Laboratório de Geocronologia

Universidade de Brasília

G E O L O G I A D E I S Ó T O P O S R A D I O G Ê N I C O S

MétodoMétodoRb-SrRb-Sr

Laboratório de Geocronologia

Universidade de Brasília

SumárioSumário

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 MÉTODOPRINCÍPIOS DO MÉTODO

Rb

85Rb

87Rb Radioativo

86Sr

87Sr

88Sr

Sr

RbRb++ raio iônico = 1,48 Araio iônico = 1,48 A KK++

SrSr++++ raio iônico = 1,13 Araio iônico = 1,13 A CaCa++++

Crosta SuperiorCrosta Superior 0,250,25Rb/SrRb/Sr

MantoManto 0,0250,025

Portanto:Portanto:Rochas com alta Rb/SrRochas com alta Rb/Sr Ricas em Ricas em 8787SrSrRochas com baixa Rb/SrRochas com baixa Rb/Sr Pobres em Pobres em 8787SrSr

DETERMINAÇÃO DO Rb E DO SrDETERMINAÇÃO 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:SISTEMA Rb-Sr FORNECE:

CONVENCIONALCONVENCIONALIDADESIDADES

ISOCRÔNICAISOCRÔNICA

PARÂMETRO PETROGENÉTICO PARÂMETRO PETROGENÉTICO Razão inicialRazão inicial

CÁLCULOS DE IDADES Rb-Sr

Idades convencionais: coloca-se um valor arbitrário para ,

com base na geologia e na geoquímica isotópica do Sr.

inicial

87Sr86Sr

T = 1/ Ln (1 + F/N) RbRb = = 1 1 1010--1111 anosanos--11

T = 1/Rb Ln (1 + 87Sr/87Rb)

(87Sr)hoje - (87Sr)inicial

87Rb1 +Ln

1

Rb

T = (87Sr)hoje - (87Sr)inicial

87Rb1 +Ln

(87Sr)hoje - (87Sr)inicial

87Rb1 +

(87Sr)hoje - (87Sr)inicial

87Rb

(87Sr)hoje - (87Sr)inicial

87Rb1 +Ln

1

Rb

T =1

Rb

1

Rb

T =

hoje inicial1 +Ln1

Rb

T =87Rb86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

-hoje inicial1 +Ln

1

Rb

T = Ln1

Rb

T = Ln1

Rb

T =1

Rb

1

Rb

T =87Rb86Sr

87Rb86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

-87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

-

Exemplo:Exemplo:

meteoritosmeteoritos 0,6999 0,6999

mantomanto 0,702-0,7060,702-0,706

água do marágua do mar 0,709 0,709

média da crostamédia da crosta 0,730 0,730continentalcontinental

8787SrSr8686SrSr

8787SrSr8787SrSr8686SrSr8686SrSr

Dados do Granito - Amostra Rocha Total

Rb = 143,0 ppm

Sr = 165,3 ppm87Rb86Sr

= 2,9 = 2,509Rb

Sr

87Sr86Sr

= 0,76312 (medida no espectrômetro hoje)

inicial

87Sr86Sr

= 0,7050 (valor assumido com base em parâmetros existentes ou calculados)

Rb = 1,42 10-11 anos-1

T =1,42 10-11

1 Ln

0,76312 - 0,7050

2,5091 +

T = 1609 Ma

Princípios Geológicos da IsócronaPrincípios Geológicos da Isócrona

Amostras formadas ao mesmo tempo e a partir do mesmo magma - amostras cogenéticas

Ri

87Sr/86Sr

87Rb/86Sr

Magma

87Sr/86Sr Homogênea

Diorito Granito

Idades Rb-Sr Isocrônicas

Diagramas Isocrônicos

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

87Sr 87Sr + 87Rb 86Sr total 86Sr inicial 86Sr

= × (eT - 1)

Y = b + x a

b = ponto comumequação de uma reta, onde a = coeficiente angular

sistema de coordenadas x, y

a = tg

b

87Sr/86Sr

87Rb/86Srx

Y

x0 x1

Y1

T = 1/Rb × tg

Idade Rb-Sr Isocrônica 1 Y1 - b

Rb x1 -x0

×

87S

r/86

Sr

87Rb/86Sr

PB-02-1D

PB-02-1C

PB-56

PB-52

PB-53

PB-55

PB-02-1F

0,76424

0,75586

0,74371

0,73473

0,720500,718330,71672

0,4160,446

0,505 0,893 1,132 1,397 1,636

87S

r/86

Sr

87Rb/86Sr

PB-02-1D

PB-02-1C

PB-56

PB-52

PB-53

PB-55

PB-02-1F

0,76424

0,75586

0,74371

0,73473

0,720500,718330,71672

0,4160,446

0,505 0,893 1,132 1,397 1,636

87Rb/86Sr 87Sr/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

87Rb/86Sr 87Sr/86Sr

1 1,397 0,75586

2 1,132 0,74371

3 1,636 0,76424

4 0,893 0,73473

87Rb/86Sr 87Sr/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

87S

r/86

Sr

87Rb/86Sr

PB-02-1DPB-02-1C

PB-56

PB-52

PB-53

PB-550,76424

0,75586

0,74371

0,73473

0,720500,718330,71672

0,4160,446

0,505 0,893 1,132 1,397 1,636

PB-02-1F

y

x

87S

r/86

Sr

87Rb/86Sr

PB-02-1DPB-02-1C

PB-56

PB-52

PB-53

PB-550,76424

0,75586

0,74371

0,73473

0,720500,718330,71672

0,4160,446

0,505 0,893 1,132 1,397 1,636

PB-02-1F

y

x

tg = et-1

tg = yx

tg = = 0,0377570,73473 – 0,716420,893 – 0,416

t = =tg

0,0377571,42 10-11

t = 2,66 109

t = 2,66 Gat = 2,66 Ga Ri = 0,7009Ri = 0,7009

APLICAÇÕESAPLICAÇÕES

Rochas ígneasdiagramas isocrônicos indicando idades de cristalização

igual ou menor às idades U-Pb e isócronas Sm-Nd

Rochas metamórficasDiagramas isocrônicos indicando rehomogeinização isotópica

Equivalentes às idades K-Ar ou Ar-Ar e isócronas minerais Sm-Nd

Rochas sedimentaresDiagramas isocrônicos indicando idades de processos diagenéticos

Idades de protólitos, dependendo da intensidade da diagênesee granulometria dos sedimentos

Equivalentes às idades K-Ar ou Ar-Ar em minerais diagenéticos

MineralizaçõesDiagramas isocrônicos indicando idades do processo hidrotermal Equivalentes às idades K-Ar ou Ar-Ar em minerais hidrotermais e

isócronasminerais Sm-Nd

FUNDAMENTOS PARA INTERPRETAÇÕES FUNDAMENTOS PARA INTERPRETAÇÕES GEOLÓGICAS DE IDADES Rb - SrGEOLÓGICAS 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

8787Sr é gerado no lugar do Sr é gerado no lugar do 8787Rb, portanto,Rb, portanto,dentro de uma estrutura cristalina incompatíveldentro de uma estrutura cristalina incompatível

Rb Sr

Mica Plagioclásio

8787SrSr

8787Sr é gerado no lugar do Sr é gerado no lugar do 8787Rb, portanto,Rb, portanto,dentro de uma estrutura cristalina incompatíveldentro de uma estrutura cristalina incompatível

MicaMica Plagioclásio Plagioclásio

Quando ocorrem aumentos de temperatura (200°C - 250°C) o 87Sr migra para estruturas mais favoráveis, ocorrendo

HOMOGEINIZAÇÃO ISOTÓPICA ENTRE AS FASES MINERAIS

Ri

87Sr/86Sr

87Rb/86Sr

Pl RT Bio

PlagPlag. QzQz.

BioBio.

8787SrSr

Biot

RT87Sr

87Sr

cristalização aquecimento

2,0 Ga 1,0 Ga hoje

IdadeRocha Total

IdadeBiotita

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

EM ESCALA DE ROCHA TOTAL OCORRE A EM ESCALA DE ROCHA TOTAL OCORRE A HOMEGEINIZAÇÃO QUANDO:HOMEGEINIZAÇÃO QUANDO:

Processo de fusão parcialProcesso de fusão parcial

Metamorfismo com desenvolvimento de assembléias Metamorfismo com desenvolvimento de assembléias mineralógicas característicasmineralógicas características

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

Contaminação crustal

EVOLUÇÃO ISOTÓPICA DO Sr NA TERRAEVOLUÇÃO ISOTÓPICA DO Sr NA TERRA

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

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

Papanastassiou e Wasserburg (1969)

Rochas Granitóides antigas tem Rochas Granitóides antigas tem razão inicial baixa, mas sempre razão inicial baixa, mas sempre maior que o BABImaior que o BABI

ReservatóriosReservatóriosGeoquímicosGeoquímicos Rochas Rb/Sr Rochas Rb/Sr 8787Sr/Sr/8686SrSr

SedimentosSedimentos 3,03,0 Muito altaMuito altaCrosta SuperiorCrosta Superior

GranitóidesGranitóides 0,50,5 AltaAlta

Crosta InferiorCrosta Inferior Granulitos Granulitos 0,080,08 BaixaBaixa

Manto SuperiorManto Superior Bas. + Ultrab. Bas. + Ultrab. 0,020,02 BaixaBaixa

87Sr86Sr

87Sr86Sr

TEMPO GEOLÓGICO

CR. SUP.

CR. INF.

MANTO

T0 T1 HOJE

TEMPO GEOLÓGICO

87Sr86Sr

87Sr86Sr

T0 T1

Rb/Sr = 2,0

Rb/Sr = 1,0

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

Composição isotópica Composição isotópica 8787Sr/Sr/8686Sr atualSr atual do manto superior é heterogêneado manto superior é heterogênea

0,702 0,702 0,706 0,706

TEMPO GEOLÓGICO

87Sr86Sr

87Sr86Sr

CROSTA CONTINENTAL

MANTO0,6989(BABI)

4,5 Ga Hoje

0,706

0,702

AB

C

TEMPO GEOLÓGICO (Ga)

87Sr86Sr

87Sr86Sr

0,700 0,708

0,724

0,740

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 hoje

A: Suíte TTG B: Ortognaisses C: Granito

TEMPO GEOLÓGICO (Ga)

87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

4,5 hoje

Curva de evoluçãoisotópica de Srpara rocha 1

média atual

0,7046

0,6989

RazãoInicial

PROTÓLITOmínima

T Trocha

TERRA GLOBAL

TEMPO GEOLÓGICO (Ga)

87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

87Sr86Sr

4,5 hoje

Curva de evoluçãoisotópica de Srpara rocha 1

média atual

0,7046

0,6989

RazãoInicial

PROTÓLITOmínima

T Trocha

TERRA GLOBAL

EVOLUÇÃO ISOTÓPICADO Sr

VARIAÇÃO DE87Sr/86Sr EM

BASALTOS

Fundo OceânicoM = 0,70280

Ilhas OceânicasM = 0,70386

Arcos de IlhasM = 0,70437

ContinentaisM = 0,70577

FR

EQ

ÜÊ

NC

IA

87Sr/86Sr0,702 0,706 0,710 0,714

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

87Sr86Sr

87Sr86Sr

TEMPO GEOLÓGICO (Ga)

1,2hoje 2 3 4

0,700

0,704

0,708

0,710

Evoluçãodo Manto

MINERALIZAÇÕES

BABI

Epigenéticas

Singenéticas

Faure (1986)

Diagrama Sr-NdAssinaturas do manto em rochas de fundo oceânico

Faure (1986)

Diagrama Sr-NdAssinaturas do manto em basaltos continentais

Faure (1986)

Diagrama Sr-NdMisturas entre basaltos toleíticos e rochas crustais

87Sr86Sr

87Sr86Sr

0,700

0,710

0,720

0,725

Sr (ppm)Sr1

(ppm-1)

400 500200 2 3 4 5 ( 10-3)

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

A

B

A

B

0,20,4

0,6

0,8

1,0

DIAGRAMAS DE MISTURAS ENTRE2 COMPONENTES A E B

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO MÉTODO

Vantagens:Vantagens:

• Flexibilidade do métodoFlexibilidade do método

• Aplicação em vários tipos Aplicação em vários tipos de rochasde rochas

• Aplicação em vários Aplicação em vários processos geológicos:processos geológicos:

MagmatismoMagmatismo MetamorfismoMetamorfismo HidrotermalismoHidrotermalismo

Desvantagens:Desvantagens:

• Comportamentos Comportamentos geoquímicos distintos entre o geoquímicos distintos entre o Rb e o SrRb e o Sr

• Facilidade de abertura do Facilidade de abertura do sistemasistema

• Em relação ao método U-Pb Em relação ao método U-Pb (em rochas ígneas):(em rochas ígneas):

Idade U-Pb Idade U-Pb cristalização cristalização

Idade Rb-Sr Idade Rb-Sr resfriamento resfriamento