Warren B. Hamilton - Warren B. Hamilton

Warren Hamilton no Colorado, 2007

Warren B. Hamilton (13 de maio de 1925 - 26 de outubro de 2018) foi um geólogo americano conhecido por integrar a geologia e a geofísica observadas em sínteses em escala planetária que descrevem a evolução dinâmica e petrológica da crosta terrestre e do manto. Sua carreira principal (1952–1995) foi como cientista pesquisador do US Geological Survey (USGS) em ramos geológicos e depois geofísicos. Após a aposentadoria, ele se tornou um Distinto Cientista Sênior no Departamento de Geofísica da Colorado School of Mines (CSM). Ele era membro da National Academy of Sciences e detentor da Medalha Penrose , a mais alta honraria da Geological Society of America (GSA). Hamilton serviu na Marinha dos Estados Unidos de 1943 a 1946, concluiu o bacharelado na Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) em um programa de treinamento da Marinha em 1945 e foi oficial comissionado no porta-aviões USS Tarawa . Depois de retornar à vida civil, ele obteve um mestrado em geologia pela University of Southern California em 1949 e um doutorado em geologia pela UCLA em 1951. Ele se casou com Alicita V. Koenig (1926-2015) em 1947. Hamilton morreu em outubro de 2018 aos 93 anos; até as últimas semanas, ele estava trabalhando em uma nova pesquisa. Seu artigo final, "Rumo a uma história geodinâmica livre de mitos da Terra e seus vizinhos", foi publicado postumamente (2019) na Earth-Science Reviews .

Início de carreira

Após um ano, 1951–1952, ensinando na Universidade de Oklahoma, Hamilton começou sua carreira principal como cientista pesquisador no USGS em Denver (1952–1995). Os primeiros projetos incluíram trabalho de campo e de laboratório no batólito de Sierra Nevada , o batólito de Idaho e o que mais tarde ficou conhecido como terranos agregados a oeste dele, rochas metamórficas do leste do Tennessee, um grande terremoto de extensão crustal em Montana e deformação extrema dos estratos cratônicos em sudeste da Califórnia.

Visão da Antártica

Warren Hamilton na Antártica, 1958

Hamilton liderou uma festa de campo de dois homens na Antártica (outubro de 1958 a janeiro de 1959) para o Ano Geofísico Internacional e lançou um novo entendimento da Antártica. Ele foi o primeiro a aplicar o nome de Montanhas Transantárticas (dois anos depois, formalizadas como Montanhas Transantárticas ) a essa faixa de 3.500 km. Hamilton reconheceu que um grande setor dessa faixa continha rochas graníticas distintas, como o cinturão orogênico de Adelaide, na Austrália do Sul . Fósseis associados de diversas idades na Antártica, Austrália e no extremo sul da África ligaram ainda mais esses continentes e deram suporte a explicações então radicais da deriva continental . Antes de viajar para a Antártica, Hamilton era o que ele mais tarde descreveu como um "vagabundo escondido", ciente de que a geologia do hemisfério sul fornecia evidências poderosas a favor da deriva continental . Ele retornou à Antártica para trabalho de campo em 1963 e 1964 em outras partes das Montanhas Transantárticas, incluindo aquelas antes contínuas com outras áreas australianas. Ele também investigou em campo evidências de deriva na Austrália e na África do Sul, integrando seu trabalho com o de outros pesquisadores para mostrar como a Antártica e outros continentes do Gondwana se separaram.

Deriva Continental para Placas Tectônicas

A mobilidade continental também foi importante para a pesquisa de Hamilton no oeste da América do Norte na década de 1960, numa época em que os movimentos laterais eram rejeitados pela maioria dos geocientistas do hemisfério norte. Ele reconheceu que a Baja California havia se afastado do México, abrindo o Golfo da Califórnia, como componentes do sistema de falhas de San Andreas . Ele estudou a petrologia e configurações móveis de várias províncias vulcânicas e variações em complexos magmáticos em relação às suas profundidades de formação. Ele foi o primeiro a reconhecer que tanto o fundo do oceano quanto os arcos das ilhas foram incorporados em complexos orogênicos continentais (embora o mecanismo não estivesse claro então) e poderiam ser discriminados petrologicamente, e que a região da Bacia e da Cordilheira tinha dobrado de largura pela extensão da crosta terrestre. O historiador da geociência Henry Frankel caracterizou Hamilton como "o mobilista norte-americano mais ativo que desenvolveu suas idéias independentemente dos avanços contemporâneos no paleomagnetismo e na oceanografia".

No final dos anos 1960, geofísicos trabalhando com novas tecnologias de levantamento magnético marinho e sismologia de terremotos provaram a operação de expansão do fundo do mar , criaram explicações com os novos conceitos de placas tectônicas e mostraram que o fundo do oceano e continentes móveis formaram juntas placas tectônicas . Hamilton foi o pioneiro em mostrar como a geologia terrestre também evoluiu por meio de interações de placas, como aquelas agora ativas, para as quais a evidência submarina foi gerada recentemente. Ele publicou em 1969 e 1970 sínteses da evolução da Califórnia e de grande parte da União Soviética, controlada por placas tectônicas convergentes. Ele "abriu novos caminhos para a comunidade de estrutura e tectônica para integrar conceitos de placas tectônicas e geologia terrestre."

Tectônica de placa de cima para baixo

Hamilton foi convidado em 1969 para fazer uma análise de placas tectônicas da Indonésia e regiões vizinhas, financiada pelo Departamento de Estado dos Estados Unidos, para ajudar a expandir a exploração de petróleo lá. Esta grande região é a parte mais complexa da Terra, onde pequenos oceanos ainda se invertem entre placas que interagem de forma complexa, de modo que muitas histórias móveis separadas podem ser decifradas. Ele integrou a geologia onshore com a geofísica offshore, a maior parte dela não estudada anteriormente. As publicações resultantes incluem mapas de parede, muitos artigos e uma grande monografia. Este trabalho continha uma nova compreensão das interações de placas convergentes, com observações mostrando que os limites das placas mudam de forma e se movem em relação à maioria das outras. Dobradiças rolo de volta para subduzindo placas oceânicas que afundam broadside, não para baixo seus mergulhos inclinados. Essas placas que afundam, e não as células de convecção do manto ascendentes convencionalmente retratadas, controlam os movimentos da placa de superfície. Os arcos avançam um em direção ao outro sobre as lajes que se afundam e colidem; nova subducção irrompe fora dos novos agregados. A litosfera oceânica fica mais espessa com a idade, afastando-se dos centros de disseminação porque é resfriada do topo, tornando-se mais densa do que o material mais quente abaixo dela e, portanto, capaz de afundar (o processo de subducção). As placas oceânicas são impulsionadas por sua massa e seus limites basais comumente inclinados em direção às saídas de subducção da superfície. William Dickinson relatou que esta "magnífica monografia sobre a tectônica indonésia inclui o primeiro mapa tectônico regional a representar toda uma região orogênica clássica na estrutura das placas tectônicas". Keith Howard o descreveu como "um padrão de comparação para inúmeros estudos mais recentes de cintos de subducção em todo o mundo".

O outro trabalho de Hamilton dos anos 1970 até o início dos anos 1990 também visava compreender a evolução da crosta continental. Ele se concentrou na geologia e na geofísica crustal que definem os produtos dos últimos 540 milhões de anos da história da Terra (o éon fanerozóico ), durante os quais as placas tectônicas produziram assembléias geológicas de placas convergentes como as que se formam hoje. Ele viajou extensivamente para estudar complexos rochosos de vários tipos, idades e profundidades de formação, incluindo dois que expuseram a descontinuidade de Mohorovičić entre as rochas da crosta terrestre e do manto de arcos magmáticos. Ele aceitou 5 cátedras visitantes, e também deu muitos cursos de curta duração e palestras ao redor do mundo.

A ênfase de Hamilton na evidência empírica o manteve em desacordo com as explicações convencionais. Embora muitos geocientistas adotassem pontos de vista mobilísticos à medida que a expansão do fundo do mar era documentada, a maioria deles o fazia com a suposição de que as placas são passageiros passivos em sistemas de convecção movidos pelo aquecimento do fundo. Essa especulação ainda domina a geodinâmica teórica. Hamilton argumentou que essa visão é incompatível com as informações sobre as interações reais das placas e com muitas outras evidências da física e da geociência.

Planetas Terrestres e Terrestres Alternativos

Em 1996, Hamilton mudou-se para o Departamento de Geofísica da Colorado School of Mines, continuando a pesquisa com algum ensino. Ele trabalhou na integração multidisciplinar de dados sobre a geofísica da Terra inteira e a evolução do manto, entendendo a cinemática das placas tectônicas, interpretando os contrastes profundos entre as montagens rochosas e as relações produzidas pelas placas tectônicas fanerozóicas e aquelas dos primeiros quatro bilhões de anos da história da Terra, e integrando esses insights com novas interpretações da evolução dos planetas terrestres. Esses amplos tópicos avançaram paralelamente, como se pode ver na lista de suas publicações. Os principais temas foram atualizados e resumidos em um artigo de 2015 .

As explicações amplamente aceitas para a dinâmica e evolução interna da Terra e de seus vizinhos ainda são baseadas em especulações das décadas de 1970 e 1980. Estes pressupõem uma separação lenta da crosta continental de mantos que ainda não são fracionados e estão vigorosamente convictos nas mesmas formas dirigidas pelo fundo, e ainda produzem diferentes efeitos superficiais e superficiais em cada planeta.

Hamilton desenvolveu interpretações radicalmente novas reavaliando as bases para essas suposições convencionais de forma independente para a Terra, Vênus, Marte e a Lua da Terra. Em sua opinião, essas suposições são contrárias tanto ao conhecimento empírico quanto aos princípios físicos, incluindo a Segunda Lei da Termodinâmica . Evidências independentes para cada planeta indicam o crescimento de cada um para o tamanho essencialmente real, com o manto e a crosta máfica separados magmaticamente, não mais do que cerca de 4,50 bilhões de anos (por) atrás. A fonte de calor para derreter sincronizadamente com o acréscimo permanece obscura, entretanto. Urânio , tório e potássio 40 , sugeridos no artigo de Hamilton de 2015, eram inadequados para a tarefa. Todos esses elementos se dividem seletivamente em fundidos, no entanto, e assim foram concentrados nas protocrostas e seus derivados, onde os radioisótopos aumentaram as temperaturas rasas enquanto produziam mantos inferiores não convectivos.

Mecanismos da Tectônica de Placas

As hipóteses de placas tectônicas convencionais diferem em detalhes, mas desde a década de 1980 a maioria assumiu que a Terra operou em um modo de placas tectônicas, com convecção de manto total baseada em pluma conduzida por um núcleo eternamente quente, por pelo menos 3 por, e que esta convecção manteve o manto agitado e quase todo não fracionado. Uma minoria de geocientistas, incluindo Hamilton, afirma, em vez disso, que a maioria dos componentes e previsões para tal convecção foram refutadas e nenhuma confirmada de forma robusta. Sua explicação alternativa envolve os movimentos das placas impulsionados pelo resfriamento e afundamento de cima para baixo, com os vulcânicos da placa intermediária, como as ilhas havaianas, refletindo a fraqueza da crosta (como uma rachadura em propagação), diminuindo a pressão na astenosfera já em ou perto das temperaturas de derretimento, em vez de plumas de material quente subindo das profundezas do manto.

O modelo de Hamilton integra o comportamento das placas com a geofísica multidisciplinar e tem a circulação 3-D das placas tectônicas inteiramente confinada ao manto superior , acima da profunda descontinuidade sísmica a uma profundidade de cerca de 660 km. As lajes subdutoras afundam subverticamente - elas não são injetadas em fendas inclinadas - e suas dobradiças migram para a litosfera oceânica de entrada. As lajes de afundamento são colocadas planas no impenetrável "660", são ultrapassadas pelo manto superior e placas superiores puxadas em direção às lajes recuadas e preenchem as lacunas de propagação potenciais (por exemplo, Oceano Atlântico e bacias de backarc do Pacífico ) atrás das placas superiores. Em seus lados oceânicos, as lajes de afundamento lateral empurram todo o manto superior, acima do "660" e abaixo das placas oceânicas de entrada, de volta sob essas placas, forçando uma rápida propagação em seus oceanos (por exemplo, o Pacífico de expansão rápida), mesmo como aqueles os oceanos são estreitados entre o avanço dos sistemas de subducção e as placas superiores.

Tectônica pré-cambriana

A literatura dominante sobre a geologia pré-cambriana da Terra - o arqueano (4,0-2,5 por atrás) e o Proterozóico (2,5-0,54 por) éons - tem sido dominada desde os anos 1980 pelo conceito de que os processos de placas tectônicas e "pluma", como aqueles pensados para estavam operando agora, estavam então ativos, e que a estrutura térmica e geodinâmica da Terra variaram relativamente pouco ao longo do tempo.

Hamilton, entretanto, não viu, em relatos publicados por outros ou em seu próprio trabalho de campo multicontinental, nenhuma rocha ou assembléia mais antiga que o Proterozóico tardio que se assemelhe aos produtos das placas tectônicas mais recentes. Faltam evidências geológicas de placas tectônicas anteriores. A maioria das rochas vulcânicas e graníticas arqueanas são notavelmente diferentes em composições e ocorrências das rochas fanerozóicas (0,54-0 por atrás), mesmo aquelas que carregam os mesmos nomes litológicos amplos. Esta falta é tacitamente reconhecida pela dependência de atribuições convencionais de espécimes de rocha individuais a configurações de placas tectônicas com base nas semelhanças entre as proporções de alguns elementos vestigiais e aquelas de rochas modernas selecionadas de composições volumosas, assembléias, bastante diferentes, e ocorrências. As relações de campo e as composições químicas das lavas máficas arqueanas mostram que elas irromperam através e sobre as rochas graníticas continentais mais antigas e não se formaram como crosta oceânica como postulado nas interpretações das placas. Evidências claras de placas tectônicas foram encontradas apenas em rochas com menos de 650 milhões de anos.

As rochas pré-4,50 por alto manto superior, as rochas dominantes agora preservadas sob os crátons arqueanos, não são de manto parcialmente fracionado como previsto pelas interpretações convencionais, mas em vez disso são diferenciados extremamente refratários, esgotados da maioria dos materiais de silicato que poderiam ter contribuído parcialmente derretimentos de rochas da crosta terrestre continental ou oceânica. Essas rochas do manto fracionadas inicialmente eram originalmente cobertas diretamente por uma crosta máfica espessa que continha os componentes crustais subsequentes em potencial, incluindo uma grande proporção dos principais elementos produtores de calor da Terra. Por volta de 4,0 por volta de, a Terra recebeu, por meio de uma barragem de bólidos gelados inicialmente formados na parte externa do cinturão de asteróides, os componentes voláteis que evoluíram em seus oceanos e atmosfera. O ciclo descendente de voláteis permitiu o início da fusão parcial hidratada da protocrosta, formando uma crosta granítica não-placa-tectônica distinta sobre a protocrosta residual. As assembléias geológicas bastante diferentes dos éons Arqueano e Proterozóico são explicadas em termos de fusão parcial radiogênica variável da protocrosta, após o início da hidratação, para formar derretimentos graníticos e vulcânicos que subiram dela, e de delaminação e afundamento da protocrosta residual, densificada por perda de seus componentes mais leves, que deu início a um longo processo contínuo de re-enriquecimento do manto superior e que, por fim, possibilitou a tectônica de placas.

Planetas terrestres

O artigo de Hamilton de 2015 resumiu dados indicando que Vênus e Marte, como a Terra, tinham crostas, mantos e núcleos fracionados muito cedo, mas, ao contrário da Terra, ambos preservam em suas superfícies uma antiga história de bombardeio de bólido como a da Lua. Quase todos os observadores de Marte reconhecem isso. O mesmo fizeram os primeiros observadores de imagens de radar de Vênus, mas quase todos os intérpretes subsequentes desse planeta, ao contrário de Hamilton, atribuíram a maioria dos milhares de grandes bacias circulares e crateras a jovens plumas de manto. Hamilton enfatizou que a correlação direta dos campos gravitacionais com a topografia requer que a maioria da topografia marciana e venusiana seja suportada por mantos superiores fortes e frios, e é incompatível com os mantos quentes e ativos popularmente assumidos. (A correlação muito diferente na Terra mostra que a topografia de dimensões semelhantes aqui flutua isostaticamente no manto verdadeiramente quente e fraco.) Os supostos vulcões venusianos e marcianos, incluindo o Monte Olimpo , não se parecem com os vulcões endogênicos da Terra e, em vez disso, são aproximadamente circulares e comumente suaves de lado, produtos de vastas massas de espalhamento derretem de eventos únicos. Eles parecem ser construções de fusão por impacto, a maioria com mais de 3,9 por analogia lunar. A Terra registra uma história semelhante de derretimento por impacto em seus zircões desde o éon Hadeano, 4,5-4,0 atrás.

Tanto Vênus quanto Marte mostram em sua geologia de superfície a aquisição de enormes volumes de água fornecida por bólidos no final de suas histórias de bombardeio principal, portanto, cerca de 4,0 antes, mais ou menos na mesma época em que a Terra foi hidratada. Ao contrário da Terra, no entanto, as protocrostas de Vênus e Marte tinham muito antes resfriado até a inatividade, então eles não compartilham nenhum da história dinâmica e magmática da Terra mais jovem do que cerca de 4,5 por evidências de oceanos marcianos passados e erosão aquosa severa é reconhecida pela maioria dos observadores, embora a fonte e momento da água são debatidos. Sedimentos oceânicos venusianos não deformados foram reconhecidos em imagens óticas das soviéticas das vastas planícies baixas, e Hamilton notou muito mais evidências de oceanos e de erosão aquosa profunda em imagens de radar subsequentes. O trabalho venusiano convencional desde 1990 rejeita tais evidências como incompatíveis com a suposição de que a superfície venusiana é formada por plumas jovens, ainda extremamente ativas; e pelos produtos dessas plumas, incluindo vastos campos de lavas não terrestres sem fontes visíveis.

Lua da terra

A Terra e sua Lua têm composições tão semelhantes que devem ter vindo do mesmo corpo. A explicação comum é que a Lua se formou a partir de um material que se libertou pela colisão com um corpo do tamanho de Marte. Em seu artigo de 2015, Hamilton defende a formação lunar pela opção geralmente desfavorecida de fissão, derivada de uma Terra jovem ainda parcialmente derretida e girando rapidamente à medida que atingiu o tamanho real. O fracionamento lento de um oceano de magma é comumente assumido como tendo formado planaltos lunares, mas a geocronologia e os problemas petrológicos com essa explicação levaram Hamilton a sugerir que aqui também o fracionamento de todo o planeta foi concluído em cerca de 4,5 por, e o magmatismo de superfície subsequente foi devido a derretimento por impacto.

A possibilidade de que água e outros voláteis tenham sido entregues à Lua em bólidos por volta de 4,0 por acordo com os dados disponíveis sobre o conteúdo de voláteis de rochas ígneas, mas não foi especificada na literatura química. Terra, Lua, Marte e Vênus, portanto, podem ter sido todos recipientes de um bombardeio de bólidos gelados, formados originalmente na metade externa do cinturão de asteróides, mais ou menos nessa época, o que tornou possível a vida na Terra. Essa inferência é consistente com os conceitos atuais da formação de asteróides e da interrupção e perda da maioria deles, em resposta às migrações de, particularmente, Júpiter, embora esses conceitos tenham poucas restrições de tempo.

Publicações selecionadas

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Grandes honras

Exmo. Companheiro, Geol. Soc. Londres; Fellow, GSA e Geol. Assoc. Canadá
1967, Natl. Acad. Sci. Cientista de intercâmbio sênior para a URSS
1968, 1978, Professor visitante, Scripps Inst. Oceanografia / UCSD
1973, Prêmio de Serviços Meritórios, USGS
1973, Professor Visitante, Califórnia Inst. Tecnologia;
1979, Membro, Nat. Acad. Sci. Delegação de placas tectônicas para a China e o Tibete
1980, Prof. Visitante, Yale Univ.
1981, Medalha de Serviço Distinto, Departamento do Interior dos EUA
1981, Professor Visitante, Univ. Amsterdam e Free Univ. Amsterdã (consulta conjunta)
1989, Medalha Penrose, GSA
1989, Membro Eleito, Academia Nacional de Ciências
2007, Prêmio de Contribuição de Carreira em Geologia Estrutural e Tectônica, GSA

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