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