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Noções de Estratigrafia & Geocronologia Elementos Geo&Paleonto 2015(1)-‐ Aula#7 Como estimar a idade da Terra? • Século XIX Métodos Idade Estimada da Terra ✒ Referênicas Bíblicas - 1 a 10.000 anos ✒ Resfriamento da Terra - 10 a 1000 Ma ✒ Acúmulo de sódio no oceano - 25 a 200 Ma ✒ Formação de sedimentos - 3 a 6000 Ma ✸ Valor preferido - Lord Kelvin - 100 Ma • Século XX ✒ Radioatividade - 1300 a 4500 Ma (Hadeano, Arqueano, Proterozóico, Fanerozóico) (Paleozóico, Mesozóico, Cenozóico) (Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonífero, Permiano – Triássico, Jurássico, Cretáceo – Terciário, Quaternário) Idade (Pleistoceno, Holoceno) ÉON ERA Período Época Como se divide o Tempo Geológico ? (Antropoceno, Tecnógeno) Como se mede o tempo geológico? Tempo Geológico Datações Relativas Estratigrafia Biocronologia Datações Absolutas ou Radiométrica ± Antigo Períodos anos ± erro 7 Princípios da Datação Relativa ✦ 1º Princípio da Superposição de Camadas, Horizontalismo e Continuidade Lateral ✦ Nicolau Steno (1600) - Willian Smith e Georges Cuvier (Séc. XVIII / XIX) ✦ 2º Princípio do Uniformitarismo ou Atualismo ✦ James Hutton (1785) ✦ 3º Princípio da Coexistência e da irreversibilidade das extinções biológicas ✦ Smith, Cuvier & Brongniart Alguns Princípios Básicos da Estratigrafia § Nicholas Steno, um físico Dinamarques (1638-1687) descreveu como a posição relativa de uma camada de rocha poderia ser usada para determinação de sua idade, sendo por isso considerado o Pai da estratigrafia. Steno definiu os três princípios básicos que descrevem a interpretação do tempo geológico através dos estratos geológicos (estratigrafia) : ü Princípio da Superposicão: A camada geológica de baixo foi depositada antes da camadas geológica acima desta ü Princípio da Horizontalidade: Todas as camadas geológicas são originalmente depositadas horizontalmente. Este principio trouxe consigo as noções de estratos (Base da Estratigrafia) ü Princípio da Continuidade Lateral: As camadas de rochas depositadas tem continuidade lateral em todas as direções em uma mesma bacia sedimentar + Velho + Jovem Em um corpo de rocha estartificado, a camada debaixo é sempre mais antiga do que camada acima dela. Estudo da gênese, da sucessão, no tempo e no espaço, e da representatividade em termos de área e espessura das camadas e sequências de rochas de uma dada região, buscando-se determinar os eventos, processos e ambientes geológicos associados, o que inclui, entre outros, a determinação de fases de erosão ou de ausências de deposição (superfícies de discordância - que veremos a seguir). A estratigrafia objetiva organizar o conhecimento e tempo geológico através da caracterização de Unidades Estratigráficas, possibilitando estabelecer correlações geológicas entre regiões diferentes e servir de fundamento para o estabelecimento da história da evolução geológica, tanto na escala local, regional, quanto mundial. Apesar de o nome ESTRATIGRAFIA parecer referir-se especificamente a rochas estratificadas (que a principio poderia confundir com rochas sedimentares), a estratigrafia tem significado bem mais amplo, pois envolve a determinação da sucessão geral das rochas de uma região, incluindo acontecimentos que modificaram a forma ou estruturas e a natureza dos pacotes de rochas, sejam elas: ígenas, metamórficas e sedimentares. Uma das ferramentas básicas da metodologia geológica (conhecimento e datação) é a representação da estratigrafia das sequências de rochas através de perfis geológicos, também chamados de coluna geológica ou estratigráfica. Nas colunas estratigráficas, geralmente, há uma sucessão temporal das camadas, ou seja, as camadas mais velhas estão embaixo das mais novas, podendo, no entanto, variar suas espessuras mínimas e máximas de região para região. A correlação regional de camadas de rocha só é possível dentro de uma mesma bacia sedimentar e é feita através do estudo de diversas colunas (ou poços de estudo) na região. Assim, as correlações estratigráficas podem ser pautadas, essencialmente, em três critérios principais, são eles: (a) tempo da deposição/formação da rocha, ou seja, sua idade (cronoestratigrafia); (b) continuidade lateral das mesmas rochas, definidas por critérios litologicos, ou seja, textura, mineralogia, etc..(litoestratigrafia); (c) conteúdo fossilífero semelhante (bioestratigrafia). (d) Ainda existe a possibilidade de correlação estratigráficas realizadas com base em outras propriedades fisicas das rochas, tais como: velocidade de ondas sísmicas (sismoestratigrafia), propriedades eletromagnéticas, magnetismo remanescente, características isotópicas, geoquímicas,... Mas estas são muito menos usadas. Example de LitoestraDgrafia Exemplo dos Princípios da Superposição, Horizontalidade e Continuidade Lateral 13 PRINCÍPIO DA SUPERPOSIÇÃO DE CAMADAS Este princípio diz que em uma sequência de camadas geológicas, a camada inferior será sempre mais antiga do a camada superior. Assim, A é mais antiga do que B e esta mais antiga do que C, porém mais recente do que A. No entanto, nem sempre as camadas geológicas encontram-se ordenadas desta forma organizada. O estudo da sucessão das camadas de rochas (ESTRATIGRAFIA) tem um papel fundamental para o entendimento não apenas da cronologia relativa, mas das mudanças ambientais. 14 Seguindo o Princípio da Horizontalidade, as camadas geológicas são originalmente depositadas horizontalmente. No entanto, devido a descontinuidades na crosta provocadas por processos como tectônica (subsidência ou soerguimento), deformação por erosão ou deposição irregular, etc...podem acontecer interrupções estratigráficas, as quais recebem os nomes de INCONFORMIDADE e DISCORDÂNCIA. Inconformidades Três tipos: 1) Disconformidade: inconformidade paralela as camadas, sendo um “gap”ou “hiatos” no registro geológico. Tipicamente por causa erosional. 2) Inconformidade angular: o estrato mais jovem sobrepõe o estrato mais antigo em angulo ou dobrado. Tipicamente relacionado a uma causa tectônica. 3) Não Conformidade: o contato com a superfície erosional é por uma rocha magmática ou metamórfica que foi coberta por sedimentos ou mesmo uma rocha vulcânica mais jovem (i.e., inconformidade separando diferentes tipos de rochas). Fig. 08.14a-d Inconformidades Angulares Disconformidades & Não conformidades 18 Exemplo de disconformidade Princípio das Intrusões Princípio das Inclusões Ilustração dos Princípios da Idade Rela<va Superposição Intrusão Camadas horizontais Corte por falhas Bloco diagrama do Canyon Miner contendo: 1) Sequências de rochas sedimentares horizontais; 2) Sequência de rochas sedimentares basculados; 3) Inconformidades angulares; 4) Intrusões ígneas – granítica e dique História Geológica do Canyon Miner – EUA através dos Princípios da superposição, horizontalidade e inconformidades Como isso se formou? Etapa 1: Deposição – horizontal Fig. 08.03 Etapa 1 (cont.): Deposição – horizontal Fig. 08.04 Etapa 2: Intrusão granítica Fig. 08.05 Etapa 3: Basculhamento da sequencia Etapa 4: Erosão criando inconformidade Fig. 08.06 Etapa 5a: Submersão e retomada da deposição Fig. 08.07 Etapa 5b: ….. Continuidade de deposição de camadas Fig. 08.08 Etapa 6:Intrusão de um “dique" Etapa 7: Nova fase de erosão - disconformidade Fig. 08.10 Etapa 8: Submersão e nova retomada da deposição de camadas Fig. 08.11 Etapa 9: Erosião fluvial 32 Princípios da Datação Relativa ✦ 1º Princípio da Superposição de Camadas ✦ Nicolau Steno (1600) - Willian Smith e Georges Cuvier (Séc. XVIII / XIX) ✦ 2º Princípio do Uniformitarismo ou Atualismo ✦ James Hutton (1785) ✦ 3º Princípios da coexistência e da irreversibilidade das extinções biológicas ✦ Smith, Cuvier & Brongniart 33 Princípio do Uniformitarismo ou Atualismo • Enunciado a primeira vez por James Hutton em 1785 – segundo este princípio, os mecanismos e processos relacionados a formação de rochas no passados são exatamente os mesmos que formam as rochas atualmente, ou seja fenômenos geológicos, físicos, químicos e biológicos atuantes hoje. "Ripple Marks", Bay Beach INTERPRETAÇÕES PALEOAMBIENTAIS X ESTRATIGRAFIA “Ripple Marks” Fósseis, Baraboo Range, Africa "Mud Cracks” Modernas "Mud Cracks” Fósseis, Virginia, EUA 38 Que paleambientes são estes? 39 Que paleambientes são estes? 0070 Diagrama de Fácies -‐ Paleoambientes • Distribuição das litofácies (Dpos de rochas) - Estão associadas com o ambiente formador • Biofáceis são mais similares do que os Dpos de rochas Reconhecendo Mudanças Regionais Lei de Walther Um Dpo de sequência verDcal é repeDdo na sequência Horizontal caracterizando uma evolução ambiental Reconhecendo Mudanças Regionais Lei de Walther Transgressão Marinha Registro Sedimentar das mudanças do nível do mar Reconhecendo Mudanças Regionais Lei de Walther Regressão Marinha Registro Sedimentar das mudanças do nível do mar Reconhecendo Mudanças Regionais Lei de Walther Transgressão & Regressão Marinha Registro Sedimentar das mudanças do nível do mar Sucessão ver<cal e Lateral de Fácies: Lei de Walther Carbonatos Folhelhos Arenitos Considerando as sequencias sedimentares, responda: Qual destas sequencias e regressiva e qual é transgressiva? Carbonatos Folhelhos Arenitos Carbonatos Folhelhos Arenitos 48 Correlação Estratigráfica Correlações Estratigráficas Relação entre camadas de rocha da mesma idade depositadas em diferentes localidades. Critérios de Correlação: (i) Continuidade Física; (ii) Similaridade na sequencia de rochas; (iii) Similaridade no conteúdo fóssil (assembléia). Correlação e Hiatus Princípio da Successão Fóssil e da Continuidade Lateral Correlação Estra<gráfica Como podemos correlacionar estas estruturas? A B C Correlação Bioestra<gráfica Como podemos correlacionar estas feições? ? 55 Princípios da Datação Relativa ✦ 1º Princípio da Superposição de Camadas ✦ Nicolau Steno (1600) - Willian Smith e Georges Cuvier (Séc. XVIII / XIX) ✦ 2º Princípio do Uniformitarismo ou Atualismo ✦ James Hutton (1785) ✦ 3º Princípios da coexistência e da irreversibilidade das extinções biológicas ✦ Smith, Cuvier & Brongniart 56 Princípios da Coexistência e da Irreversibilidade das Extinções Biológicas • Este é o principio fundamental da Bioestratigrafia que é a ciência que estuda os estratos de rocha através seu conteúdo fóssil, através do uso dos fósseis-guia ou fósseis-índice. • Atualmente, é um dos métodos mais usados para correlacionar camadas geológicas e se determinar a “idade relativa” de estratos de rochas. • Baseado em 2 premissas básicas: 1º A assembléia fóssil de uma camada representa o conjunto de organismos (comunidade) que co-existiu durante um dado intervalo de tempo na história da Terra (representado pela camada geológica). 2º A extinção biológica é um processo irreversível. Bioestra<grafia & Fósseis-‐Guia Bons Fósseis-‐Guia: • Abundantes • Cosmopolitas – Larga distribuição espacial • Curta distribuição verDcal (se exDnguiram rápido) A Bioestratigrafia é o método de estabelecer a idade de uma rocha com base no seu conteúdo fóssil (assembleia) – através dos Fósseis-Guia 58 EXEMPLOS de Fósseis-índice ou Fósseis-guia Métodos de Datação Rela<va • Estabelece e determina sequências relaDvas de eventos. > o que aconteceu primeiro e depois > sem idades absolutas estabelecidas • Seis Princípios Básicos da Datação Relativa: > Superposição > Horizontalidade Original > ConDnuidade Lateral > Relações de cortes de falhas > Inclusões / Intrusões > Successão de Fósseis Noções Básicas de Estratigrafia 1- Princípio da Sobreposição 2- Princípio da relação Intrusão-Fatura 3 – Princípio da Identidade paleontológica A B B C C D D 1 1 2 2 2 3 3 3 2 F´ F 4 A B B C C D D 3 3 2 2 2 1 1 1 2 F´ F 4 1) Quantas fases de sedimentação podemos observar? 2) Qual a idade da camada C? 3) Qual a idade da falha F-F´? 4) Qual a idade da intrusão 4? 7 fases Mais antiga que B e mais recente que D Mais recente do que 1 e 2 e mais antiga que D Mais recente do que 1 e 2 62 a – Cambriano ao Permiano b – Siluriano ao Triássico c – Siluriano ao Carbonífero d – Carbonífero ao Cretáceo e – Ordoviciano ao Permiano f – Carbonífero ao Triássico A B B C C D D 3 3 2 2 2 1 1 1 2 F´ F 4 O conteúdo fossilífero da Camada C é constituído pelos fósseis: a,b,c,d,e,f. Uma pesquisa das abrangências temporais destes fósseis demonstrou a seguinte distribuição temporal: Usando os Princípios que regem a Datação Relativa, RESPONDA: a) Qual a idade da Camada C? b) Qual o pior e melhor fóssil-guia? Por que? 63 Sequência estraDgráfica do Fanerozóico Quimioestratigrafia Marine Isotope Stages -‐ MIS Como o Período Quaternário foi caracterizado pela successão entre glaciações e inter-‐ glaciações – a estraDgrafia do sinal isotópico do 18O também t e m s i d o u s a d o p a r a estabelecer padrões de idades relaDvas. Marine oxygen-‐isotope stages (ou MIS) tem se tornado um padrão estraDgráfico global para interpretar as variações climáDcas / oceanográficas do Período Quaternário. h3p://www.geo.arizona.edu/palynology/geos462/06ocenzscor.html Vai até mais de 100 δ18O Equilíbrio – Glacial x Interglacial 6566 Como se mede o tempo geológico? Tempo Geológico Datações Relativas ou Biocronologia Datações Absolutas ou Radiométrica ± Antigo Períodos anos ± erro Determinação de idades Absolutas Datação Radiométrica Datação Radiométrica Qualquer material é formado por elementos químicos e seus isótopos. Alguns isótopos (também chamados de nuclídeos) apresentam seus núcleos instáveis, portanto, são radioaDvos (radionuclídeos). Por serem instáveis....na busca pela estabilidade estes elementos apresentam um decaimento radioaDvo espontâneo, emiDndo parlculas (decaimento beta, pósitrons ou parlculas alfa) ou simplesmente energia (gama). Becquerel (Bq) é a unidade internacional de decaimento radioaDvo. 1 Bq é definido por uma transformação (ou decaimento) por segundo. 70 Idéia Geral de Datação Radiométrica • A determinação do tempo decorrido desde um evento é feita em geral pela contagem de fenômenos repetitivos e regulares, ex: contagem de dias e anos) • Na impossibilidade do testemunho histórico busca-se um fenômeno de variação contínua com taxa conhecida – ou seja o decaimento radioativo. – Exemplo: Queima de uma vela Tamanho da vela 0 4 8 12 16 20 0 2 4 6 8 10 12 Tempo Al tu ra Datação Radiométrica Baseada no decaimento espontâneo dos radioisótopos Pressuposto Básico: Taxa de decaimento (meia-‐vida) é constante desde que a Terra foi formada. Isto é mais um exemplo do uniformitarismo. Princípio do Uniformitarismo As leis físicas, químicas e biológicas que operam hoje tem operado da mesma forma ao longo do Tempo Geológico. tmeia = 4.5 B.anos 73 Requisitos para datação radiométrica • Um material qualquer que contenha o nuclídeo radioativo A (isótopo radioativo) que se desintegra formando um nuclídeo B, com uma taxa regular e conhecida • A quantidade inicial de A e B são conhecidas • O sistema permaneceu fechado para A e/ou B durante todo tempo • A quantidade atual de A e/ou B pode ser medida • Então . Quantidade de um nuclídeo A que se desintegra formando B 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 2 4 6 8 10 12 Tempo (meia-vida = 2) N A B Onde: λ = constante de decaimento B= n° de átomos filhos (t) A= n° de átomos pai (t) 74 O decaimento do nuclídeo A (elemento-pai) acontece em intervalos regulares. T½ (meia-via) é o tempo necessário para que metade do elemento-pai [A] decaia formando o elemento-filho [B]. Exemplo de Decaimento Radioativo 76 Meia Vida (t½) = o tempo necessário para a concentração do material radioativo presente em determinada matéria, diminuir pela metade 77 RADIOISÓTOPOS NATURAIS DE ORIGEM CÓSMICA Radiação cósmica incidente: origina-‐se de reações nucleares no espaço sideral que alcançam a atmosfera terrestre e penetram em grande velocidade. A radiação cósmica predomina na estratosfera (> 25 km) e como a mesma não varia, desde que não haja aportes arDficiais, se chega a uma concentração de equilíbrio. Radioisótopos mais interessantes: 14C (origem na alta atmosfera) Fraco emissores de β-‐ (baixa energia do espectro) T½ do 14C: 5730 anos Formação do radiocarbono: 14N7 + n ⇒ 14C6 + 1H1 Outros: 7Be (T = 53 dias); 10Be (1,6 x 106 anos) ; 32Si (T=710 anos); 32P (T=14,3 dias); 36Cl (T=3 x 105 anos) 78 No entanto, existe uma exigência MUITO IMPORTANTE para o início da contagem do relógio radiométrico. Vocês conseguem imaginar qual seria esta exigência? Um sistema fechado. Por exemplo, enquanto uma rocha esta em fusão (solução) encontra-se em sistema aberto. Quando os cristais se formam e a rocha se solidifica o sistema se fecha, e apenas há decaimento radioativo dos elementos presentes. Datação Radiomátrica – Condições ideiais • Radioisótopo A (pai) à Radioisótopo B (filho) – A decai em apenas uma “via” – Não existem outras fontes de B – Tanto A quanto B estão presentes na rocha e podem ser detectados • Infelizmente a maior parte das vezes isso é mais complexo – Diferentes “vias” de decaimento – Presença do radioisótopo B por diferentes fontes – Difusão, alterações e metamorfismo Exemplos das Idades obtidas nas Rochas Mais antigas da Terra: ü 3.4 Bilhões de anos - granito - South Africa. ü 3.7 Bilhões de anos - granito - Groelândia. Mineral Zircão ZrSiO4 Métodos de Datação Radiométrica Cosmogênicos • C-‐14 Tmeia-‐vida =5700 anos • P-‐210 Tmeia-‐vida = 22,3 anos Primordial • K-‐Ar (K-‐40) 1.25 B.anos • Rb-‐Sr (Rb-‐87) 48.8 B. anos • U-‐235 704 M. anos 82 O nuclídeo que será aplicado para datação, dependera da escala de idade do material a ser datado, bem como do tipo de material. Veja alguns exemplos: 14 6 14 7 14 7 Radiação Cósmica Meia-vida = 5.730 anos Datação Radiocarbono (14C) O Carbono-14 (14C) é o isótopo radioativo do Carbono – que como os demais isótopos (12C e 13C) é assimilado durante a vida de qualquer organismo (nas proporções de abundância). Abundâncias Relativas dos C- Isótopos: 12C – 98,9% 13C – 1,1 % 14C - < 0,0001% Datação Radiocarbono Após a morte de qualquer organismo, a incorporacão de 14C é interrompida, especialmente porque os organismos cessam a fotossintese ou a alimentação – finalizando o equilibrio com o ambiente. A partir daí, o conteúdo de 14C começará a decair ao longo do tempo, enquanto que o contéudo de 12C (isótopo estável) permanecerá o mesmo. Baseado nisto, as medidas das razões 14C/ 12C serão proporcionais a idade do organismo. O limite de confiança desta técnica permite datar materiais orgânicos com idade máxima até cerca de 50.000 anos. RAZÃO 14C/ 12C 14C 14C 14C 12C 12C 12C 12C Constant amount (Decreases with time) 14C not measurable To ta l 1 4 C a nd 12 C in sp ec im en (e .g . w oo d) Moment of death Old Older Age not measurable Após a morte de qualquer organismo, a quantidade de 12C permanece constante, enquanto que a quantidade de 14C diminui a taxas constantes. Datação Radiocarbono 87Hoje a grande maioria dos laboratórios de carbono 14 se uDlizam dos métodos de espectrometria por aceleração de massa (Accelerator Mass Spectrometry – AMS), o qual consiste na contagem direta dos isótopos de 14C. 88 Espectrometria de Aceleração de Massa – AMS-dating
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