Geografia
Estrutura da Terra: as 4 camadas e 8 exercícios
Crosta, manto, núcleo externo e núcleo interno: profundidades, temperaturas e como sabemos disso pelas ondas sísmicas. Tabelas, modelo em escala e 8 exercícios.
Recomendado para: 6º ano · 7º ano
A Terra não é uma bola homogênea de rocha: é formada por quatro camadas concêntricas de composições e estados físicos diferentes. Da superfície para o centro são crosta, manto, núcleo externo e núcleo interno, e o raio total é de 6.371 km.
O detalhe que mais surpreende é a proporção. A crosta, a única camada que já perfuramos, corresponde a cerca de 0,55% do raio — a mesma proporção que a casca tem em uma maçã. Tudo o que conhecemos diretamente do planeta está nessa película.
As quatro camadas em números
| Camada | Profundidade | Espessura | Estado | Composição |
|---|---|---|---|---|
| crosta | 0 - 35 km | 35 km (5-10 km nos oceanos) | sólida | silicatos, granito e basalto |
| manto | 35 - 2.900 km | 2.865 km | sólido, mas deformável | silicatos de ferro e magnésio |
| núcleo externo | 2.900 - 5.150 km | 2.250 km | líquido | ferro e níquel |
| núcleo interno | 5.150 - 6.371 km | raio de 1.221 km | sólido | ferro e níquel |
Os dois limites mais importantes têm nome próprio, e são nomes de quem os descobriu: a descontinuidade de Mohorovičić (a “Moho”), entre crosta e manto, e a descontinuidade de Gutenberg, entre manto e núcleo, a 2.900 km.
Temperatura e pressão
| Profundidade | Temperatura aproximada |
|---|---|
| superfície | 15 °C |
| 5 km | cerca de 165 °C |
| fundo do poço de Kola (12,3 km) | cerca de 180 °C (medido) |
| base da crosta (35 km) | 500-900 °C |
| base do manto (2.900 km) | cerca de 3.500 °C |
| centro da Terra | 5.000-6.000 °C |
Perto da superfície vale o gradiente geotérmico de cerca de 30 °C por quilômetro, mas ele não é constante: se fosse, no fundo do poço de Kola haveria 384 °C, e a medição real foi de cerca de 180 °C. Esse é um bom exemplo de modelo linear que funciona em um intervalo curto e falha se estendido, como mostra o exercício 5.
Por que o núcleo interno é sólido
Parece contraditório: o núcleo interno é a parte mais quente do planeta e, ainda assim, é sólida, enquanto a camada acima dele é líquida. A explicação é a pressão. No centro ela é tão alta que os átomos de ferro não conseguem se afastar o suficiente para formar um líquido, mesmo a 6.000 °C. Temperatura tende a derreter, pressão tende a solidificar, e no núcleo interno é a pressão que vence.
O núcleo externo líquido, girando junto com a rotação do planeta, gera correntes elétricas que produzem o campo magnético terrestre — o mesmo que orienta a bússola e desvia parte da radiação solar.
Como sabemos tudo isso: as ondas sísmicas
Nunca chegamos nem perto do manto. O recorde de perfuração é o poço superprofundo de Kola, na Rússia, com 12.262 m alcançados em 1989: cerca de 0,2% do raio terrestre, ainda dentro da crosta. Tudo o que sabemos das camadas profundas vem das ondas sísmicas produzidas por terremotos.
| Tipo de onda | Velocidade | Atravessa sólidos | Atravessa líquidos |
|---|---|---|---|
| P (primárias, de compressão) | 6 km/s na crosta, 8 km/s no manto | sim | sim |
| S (secundárias, de cisalhamento) | cerca de 3,5 km/s | sim | não |
Duas observações desmontaram o interior do planeta:
- as ondas mudam de velocidade ao passar de um material para outro, e é por isso que cada descontinuidade pode ser localizada. Mohorovičić descobriu a Moho em 1909 justamente porque algumas ondas chegavam antes do previsto: haviam atravessado um material mais rápido;
- as ondas S desaparecem em uma faixa de distância chamada zona de sombra, aproximadamente entre 103° e 142° do epicentro. Como as ondas S não se propagam em líquidos, a conclusão foi inevitável: existe uma camada líquida lá dentro, o núcleo externo.
Todos os cálculos desse tipo usam a mesma relação do movimento retilíneo uniforme: tempo = espaço : velocidade, como no exercício 6.
Crosta e litosfera não são a mesma coisa
Essa distinção separa quem entendeu o capítulo de quem decorou os nomes.
| Divisão | Critério | O que inclui | Espessura |
|---|---|---|---|
| crosta | composição química | só a crosta | 5-70 km |
| litosfera | comportamento rígido | crosta + manto superior rígido | até cerca de 100 km |
| astenosfera | comportamento plástico | parte do manto abaixo da litosfera | cerca de 100-350 km |
As placas tectônicas são pedaços de litosfera, não de crosta: é por isso que levam consigo um pouco de manto e conseguem deslizar sobre a astenosfera. No Brasil não há bordas de placa: o país está no interior da placa Sul-Americana, e é essa posição que explica a sismicidade baixa e a ausência de vulcões ativos, ao contrário da costa do Pacífico, onde a placa de Nazca afunda sob a Sul-Americana e ergueu os Andes.
O volume, não só a espessura
| Camada | % do raio | % do volume |
|---|---|---|
| crosta | 0,55% | cerca de 1,6% |
| manto | 45% | cerca de 82% |
| núcleo (externo + interno) | 54,5% | cerca de 16% |
As duas colunas não são proporcionais porque o volume depende do cubo do raio: uma camada externa e fina engloba pouco volume, enquanto o núcleo, mesmo sendo uma esfera “pequena”, pesa muito. Fazer as duas contas ajuda a entender a diferença entre espessura e volume, e o exercício 7 mostra o cálculo completo. Se a ideia de razão e porcentagem ainda não estiver firme, vale rever a porcentagem.
Erros mais comuns
- Confundir crosta e litosfera. A litosfera inclui a crosta mais a parte rígida do manto. As placas tectônicas são de litosfera.
- Achar que o manto é líquido. O manto é sólido; apenas se deforma lentamente, em escalas de milhões de anos. Líquido, de fato, é só o núcleo externo. Prova disso: as ondas S atravessam o manto.
- Achar que o magma vem do núcleo. O magma se forma em bolsões da crosta e do manto superior, a algumas dezenas de quilômetros, não a 3.000 km.
- Inverter os estados do núcleo. Externo líquido, interno sólido. O interno é mais quente, mas a pressão o mantém sólido.
- Usar o gradiente de 30 °C/km para qualquer profundidade. Ele vale só nos primeiros quilômetros: extrapolado, dá temperaturas erradas, como mostra o caso de Kola.
- Confundir espessura com volume. A crosta é 0,55% do raio, mas cerca de 1,6% do volume: as duas porcentagens são diferentes porque o volume vai com r³.
- Somar profundidades em vez de subtraí-las. A espessura do manto é 2.900 - 35 = 2.865 km, e não 2.900 + 35.
Nos oito exercícios abaixo a dificuldade cresce e nenhum repete o método do anterior. Os quatro primeiros trabalham ordem, espessuras e porcentagens das camadas; o quinto usa o gradiente geotérmico e mostra por que ele não pode ser extrapolado; o sexto calcula tempos de propagação das ondas P e liga o resultado à descoberta da Moho; o sétimo passa das espessuras aos volumes, com o cubo do raio; o oitavo constrói o modelo em escala de 1 metro, onde toda a crosta se resume a 5,5 mm.
Exercícios resolvidos
1. Coloque as quatro camadas da Terra em ordem, da superfície para o centro, e indique a profundidade em que cada uma começa e termina. base
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- Começo pela superfície: a crosta é a camada mais externa e vai de 0 até cerca de 35 km em média nos continentes.
- Abaixo dela vem o manto, que se estende de 35 km até 2.900 km de profundidade.
- Depois vem o núcleo externo, de 2.900 km até 5.150 km.
- No centro está o núcleo interno, de 5.150 km até 6.371 km, que é o raio da Terra.
- Conferência: a última profundidade tem de coincidir com o raio terrestre, 6.371 km. Coincide.
Resposta: Crosta (0-35 km), manto (35-2.900 km), núcleo externo (2.900-5.150 km) e núcleo interno (5.150-6.371 km).
2. O raio da Terra é de 6.371 km e a crosta continental tem cerca de 35 km de espessura. Que porcentagem do raio a crosta representa? Que comparação do dia a dia ilustra esse resultado? base
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- Divido a espessura pelo raio: 35 : 6.371 = 0,00549.
- Multiplico por 100 para obter porcentagem: 0,00549 × 100 = 0,549%.
- Arredondando, cerca de 0,55% do raio.
- Para comparar, uma maçã de 4 cm de raio teria uma casca proporcional de 0,0055 × 40 mm = 0,22 mm.
- É a espessura de uma casca de maçã de verdade: a comparação funciona porque a proporção é a mesma.
Resposta: Cerca de 0,55% do raio. A crosta é para a Terra o que a casca é para uma maçã — e é a única camada que já perfuramos.
3. O manto vai de 35 km a 2.900 km de profundidade. Calcule sua espessura e que porcentagem do raio terrestre ela representa. base
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- A espessura é a diferença entre as duas profundidades: 2.900 - 35 = 2.865 km.
- Comparo com o raio: 2.865 : 6.371 = 0,4497.
- Em porcentagem: 0,4497 × 100 = 44,97%.
- Arredondando, cerca de 45% do raio.
- Conferência de bom senso: o manto é de longe a camada mais espessa, e 45% do raio confirma isso.
Resposta: Espessura de 2.865 km, ou seja cerca de 45% do raio terrestre.
4. Calcule a espessura do núcleo externo (de 2.900 km a 5.150 km) e o raio do núcleo interno. Depois calcule o raio do núcleo como um todo. base
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- Espessura do núcleo externo: 5.150 - 2.900 = 2.250 km.
- O núcleo interno vai de 5.150 km de profundidade até o centro, a 6.371 km.
- Como se trata de uma esfera no meio, seu raio é 6.371 - 5.150 = 1.221 km.
- O núcleo como um todo começa a 2.900 km de profundidade, então seu raio é 6.371 - 2.900 = 3.471 km.
- Conferência: 3.471 = 2.250 + 1.221. As duas partes somam o núcleo inteiro.
Resposta: Núcleo externo com 2.250 km de espessura, núcleo interno com raio de 1.221 km e núcleo completo com raio de 3.471 km.
5. O gradiente geotérmico médio na crosta é de cerca de 30 °C por quilômetro e a temperatura na superfície é de 15 °C. (a) Que temperatura o modelo prevê a 5 km? (b) E a 12,3 km, a profundidade do poço mais fundo já perfurado? (c) A medição real no fundo desse poço foi de cerca de 180 °C. O que isso mostra? intermedio
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- (a) Modelo linear: temperatura = 15 + 30 × profundidade em km.
- A 5 km: 15 + 30 × 5 = 15 + 150 = 165 °C.
- (b) A 12,3 km: 15 + 30 × 12,3 = 15 + 369 = 384 °C.
- (c) A medição real foi de cerca de 180 °C, menos da metade do previsto.
- Calculo o gradiente real: (180 - 15) : 12,3 = 165 : 12,3 = 13,4 °C por km.
- Conclusão: o gradiente de 30 °C/km vale apenas nos primeiros quilômetros e diminui com a profundidade. O modelo linear é útil perto da superfície e falha se for estendido demais.
Resposta: (a) 165 °C; (b) 384 °C segundo o modelo; (c) a medição real de 180 °C mostra que o gradiente não é constante: ele cai para cerca de 13 °C/km na média dos 12 km, e extrapolar um modelo linear leva a erro.
6. Uma onda sísmica P se propaga a cerca de 6 km/s na crosta e a cerca de 8 km/s no manto superior. Quanto tempo leva para atravessar 35 km de crosta? E se atravessasse os mesmos 35 km à velocidade do manto? Qual a diferença? intermedio
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- Uso a relação do movimento uniforme: tempo = espaço : velocidade.
- Na crosta: 35 km : 6 km/s = 5,83 s.
- À velocidade do manto: 35 km : 8 km/s = 4,38 s.
- Diferença: 5,83 - 4,38 = 1,45 s.
- Interpretação: essa mudança brusca de velocidade é o que permitiu descobrir o limite entre crosta e manto, chamado descontinuidade de Mohorovičić.
- Andrija Mohorovičić notou em 1909 que algumas ondas chegavam antes do previsto: elas haviam atravessado um material mais rápido, logo abaixo da crosta.
Resposta: 5,83 s na crosta e 4,38 s à velocidade do manto, uma diferença de 1,45 s. Foi justamente esse adiantamento inesperado que revelou a existência do limite crosta-manto.
7. Usando o modelo de esfera, calcule a porcentagem do volume da Terra ocupada pelo núcleo (raio 3.471 km) e pela crosta (35 km de espessura), com raio terrestre de 6.371 km. Depois calcule a do manto. avanzato
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- O volume de uma esfera é proporcional ao cubo do raio, então a razão entre dois volumes é o cubo da razão entre os raios.
- Núcleo: (3.471 : 6.371)³ = 0,5448³ = 0,1617, ou seja 16,2% do volume.
- Para a crosta, calculo primeiro o volume de tudo o que está abaixo dela, isto é uma esfera de raio 6.371 - 35 = 6.336 km.
- (6.336 : 6.371)³ = 0,99451³ = 0,98361, ou seja 98,36%.
- A crosta é o que sobra: 100 - 98,36 = 1,64% do volume.
- O manto é o restante: 100 - 16,2 - 1,64 = 82,2%.
- Observação: os livros costumam citar cerca de 1% para a crosta e 84% para o manto, porque usam uma espessura média menor, que inclui a crosta oceânica (5 a 10 km). Com 35 km, típico dos continentes, o resultado do modelo é 1,6%.
Resposta: Núcleo cerca de 16,2%, crosta cerca de 1,6% e manto cerca de 82,2% do volume. A crosta é fina em espessura e quase irrelevante em volume, mas é onde tudo acontece.
8. Imagine reduzir a Terra a uma bola de 1 metro de raio. Calcule a espessura de cada camada nesse modelo em escala e diga qual resultado é mais surpreendente. avanzato
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- A escala é dada pela razão 1 m : 6.371 km, então divido cada medida por 6.371 e multiplico por 1 metro.
- Crosta: 35 : 6.371 = 0,0055 m = 5,5 mm.
- Manto: 2.865 : 6.371 = 0,4497 m = 45,0 cm.
- Núcleo externo: 2.250 : 6.371 = 0,3532 m = 35,3 cm.
- Núcleo interno (raio): 1.221 : 6.371 = 0,1916 m = 19,2 cm.
- Conferência: 0,55 + 45,0 + 35,3 + 19,2 = 100,05 cm, isto é 1 metro a menos do arredondamento. Fecha.
- O mais surpreendente: em uma bola de 1 metro de raio, toda a crosta — com oceanos, montanhas, cidades e as raízes das cordilheiras — caberia em 5,5 mm, menos que a espessura de uma moeda de R$ 1.
Resposta: Crosta 5,5 mm, manto 45,0 cm, núcleo externo 35,3 cm e núcleo interno 19,2 cm de raio. A soma dá 1 metro, e a crosta inteira não passa de meio centímetro.
Perguntas frequentes
Quais são as camadas da Terra e suas profundidades?
Quatro, da superfície para o centro: crosta, de 0 a cerca de 35 km nos continentes (5 a 10 km sob os oceanos); manto, de 35 km a 2.900 km; núcleo externo, de 2.900 km a 5.150 km; e núcleo interno, de 5.150 km ao centro, a 6.371 km. Os dois limites principais têm nome: descontinuidade de Mohorovičić entre crosta e manto, e descontinuidade de Gutenberg entre manto e núcleo.
Como sabemos o que existe dentro da Terra se nunca chegamos lá?
Pelas ondas sísmicas. Elas mudam de velocidade e de direção ao passar de um material para outro, e as ondas S simplesmente não atravessam líquidos. Registrando em milhares de estações quando cada onda chega e quais desaparecem, foi possível reconstruir as camadas. O poço mais fundo já perfurado, o de Kola, chegou a 12.262 m — cerca de 0,2% do raio terrestre.
Por que o núcleo externo é líquido e o interno é sólido, se o interno é mais quente?
Por causa da pressão. No centro da Terra a pressão é tão alta que o ferro se mantém sólido mesmo a temperaturas de 5.000 a 6.000 °C. No núcleo externo a pressão é menor e o ferro consegue permanecer líquido. A prova disso são as ondas S: elas atravessam o manto sólido, param no núcleo externo líquido e voltam a ser detectadas indiretamente no núcleo interno.
Qual a diferença entre crosta e litosfera?
A crosta é uma divisão por composição química; a litosfera é uma divisão por comportamento mecânico. A litosfera é a camada rígida que se quebra em placas tectônicas e inclui a crosta MAIS a parte mais externa do manto, chegando a cerca de 100 km. Abaixo dela está a astenosfera, mais plástica, sobre a qual as placas deslizam. Confundir crosta com litosfera é o erro mais comum do capítulo.
Qual camada é a mais espessa?
O manto, com 2.865 km de espessura, cerca de 45% do raio terrestre e mais de 80% do volume do planeta. A crosta é a mais fina: cerca de 0,55% do raio, tão fina em proporção quanto a casca de uma maçã.