Rb-sr2_unb.pps

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GEOLOGIA DE ISÓTOPOS RADIOGÊNICOS L a b o r a tó r io d e G e o c r o n o lo g ia U n iv e r s id a d e d e B r a s ília

L a b o r a tó r io d e G e o c r o n o lo g ia U n iv e r s id a d e d e B r a s ília

Método Rb-Sr

Sumário  Histórico  Princípios do método  Determinação do Rb e do Sr  Cálculo de idades (convencional e isocrônica)  Interpretação de idades  Aplicações  Evolução isotópica do Sr  Vantagens e desvantagens do método

HISTÓRICO

1906 – Descoberta da radioatividade do Rb (Campbell & Wood) 1937 – Descoberta dos isótopos do Rb (Hahn et al.) 1938 – Previsão do método de datação Rb-Sr (Hahn & Walling) 1943 – Primeira determinação de idade Rb-Sr (Hahn et al.) 1950’s – Disseminação do uso do método 1972 – Bases teóricas e aplicações (Faure & Powell)

PRINCÍPIOS DO MÉTODO 85

Rb

Rb 87

Rb Radioativo

86

Sr

87

Sr

88

Sr

Rb+

raio iônico = 1,48 A

K+

Sr++

raio iônico = 1,13 A

Ca++

Crosta Superior

0,25

Manto

0,025

Rb/Sr

Sr

Portanto: Rochas com alta Rb/Sr Rochas com baixa Rb/Sr

Ricas em 87Sr Pobres em 87Sr

DETERMINAÇÃO DO Rb E DO Sr Pulverização da amostra Determinação da concentração de Rb por Raio-X Dissolução (abertura) da amostra em HF, HNO3 e HCl Spikagem (87Rb e 84Sr) Concentração do Rb e do Sr em colunas de troca iônica Secagem da amostra Deposição em filamento e espectrometria de massa

SISTEMA Rb-Sr FORNECE: CONVENCIONAL IDADES ISOCRÔNICA PARÂMETRO PETROGENÉTICO → Razão inicial

CÁLCULOS DE IDADES Rb-Sr λRb = 1 × 10-11 anos-1

T = 1/λ × Ln (1 + F/N)

T = 1/λRb × Ln (1 + 87Sr/87Rb)

T=

1 λRb

× Ln 1 +

(87Sr)hoje - (87Sr)inicial 87

Rb

87Sr

T=

1 λRb

× Ln 1 +

86Sr

hoje

87Sr 86Sr

inicial

87Rb 86Sr

87

Idades convencionais: coloca-se um valor arbitrário para

Sr 86 Sr

com base na geologia e na geoquímica isotópica do Sr.

, inicial

Exemplo: meteoritos manto

87

Sr 86 Sr 0,6999 0,702-0,706

água do mar

0,709

média da crosta continental

0,730

Dados do Granito - Amostra Rocha Total Rb = 143,0 ppm Sr = 165,3 ppm

Rb Rb = 2,9 × = 2,509 86 Sr Sr

87

Sr = 0,76312 Sr

87

(medida no espectrômetro hoje)

86

Sr 86 Sr 87

= 0,7050 inicial

(valor assumido com base em parâmetros existentes ou calculados)

λRb = 1,42 × 10-11 anos-1

T=

1 1,42 × 10-11

T = 1609 Ma

× Ln 1 +

0,76312 - 0,7050 2,509

Princípios Geológicos da Isócrona Amostras formadas ao mesmo tempo e a partir do mesmo magma - amostras cogenéticas Sr/86Sr

87

Ri

Rb/86Sr

87

Diorito

Granito Magma

87

Sr/86Sr Homogênea

Idades Rb-Sr Isocrônicas Diagramas Isocrônicos

Sr(total) = 87Sr(inicial) + 87Rb (eλT - 1)

87

Sr

87

Sr

86

Y

= total

=

87 86

Sr

Sr

+ 87Rb inicial

b

equação de uma reta, onde

Sr

86

+

× (eλT - 1)

x a

b = ponto comum a = coeficiente angular sistema de coordenadas x, y

Sr/86Sr

87

Y Y1 a = tg α

α

b x0

x1

87

Rb/86Sr x

T = 1/λRb × tgα Idade Rb-Sr Isocrônica

1 λRb

×

Y1 - b x1 -x0

0,76424

PB-55

87Sr/86Sr

0,75586

PB-53

0,74371

PB-52

0,73473

0,72050 0,71833 0,71672

PB-56

PB-02-1C PB-02-1D PB-02-1F

0,416 0,505 0,446

0,893

1,132

1,397

1,636

87Rb/86Sr 87

Rb/86Sr

87

Sr/86Sr

1

1,397

0,75586

2

1,132

0,74371

3

1,636

0,76424

4

0,893

0,73473

5

0,505

0,72050

6

0,446

0,71833

7

0,416

0,71672

0,76424

PB-55

87Sr/86Sr

0,75586

PB-53

0,74371

PB-52 PB-56

0,73473

0,72050 0,71833 0,71672

PB-02-1C PB-02-1D PB-02-1F

0,416 0,505 0,446

∆y

α ∆x

0,893

1,132

1,397

1,636

87Rb/86Sr

tg α = eλt-1 tg α = ∆y ∆x

tg α = 0,73473 – 0,71642 = 0,037757 0,893 – 0,416

t = tg α = 0,037757 λ 1,42 × 10-11

t = 2,66 × 109

t = 2,66 Ga

Ri = 0,7009

APLICAÇÕES Rochas ígneas diagramas isocrônicos indicando idades de cristalização igual ou menor às idades U-Pb e isócronas Sm-Nd Rochas metamórficas Diagramas isocrônicos indicando rehomogeinização isotópica Equivalentes às idades K-Ar ou Ar-Ar e isócronas minerais Sm-Nd Rochas sedimentares Diagramas isocrônicos indicando idades de processos diagenéticos Idades de protólitos, dependendo da intensidade da diagênese e granulometria dos sedimentos Equivalentes às idades K-Ar ou Ar-Ar em minerais diagenéticos Mineralizações Diagramas isocrônicos indicando idades do processo hidrotermal Equivalentes às idades K-Ar ou Ar-Ar em minerais hidrotermais e isócronas minerais Sm-Nd

FUNDAMENTOS PARA INTERPRETAÇÕES GEOLÓGICAS DE IDADES Rb - Sr Cronômetro Rb-Sr inicia a partir do momento em que o processo de cristalização da rocha ou minerais ultrapassa a temperatura de fechamento do sistema Rb-Sr Normalmente admitido como época de cristalização

Sr é gerado no lugar do 87Rb, portanto, dentro de uma estrutura cristalina incompatível 87

Sr

87

Rb Mica

Sr Plagioclásio

Quando ocorrem aumentos de temperatura (200°C - 250°C) o 87Sr migra para estruturas mais favoráveis, ocorrendo HOMOGEINIZAÇÃO ISOTÓPICA ENTRE AS FASES MINERAIS

Sr/86Sr

87

Plag. Plag

Qz. Qz Bio. Bio

Ri

Pl

RT

Bio

Sr

87

Rb/86Sr

87

Quando ocorre o aumento de T, o 87Sr migra dos minerais doadores para os minerais receptores de 87Sr MAS não saem da rocha. PORTANTO, O SISTEMA ROCHA TOTAL PERMANECE FECHADO cristalização

aquecimento Sr

87

2,0 Ga

1,0 Ga

hoje 87

Idade Rocha Total

Idade Biotita

Biot

Sr

RT

EM ESCALA DE ROCHA TOTAL OCORRE A HOMEGEINIZAÇÃO QUANDO:  Processo de fusão parcial  Metamorfismo com desenvolvimento mineralógicas características

de

assembléias

 Sedimentação e diagênese de sedimentos filhos (argilitos, folhelhos)

Contaminação crustal

EVOLUÇÃO ISOTÓPICA DO Sr NA TERRA  Rochas primordiais foram destruídas ou metamorfisadas  Utilizam-se meteoritos e rochas lunares  Basaltos acondríticos

→ A partir de líquidos silicáticos e Rb/Sr muito baixa ≅ 0,002

(87Sr/86Sr)i = 0,69899 ± 0,00005 → Basaltic Achondrite Best Initial

BABI

Papanastassiou e Wasserburg (1969) Rochas Granitóides antigas tem razão inicial baixa, mas sempre maior que o BABI

Reservatórios Geoquímicos

Rochas

Rb/Sr

Sr/86Sr

87

Sedimentos

3,0

Muito alta

Granitóides

0,5

Alta

Crosta Inferior

Granulitos

0,08

Baixa

Manto Superior

Bas. + Ultrab.

0,02

Baixa

Crosta Superior

CR. SUP. 87Sr

87Sr

86Sr

86Sr

T0

T1

CR. INF.

Rb/Sr = 1,0

MANTO

Rb/Sr = 0,5 Rb/Sr = 0

HOJE

TEMPO GEOLÓGICO

Rb/Sr = 2,0

T0

T1

TEMPO GEOLÓGICO

Composição isotópica 87Sr/86Sr atual do manto superior é heterogênea 0,702 ↔ 0,706

Sr 86 Sr 87

Sr 86 Sr 87

L

NTA E N I T CON A T S CRO

MANTO

0,6989 (BABI) 4,5 Ga

0,706 0,702 Hoje

TEMPO GEOLÓGICO

87Sr 86Sr

0,740

C

EVOLUÇÃO ISOTÓPICA DO Sr

0,724

B 0,700

A 2,5

0,708 2,0

1,5

1,0

0,5

hoje

TEMPO GEOLÓGICO (Ga) A: Suíte TTG

87Sr

87Sr

Curva de evolução isotópica de Sr para rocha 1

86Sr

86Sr

média atual

Razão Inicial

0,7046 0,6989 4,5

TERRA

T PROTÓLITO

GLOBAL

Trocha

mínima

TEMPO GEOLÓGICO (Ga)

hoje

B: Ortognaisses

C: Granito

Fundo Oceânico M = 0,70280

VARIAÇÃO DE 87 Sr/86Sr EM BASALTOS

FREQÜÊNCIA

Ilhas Oceânicas M = 0,70386

Arcos de Ilhas M = 0,70437

Continentais M = 0,70577

0,702

0,706 87

0,710

Sr/86Sr

0,714

CURVA DE VARIAÇÃO DA RAZÃO 87Sr/86Sr PARA ÁGUA DO MAR 87Sr MINERALIZAÇÕES

86Sr 0,710

Epigenéticas 0,708

Singenéticas 0,704

Evolução do Manto

BABI

0,700

hoje

1,2

2

3

4

TEMPO GEOLÓGICO (Ga)

Diagrama Sr-Nd Assinaturas do manto em rochas de fundo oceânico

Faure (1986)

Diagrama Sr-Nd Assinaturas do manto em basaltos continentais

Faure (1986)

Diagrama Sr-Nd Misturas entre basaltos toleíticos e rochas crustais

Faure (1986)

DIAGRAMAS DE MISTURAS ENTRE 2 COMPONENTES A E B

87Sr

0,725

86Sr

A

A

1,0

1,0

0,720 0,8

0,8

0,6

0,710

0,6

0,4

0,4

0,2

0,2

B 0,700

200

400 Sr (ppm)

B 500

2

3

4

1 (ppm-1) Sr

5

(× 10-3)

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO MÉTODO Vantagens:

Desvantagens:

• •

• Comportamentos geoquímicos distintos entre o Rb e o Sr

Flexibilidade do método Aplicação em vários tipos de rochas • Aplicação em vários processos geológicos:  Magmatismo  Metamorfismo  Hidrotermalismo

• Facilidade de abertura do sistema • Em relação ao método U-Pb (em rochas ígneas): Idade U-Pb → cristalização Idade Rb-Sr → resfriamento