O planeta Terra e sua estrutura

Por Wagner Souza-Lima

O planeta Terra

O planeta Terra é nosso endereço no universo. Embora o endereço seja fixo, nosso planeta é bem agitado. Ele nunca permaneceu o mesmo desde a sua criação. Pelo contrário, muda a cada momento, a cada segundo, ao longo dos anos, milhões de anos. Nada permanece igual. Para um planeta com quase cinco bilhões de anos de idade, nossa escala de observador, que às vezes mal chega aos cem anos, é muito pequena, mas mesmo assim pode-se notar algumas mudanças: a modificação dos cursos dos rios, o movimento das dunas pelos ventos, os vulcões em erupção, o derretimento das calotas polares, o movimento dos mares pela ação das marés. Todas essas mudanças ocorrem naturalmente, embora o homem tenha a capacidade de acelerar algumas delas e modificar o equilíbrio do planeta. Se a Terra é nossa casa, nós deveríamos ter muito mais cuidado e preocupação com o nosso planeta, concorda?

Representação esquemática do sistema Solar. O Sol, planetas, planetas anões e luas estão em escala para seus tamanhos relativos, não para distâncias. Na parte inferior há uma escala separada de distância. As luas são listadas perto de seus planetas pela proximidade de suas órbitas – apenas as maiores são mostradas.
Fonte: Versão portuguesa de ilustração de Beinahegut, disponibilizada sob licença CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en).

Pelo que sabemos no momento, apenas nosso planeta tem o privilégio de apresentar vida. Mas em um universo tão imenso, é uma situação pouco provável. A Terra, o terceiro planeta mais próximo do Sol, não é o menor deles, sendo maior que Plutão (hoje considerado um planeta anão), Mercúrio, Marte e Vênus. Mas é consideravelmente menor que Netuno, Urano, Saturno e Júpiter, o maior deles. Porém, quando comparado ao Sol, o tamanho de Júpiter é insignificante. Mesmo o Sol é minúsculo quando comparado a outras estrelas, como Antares. E por aí vai… A Terra é o maior e mais denso dos quatro planetas internos (também conhecidos como planetas terrestres – Mercúrio, Vênus, Terra e Marte).

Quer saber mais sobre os planetas do Sistema Solar? Você pode visitar cada um deles! Tecle no botão abaixo:

Estrutura da Terra

A Terra não é redonda. Mas não é plana! Brincadeiras à parte, o formato do nosso planeta é denominado de GEOIDE. Uma das primeiras comprovações do formato da Terra foi feita pelo matemático e astrônomo grego Eratóstenes (276-195/194 a.C.), que estimou a circunferência da Terra usando as diferenças entre o ângulo de incidência do sol e o tamanho da sombra gerada por dois marcos de tamanhos iguais posicionados em dois pontos distintos, separados por centenas de quilômetros. Contudo, a suposição de que a Terra seria esférica remonta há alguns séculos antes, com Pitágoras (570-495 a.C.) e Aristóteles (384-322 a.C.). A circum-navegação do planeta feita por Fernão de Magalhães no séc. 16 (1519-1522) foi uma prova incontestável da esfericidade da Terra. Várias outras técnicas foram aplicadas ao longo dos séculos para refinar a compreensão do formato do nosso planeta, e hoje dispomos de muitas tecnologias modernas que estimam a forma da Terra com grande precisão.

Representação esquemática do experimento de Eratóstenes. Ele estimou a circunferência da Terra usando as diferenças entre o ângulo de incidência do sol e o tamanho da sombra gerada por dois marcos de tamanhos iguais posicionados em dois pontos distintos, Alexandria e Syene (atual Assuam), cuja distância era conhecida. Assim, pode calcular a circunferência pelo cálculo (360°/ângulo) x D. Fonte ilustração: Wagner Souza-Lima, 2020 (CC BY-NC 4.0).

O geoide é um modelo matemático que se aproxima da forma real do planeta, pois além das variações do relevo, a Terra tem um diâmetro maior no equador, sendo mais achatada nos polos. O diâmetro da Terra no equador é de 12.756 km, enquanto que nos polos é de 12.713 km. São 43 km de diferença! O geoide é o que se denomina de “superfície equipotencial”, coincidindo, em média, com o nível médio dos mares.

No nosso dia-a-dia, apenas observamos uma porção muito superficial da Terra. Para se ter uma ideia do quão superficial podemos avaliar diretamente nosso planeta, a perfuração mais profunda realizada na Terra foi feita na planície de Kola, na Rússia, entre 1970 e 1994, atingindo 12261 m. Isso corresponde aproximadamente a menos de 0,1 % do diâmetro da Terra! O projeto acabou sendo abandonado, pois as altas temperaturas no interior do poço inviabilizavam o uso dos equipamentos de perfuração (estimava-se em 300°C a temperatura a 15 mil metros de profundidade, que era o objetivo do projeto). Assim, como podemos compreender a estrutura interna do nosso planeta?

O conhecimento da estrutura da Terra é possível através do estudo da propagação das ondas sísmicas, geradas pelos terremotos. Estas ondas, ao serem geradas, atravessam as várias camadas do planeta e interagem de acordo com sua composição e propriedades físicas, refratando-se ou curvando-se, como acontece com os raios de luz. Como a velocidade das ondas sísmicas depende da densidade das rochas, medindo-se o tempo que estas ondas levam para percorrer uma camada (tempo de trânsito), pode-se obter a sua densidade.

O primeiro pesquisador a vislumbrar a importância do estudo das ondas sísmicas para a compreensão da estrutura interna da Terra foi o geólogo irlandês Richard Oldham (1858-1936). Estudando a propagação das ondas sísmicas geradas pelos terremotos, ele identificou as chegadas independentes das ondas P e S nos sismogramas e, através de cálculos matemáticos, concluiu que a Terra possuía um núcleo correspondente a cerca de 40% do seu raio.

Esquema de uma seção do planeta Terra mostrando sua subdivisão interna e o comportamento diferente entre as ondas S e P. Como as ondas S não se propagam pelo núcleo externo, interpreta-se que ele esteja em estado líquido. Isso gera uma grande zona de sombra no hemisfério oposto ao epicentro do terremoto. Já as ondas P se propagam, porém por sofrerem refração, acabam gerando um anel de sombra no mesmo hemisfério. Sabendo-se a velocidade das ondas em cada porção do planeta e o tempo levado na sua propagação, calcula-se a densidade de cada camada. Fonte ilustração: Wagner Souza-Lima, 2020 (CC BY-NC 4.0).

Hoje sabe-se que a Terra não é homogênea, mas composta por camadas, cada uma delas de composição e propriedades físicas bem diferentes. São três as camadas principais: CROSTA, MANTO e NÚCLEO.

O manto é sólido (embora sua porção superior seja menos rígida) pelo fato de que as ondas sísmicas S e P viajam pelo seu interior. Já quando estas ondas atingem o núcleo externo, elas sofrem refração, mostrando que o núcleo é mais denso. Porém as ondas S não atravessam o núcleo externo, evidenciando que ele está em estado líquido.

Há uma interessante página interativa sobre a propagação das ondas sísmicas aqui.

A CROSTA é a camada mais externa da Terra, e sobre ela habitamos. Ela é diferenciada em CROSTA CONTINENTAL e CROSTA OCEÂNICA, apresentando diferentes composições e espessuras variáveis. A crosta continental é composta predominantemente por minerais silicatos de alumínio, de composição mais semelhante a um granito, sendo por este motivo também denominada informalmente de SiAl. Sua espessura varia entre 25 e 70 km, estando as maiores espessuras associadas às cadeias de montanhas. A crosta oceânica apresenta espessura bem menor, entre 5 e 10 km. É composta principalmente por silicatos de magnésio, e por isso também denominada de SiMa (embora o símbolo do magnésio seja Mg…). Por ser mais rica em ferro, apresenta maior densidade do que a crosta continental, possuindo uma composição semelhante ao basalto.

Abaixo da crosta encontra-se o MANTO, a camada mais espessa da Terra. É também subdividido em duas camadas, o manto superior e o inferior. O manto superior estende-se entre cerca de 30 km e 400 km de profundidade, e o manto inferior daí até cerca de 2.900 km de profundidade. O manto superior, logo abaixo da crosta, apresenta propriedades físicas muito semelhantes à crosta, sendo, como ela, relativamente rígido. O conjunto formado pela crosta e por esta parte mais superior do manto é denominado de LITOSFERA. Abaixo dela, as temperaturas já são bem maiores, compostas por minerais ricos em ferro e magnésio, e menos rígida do que a litosfera, sendo denominado de ASTENOSFERA.

A camada mais interna é denominada NÚCLEO, e está subdividida em duas camadas. Acredita-se que o núcleo interno seja sólido e composto por uma mistura de ferro e níquel, e estaria situado entre 5.150 km e o centro do planeta. A parte mais externa seria composta pelos mesmos metais, porém em estado de fusão, situando-se entre 2.900 e 5.150 km. A temperatura no centro da Terra, a cerca de 6.370 km de profundidade, é estimada em 5.000°C. Estudos mostram que o núcleo da Terra gira um pouco mais rápido do que o restante do planeta, o que geraria uma corrente elétrica que seria responsável pelo magnetismo terrestre.