; D – dyke vulcânico (corte através de A, B & C); E – mesmo estratos de rocha mais jovens (superando C & D); F – falha normal (cortendo através de A, B, C & E).

Métodos de datação relativa foram desenvolvidos quando a geologia emergiu como uma ciência natural. Os geólogos ainda usam os seguintes princípios hoje como um meio de fornecer informações sobre a história geológica e o tempo dos eventos geológicos.

O princípio do uniformitarismo afirma que os processos geológicos observados em operação que modificam a crosta terrestre no presente funcionaram da mesma maneira ao longo do tempo geológico. Um princípio fundamental da geologia avançado pelo médico e geólogo escocês do século XVIII, James Hutton, é que "o presente é a chave para o passado". Nas palavras de Hutton: "a história passada de nosso globo deve ser explicada pelo que pode ser visto como acontecendo agora."

O princípio das relações intrusivas diz respeito a intrusões transversais. Em geologia, quando uma intrusão ígnea atravessa uma formação de rocha sedimentar, pode-se determinar que a intrusão ígnea é mais jovem que a rocha sedimentar. Diferentes tipos de intrusões incluem estoques, lacoliths, batoliths, soleiras e diques.

O princípio das relações transversais refere-se à formação de falhas e à idade das sequências pelas quais elas cortam. As falhas são mais jovens do que as rochas que cortam; portanto, se for encontrada uma falha que penetre algumas formações, mas não as que estão no topo, então as formações que foram cortadas são mais antigas que a falha e as que não são cortadas devem ser mais jovens que a falha. Encontrar o leito chave nessas situações pode ajudar a determinar se a falha é uma falha normal ou uma falha de impulso.

O princípio de inclusões e componentes afirma que, com rochas sedimentares, se inclusões (ou clastos) forem encontradas em uma formação, então as inclusões devem ser mais antigas que o formação que os contém. Por exemplo, em rochas sedimentares, é comum que o cascalho de uma formação mais antiga seja arrancado e incluído em uma camada mais nova. Uma situação semelhante com rochas ígneas ocorre quando xenólitos são encontrados. Esses corpos estranhos são captados como fluxos de magma ou lava, e são incorporados, para posteriormente resfriar na matriz. Como resultado, os xenólitos são mais antigos do que a rocha que os contém.

O Permian através da estratigrafia jurássica da área de Planalto Colorado do sudeste de Utah é um exemplo da horizontalidade original e da lei da superposição. Estes estratos compõem grande parte das famosas formações rochosas proeminentes em áreas amplamente protegidas espaçadas, como o Parque Nacional Capitol Reef e o Parque Nacional Canyonlands. De cima para baixo: Domes bronzeados arredondados do Navajo Sandstone, formação em camadas de Kayenta vermelho, formando falésia, verticalmente articulado, arenito Wingate vermelho, declive-forming, Formação Chinle purplish, camadas, formação Moenkopi mais leve e branco, forragem formadora em camadas. Imagem de Glen Canyon National Recreation Area, Utah.

O princípio da horizontalidade original afirma que a deposição de sedimentos ocorre como leitos essencialmente horizontais. A observação de sedimentos marinhos e não marinhos modernos em uma ampla variedade de ambientes apóia essa generalização (embora a estratificação cruzada seja inclinada, a orientação geral das unidades de estratificação cruzada é horizontal).

O princípio da superposição afirma que uma camada de rocha sedimentar em uma sequência tectonicamente não perturbada é mais jovem que a abaixo dela e mais velha que a acima. Logicamente uma camada mais jovem não pode deslizar sob uma camada previamente depositada. Este princípio permite que as camadas sedimentares sejam vistas como uma forma de linha do tempo vertical, um registro parcial ou completo do tempo decorrido desde a deposição da camada mais baixa até a deposição do leito mais alto.

O princípio da sucessão faunística baseia-se no aparecimento de fósseis em rochas sedimentares. Como os organismos existem durante o mesmo período em todo o mundo, sua presença ou (às vezes) ausência fornece uma idade relativa das formações onde eles aparecem. Com base nos princípios que William Smith expôs quase cem anos antes da publicação da teoria da evolução de Charles Darwin, os princípios da sucessão se desenvolveram independentemente do pensamento evolutivo. O princípio torna-se bastante complexo, no entanto, dadas as incertezas da fossilização, localização de tipos de fósseis devido a mudanças laterais no habitat (mudança de fácies em estratos sedimentares) e que nem todos os fósseis se formaram globalmente ao mesmo tempo.

Namoro absoluto

O zircon mineral é frequentemente usado em namoro radiométrico.

Os geólogos também usam métodos para determinar a idade absoluta de amostras de rochas e eventos geológicos. Essas datas são úteis por conta própria e também podem ser usadas em conjunto com métodos de datação relativa ou para calibrar métodos relativos.

No início do século 20, o avanço na ciência geológica foi facilitado pela capacidade de obter datas absolutas precisas para eventos geológicos usando isótopos radioativos e outros métodos. Isso mudou a compreensão do tempo geológico. Anteriormente, os geólogos só podiam usar fósseis e correlação estratigráfica para datar seções de rocha umas em relação às outras. Com as datas isotópicas, tornou-se possível atribuir idades absolutas a unidades rochosas, e essas datas absolutas puderam ser aplicadas a sequências fósseis nas quais havia material datável, convertendo as antigas idades relativas em novas idades absolutas.

Para muitas aplicações geológicas, as proporções de isótopos de elementos radioativos são medidas em minerais que fornecem a quantidade de tempo que se passou desde que uma rocha passou por sua temperatura de fechamento específica, o ponto em que diferentes isótopos radiométricos param de se difundir para dentro e para fora do estrutura de cristal. Estes são usados em estudos geocronológicos e termocronológicos. Métodos comuns incluem datação urânio-chumbo, datação potássio-argônio, datação argônio-argônio e datação urânio-tório. Esses métodos são usados para uma variedade de aplicações. A datação de camadas de lava e cinzas vulcânicas encontradas em uma sequência estratigráfica pode fornecer dados de idade absoluta para unidades de rochas sedimentares que não contêm isótopos radioativos e calibrar técnicas de datação relativa. Esses métodos também podem ser usados para determinar as idades de colocação do pluton. Técnicas termoquímicas podem ser usadas para determinar perfis de temperatura dentro da crosta, elevação de cadeias de montanhas e paleotopografia.

O fracionamento dos elementos da série dos lantanídeos é usado para calcular as idades desde que as rochas foram removidas do manto.

Outros métodos são usados para eventos mais recentes. A luminescência opticamente estimulada e a datação por radionuclídeos cosmogênicos são usadas para datar superfícies e/ou taxas de erosão. A dendrocronologia também pode ser usada para a datação de paisagens. A datação por radiocarbono é usada para materiais geologicamente jovens contendo carbono orgânico.

Desenvolvimento geológico de uma área

Uma sequência originalmente horizontal de rochas sedimentares (em tons de bronzeado) são afetadas pela atividade ígnea. No fundo da superfície está uma câmara magma e grandes corpos igneos associados. A câmara magma alimenta o vulcão, e envia tiros de magma que depois se cristalizam em diques e sílabas. Magma também avança para cima para formar corpos igneos intrusivos. O diagrama ilustra tanto um vulcão de cone cinder, que libera cinzas e um vulcão composto, que libera lava e cinza.

Uma ilustração dos três tipos de falhas.
A. As falhas de deslizamento de greve ocorrem quando as unidades de rocha deslizam um do outro.
B. As falhas normais ocorrem quando as rochas estão passando por extensão horizontal.
C. As falhas reversas (ou impulsos) ocorrem quando as rochas estão passando por encurtamento horizontal.

A falha de San Andreas na Califórnia

A geologia de uma área muda ao longo do tempo à medida que as unidades rochosas são depositadas e inseridas, e os processos deformacionais mudam suas formas e localizações.

As unidades de rocha são colocadas primeiro por deposição na superfície ou intrusão na rocha sobrejacente. A deposição pode ocorrer quando os sedimentos se depositam na superfície da Terra e depois se transformam em rocha sedimentar, ou quando o material vulcânico, como cinzas vulcânicas ou fluxos de lava, cobrem a superfície. Intrusões ígneas, como batólitos, lacólitos, diques e soleiras, empurram para cima na rocha sobrejacente e cristalizam à medida que se intrometem.

Após a sequência inicial de rochas ter sido depositada, as unidades de rocha podem ser deformadas e/ou metamorfoseadas. A deformação normalmente ocorre como resultado de encurtamento horizontal, extensão horizontal ou movimento de lado a lado (deslizamento). Esses regimes estruturais se relacionam amplamente com limites convergentes, limites divergentes e limites transformantes, respectivamente, entre placas tectônicas.

Quando as unidades de rocha são colocadas sob compressão horizontal, elas encurtam e se tornam mais espessas. Como as unidades rochosas, exceto as lamas, não mudam significativamente de volume, isso é feito de duas maneiras principais: por falhamento e dobramento. Na crosta rasa, onde pode ocorrer deformação frágil, formam-se falhas de empurrão, que fazem com que a rocha mais profunda se mova sobre a rocha mais rasa. Como as rochas mais profundas costumam ser mais antigas, conforme observado pelo princípio da superposição, isso pode resultar em rochas mais antigas se movendo sobre as mais jovens. O movimento ao longo das falhas pode resultar em dobras, seja porque as falhas não são planas ou porque as camadas rochosas são arrastadas, formando dobras de arrasto à medida que o deslizamento ocorre ao longo da falha. Nas profundezas da Terra, as rochas se comportam plasticamente e se dobram em vez de falhar. Essas dobras podem ser aquelas em que o material no centro da dobra se dobra para cima, criando "antiformas", ou onde se dobra para baixo, criando "sinformas". Se os topos das unidades rochosas dentro das dobras permanecerem apontando para cima, elas são chamadas de anticlinais e sinclinais, respectivamente. Se algumas das unidades na dobra estiverem voltadas para baixo, a estrutura é chamada de anticlinal ou sinclinal invertido, e se todas as unidades rochosas estiverem invertidas ou a direção correta para cima for desconhecida, elas são simplesmente chamadas pelos termos mais gerais, antiformas e sinformas.

Um diagrama de dobras, indicando uma anticline e uma sincronização

Pressões e temperaturas ainda mais altas durante o encurtamento horizontal podem causar dobramento e metamorfismo das rochas. Este metamorfismo causa mudanças na composição mineral das rochas; cria uma foliação, ou superfície plana, que está relacionada ao crescimento mineral sob estresse. Isso pode remover sinais das texturas originais das rochas, como acamamento em rochas sedimentares, características de fluxo de lavas e padrões de cristal em rochas cristalinas.

A extensão faz com que as unidades de rocha como um todo se tornem mais longas e mais finas. Isso é conseguido principalmente através de falhas normais e através do alongamento dúctil e afinamento. Falhas normais derrubam unidades rochosas que são mais altas abaixo daquelas que são mais baixas. Isso normalmente resulta em unidades mais novas terminando abaixo das unidades mais antigas. O alongamento das unidades pode resultar em seu desbaste. De fato, em um local dentro do Maria Fold and Thrust Belt, toda a sequência sedimentar do Grand Canyon aparece em um comprimento de menos de um metro. As rochas na profundidade a serem esticadas ductilmente também são frequentemente metamorfoseadas. Essas rochas esticadas também podem se transformar em lentes, conhecidas como boudins, em homenagem à palavra francesa para "salsicha" devido à sua semelhança visual.

Onde as unidades de rocha deslizam umas sobre as outras, as falhas transcorrentes se desenvolvem em regiões rasas e se tornam zonas de cisalhamento em profundidades mais profundas, onde as rochas se deformam dúctil.

Seção transversal geológica da Montanha Kittatinny. Esta seção transversal mostra rochas metamórficas, sobrepostas por sedimentos mais jovens depositados após o evento metamórfico. Estas unidades de rocha foram posteriormente dobradas e falhadas durante a elevação da montanha.

A adição de novas unidades de rocha, tanto deposicional quanto intrusivamente, geralmente ocorre durante a deformação. Falhas e outros processos deformacionais resultam na criação de gradientes topográficos, fazendo com que o material na unidade rochosa que está aumentando em elevação seja erodido por encostas e canais. Esses sedimentos são depositados na unidade rochosa que está descendo. O movimento contínuo ao longo da falha mantém o gradiente topográfico apesar do movimento do sedimento e continua a criar espaço de acomodação para o depósito do material. Eventos deformacionais também são frequentemente associados ao vulcanismo e à atividade ígnea. Cinzas vulcânicas e lavas se acumulam na superfície e intrusões ígneas entram por baixo. Diques, intrusões ígneas longas e planas, entram ao longo de rachaduras e, portanto, geralmente se formam em grande número em áreas que estão sendo ativamente deformadas. Isso pode resultar na colocação de enxames de diques, como aqueles que são observáveis no escudo canadense, ou anéis de diques ao redor do tubo de lava de um vulcão.

Todos esses processos não ocorrem necessariamente em um único ambiente e não ocorrem necessariamente em uma única ordem. As ilhas havaianas, por exemplo, consistem quase inteiramente de fluxos de lava basáltica em camadas. As sequências sedimentares do meio-continental dos Estados Unidos e do Grand Canyon no sudoeste dos Estados Unidos contêm pilhas quase não deformadas de rochas sedimentares que permaneceram no local desde o período Cambriano. Outras áreas são muito mais geologicamente complexas. No sudoeste dos Estados Unidos, rochas sedimentares, vulcânicas e intrusivas foram metamorfoseadas, falhadas, folheadas e dobradas. Mesmo rochas mais antigas, como o gnaisse Acasta do craton Slave, no noroeste do Canadá, a rocha mais antiga conhecida no mundo, foram metamorfoseadas a ponto de sua origem ser indiscernível sem análise laboratorial. Além disso, esses processos podem ocorrer em etapas. Em muitos lugares, sendo o Grand Canyon no sudoeste dos Estados Unidos um exemplo muito visível, as unidades rochosas inferiores foram metamorfoseadas e deformadas, e então a deformação terminou e as unidades superiores não deformadas foram depositadas. Embora qualquer quantidade de colocação de rocha e deformação de rocha possa ocorrer, e elas possam ocorrer inúmeras vezes, esses conceitos fornecem um guia para a compreensão da história geológica de uma área.

Métodos de geologia

Um trânsito de bolso Brunton padrão, comumente usado por geólogos para mapeamento e levantamento

Os geólogos usam vários campos, laboratórios e métodos de modelagem numérica para decifrar a história da Terra e entender os processos que ocorrem na Terra e dentro dela. Em investigações geológicas típicas, os geólogos usam informações primárias relacionadas à petrologia (o estudo das rochas), estratigrafia (o estudo das camadas sedimentares) e geologia estrutural (o estudo das posições das unidades rochosas e sua deformação). Em muitos casos, os geólogos também estudam solos modernos, rios, paisagens e geleiras; investigue a vida passada e atual e os caminhos biogeoquímicos e use métodos geofísicos para investigar a subsuperfície. As subespecialidades da geologia podem distinguir a geologia endógena da geologia exógena.

Métodos de campo

Um acampamento típico de mapeamento de campo USGS nos anos 50

Hoje, computadores portáteis com GPS e software de sistemas de informação geográfica são frequentemente usados em trabalho de campo geológico (Mapeamento geológico digital).

Um log petrificado em Petrified Forest National Park, Arizona, EUA.

O trabalho de campo geológico varia dependendo da tarefa em mãos. O trabalho de campo típico pode consistir em:

• Mapeamento geológico
  • Mapeamento estrutural: identificar os locais das principais unidades de rocha e as falhas e dobras que levaram à sua colocação lá.
  • Mapeamento Stratigráfico: apontando as localizações das espécies sedimentares (lithofacies e biofacies) ou o mapeamento de isopachs de igual espessura de rocha sedimentar
  • Mapeamento surficial: gravação dos locais de solos e depósitos surficiais
• Pesquisa de características topográficas
  • compilação de mapas topográficos
  • Trabalhe para entender a mudança em paisagens, incluindo:
    • Padrões de erosão e deposição
    • Mudança de canal fluvial através da migração e avulsão
    • Processos de Hillslope
• Mapeamento de subsuperfície através de métodos geofísicos
  • Estes métodos incluem:
    • Inquéritos sísmicos rasos
    • radar de penetração no solo
    • Inquéritos aeromagnéticos
    • Tomografia de resistência elétrica
  • Ajudam em:
    • Exploração de hidrocarbonetos
    • Encontrar águas subterrâneas
    • Localizando artefatos arqueológicos enterrados
• Estratégias de alta resolução
  • Medição e descrição de seções estratiográficas na superfície
  • Poço perfuração e log
• Biogeoquímica e geomicrobiologia
  • Coletar amostras para:
    • determinar vias bioquímicas
    • identificar novas espécies de organismos
    • identificar novos compostos químicos
  • e usar essas descobertas para:
    • compreender a vida precoce na Terra e como funciona e metabolizado
    • encontrar compostos importantes para uso em produtos farmacêuticos
• Paleontologia: escavação de material fóssil
  • Para pesquisa sobre a vida passada e evolução
  • Para museus e educação
• Coleção de amostras para geocronologia e termocronologia
• Glaciologia: medição de características de geleiras e seu movimento

Um microscópio petrográfico.

Uma imagem digitalizada de uma seção fina em luz polarizada cruzada.

Em mineralogia óptica, seções finas são usadas para estudar rochas. O método é baseado nos diferentes índices de refração de diferentes minerais.

Petrologia

Além de identificar rochas no campo (litologia), os petrólogos identificam amostras de rochas em laboratório. Dois dos principais métodos de identificação de rochas em laboratório são a microscopia óptica e o uso de uma microssonda eletrônica. Em uma análise de mineralogia óptica, os petrólogos analisam seções finas de amostras de rocha usando um microscópio petrográfico, onde os minerais podem ser identificados por meio de suas diferentes propriedades em luz polarizada plana e polarizada cruzada, incluindo sua birrefringência, pleocroísmo, geminação e propriedades de interferência com uma lente conoscópica. Na microssonda eletrônica, os locais individuais são analisados quanto às suas composições químicas exatas e variação na composição dentro dos cristais individuais. Estudos de isótopos estáveis e radioativos fornecem informações sobre a evolução geoquímica das unidades rochosas.

Os petrólogos também podem usar dados de inclusão de fluidos e realizar experimentos físicos de alta temperatura e pressão para entender as temperaturas e pressões nas quais diferentes fases minerais aparecem e como elas mudam por meio de processos ígneos e metamórficos. Esta pesquisa pode ser extrapolada para o campo para entender os processos metamórficos e as condições de cristalização das rochas ígneas. Este trabalho também pode ajudar a explicar os processos que ocorrem dentro da Terra, como a subducção e a evolução da câmara de magma.

estratos de rocha dobrada

Geologia estrutural

Um diagrama de uma cunha orogênica. A cunha cresce através da falha no interior e ao longo da principal falha basal, chamado de décollement. Ele constrói sua forma em um gravador crítico, em que os ângulos dentro da cunha permanecem os mesmos que falhas dentro das falhas de equilíbrio material ao longo da decolagem. É análogo a um bulldozer empurrando uma pilha de sujeira, onde o bulldozer é a placa de sobreposição.

Os geólogos estruturais usam a análise microscópica de seções finas orientadas de amostras geológicas para observar o tecido dentro das rochas, o que fornece informações sobre a tensão dentro da estrutura cristalina das rochas. Eles também plotam e combinam medições de estruturas geológicas para entender melhor as orientações de falhas e dobras para reconstruir a história da deformação rochosa na área. Além disso, eles realizam experimentos analógicos e numéricos de deformação de rochas em ambientes grandes e pequenos.

A análise de estruturas geralmente é realizada plotando as orientações de vários recursos em estereoredes. Uma stereonet é uma projeção estereográfica de uma esfera em um plano, na qual os planos são projetados como linhas e as linhas são projetadas como pontos. Estes podem ser usados para encontrar as localizações de eixos de dobra, relações entre falhas e relações entre outras estruturas geológicas.

Entre os experimentos mais conhecidos em geologia estrutural estão aqueles envolvendo cunhas orogênicas, que são zonas nas quais montanhas são construídas ao longo dos limites convergentes das placas tectônicas. Nas versões analógicas desses experimentos, camadas horizontais de areia são puxadas ao longo de uma superfície inferior em uma parada traseira, o que resulta em padrões de falhas de aparência realista e no crescimento de uma cunha orogênica criticamente cônica (todos os ângulos permanecem os mesmos). Os modelos numéricos funcionam da mesma forma que esses modelos analógicos, embora sejam frequentemente mais sofisticados e possam incluir padrões de erosão e soerguimento no cinturão da montanha. Isso ajuda a mostrar a relação entre a erosão e a forma de uma cordilheira. Esses estudos também podem fornecer informações úteis sobre os caminhos do metamorfismo através da pressão, temperatura, espaço e tempo.

Estratigrafia

Diferentes cores mostram os diferentes minerais que compõem o monte Ritagli di Lecca visto de Fondachelli-Fantina, Sicília

No laboratório, os estratígrafos analisam amostras de seções estratigráficas que podem ser retornadas do campo, como as de testemunhos de perfuração. Estratigrafos também analisam dados de levantamentos geofísicos que mostram as localizações de unidades estratigráficas na subsuperfície. Dados geofísicos e registros de poços podem ser combinados para produzir uma visão melhor da subsuperfície, e os estratígrafos costumam usar programas de computador para fazer isso em três dimensões. Os estratígrafos podem então usar esses dados para reconstruir processos antigos que ocorrem na superfície da Terra, interpretar ambientes passados e localizar áreas para extração de água, carvão e hidrocarbonetos.

No laboratório, os bioestratígrafos analisam amostras de rochas de afloramentos e perfuram núcleos em busca dos fósseis encontrados nelas. Esses fósseis ajudam os cientistas a datar o núcleo e a entender o ambiente deposicional no qual as unidades rochosas se formaram. Os geocronologistas datam com precisão as rochas dentro da seção estratigráfica para fornecer melhores limites absolutos sobre o tempo e as taxas de deposição. Os estratígrafos magnéticos procuram sinais de inversões magnéticas em unidades de rocha ígnea dentro dos núcleos de perfuração. Outros cientistas realizam estudos de isótopos estáveis nas rochas para obter informações sobre o clima do passado.

Geologia planetária

Superfície de Marte como fotografado pelo aterro Viking 2 Dezembro 9, 1977

Com o advento da exploração espacial no século XX, os geólogos começaram a olhar para outros corpos planetários da mesma forma que foram desenvolvidos para estudar a Terra. Este novo campo de estudo é chamado de geologia planetária (às vezes conhecida como astrogeologia) e se baseia em princípios geológicos conhecidos para estudar outros corpos do sistema solar. Este é um aspecto importante da ciência planetária e se concentra principalmente nos planetas terrestres, luas geladas, asteroides, cometas e meteoritos. No entanto, alguns geofísicos planetários estudam os planetas gigantes e exoplanetas.

Embora o prefixo de origem grega geo se refira à Terra, "geologia" é freqüentemente usado em conjunto com os nomes de outros corpos planetários ao descrever sua composição e processos internos: exemplos são "a geologia de Marte" e "geologia lunar". Termos especializados como selenologia (estudos da Lua), areologia (de Marte), etc., também são usados.

Embora os geólogos planetários estejam interessados em estudar todos os aspectos de outros planetas, um foco significativo é a busca de evidências de vida passada ou presente em outros mundos. Isso levou a muitas missões cujo objetivo principal ou auxiliar é examinar os corpos planetários em busca de evidências de vida. Uma delas é a sonda Phoenix, que analisou o solo polar marciano em busca de água, componentes químicos e mineralógicos relacionados a processos biológicos.

Geologia aplicada

Um homem a pedir ouro no Mokelumne. Harper's Weekly: How We Got Gold in California. 1860

Geologia econômica

A geologia econômica é um ramo da geologia que lida com aspectos dos minerais econômicos que a humanidade usa para atender a várias necessidades. Minerais econômicos são aqueles extraídos com lucro para vários usos práticos. Os geólogos econômicos ajudam a localizar e gerenciar os recursos naturais da Terra, como petróleo e carvão, bem como recursos minerais, que incluem metais como ferro, cobre e urânio.

Geologia de mineração

A geologia mineira consiste na extracção de recursos minerais da Terra. Alguns recursos de interesse econômico incluem pedras preciosas, metais como ouro e cobre e muitos minerais como amianto, perlita, mica, fosfatos, zeólitos, argila, pedra-pomes, quartzo e sílica, além de elementos como enxofre, cloro e hélio.

Geologia do petróleo

Mudar log no processo, uma maneira comum de estudar a litologia ao perfurar poços de óleo

Os geólogos do petróleo estudam os locais do subsolo da Terra que podem conter hidrocarbonetos extraíveis, especialmente petróleo e gás natural. Como muitos desses reservatórios são encontrados em bacias sedimentares, eles estudam a formação dessas bacias, bem como sua evolução sedimentar e tectônica e as posições atuais das unidades rochosas.

Geologia de engenharia

A geologia de engenharia é a aplicação de princípios geológicos à prática de engenharia com o objetivo de assegurar que os fatores geológicos que afetam a localização, projeto, construção, operação e manutenção de obras de engenharia sejam adequadamente tratados. A geologia de engenharia é distinta da engenharia geológica, particularmente na América do Norte.

Uma criança bebe água de um poço construído como parte de um projeto humanitário hidrogeológico no Quênia

No campo da construção civil, são utilizados princípios e análises geológicas para apurar os princípios mecânicos do material sobre o qual as estruturas são construídas. Isso permite que túneis sejam construídos sem desmoronar, pontes e arranha-céus sejam construídos com fundações robustas e edifícios sejam construídos que não se assentarão em argila e lama.

Hidrologia

A geologia e os princípios geológicos podem ser aplicados a vários problemas ambientais, como a restauração de riachos, a restauração de brownfields e a compreensão da interação entre o habitat natural e o ambiente geológico. A hidrologia de águas subterrâneas, ou hidrogeologia, é usada para localizar águas subterrâneas, que muitas vezes podem fornecer um suprimento imediato de água não contaminada e é especialmente importante em regiões áridas, e para monitorar a propagação de contaminantes em poços de águas subterrâneas.

Paleoclimatologia

Os geólogos também obtêm dados por meio de estratigrafia, furos, amostras de núcleo e núcleos de gelo. Núcleos de gelo e núcleos de sedimentos são usados para reconstruções paleoclimáticas, que informam aos geólogos sobre temperatura, precipitação e nível do mar no passado e no presente em todo o mundo. Esses conjuntos de dados são nossa principal fonte de informações sobre mudanças climáticas globais fora dos dados instrumentais.

Riscos naturais

Rockfall no Grand Canyon

Geólogos e geofísicos estudam riscos naturais para promulgar códigos de construção seguros e sistemas de alerta que são usados para evitar a perda de propriedades e vidas. Exemplos de riscos naturais importantes que são pertinentes à geologia (em oposição àqueles que são principalmente ou apenas pertinentes à meteorologia) são:

História

O mapa geológico de William Smith de Inglaterra, País de Gales e sul da Escócia. Concluído em 1815, foi o segundo mapa geológico de escala nacional e, de longe, o mais preciso de seu tempo.

O estudo do material físico da Terra remonta pelo menos à Grécia antiga, quando Teofrasto (372–287 aC) escreveu a obra Peri Lithon (Sobre as pedras). Durante o período romano, Plínio, o Velho, escreveu em detalhes sobre os muitos minerais e metais, então em uso prático - até mesmo observando corretamente a origem do âmbar. Além disso, no século IV aC, Aristóteles fez observações críticas sobre a lenta taxa de mudança geológica. Ele observou a composição da terra e formulou uma teoria em que a Terra muda lentamente e que essas mudanças não podem ser observadas durante a vida de uma pessoa. Aristóteles desenvolveu um dos primeiros conceitos baseados em evidências conectados ao reino geológico sobre a taxa na qual a Terra muda fisicamente.

Abu al-Rayhan al-Biruni (973–1048 EC) foi um dos primeiros geólogos persas, cujas obras incluíam os primeiros escritos sobre a geologia da Índia, levantando a hipótese de que o subcontinente indiano já foi um mar. Baseando-se na literatura científica grega e indiana que não foi destruída pelas conquistas muçulmanas, o estudioso persa Ibn Sina (Avicenna, 981–1037) propôs explicações detalhadas para a formação de montanhas, a origem dos terremotos e outros tópicos centrais para a geologia moderna, que forneceu uma base essencial para o desenvolvimento posterior da ciência. Na China, o polímata Shen Kuo (1031-1095) formulou uma hipótese para o processo de formação da terra: com base em sua observação de fósseis de conchas de animais em um estrato geológico de uma montanha a centenas de quilômetros do oceano, ele inferiu que a terra era formado pela erosão das montanhas e pela deposição de lodo.

Georgius Agricola (1494–1555) publicou seu trabalho inovador De Natura Fossilium em 1546 e é visto como o fundador da geologia como disciplina científica.

Nicolas Steno (1638–1686) é creditado com a lei da superposição, o princípio da horizontalidade original e o princípio da continuidade lateral: três princípios definidores da estratigrafia.

A palavra geologia foi usada pela primeira vez por Ulisse Aldrovandi em 1603, depois por Jean-André Deluc em 1778 e introduzida como um termo fixo por Horace-Bénédict de Saussure em 1779. A palavra é derivada de o grego γῆ, gê, significando "terra" e λόγος, logos, significando "fala". Mas de acordo com outra fonte, a palavra "geologia" vem de um norueguês, Mikkel Pedersøn Escholt (1600-1669), que era um padre e estudioso. Escholt usou a definição pela primeira vez em seu livro intitulado Geologia Norvegica (1657).

William Smith (1769–1839) desenhou alguns dos primeiros mapas geológicos e iniciou o processo de ordenação de estratos rochosos (camadas) examinando os fósseis contidos neles.

Em 1763, Mikhail Lomonosov publicou seu tratado Sobre os Estratos da Terra. Sua obra foi a primeira narrativa da geologia moderna, baseada na unidade dos processos no tempo e na explicação do passado da Terra a partir do presente.

James Hutton (1726-1797) é frequentemente considerado o primeiro geólogo moderno. Em 1785 ele apresentou um artigo intitulado Teoria da Terra para a Royal Society de Edimburgo. Em seu artigo, ele explicou sua teoria de que a Terra deve ser muito mais velha do que se supunha anteriormente para permitir tempo suficiente para que as montanhas fossem erodidas e para que os sedimentos formassem novas rochas no fundo do mar, que por sua vez foram levantadas até tornar-se terra seca. Hutton publicou uma versão em dois volumes de suas ideias em 1795.

Os seguidores de Hutton eram conhecidos como Plutonistas porque acreditavam que algumas rochas foram formadas por vulcanismo, que é a deposição de lava de vulcões, em oposição ao Neptunistas, liderados por Abraham Werner, que acreditavam que todas as rochas se originaram de um grande oceano cujo nível caiu gradualmente com o tempo.

O primeiro mapa geológico dos EUA foi produzido em 1809 por William Maclure. Em 1807, Maclure iniciou a tarefa auto-imposta de fazer um levantamento geológico dos Estados Unidos. Quase todos os estados da União foram percorridos e mapeados por ele, as montanhas Allegheny sendo cruzadas e recruzadas cerca de 50 vezes. Os resultados de seus trabalhos sem ajuda foram submetidos à American Philosophical Society em um livro de memórias intitulado Observations on the Geology of the United States explanatory of a Geological Map, e publicado no Society's Transações, juntamente com o primeiro mapa geológico do país. Isso antecede o mapa geológico de William Smith da Inglaterra em seis anos, embora tenha sido construído usando uma classificação diferente de rochas.

Sir Charles Lyell (1797-1875) publicou pela primeira vez seu famoso livro, Principles of Geology, em 1830. Este livro, que influenciou o pensamento de Charles Darwin, promoveu com sucesso a doutrina do uniformitarismo. Esta teoria afirma que processos geológicos lentos ocorreram ao longo da história da Terra e ainda estão ocorrendo hoje. Em contraste, o catastrofismo é a teoria de que as características da Terra se formaram em eventos únicos e catastróficos e permaneceram inalterados depois disso. Embora Hutton acreditasse no uniformitarismo, a ideia não foi amplamente aceita na época.

Grande parte da geologia do século XIX girava em torno da questão da idade exata da Terra. As estimativas variaram de algumas centenas de milhares a bilhões de anos. No início do século 20, a datação radiométrica permitiu que a idade da Terra fosse estimada em dois bilhões de anos. A consciência dessa vasta quantidade de tempo abriu as portas para novas teorias sobre os processos que moldaram o planeta.

Alguns dos avanços mais significativos na geologia do século 20 foram o desenvolvimento da teoria das placas tectônicas na década de 1960 e o refinamento das estimativas da idade do planeta. A teoria das placas tectônicas surgiu de duas observações geológicas separadas: expansão do fundo do mar e deriva continental. A teoria revolucionou as ciências da Terra. Hoje, sabe-se que a Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de anos.

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  Georgius Agricola, mineralogista alemão, fundador da geologia como um campo científico.

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  Mikhail Lomonosov, polimate russo, autor do primeiro tratado sistemático em geologia científica (1763)

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  James Hutton, geólogo escocês e pai da geologia moderna

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  John Tuzo Wilson, geofísico canadense e pai de placas tectônicas

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  O volcanologista David A. Johnston 13 horas antes de sua morte no
  1980 erupção do Monte St. Helens

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