No início, a Terra era um corpo celeste homogêneo, no qual os materiais se distribuíam uniformemente em todo o globo. Entretanto, devido a violenta colisão sobre a sua superfície de numerosos corpos celestes de diversos tamanhos (meteoritos), compostos de rochas e gelo, que ainda hoje orbitam o Sistema Solar, a Terra aumentou sua temperatura. Um asteróide em movimento contém grande quantidades de energia cinética, e quando ele colide contra alguma estrutura (no caso a Terra primitiva) a maior parte de sua energia de movimento é convertida em calor. Uma outra fonte de calor para o aquecimento do planeta foi provavelmente o decaimento de elementos radioativos (como por exemplo o Urânio). Átomos de elementos radioativos desintegram-se espontaneamente através da emissão de partículas subatômicas. Quando estas partículas são absorvidas pela matéria ao redor, sua energia de movimento é transformada em calor.
Quando essa elevação na temperatura se processou, uma grande parte do planeta fundiu e os constituintes materiais tornaram-se diferenciados, isto é, os materiais mais densos foram separados e concentrados no núcleo e os materiais mais leves foram trazidos para próximo da superfície. Deste modo, a Terra, que era inicialmente um corpo celeste com o mesmo tipo de material em todas as profundidades, foi convertida em um corpo estratificado em camadas concêntricas, com um núcleo constituído pelos elementos mais densos, uma crosta superficial composta de materiais leves, e entre eles, o manto com os materiais de densidade intermediárias.
Três séculos atrás, o cientista inglês Isaac Newton calculou, a partir de seus estudos de planetas e da força de gravidade, que a densidade média da Terra é duas vezes maior que aquela das rochas superficiais, e portanto, concluiu que o interior do planeta deveria ser a maior parte composto de materiais muito densos. Nosso conhecimento da estrutura interna da Terra tem melhorado desde os tempos de Newton, mas sua estimativa da densidade permanece essencialmente correta.
Nossas informações atuais baseiam-se em estudos do padrão e características das ondas de terremoto que viajam através do planeta, bem como de estudos experimentais de laboratório em rochas e minerais submetidos a elevadas temperaturas e pressões. Outros importantes dados sobre o interior da Terra chegam até nós a partir do estudo de materiais encontrados entre 50-100 Km de profundidade, trazidos para a superfície por processos vulcânicos e orogênicos, proporcionando uma amostragem do tipo de rochas que existem na crosta e no manto superior, e permitindo fazer inferências em torno das propriedades químicas e físicas da Terra nesses locais.
Estudos do movimento da Terra no Sistema Solar, seu campo magnético e gravitacional, e o fluxo de calor interno do planeta também contribuem para o avanço do conhecimento em torno da estrutura interna da Terra. As camadas internas da Terra são classificadas com base tanto na composição química como nas propriedades físicas que elas apresentam.
Quando a Terra primitiva fundiu, os materiais menos densos ascenderam para a superfície formando a camada composicional mais externa da Terra, denominada de crosta (crust). Esta camada contém os materiais relativamente mais leves e com baixas temperaturas de fusão. que constituem diversos compostos de sílica, alumínio, cálcio, magnésio, ferro, sódio e potássio combinados com o oxigênio. A crosta pode ser subdividida em duas porções bastante diferentes: a crosta continental e a crosta oceânica. A crosta continental é mais espessa (com média em torno de 75 Km); é composta por rochas "graníticas" menos densas (2,7 g/cm3); é fortemente deformada; e, inclui as rochas mais antigas do planeta (com bilhões de anos em idade). Por contraste, a crosta oceânica é menos espessa (com média ao redor de 8 Km); é composta por rochas vulcânicas densas chamadas de basalto (3,0 g/cm3); é comparativamente menos deformada; e, geologicamente mais jovem (200 milhões de anos ou menos em idade). A base da crosta assinala uma mudança na proporção de vários elementos que compõem as rochas, mas não uma variação nas propriedades físicas.
A camada situada abaixo da crosta é chamada de manto (mantle). Ele é constituído pelos materiais de densidade intermediária deixados na porção mediana da Terra após os materiais mais pesados terem mergulhados para o centro do planeta e os materiais mais leves terem ascendido para a superfície. Esta zona possui em torno de 2.900 Km de espessura e constitui 82% do volume e 68% da massa da Terra. Os primeiros 700 km são denominados de manto superior, enquanto que os 2.200 km restantes são chamados de manto inferior. O manto é composto por rochas formadas por compostos de oxigênio com ferro, magnésio e sílica. Devido a pressão das rochas sobrepostas, a densidade das rochas mantélicas aumentam com a profundidade desde 3,2 g/cm3 na sua porção mais superior até próximo de 5 g/cm3 próximo do contato com o núcleo.
O núcleo (core) terrestre, composto basicamente por ferro, é a massa central do planeta com aproximadamente 7.000 Km de diâmetro. A sua densidade aumenta com a profundidade, mas a média fica em torno de 10,8 g/cm3. O núcleo compõem somente 16% do volume da Terra, mas, devido a sua elevada densidade, é responsável por 32% da massa do planeta.
A estrutura interna da Terra baseada nas propriedades físicas
As propriedades físicas (ou mecânicas) de um material nos informa como ele responde a aplicação de uma força, se é um material resistente ou frágil, e se o material é um líquido ou um sólido. A camada externa rígida, resistente e sólida da Terra é denominada de litosfera (lithosphere), e inclui a crosta e a porção mais externa do manto superior. A litosfera terrestre varia grandemente em espessura, desde próximo aos 10 Km em algumas áreas oceânicas até mais de 300 Km em algumas regiões continentais.
Abaixo da litosfera, ainda no manto superior, existe uma grande zona no qual a temperatura e a pressão são muito elevadas, assim que parte do material está parcialmente fundido, ou está muito próximo ao estado de fusão. Nestas condições, as rochas perdem muito da sua resistência e tornam-se plásticas e fluem vagarosamente. Esta zona é conhecida como astenosfera (asthenosphere). O limite entre astenosfera e a litosfera é assim, mecanicamente distinto, isto é, compreende o limite entre materiais sólidos e plásticos, mas não corresponde a mudanças fundamentais na composição química. O fato destas duas zonas possuírem diferentes resistências determina que a litosfera tende a comportar-se como uma camada rígida e frágil, enquanto que a astenosfera flui como um sólido dúctil, quando ambas são sujeitas a ação de forças.
A região entre a astenosfera e o núcleo, incluindo aí a porção basal do manto superior e todo o manto inferior, é conhecida por mesosfera (mesosphere). As rochas situadas nessa região são mais resistentes e mais rígidas. Isto deve-se ao fato que nestas profundidades as elevadas pressões compensam as altas temperaturas, forçando as rochas a serem mais resistentes do que na astenosfera sobreposta.
O núcleo terrestre é subdividido em duas porções distintas com base no comportamento mecânico: um núcleo externo (outer core) líquido e um núcleo interno (inner core) sólido. O núcleo externo tem uma espessura aproximada de 2.270 Km comparado com o muito menor núcleo interno, com um raio de somente 1.200 Km. O núcleo é extremamente quente, e a perda de calor e a rotação da Terra provavelmente promove a circulação do núcleo externo líquido, gerando o campo magnético terrestre.
Referências bibliográficas utilizadas na confecção do texto acima:
Hamblin, W.K. & Christiansen, E.H. 1998. Earth,s Dynamic Systems (Eighth Edition). Prentice-Hall, Inc. 740 p.
Press, F. & Siever, R. 1998. Understanding Earth (Second Edition). W.H. Freeman and Company. 682 p.
