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1.3: A Terra Sólida - Biologia

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FORMAÇÃO E ESTRUTURA DA TERRA

A Terra se formou há aproximadamente 4,6 bilhões de anos a partir de uma nuvem nebular de poeira e gás que cercou o sol. Eventualmente, corpos de vários quilômetros de diâmetro se formaram; estes são conhecidos como planetesimais. Este processo continuou até que um planeta do tamanho da Terra se formou.

No início de sua formação, a terra deve ter sido completamente derretida. A principal fonte de calor naquela época era provavelmente a decomposição de elementos radioativos de ocorrência natural. À medida que a Terra esfriava, as diferenças de densidade entre os minerais em formação fizeram com que o interior se diferenciasse em três zonas concêntricas: a crosta, o manto e o núcleo. A crosta se estende para baixo desde a superfície até uma profundidade média de 35 km, onde começa o manto. O manto se estende até uma profundidade de 2.900 km, onde o núcleo começa. O núcleo se estende até o centro da terra, a uma profundidade de cerca de 6.400 km da superfície.

o essencial constitui 16 por cento do volume da Terra e cerca de 31 por cento da massa. Ele pode ser dividido em duas regiões: um núcleo interno sólido e um núcleo externo líquido. O núcleo interno é provavelmente principalmente ferro metálico ligado com uma pequena quantidade de níquel, pois sua densidade é um pouco maior do que a do ferro metálico puro. O núcleo externo é semelhante em composição, mas provavelmente também contém pequenas quantidades de elementos mais leves, como enxofre e oxigênio, porque sua densidade é ligeiramente menor que a do ferro metálico puro. A presença de elementos mais leves deprime o ponto de congelamento e é provavelmente responsável pelo estado líquido do núcleo externo.

o manto é a maior camada da Terra, constituindo cerca de 82% do volume e 68% da massa da Terra. O manto é dominado por minerais ricos em magnésio e ferro (máficos). O calor do núcleo da terra é transportado para a região crustal por convecção em grande escala no manto. Perto do topo do manto está uma região de rocha parcialmente derretida chamada de astenosfera. Numerosas correntes de convecção em pequena escala ocorrem aqui como quentes magma (isto é, rocha derretida) sobe e o magma mais frio afunda devido às diferenças na densidade.

o crosta é a camada mais fina da Terra, constituindo apenas 1% da massa e 2% do volume. Em relação ao resto da Terra, a crosta é rica em elementos como silício, alumínio, cálcio, sódio e potássio. Os materiais crustais são muito diversos, consistindo em mais de 2.000 minerais. A crosta menos densa flutua sobre o manto em duas formas: a crosta continental e a crosta oceânica. A crosta oceânica, que contém mais minerais máficos é mais fina e densa que a crosta continental, que contém minerais mais ricos em silício e alumínio. A espessa crosta continental tem raízes profundas e flutuantes que ajudam a suportar as elevações mais altas acima. A crosta contém os recursos minerais e os combustíveis fósseis usados ​​pelo homem.

ESCALA DE TEMPO GEOLÓGICO

A fim de descrever as relações temporais entre as formações rochosas e os fósseis, os cientistas desenvolveram uma escala de tempo geológico em que a história da terra é dividida e subdividida em divisões de tempo. Os três éons (Fanerozóico, Proterozóico, e Arqueano) representam as maiores divisões de tempo (medidas em bilhões de anos). Eles, por sua vez, são subdivididos em Eras, Períodos e Épocas. As principais descontinuidades no registro geológico e no registro biológico (fóssil) correspondente são escolhidas como linhas de limite entre os diferentes segmentos de tempo. Por exemplo, a fronteira do Cretáceo-Terciário (65 milhões de anos atrás) marca uma súbita extinção em massa de espécies, incluindo os dinossauros. Por meio do uso de técnicas quantitativas modernas, algumas rochas e matéria orgânica podem ser datadas com precisão usando o decaimento de isótopos radioativos de ocorrência natural. Portanto, idades absolutas podem ser atribuídas a algumas partes da escala de tempo geológica.

A LITOSFERA E A TECTÓNICA DA PLACA

A camada do manto acima da astenosfera mais a crosta inteira formam uma região chamada litosfera. A litosfera e, portanto, a crosta terrestre, não é uma concha contínua, mas é quebrada em uma série de placas que "flutuam" independentemente sobre a astenosfera, como uma jangada no oceano. Essas placas estão em movimento constante, normalmente se movendo alguns centímetros por ano, e são movidas por convecção no manto. A teoria científica que descreve este fenômeno é chamada placas tectônicas. De acordo com a teoria das placas tectônicas, a litosfera é composta por cerca de sete placas principais e várias placas menores. Como essas placas estão em movimento constante, as interações ocorrem onde os limites das placas se encontram.

Um limite de placa convergente (colidindo) ocorre quando duas placas colidem. Se a fronteira convergente envolve duas placas continentais, a crosta é comprimida em cadeias de montanhas altas, como o Himalaia. Se uma placa oceânica e uma placa continental colidem, a crosta oceânica (por ser mais densa) é subduzida sob a crosta continental. A região onde ocorre a subducção é chamada de zona de subducção e geralmente resulta em uma vala oceânica profunda, como a "Fossa das Marianas" no oeste do oceano Pacífico. A crosta subduzida derrete e o magma resultante pode subir à superfície e formar um vulcão. UMA placa divergente limite ocorre quando duas placas se afastam uma da outra. O magma ressurgindo da região do manto é forçado através das fissuras resultantes, formando uma nova crosta. A dorsal meso-oceânica do oceano Atlântico é uma região onde novo material crustal se forma continuamente à medida que as placas divergem. Vulcões também podem ocorrer em limites divergentes. A ilha da Islândia é um exemplo de tal ocorrência. Um terceiro tipo de limite de placa é o limite de transformação. Isso ocorre quando duas placas deslizam uma sobre a outra. Essa interação pode criar tensão nas regiões adjacentes da crosta terrestre, resultando em terremotos quando a tensão é liberada. A falha de San Andreas na Califórnia é um exemplo de limite de placa de transformação.

PERTURBAÇÕES GEOLÓGICAS

VULCÕES

Um ativo vulcão ocorre quando magma (lava) atinge a superfície da Terra por meio de uma rachadura ou abertura na crosta. A atividade vulcânica pode envolver a extrusão de lava na superfície, a ejeção de rocha sólida e cinzas e a liberação de vapor d'água ou gás (dióxido de carbono ou dióxido de enxofre). Vulcões geralmente ocorrem perto dos limites das placas, onde o movimento das placas criou rachaduras na litosfera através das quais o magma pode fluir. Cerca de oitenta por cento dos vulcões ocorrem em limites de placas convergentes, onde o material subductado se derrete e sobe através de rachaduras na crosta. A Cordilheira Cascade foi formada desta forma.

Os vulcões podem ser classificados de acordo com o tipo e a forma de seu material ejetado. Os tipos básicos são: vulcões compostos, vulcões blindados, cones de cinzas e cúpulas de lava. Vulcões compostos são cones simétricos de lados íngremes, construídos com várias camadas de lava viscosa e cinzas. A maioria dos vulcões compostos tem uma cratera no cume que contém a abertura central. Lavas fluem de quebras na parede da cratera ou de rachaduras nos flancos do cone. O Monte Fuji no Japão e o Monte Ranier em Washington são exemplos de vulcões compostos.

Vulcões de escudo são construídos quase inteiramente com fluxos de lava altamente fluidos (baixa viscosidade). Eles se formam lentamente a partir de numerosos fluxos que se espalham por uma ampla área de uma abertura central. A estrutura resultante é um cone largo e suavemente inclinado com um perfil como o escudo de um guerreiro. O Monte Kilauea, no Havaí, é um exemplo de vulcão em escudo.

Cones de cinzas são o tipo mais simples de vulcão. Eles se formam quando a lava explodida violentamente na área se quebra em pequenos fragmentos que se solidificam e caem como cinzas. Uma forma de cone com lados íngremes é formada ao redor da abertura, com uma cratera no cume. A cratera do pôr do sol no Arizona é um cone de cinzas que se formou há menos de mil anos, interrompendo a vida dos habitantes nativos da região.

Cúpulas de lava são formados quando lava altamente viscosa é expulsa de uma abertura e forma uma cúpula arredondada com lados íngremes. A lava se acumula ao redor e na abertura em vez de fluir, principalmente crescendo por expansão a partir de dentro. Os domos de lava geralmente ocorrem dentro das crateras ou nos flancos de vulcões compostos.

TERREMOTOS

Um terremoto ocorre quando a deformação acumulada em uma massa rochosa faz com que ela se rompa repentinamente. A região onde ocorre a ruptura é chamada de foco. Muitas vezes, fica bem abaixo da superfície da crosta. O ponto na superfície diretamente acima do foco é chamado de epicentro. Ondas destrutivas se propagam para fora da região do terremoto, viajando por toda a Terra. A magnitude de um terremoto é uma medida da quantidade total de energia liberada. A primeira etapa para determinar a magnitude é medir as ondas propagadas usando um dispositivo chamado sismógrafo. Com base nessas informações, o terremoto recebe uma classificação numérica em uma Escala Richter. A escala é logarítmica, portanto, uma diferença de uma unidade significa uma diferença de dez vezes na intensidade da onda, o que corresponde a uma diferença de energia de 32 vezes. A intensidade de um terremoto é um indicador do efeito de um terremoto em um determinado local. O efeito depende não apenas da magnitude do terremoto, mas também dos tipos de materiais subterrâneos e da estrutura e desenho das estruturas superficiais.

Os terremotos geralmente ocorrem ao longo de quebras na massa rochosa conhecida como falhas, panes, e a maioria ocorre em regiões próximas aos limites das placas. Cerca de 80 por cento de todos os terremotos ocorrem perto dos limites das placas convergentes, desencadeados pela interação das placas. Os terremotos também são frequentemente associados à atividade vulcânica devido ao movimento do magma subterrâneo. Quando um terremoto ocorre no fundo do oceano, ele pode desencadear uma onda destrutiva conhecida como tsunami.

ROCHAS E O CICLO DA ROCHA

A crosta terrestre é composta por muitos tipos de rochas, cada uma delas composta por um ou mais minerais. As rochas podem ser classificadas em três grupos básicos: ígneas, sedimentares e metamórficas. Rochas ígneas são o tipo de rocha mais comum encontrado na crosta terrestre. Eles se formam quando o magma esfria e cristaliza na subsuperfície (rochas ígneas intrusivas) ou a lava esfria e cristaliza na superfície (rochas ígneas extrusivas). O granito é um exemplo de rocha ígnea intrusiva, enquanto o basalto é uma rocha ígnea extrusiva.

Rochas sedimentares são formados pela consolidação dos fragmentos intemperizados de rochas pré-existentes, pela precipitação de minerais da solução ou pela compactação de restos de organismos vivos. Os processos que envolvem fragmentos de rocha intemperizados incluem erosão e transporte pelo vento, água ou gelo, seguido de deposição como sedimentos. À medida que os sedimentos se acumulam ao longo do tempo, aqueles no fundo são compactados. Eles são cimentados por minerais precipitados da solução e se transformam em rochas.

O processo de compactação e cimentação é conhecido como litificação. Alguns tipos comuns de rochas sedimentares são calcário, xisto e arenito. O gesso representa uma rocha sedimentar precipitada da solução. Os combustíveis fósseis, como carvão e xisto betuminoso, são rochas sedimentares formadas a partir de matéria orgânica.

Rochas metamórficas são formados quando rochas sólidas ígneas, sedimentares ou metamórficas mudam em resposta à temperatura e pressão elevadas e / ou fluidos quimicamente ativos. Essa alteração geralmente ocorre abaixo da superfície. Pode envolver uma mudança na textura (recristalização), uma mudança na mineralogia ou ambos. O mármore é uma forma metamorfoseada de calcário, enquanto a ardósia é o xisto transformado. O antracito é uma forma metamórfica de carvão.

o ciclo das rochas ilustra as conexões entre os processos internos e externos da Terra e como os três grupos básicos de rochas estão relacionados uns com os outros. Os processos internos incluem fusão e metamorfismo devido à temperatura e pressão elevadas. As correntes convectivas no manto mantêm a crosta em movimento constante (placas tectônicas). Rochas enterradas são trazidas para a superfície (levantamento), e rochas superficiais e sedimentos são transportados para a região do manto superior (subducção).

Dois processos externos importantes no ciclo das rochas são intemperismo e erosão. Intemperismo é o processo pelo qual os materiais rochosos são decompostos em pedaços menores e / ou alterados quimicamente. Uma vez que os materiais rochosos são quebrados em pedaços menores, eles podem ser transportados para outro lugar em um processo chamado erosão. O principal veículo de erosão é o movimento da água, mas o vento e as geleiras também podem erodir as rochas.

FORMAÇÃO DE SOLO

O solo é um dos recursos mais preciosos e delicados da terra. Sua formação envolve o desgaste dos materiais originais (por exemplo, rochas) e atividade biológica. O solo tem quatro componentes principais: água, material original inorgânico erodido, ar e matéria orgânica (por exemplo, organismos vivos e em decomposição).

Formação do solo começa com materiais não consolidados que são produtos de intemperismo. Esses materiais podem ser transportados para o local de formação do solo por processos como vento ou água, ou podem resultar do desgaste da rocha subjacente. O processo de intemperismo envolve a desintegração e decomposição da rocha. Pode ser físico (por exemplo, água infiltrando-se nas rachaduras da rocha e, em seguida, congelando) ou químico (por exemplo, dissolução de minerais por chuva ácida). Os processos físicos são mais prevalentes em climas frios e secos, enquanto os processos químicos são mais prevalentes em climas quentes ou úmidos.

Os materiais do solo tendem a se mover verticalmente no ambiente de formação. Materiais orgânicos (por exemplo, serapilheira) e sedimentos podem ser adicionados, enquanto outros materiais (por exemplo, minerais) podem ser perdidos devido à erosão e lixiviação. Organismos vivos (por exemplo, bactérias, fungos, vermes e insetos) também são incorporados ao solo em desenvolvimento.

O componente vivo do solo decompõe outros materiais orgânicos para liberar seus nutrientes (por exemplo, nitrogênio, potássio e fósforo). Os nutrientes são então usados ​​e reciclados pelo cultivo de plantas e outros organismos. Essa reciclagem de nutrientes ajuda a criar e manter um solo viável.

Vários fatores influenciam a formação do solo, incluindo: clima, material original, organismos biológicos, topografia e tempo. O clima de uma área (precipitação e temperatura) pode ser o fator mais importante na formação do solo. A temperatura afeta as taxas de reações químicas e a chuva afeta o pH do solo e a lixiviação. O material original ou rocha-mãe varia de região para região e pode afetar a textura e o pH dos solos. O tipo de vegetação afeta a taxa na qual os nutrientes do solo são reciclados, o tipo e a quantidade de matéria orgânica no solo, a erosão do solo e os tipos e números de microrganismos que vivem no solo.

Os humanos também podem ter um efeito profundo nos solos por meio de atividades como arar, irrigar e minerar. A topografia de uma região afeta o escoamento das chuvas, a erosão e o consumo de energia solar. A formação do solo é um processo contínuo. Os solos mudam com o tempo conforme fatores como a entrada de matéria orgânica e o conteúdo mineral mudam. O processo de fazer um solo adequado para uso por humanos pode levar dezenas de milhares de anos. Infelizmente, a destruição desse solo pode ocorrer em poucas gerações.


Ecologia, evolução e biologia ambiental

O Departamento de Ecologia, Evolução e Biologia Ambiental (E3B) da Columbia University foi fundado em 2001. Embora sejamos um departamento relativamente novo, crescemos rapidamente na última década. Agora temos um corpo discente com diversidade internacional e uma ampla rede de apoiadores em Columbia e em toda a cidade de Nova York. Nossos membros do corpo docente afiliados vêm de departamentos de Columbia, bem como do Museu Americano de História Natural, do Jardim Botânico de Nova York, da Sociedade de Conservação da Vida Selvagem e da EcoHealth Alliance. Juntos, oferecemos uma amplitude e profundidade incomparáveis ​​de oportunidades de pesquisa para nossos alunos.

Ao criar o E3B, a Columbia University reconheceu que os campos da ecologia, biologia evolutiva e biologia ambiental constituem uma subdivisão distinta das ciências biológicas com seu próprio conjunto de focos intelectuais, fundamentos teóricos, escalas de análise e metodologias.

A missão da E3B é educar uma nova geração de cientistas e profissionais na teoria e métodos de ecologia, evolução e biologia ambiental. Nossos programas educacionais enfatizam uma perspectiva multidisciplinar para entender a vida na Terra desde o nível dos organismos até os processos globais que sustentam a humanidade e toda a vida.

Para alcançar essa perspectiva multidisciplinar, o departamento mantém laços estreitos com mais de 70 membros do corpo docente além de seu núcleo central. Assim, muitos membros do corpo docente que ensinam, aconselham e treinam alunos em pesquisa estão baseados em outros departamentos do campus de Columbia ou em instituições parceiras. Por meio dessa colaboração, o departamento é capaz de acessar uma ampla gama de recursos científicos e intelectuais na grande área da cidade de Nova York. O corpo docente cobre as áreas de sistemática vegetal e animal evolutiva e genética populacional, ciência do ecossistema, demografia e biologia populacional, ecologia comportamental e comunitária e campos relacionados de epidemiologia, etnobiologia, saúde pública e política ambiental. Aproveitando a experiência deste corpo docente diversificado e das instituições das quais eles fazem parte, o E3B cobre uma vasta área de investigação nas relações evolutivas, genéticas e ecológicas entre todos os seres vivos.


Assista o vídeo: BIO Geologia - Unidade 1 (Dezembro 2022).