Serra de Sintra

“Como se terá gerado a Serra de Sintra?”: Uma atividade de modelação análoga sobre diapirismo magmático - orientações para o professor.

Edite Bolacha, Helena Moita de Deus e Anabela Cruces

Introdução A atividade de modelação análoga da geração e instalação do Maciço Ígneo de Sintra, que aqui se apresenta, é aplicável aos diversos níveis de ensino de Geologia e Ciências Naturais. Pelo grau de complexidade com que é apresentada aplica-se, preferencialmente a partir do 7º ano de escolaridade.

Se o propósito for a aplicação em contextos e/ou níveis de aprendizagem mais elevados, a atividade apresentada é facilmente enquadrável e passível de cumprir outros objetivos que exijam abordagens mais profundas e complexas relativamente aos conteúdos e capacidades que se pretendam desenvolver.

Por essa razão, e para que se reconheça alguma da complexidade do assunto tratado, segue-se uma breve contextualização científica do Maciço Ígneo de Sintra. Passa-se depois a uma breve explicação sobre a relevância dos modelos na compreensão dos fenómenos geológicos e, finalmente, à proposta da atividade de modelação análoga (cuja orientação para os alunos está em formato PPT).

Enquadramento científico A área abrangida pelo Mapa Tectónico de Sintra (fig. 1, mapa estratigráfico e litológico-estrutural da autoria de Kullberg e Kullberg, 2000), localiza-se na chamada Península de Lisboa, sendo geologicamente constituída por formações litológicas do Meso-Cenozoico. Essas formações são sobretudo sedimentares, com idades que vão do Jurássico superior (Oxfordiano) até à atualidade. Afloram, igualmente, diversos tipos de rochas ígneas, intrusivas e extrusivas e, ainda uma estreita faixa de rochas metamórficas formadas por metamorfismo de contacto.

As rochas ígneas intrusivas predominam e resultaram da intrusão de um diapiro magmático em níveis estratigráficos superiores, “cortando-os” e deformando-os. O maciço diapírico tem a forma de um doma, aproximadamente elítico, com eixo maior de 10 km, segundo a direção E-W, e eixo menor de 5 km segundo N-S. Se tivermos em conta a espessura da sequência sedimentar que envolve o maciço e que o cobriria, mesmo tendo em conta que a erosão foi atuando à medida que ele foi ascendendo, este relevo terá sido no passado bem mais imponente. A Serra de Sintra, segundo Cachão e Silva (2000) terá sido mesmo uma península, no Miocénico, dado que existem depósitos marinhos em seu redor.

O maciço encontra-se enraizado num acidente crustal (uma falha) profundo de orientação NW-SE a NNW-SSE, em regime de desligamento direito, que terá controlado a instalação do maciço (vide sequência de imagens nos diapositivos 5 e 6 da apresentação PowerPoint® e fig. 2). As condições petrogenéticas, estruturais e geotectónicas em que se deu a instalação do maciço, terão sido responsáveis pela sua forma alongada e assimétrica segundo E-W, 1

com tendência cavalgante a Norte e vergência no mesmo sentido, bem como pela formação do sinclinal anelar que o envolve, bem marcado a Sul e a Este mas pouco percetível a Norte.

Posteriormente, os eventos de inversão tectónica do Cenozoico, que provocaram encurtamento e levantamento da Bacia Lusitânica também afetaram a região de Sintra. Os estratos sedimentares, sobrejacentes ao maciço ígneo, foram erodidos, o sinclinal anelar foi encurtado e o seu flanco norte foi invertido e reativado como cavalgamento (Terrinha et al. 2003).

As deformações observáveis nas rochas encaixantes, na vizinhança do maciço até cerca de 4 km, exibem estruturas predominantemente dúcteis, passando com a distância a estruturas frágeis.

Em termos petrográficos, o Maciço Ígneo de Sintra é constituído por uma formação granítica com cerca de 82 Ma (milhões de anos) segundo Bonhomme et al., 1961; MacIntyre e Berger, 1982; Miranda et al. 2006 (citados por Kullberg et al., 2006) ou com, pelo menos 80 Ma de acordo com o estudo mais recente de Miranda (2010). Esta intrusão envolve uma outra intrusão com forma oval, gabro-sienítica, cuja idade se situa entre os 78 Ma e os 75 Ma (Storetvedt et al., 1987; citado por Kullberg et al., 2006), ou seja, que intruiu posteriormente.

Quanto à profundidade atingida pela intrusão, é sugerido por Palácios et al. (1995), com base em dados geobarométricos fornecidos pelo mineral horneblenda, que será da ordem dos 5 a 6 km. As temperaturas estimadas também pelos mesmos autores (idem) para as associações de minerais do maciço variam entre os 1100 oC para a Kaersutite (uma anfíbola) e ~ 400 oC para o feldspato.

Fig. 1- Mapa Tectónico de Sintra (extraído de Kullberg & Kullberg, 2000).

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Os modelos Os modelos análogos são modelos físicos dinâmicos que simulam processos geológicos, geralmente, decorridos em largas unidades de espaço e tempo. Utilizam materiais que têm um comportamento reológico (comportamento face à deformação) semelhante aos reais, tendo em conta, que o mesmo se manifesta ao longo de muitos milhões de anos (Ma). Ou seja, os materiais que têm um comportamento rígido tal como as rochas atuais, ao longo do tempo geológico longo (Ma), poderão ter um comportamento dúctil. A grande vantagem destes modelos é a de permitir reconstituir os vários passos de um fenómeno geológico a partir das pistas que ele deixou: as rochas aflorantes com todo o tipo de estruturas e associações mineralógicas que contêm.

Para que os alunos compreendam o modelo como representação simples de um fenómeno geológico complexo, e efectuem a obrigatória extrapolação, é necessário que compreendam as relações entre modelo e fenómeno real, nomeadamente, quanto às escalas de espaço e tempo em que decorrem e à utilização de materiais análogos. Assim, é importante que durante e após a simulação se faça uma discussão frutífera destes aspetos.

Por outro lado, como o modelo não funciona por si, é necessário enquadrá-lo e fazê-lo acompanhar de outras ferramentas e atividades didáticas. Uma visita de campo à área em estudo será benéfica para que os alunos possam fazer melhor a extrapolação e a comparação entre as estruturas obtidas no modelo e as reais, como é, nesta actividade, o caso do sinclinal do Guincho ou dos estratos subverticais da Praia Grande do Rodízio. Uma análise de amostras de mão e a exploração da carta geológica da região também ajudarão a compreender a realidade geológica (materiais, estruturas e processos). É de ressalvar que esta modelação representa apenas a instalação do maciço ígneo, ocorrida no Cretácico superior (82 a 75 Ma), e a consequente deformação das rochas encaixantes em virtude da mesma. São assim desprezadas as deformações posteriores, nomeadamente, as que resultaram da inversão tectónica do Cenozoico.

O problema Em termos didáticos, o problema que aqui se propõe, - Como se terá gerado a Serra de Sintra? -poderá ser apresentado aos alunos com maior ou menor grau de abertura, com maior ou menor orientação do professor, consoante os objetivos de aprendizagem e as capacidades e conhecimentos prévios dos alunos. Dentro destes, são fundamentais conceitos como os de: diapirismo (salino e/ou magmático), deformação e estruturas associadas- falhas e dobras- e cinemática associada, princípios estratigráficos como os da sobreposição e de interseção. O professor pode, por exemplo, construir um Vê de Gowin (vide exemplo em Bolacha, et al., 2006) para planificar a atividade e construir a base teórica em que se sustenta.

Para o 7º ano, a atividade integra-se perfeitamente no Tema organizador -Terra em Transformação - e na unidade didática Dinâmica Interna da Terra que, por sua vez, integra o assunto ocorrência de falhas e dobras. Porém, também pode servir como atividade integradora porque a partir dela é possível abordar um conjunto abrangente de assuntos, realçando a complementaridade das dinâmicas terrestres, interna e externa. Se a abordagem for interdisciplinar, serão benéficos os contributos de outras disciplinas como a Geografia, a Física e a Matemática.

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Também a realização de uma saída de campo antes da modelação é importante para delimitar e conhecer os materiais (tipos de rochas, fósseis e icnofósseis) e as estruturas (falhas e dobras, principalmente) que permitem fazem inferências que apoiam o modelo científico atual da geração e instalação do maciço ígneo de Sintra e, que por sua vez, fornece as variáveis necessárias à construção do modelo análogo. No final da modelação será importante relacionar os diversos locais visitados com os seus correspondentes análogos no modelo.

As saídas de campo a esta região, têm normalmente diversos objetivos de aprendizagem (e.g. Santos e Cascalho, 2008), devido à sua riqueza geológica, contemplando para o efeito diversas paragens. Para o enquadramento desta atividade sugerimos como paragens obrigatórias, as que se seguem (na tabela abaixo), por esta ordem ou ligeiramente modificada. Para cada uma, sugerimos algumas atividades que podem contribuir para a resolução do problema central: a geração da Serra de Sintra.

Local

Praia do Guincho

Malveira da Serra

Alto da Serra

Cabo da Roca

O que observar (alunos e professor) Diferente inclinação da estratificação nas zonas N e a S da praia.

Paisagem e relação geográfica da Serra de Sintra com a Praia do Guincho.

Chaminé vulcânica a meio da praia (zona entre marés).

O que fazer (alunos)

Como deve ser feito (professor)

Desenhar e medir inclinação das camadas nas zonas N e S da praia.

Inferir o fecho do sinclinal em profundidade.

Colocar hipóteses para a existência do sinclinal (envolvente) próximo do maciço ígneo de Sintra.

Os alunos devem medir o pendor da estratificação (ângulo que esta faz com a horizontal e sentido da inclinação) com uma bússola que possua clinómetro, ou com um transferidor.

O professor deve averiguar se os alunos têm conhecimento sobre tipos de dobras (sinclinal, anticlinal, sinforma e antiforma).

O contacto e o metamorfismo de contacto existente e sobre imposto na Plataforma de Cascais

Observar, medir e caraterizar os aspectos texturais das litologias aí presentes (“Xistos” do Ramalhão), e entre outros aspectos justificar a presença de calcários fétidos e de vários filões ao longo do corte geológico a realizar.

Os alunos poderão realizar um corte geológico esquemático, representativo da secção observada, medir alguns corpos intrusivos e caracterizar algumas das litologias.

Paisagem granítica: diaclases, disjunção esferoidal, caos de blocos.

Explicar a relação entre os aspetos observados, o local de génese (manto/crusta inferior) e da instalação da intrusão (crosta superior) e a atual localização do maciço (subaérea).

Cor e granularidade das rochas. Tipos litológicos presentes.

Vales suspensos.

Discutir sobre a existência de diferentes rochas intrusivas (granitos, dioritos, gabros) no maciço.

Discutir sobre a existência de vales suspensos (desenhar um vale suspenso).

Caso os alunos não tenham conhecimento da génese de rochas intrusivas, deve o professor fornecer informação genérica sobre as condições aproximadas de pressão e temperatura em que se formou o magma e se instalou o diapiro magmático.

O professor deve explicar ou proporcionar informação aos alunos sobre a ocorrência de mais do que uma intrusão (granítica e gabrosienítica) em tempos diferentes.

O professor deve explicar ou fornecer informação sobre o reajustamento isostático que normalmente acontece 4

Praia Grande do Rodízio

Inclinação da estratificação.

Aspectos da fracturação presente.

Inexistência do sinclinal anelar e presença de um cavalgamento vergente para N. Pegadas e pistas de dinossáurios.

Medir inclinação da estratificação e desenhar o corte observável a S da Praia.

Desenhar e medir comprimento das pegadas (se possível).

Observar as diferentes litologias que compõem os estratos-camadas (calcários e arenitos principalmente).

após a formação de uma montanha (se achar que o assunto se adequa ao nível etário).

Medir a inclinação das camadas de acordo com o método descrito na 1ª paragem.

Medir pegadas com fita métrica e registar. Fotografar, preferencialmente com luz rasante do fim da tarde, o painel da estratificação onde estão impressos os moldes das pegadas.

Realizar um pequeno jogo didático na areia da praia: Caminhar devagar, em corrida, a passos largos e curtos na areia e observar os vários tipos de pegadas formados. Relacionar a distância entre pegadas com o comprimento das pernas.

Discussão do problema (diapositivos de 2 a 12 da apresentação em PowerPoint®) Introduz-se a Serra de Sintra como um relevo importante da região da Grande Lisboa, para motivar os alunos para o problema em causa. Os alunos deverão perceber que se trata de um problema científico que os geólogos têm investigado recorrendo a diversos métodos e técnicas. Nesta altura, a visita de campo e/ou a observação de amostras de mão das diversas rochas da região de Sintra, e dos desenhos, anotações e fotografias durante a saída de campo, bem como a exploração da carta geológica da região ou de uma versão simplificada desta, são importantes para aumentar o interesse e o conhecimento sobre a problemática -diapositivo 2. É importante que os alunos compreendam que, numa investigação, se passa das observações teoricamente enquadradas para a construção de modelos que permitam reconstruir e explicar os fenómenos – diapositivo 3 e 4.

Esses modelos científicos podem ser representados de diversas formas. Neste caso, representamos esquematicamente as várias etapas da intrusão de Sintra nos diapositivos 5 e 6. No entanto, a representação de um fenómeno através da modelação análoga poderá ser mais eficaz. É o que se propõe a partir do diapositivo 7.

O modelo encontra-se descrito em Fonseca et al. (2001) e em Bolacha et al. (2006). Uma simples caixa, com duas paredes transparentes para se visualizar as estruturas formadas, é suficiente para simular a formação de um diapiro magmático e/ou salino e, consequente deformação das rochas encaixantes (vide figura 2). O ar do balão insuflado, fixo no fundo da caixa, simulará o magma intruído, enquanto as camadas de pós e areias simularão as rochas sedimentares encaixantes.

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A- Deformação inicial provocada pelo enchimento do balão, B- Estádio avançado de deformação da pilha de areias e pós, com formação de falhas e dobras.

Fig. 2. Dois estádios da modelação análoga da formação do maciço ígneo de Sintra (A e B).

Nos trabalhos de modelação análoga, as areias (finas, com grãos arredondados e bem calibradas) são, habitualmente, utilizadas para simular as rochas supracrustais pois possuem um ângulo de atrito semelhante. Os pós servem para evidenciar melhor as estruturas frágeis (falhas).

A partir do diapositivo 13, é introduzida a discussão da atividade. Como qualquer atividade de modelação análoga (e tal como quando se utilizam analogias no ensino) é necessário colocar em destaque as limitações do modelo e efetuar as comparações entre o modelo e a realidade, de modo que os alunos compreendam o fenómeno geológico e não simplesmente o funcionamento do modelo.

Assim, relativamente aos materiais utilizados, os alunos deverão perceber que o ar dentro do balão simula o magma que ascendeu por diapirismo, e que as camadas de pós e areias que são deformadas pelo insuflamento do balão, representam, na realidade, os estratos sedimentares mesocenozoicos que circundam agora o maciço ígneo, mas que já existiam quando ele intruiu, intersetando-os e deformando-os.

Através do exercício proposto no diapositivo 14 os alunos terão de calcular a escala numérica, que será próxima de 1: 100 000, ou seja, em que 1cm no modelo corresponderá a cerca de 1 km na realidade.

A atividade proposta no diapositivo 15 deverá levar a que os alunos, a partir de medições efetuadas durante a saída de campo e no modelo, percebam que a pegada da réplica de dinossáurio é demasiado grande em relação à dimensão do modelo do diapiro. Se a escala fosse a mesma, a réplica de dinossáurio teria que ser muito menor.

Simultaneamente, esta atividade obriga a que os alunos façam mentalmente a extrapolação do modelo para a realidade observada no campo e reconstituam todo o fenómeno simulado, em que se inclui também a impressão prévia das patas dos dinossáurios (icnofósseis).

A atividade pedida no diapositivo 6 implica que os alunos situem temporalmente o fenómeno da intrusão magmática, construindo a escala da Era Mesozoica para que tenham a perceção não só de tempo longo (dos Milhões 6

de anos) mas do tempo em que decorreu todo o processo, desde a instalação da primeira intrusão (há cerca de 82Ma) até à segunda (há cerca de 78-75 Ma). A comparação com o tempo que terá decorrido desde a fragmentação da Pangea (no Triásico) até à formação de crosta oceânica (no Cretácico), levando à abertura do Oceano Atlântico, dará a percepção de que a intrusão do maciço ígneo de Sintra decorreu, comparativamente, em muito pouco tempo (apenas cerca de 4 a 7 Ma).

Relativamente ao que se pede para que os alunos discutam no slide 17, é importante que refiram que a erosão não foi simulada o que levará a que percebam que a maioria dos níveis estratigráficos, observados no modelo, estão na realidade já erodidos. No mundo natural, os processos (geológicos) não param e interatuam em permanência.

Por fim, os alunos deverão reconhecer que apesar das diferenças, a modelação análoga permite perceber e reconstituir como decorreu um determinado fenómeno geológico que deixou apenas pistas que os geólogos procuram e estudam.

Bibliografia consultada Bolacha, E.; Moita de Deus, H. A.; Caranova, R.; Silva, S.; Costa, A. M.; Vicente, J.; Fonseca, P. E. (2006). Uma Experiência na Formação de Professores: Modelação Analógica de Fenómenos Geológicos – A Geologia no Laboratório. Geonovas, 20. pp 33-56.

Cachão, M.; Silva, C. M. da (2000). The three main marine depositional cycles of the Neogene of Portugal, Ciências da Terra (UNL), 14: 303-312.

Fonseca, P. E.; Ribeiro, L. P.; Caranova, R.; Filipe, P. (2001). Experimentación analógica sobre el desarollo de un diapiro y la deformación producida en las rocas encajantes. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, (9.3), pp. 270276.

Galopim de Carvalho, A. M. (1994). O Cenozoico continental a Norte da Serra de Sintra. Memórias de Geociências. 1.

Museu Nacional de História Natural. Universidade de Lisboa. 89 p.

Kullberg, M. C. & Kullberg, J. C. (2000). Tectónica da região de Sintra. In Tectónica das regiões de Sintra e Arrábida, Memórias de Geociências, 2. Museu Nacional de História Natural. Universidade de Lisboa, pp. 1-34.

Kullberg, J. C.; Terrinha, P. Pais, J.; Reis, R. P.; Legoinha, P. (2006). Arrábida e Sintra: Dois exemplos de Tectónica pósrifting da Bacia Lusitaniana. In Dias, R..; Araújo, A.; Terrinha, P.; Kullberg, J. C. (Eds.). Geologia de Portugal no contexto da Ibéria. Univ. Évora. Évora, 418 p.

Miranda, R. (2010). Petrogenesis and Geochronology of the late Cretaceous Alkaline Magmatism in the West Iberian Margin. Tese de Doutoramento em Geologia. Departamento de Geologia. Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. 487 p.

Palácios, T.,Matos Alves, C.A., Leal, N. & Munhá, J. (1995) - Mineralogia química do Maciço Eruptivo de Sintra. IV Cong. Nac. Geol., Fac. Ciênc. Mus. Lab. Min. Geol Univ. Porto, Mem. 4 : 775-779 (ext. abs).

Santos, V. & Cascalho, J. (2008). Geologia da Praia Grande, Sintra. Roteiro de descoberta. Museu Nacional de História Natural. Universidade de Lisboa. Lisboa. 23 p.

Terrinha, P.; Aranguren, A.; Kullberg, M. C.; Pueyo, E.; Kullberg, J. C.; Casas Sainz, A. M.; Rillo, C. (2003). Complexo Ígneo de Sintra – um modelo de instalação constrangido por novos dados de gravimetria e ASM. Ciências da Terra (UNL), Lisbos, nº esp. V, CD-ROM, pp. D96-D100.

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