Quimioestratigrafia 2011

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁUNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAINSTITUTO DE GEOCIÊNCIA
FACULDADE DE GEOLOGIAFACULDADE DE GEOLOGIA
QUIMIOESTRATIGRAFIAQUIMIOESTRATIGRAFIA
Análises e ExemplosAnálises e Exemplos
Isaac D. RudnitzkiIsaac D. Rudnitzki
IntroduçãoIntrodução
�� QuimioestratigrafiaQuimioestratigrafia:: baseadabaseada nana composiçãocomposição químicaquímica dosdos sedimentossedimentos;;
�� IsótoposIsótopos estáveisestáveis;;
�� ConcentraçãoConcentração dede elementoselementos químicosquímicos;;
�� UtilizadaUtilizada quandoquando::
�� FaltaFalta dede materialmaterial adequadoadequado parapara dataçãodatação;;
�� BaixaBaixa diversidadediversidade ouou ausênciaausência dede organismosorganismos (fósseis)(fósseis);;
�� NormalmenteNormalmente utilizadosutilizados:: carbonatos,carbonatos, evaporitos,evaporitos, BIFBIF ee folhelhosfolhelhos
betuminososbetuminosos;;
AplicaçõesAplicações
�� Correlação de sedimentos marinhos;Correlação de sedimentos marinhos;
�� Eventos tectônicos; Eventos tectônicos; 
�� Alterações químicas nos oceanos (Alterações químicas nos oceanos (anoxiaanoxia e e paleopaleo--
salinidadesalinidade););salinidadesalinidade););
�� Mudanças Mudanças paleoclimáticaspaleoclimáticas;;
�� Determinação de Determinação de paleotemperaturaspaleotemperaturas; ; 
�� Circulação das correntes oceânicas; Circulação das correntes oceânicas; 
�� VVariações do nível do mar. ariações do nível do mar. 
Isótopos EstáveisIsótopos Estáveis
�� Isótopos Isótopos 
�� Átomos que possuem núcleos com mesmo número de Átomos que possuem núcleos com mesmo número de 
prótons e diferente número de neutros;prótons e diferente número de neutros;
�� Estáveis e Instáveis (ou Radioativos);Estáveis e Instáveis (ou Radioativos);
Isótopos estáveis
12C, 13C, 18O, 34S
Isótopos instáveis Isótopos instáveis 
235U, 40K, 232Th, 147Sm
�� QuandoQuando ocorremocorrem mudançasmudanças climáticas ee oceanográficas,, algunsalguns
isótoposisótopos podempodem tornartornar--sese maismais ouou menosmenos abundantesabundantes comcom
respeitorespeito aa outros,outros, devidodevido aoao fracionamentofracionamento ouou separaçãoseparação dede
isótoposisótopos;;
�� PesoPeso atômicoatômico;;
�� MetabolismoMetabolismo orgânicoorgânico;;
�� MuitasMuitas dessasdessas mudançasmudanças sãosão correlacionadascorrelacionadas aa nívelnível globalglobal;;
ELEMENTO ISÓTOPO ABUNDÂNCIA RELATIVA EM % 
CARBONO
12C
13C
98,89
1,11
NITROGÊNIO
14N
15N
99,64
0,36
OXIGÊNIO
16O
17O
18O
99,766
0,0375
0,1905
32S 95,02
ENXOFRE
32S
33S
34S
36S
95,02
0,75
4,21
0,02
ESTRÔNCIO
84Sr
86Sr
87Sr
88Sr
0,557
9,861
6,991
82,590
MoMo, , CaCa e e FeFe..
Isótopos de OxigênioIsótopos de Oxigênio
-- PDBPDB ((PeePee DeeDee BelemniteBelemnite));;
-- VPDBVPDB ((ViennaVienna PeePee DeeDee BelemniteBelemnite))
-- SMOWSMOW (Standard(Standard MeanMean OceanOcean WaterWater));;
δ18O= [{(18O/16O) amostra – (18O/16O) padrão PDB} / (18O/16O) 
padrão PDB] * 1000
Fracioamento de isótopo de O
-
18O pesado
-
16Oleve
Ciclos de evaporação e condensação da água do mar
Mais enriquecido em O18
Depletação de 18O
Períodos interglaciais a composição
isotópica da água do mar tende a se manter
equilibrada
Retorno de isótopos mais leves pelos rios
ou pelas chuvas
Períodos glaciais a água do mar se enriquece em 
18O
A água das nuvens (ricas em 16O) não retornam 
aos oceanos 
Isótopos de Isótopos de 
foraminíferos foraminíferos 
em testemunhos em testemunhos 
da Antártica ;da Antártica ;
Aplicação de isótopos de O (em carbonatos):Aplicação de isótopos de O (em carbonatos):
�� Temperatura da época da precipitaçãoTemperatura da época da precipitação
�� Correlação de seqüências marinhas quaternárias (foraminíferos)Correlação de seqüências marinhas quaternárias (foraminíferos)
�� Demarcar períodos de glaciação e variação do nível do marDemarcar períodos de glaciação e variação do nível do mar
�� Bons indicadores Bons indicadores paleoclimáticospaleoclimáticos (Sem alterações (Sem alterações diagenéticasdiagenéticas ))
Isótopos de CarbonoIsótopos de Carbono
Representado pela razão do 13C/12C (Atmosfera/Mar = 1/60); que 
pode ser expressa em δ13C;
Em carbonatos marinhos o δ13C é o reflexo:
• Da razão 13C/12C do COCO2 2 dissolvido em águas profundas;dissolvido em águas profundas;
•• FFonte de carbono no composto do CO2;2;
δ13C= [{(13C/12C) amostra – (13C/12C) padrão PDB} / (13C/12C) 
padrão PDB] * 1000
Preservação de carbono:Preservação de carbono:
�� Carbonato marinhoCarbonato marinho
�� Precipitação química direta ou Precipitação química direta ou catalizadacatalizada biologicamente biologicamente 
a partir da água do mar (quantidade de a partir da água do mar (quantidade de 1313C varia de C varia de 
acordo com o sistema);acordo com o sistema);
�� Carbono orgânico (em sedimentos)Carbono orgânico (em sedimentos)
�� Derivado de plantas marinhas e terrestres soterradas Derivado de plantas marinhas e terrestres soterradas 
juntamente com sedimentos finos (<juntamente com sedimentos finos (< 1313C);C);
Fracionamento de Fracionamento de δ 1313C no oceanosC no oceanos
Reflete a razão do 13C/12C
�� Produtividade orgânica nas águas superficiais dos oceanos;Produtividade orgânica nas águas superficiais dos oceanos;
�� Potencial de preservação da matéria orgânica;Potencial de preservação da matéria orgânica;
�� Padrões de circulação oceânica (eventos cinéticos);Padrões de circulação oceânica (eventos cinéticos);
�� CarbonatosCarbonatos enriquecidosenriquecidos emem 1313CC
�� RazõesRazões isotópicasisotópicas entreentre 00 aa ±± 44‰‰
�� ConsumoConsumo dede 1212CC atmosféricoatmosférico e/oue/ou dissociadosdissociados nana
águaágua dodo marmar porpor atividadeatividade orgânicaorgânica (fotossíntese)(fotossíntese);;
�� SoterramentoSoterramento dada matériamatéria orgânicaorgânica;;
�� AmbienteAmbiente anóxidoanóxido;;
�� CarbonoCarbono enriquecidoenriquecido emem 1212CC
� Razões isotópicas entre –10‰ a –35‰;
� Decomposição de matéria orgânica rica em 1212CC;;
� Efeitos cinéticos de circulação de massas oceânicas;
Transgressão
Regressão
Eventos de aumento de Eventos de aumento de 1313C resultam na C resultam na depletaçãodepletação de COde CO22 na na 
atmosfera e gera efeito antiatmosfera e gera efeito anti--estufa que causa o esfriamento estufa que causa o esfriamento 
climático.climático.
Prelúdio da glaciação?Prelúdio da glaciação?
Glaciação 
Mioceno
• Dolomito sobre tilito
• Encontradas em sucessões do 
Neoproterozóico
• Formadas em trato de 
sistema transgressivo
• Fácies anômalas• Fácies anômalas
• Precipitação inorgânica
•Assinatura isotópica de 13C 
negativa
• Marcos estratigráficos
• Registros de eventos após 
glaciação global
Capas Carbonáticas
Correlação globalCorrelação global
Relação dos isotópos com as superfíciesRelação dos isotópos com as superfícies--
chavechave
Relação da curva de variação do nível Relação da curva de variação do nível 
do mar e com as curvas isotópicasdo mar e com as curvas isotópicas
Isótopos de EnxofreIsótopos de Enxofre
�� TTroilitaroilita (pirita) encontrada no meteorito (pirita) encontrada no meteorito CCanyonanyon DDiabloiablo ((CDTCDT););
δδSS3434= [{(S= [{(S3434/S/S3232) amostra ) amostra –– (S(S3434/S/S3232) padrão CDT} / (S) padrão CDT} / (S3434/S/S3232) padrão ) padrão 
CDT] * 1000CDT] * 1000
�� QuatroQuatro tipostipos dede isótoposisótopos enxofreenxofre 3232,, 3333,, 3434 ee 3636;;
��
3434SS ((44,,22%%)) ee 3232SS ((9595%%))..
Concentração δδSS3434 sistemas e sulfatos marinhos
�� FracionamentoFracionamentodede δδ3434SS nosnos oceanosoceanos::
��
3434SS ee 3232SS;;
� Redução bacteriana dodo sulfatosulfato (SO(SO4422--)) emem sulfetossulfetos (H(H22S,S, HSHS--,,
HSOHSO44--)) bacteriano,bacteriano, aumentoaumento dede δδ3434SS;;
�� OxidaçãoOxidação dede HH22SS bacterianobacteriano porpor circulaçãocirculação oceânica,oceânica, produzproduz
sulfatossulfatos empobrecidosempobrecidos emem δδ3434SS;;sulfatossulfatos empobrecidosempobrecidos emem δδ3434SS;;
�� OO δδ3434SS dosdos evaporitosevaporitos tendetende aa serser maismais altoalto dodo queque oo dosdos sulfatossulfatos
marinhosmarinhos dissolvidosdissolvidos correspondentescorrespondentes;;
�� EmanaçõesEmanações locaislocais dede sulfatossulfatos ee sulfetossulfetos..
••ExcursõesExcursões dede enxofreenxofre (“Eventos(“Eventos QuímicosQuímicos
Catastróficos”)Catastróficos”) atravésatravés dede tectonismostectonismos ee
circulaçõescirculações oceânicasoceânicas -- climaclima;;
•• YudomskiYudomski (final(final dodo prépré--CambrianoCambriano
~~635635Ma)Ma);;
•• SouresSoures ((Neodevoniano- ~367 Ma);
• Röt (Eotriássico ~240 Ma)
•• EventosEventos dede prépré--glaciação,glaciação, quandoquando•• EventosEventos dede prépré--glaciação,glaciação, quandoquando
associadoassociado aa dadosdados dede δδ1313CC;;
Isótopos de EstrôncioIsótopos de Estrôncio
�� Razão Razão 8787Sr /Sr / 8686Sr;Sr;
�� Pode ser encontrado:Pode ser encontrado:
�� Minerais de: Minerais de: celestita (SrSOcelestita (SrSO44) and estroncianita (SrCO) and estroncianita (SrCO33));;
�� Preenche os sítios de cálcio em quantidades de traço em muitos Preenche os sítios de cálcio em quantidades de traço em muitos Preenche os sítios de cálcio em quantidades de traço em muitos Preenche os sítios de cálcio em quantidades de traço em muitos 
minerais (raio iônico é levemente maior do que o do cálcio);minerais (raio iônico é levemente maior do que o do cálcio);
�� A razão normal de A razão normal de 8787Sr /Sr / 8686Sr nos oceanos modernos é cerca Sr nos oceanos modernos é cerca 
de 0,7090;de 0,7090;
�� Datação e correlação de sedimentos;Datação e correlação de sedimentos;
Fontes de Estrôncio Fontes de Estrôncio 
1.1. Estrôncio resultante da lixiviação por águas hidrotermais do basalto nas Estrôncio resultante da lixiviação por águas hidrotermais do basalto nas 
dorsais mesodorsais meso--oceânicas; oceânicas; 
2.2. Estrôncio resultante do Estrôncio resultante do intemperismointemperismo da crosta continental; da crosta continental; 
3.3. Recristalização de sedimentos carbonáticos que expulsa o estrôncio do Recristalização de sedimentos carbonáticos que expulsa o estrôncio do 
retículo cristalino da calcita.retículo cristalino da calcita.
Fatores controladores:Fatores controladores:
�� Intensidade do vulcanismo oceânico;Intensidade do vulcanismo oceânico;
�� Aumento ou diminuição da erosão no embasamentoAumento ou diminuição da erosão no embasamento
�� Rochas Rochas máficasmáficas diminuem a razão; diminuem a razão; 
�� Rochas Rochas sialicassialicas aumentam esta razão.aumentam esta razão.�� Rochas Rochas sialicassialicas aumentam esta razão.aumentam esta razão.
��
8787Sr /Sr / 8686Sr aumenta em ambientes orogênicos;Sr aumenta em ambientes orogênicos;
��
8787Sr /Sr / 8686Sr diminui em ambientes de expansão da crosta Sr diminui em ambientes de expansão da crosta 
oceânica; oceânica; 
Quase linear, aumento desde o Jurássico até Quase linear, aumento desde o Jurássico até 
o presente.o presente.
Datação deDatação de 8787Sr /Sr / 8686SrSr
�� (1) Determinar a história de subsidência de atóis,(1) Determinar a história de subsidência de atóis,
�� (2) Refinar a história (2) Refinar a história deposicionaldeposicional de plataformasde plataformas
�� (3) Predizer o nível estratigráfico em rochas sedimentares (3) Predizer o nível estratigráfico em rochas sedimentares 
afossilíferasafossilíferas (datação),(datação),
�� (4) Estimar a duração dos hiatos estratigráficos em uma (4) Estimar a duração dos hiatos estratigráficos em uma �� (4) Estimar a duração dos hiatos estratigráficos em uma (4) Estimar a duração dos hiatos estratigráficos em uma 
seqüência (pela datação das camadas superiores e inferiores de seqüência (pela datação das camadas superiores e inferiores de 
uma superfície de discordância),uma superfície de discordância),
�� (5) Datar a (5) Datar a fosfogênesefosfogênese..
Concentração de Concentração de 
Elementos QuímicosElementos QuímicosElementos QuímicosElementos Químicos
IrídioIrídio
Nível de irídio