UNIVERSIDADE DE SO PAULO
INSTITUTO DE ASTRONOMIA,GEOFSICA E CINCIAS
ATMOSFRICAS
Departamento de Geofsica
MAGNETOESTRATIGRAFIA E ANLISE ESPECTRAL DERITMITOS PERMOCARBONFEROS DA BACIA DOPARAN: INFLUNCIAS DOS CICLOS ORBITAIS NOREGIME DEPOSICIONAL
Daniel Ribeiro Franco
Tese apresentada ao Instituto de Astronomia,
Geofsica e Cincias Atmosfricas da
Universidade de So Paulo para a obteno
do ttulo de Doutor em Cincias
Orientadora: Profa. Dra. Marcia Ernesto
So Paulo
2007
It would hardly be an exaggeration to assert that if geologists had not hithertodiscovered the Ice Age astronomers would have demonstrated by calculation that Ice
Ages must have happened and would be urging geologists to go and look
(Ball, R., The Cause of an Ice Age. Kegan Paul, Trench, Trubner and Co., London (1891) p. 44)
"The ancient boulder clays of the southern continents bring us face to face with... thefiercest and longest winter of the ages"
(Coleman, A.P., Dry Land in Geology, Geol. Soc. Am. Bull, 27 (1916) p. 186)
Not marble nor the gilded monumentsOf princess shall outlive this powerful rhyme.
(Shakespeare, Sonnets)
i
Agradecimentos
Este projeto pode ser concludo devido ao auxlio e apoio de um grande nmero depessoas, na forma de colaboraes e discusses acadmicas, suporte tcnico ouadministrativo - ou mesmo pela amizade e suporte fraterno - ao longo destes anostodos. Todo este aporte foi um grande impulso e fonte de empenho, especialmenteem alguns momentos muito difceis. Certamente estes agradecimentos no valem oapoio, amizade e o profissionalismo a que tive acesso durante este perodo dedesenvolvimento desta tese de doutorado.
Em primeiro lugar, gostaria de agradecer, especialmente, profa. Marcia Ernesto,minha orientadora. Certamente ficar marcada para mim a sua grandedisponibilidade, mesmo em momentos de muita ocupao, para tantos (e longos)debates sobre os desdobramentos deste trabalho. Tambm as viagens de campo nasquais pude consolidar o que aprendi; a possibilidade de adquirir experinciasacadmicas em diferentes nveis; e, em especial, a sua humanidade. Tudo isso foi deuma riqueza sem tamanho para o meu crescimento profissional, a um ponto que,certamente, ela sequer imagina. Muito obrigado pelo seu constante apoio,compreenso, e, especialmente, por apostar em mim. Neste pargrafo fica registrado,mais do que o meu agradecimento, a minha homenagem.
Ao professor Ricardo Trindade, pelas timas discusses a respeito de diferentestemas associados ao trabalho, bem como em tantos outros assuntos ligados Geofsica - e, como se no bastasse, pela sua amizade;
No posso me esquecer dos professores Igor Pacca (sempre acessvel, e pelassempre boas discusses); e os professores Manoel DAgrella, Leila Marques e YaraMarangoni, que me auxiliaram em diferentes momentos durante o doutoramento. Aeles, os meus agradecimentos. Tambm agradeo aos professores do IGc-USPAntnio Rocha-Campos, pelas discusses sobre o contexto geolgico e pela ajudanas conversas com a administrao municipal de Itu, e Maria Irene Raposo, pelasuperviso nas medidas realizadas no laboratrio de anisotropias e magnetismo derochas;
Thelma Berqu, que acompanha meus passos desde a iniciao cientfica, a minhagratido pelo seu apoio com as medidas das curvas ZFC/FC e histerese e,especialmente, pela sua amizade, bons conselhos, e pelo cuidado que sempre tevecomigo;
profa. Liliana Alcazar Diogo, pelas discusses a respeito das anlises estatsticasrealizadas neste trabalho, arranjando tempo at mesmo entre aulas;
Ao professor Jos Domingos Fabris, do laboratrio de espectroscopia Mssbauer daUFMG, os meus agradecimentos pela possibilidade de uso dos equipamentos paraaquisio de dados neste laboratrio, pelas discusses acerca dos resultados e pelagrande disponibilidade e boa-vontade que me dispensou, durante todo o perodo decolaborao. Tambm agradeo aos professores Carlos Alberto Rosire, do Institutode Geocincias da UFMG (pela acolhida e disponibilidade para os estudos emmicroscopia ptica) e Vijayendra K. Garg, do Instituto de Fsica da UnB (pelaprestimosidade e auxlio com as medidas de espectroscopia Mssbauer a baixastemperaturas). De grande valia foi o apoio prestado por Humberto Terrazas (CDTN) eWillian Soares (MEV-ICex) pelo auxlio e pacincia nos estudos preliminares demicroscopia ptica e eletrnica de varredura. Tambm aqui agradeo ao Dr. FlvioCarvalho (Laboratrio de Cristalografia do IGC-USP) pelo auxlio com os estudos dedifrao de raios-X;
ii
Secretaria de Turismo do municpio de Itu e administrao da pedreira Ita, quepermitiram o acesso aos afloramentos para a seqncia destes estudos;
FAPESP, o meu agradecimento pelo apoio financeiro;
Ao pessoal do laboratrio de paleomagnetismo (Daniele, Airton, Breno, Matheus,Everton, George, Franklin, Jairo, Lucieth Tiago, Felipe, Klaydson, Paloma, Gregrio,Edgar), os meus agradecimentos pelo bom convvio e constante apoio;
Teca e ao Jefferson, pela amizade e pelo auxlio durante todos estes anos, aqui ficao meu especial agradecimento. Tambm agradeo Cacilda, Virgnia, Marcia Pina,Helder, Edlson e Marco Antnio, que me auxiliaram imensamente durante todosestes anos, de diversas maneiras, ao longo do desenvolvimento do projeto. Tambmno posso me esquecer do pessoal da portaria do IAG, pela camaradagem, etambm pelos inmeros cafs da madrugada, que, certamente, permitiram aconcluso deste trabalho!
Aos colegas e amigos do IAG-USP: Marquinhos, Gileide, Ivan, Mario Thomas, Weliton(agora a sua vez!), Oleg, Cleber Carbonari, Danillo, Srgio Bezerra e Fachin,Marcelo Bianchi, Cludia, Afonso, Robson, rica, Emilson, George Sand, Selma,Nilton, lvaro (Itu), Andra - e no me esquecendo do pessoal da UFMG (Mrcio,Fernando, Gilmar, rica, Fabiana) - muito obrigado pelo bom convvio e amizade.
Aos meus amigos Michel Gordon, Daniela Pissardo, Cludia Liba, Kenia Wiedermann,Marlia e Maria Lacerda, Arsham, Larissa, Rosely Imbernon, Ricardo Barbosa,Guappo e ilen Dadalt, pelo simples fato da amizade de vocs, o que sempre tornoua vida mais especial e rica;
Em alguns momentos extremamente difceis, eu tive o privilgio de contar com oapoio irrestrito de algumas pessoas, que acreditaram muito em mim. E eu, que tenhoa honra e o privilgio de t-los como amigos, ofereo este pargrafo, em defernciaespecial: Miguel Carminatti, Luciana Casanova, Gelvam Hartmann, Ahmed e VaniaMeguid, Henady Malarenko Jr., Elder Yokoyama, Eric Font, Marcelo Rocha e SilvioPires - muito, mais muito obrigado. Sem o apoio de vocs, certamente este trabalhono teria alcanado seu objetivo.
minha famlia: Eliane, v Maria Ely, Pablo, Diego, Isabella, Giulia, Giovanna, Dudu,Fere, e em especial, ao meu pai e minha irm Ana Cludia. Espero que estetrabalho simbolize algo que seja digno de orgulho. minha me, com carinho, emensagem de grande saudade.
Ao meu filho Lucca, que teve um pai praticamente ausente durante esses anos.Enquanto trao estas linhas, vejo uma foto dele, ainda pequenino, sobre minha mesa.Desenvolver este projeto distncia, certamente, no foi fcil para ns dois, eespecialmente para ele. Eu espero que Deus permita que, um dia, ele possa entenderessa trajetria e esforo. E que isso sempre seja uma fonte de inspirao ao longo desua vida, assim como foi a de meu pai, para mim.
Desde a minha mais remota memria, das primeiras letras que aprendi, dos horriosde estudo, ao empenho para sempre suprir minha curiosidade do mundo, e nosmomentos mais difceis da vida, uma pessoa esteve constantemente presente. Eudevo a ela, especialmente, ter chegado at aqui. Ela acompanhou cada passo daminha vida, com muito amor e dedicao.
minha av Zulma, eu dedico esta tese de doutoramento.
iii
Resumo
Este trabalho teve por objetivo investigar a escala temporal envolvida na deposiode ritmitos permocarbonferos da Bacia do Paran (Subgrupo Itarar), expostos noParque do Varvito (Itu, SP) e pedreira Ita (Trombudo Central, SC), atravs de dadospaleomagnticos e de anisotropia de suscetibilidade magntica.
Os estudos paleomagnticos revelaram componentes de magnetizao estvel paraambas ascolees, com indicaes de que a magnetizao remanente devida aportadores magnticos (principalmente magnetita e hematita) de origem detrtica. Acomponente de magnetizao caracterstica, em ambos os caso de polaridadereversa, e foi identificada nos dois portadores magnticos principais. A investigaoda mineralogia magntica foi feita atravs de vrias tcnicas, incluindo espectroscopiaMossbauer, curvas termomagnticas, curvas de histerese e ZFC/FC, alm demicroscopia tica e eletrnica.
Os dados paleomagnticos e de anisotropia de susceptibilidade magntica permitirama composio de sries temporais, que foram submetidas a anlise espectral portransformada de Fourier de Lomb-Scargle para sries desigualmente espaadas. Osespectros de potncia resultantes foram posteriormente comparados com osespectros de sries de espessura individual das unidades litolgicas, o quepossibilitou a investigao de sinais harmnicos, sobre a qual foram propostasinferncias a respeito das escalas temporais de sedimentao. Esta etapa do trabalhorevelou escalas milenares para o domnio do tempo nos espectros de potncia,indicando o registro dos ciclos orbitais de Milankovitch, bem como quase-periodicidades associadas variabilidade solar e feedback do sistema ocenico-atmosfrico, para todas as anlises. Este conjunto de dados sugere o carter no-anual de deposio dos ritmitos, ao contrrio do proposto por alguns autores.
O plo paleomagntico calculado para a seo de Rio do Sul compatvel com o plodo Permocarbonfero para a Bacia Sanfranciscana (MG), indicando que o intervalo detempo envolvido na deposio dos sedimentos suficientemente longo para eliminaros efeitos da variao secular do campo geomagntico.
Alguns resultados adicionais desta tese proveram informaes especiais: (i) Foramobservados ciclos de induo solar (ciclos de Hallstattzein e de Suess) e a sugestode ciclo compatvel com o ciclo glacial-interglacial de Bond, recentemente sugeridocomo de origem solar, o que apontaria para uma possvel feio harmnica,dominante sobre o sistema ocenico-atmosfrico, e que poderia operar sobreperodos geolgicos mais antigos; (ii) registro da remanncia magnticapossivelmente controlado por fatores mecnicos na sucesso de Itu, provavelmenterelacionados a correntes de turbidez; (iii) indcios da presena de magnetossomaspossivelmente rompidas e/ou oxidadas, em especial para a sucesso de Itu.
iv
Abstract
This work aims to investigate the timescale of the sedimentation ofPermocarboniferous rhythmites from Paran Basin (Itarar Subgroup) cropping out atthe Parque do Varvito, (Itu, SP), and at the Ita quarry, (Trombudo Central, SC) bymeans of paleomagnetic and anisotropy of magnetic susceptibility (ASM).
The paleomagnetic study revealed stable magnetization components for bothsections, which are carried by magnetic carriers (mainly magnetite and hematite) ofdetritic origin. The characteristic magnetization direction for each section is of reversepolarity and is found in both magnetite and hematite. Several techniques were used inthe investigation the magnetic mineralogy including Mossbauer spectrometry,thermomagnetic curves, hysteresis and ZFC/FC curves, optical and electronicmicroscopy. Although not confirmed, some data pointed to the possibility of magneticbiomineralization with disrupted or oxidized mineral chains.
The paleomagnetic and ASM data allowed the construction of time series that weresubmitted to spectral analysis by the Lomb-Scargle Fourier transform for unevenlyspaced series. The resulting power spectra were then compared with the thicknessspectrum. Based on the harmonic signals identified in all time series it was possible toinfer deposition rates for both It and Ita rhythmites. This procedure pointed tomillennial timescale, and periodical signal compatible to Milankovitch orbital forcing, aswell quasi-periodicities related to solar variability and feedback of ocean-atmosphericsystem, were identified in both sections. Such evidences strongly point to the non-annual sedimentation character, in opposition to previous hypothesis.
The paleomagnetic data from the Rio do Sul rocks allowed the calculation of apaleomagnetic pole which is in agreement to the one recently obtained for the SantaF Group, Sanfranciscana Basin (MG), indicating that the time interval comprised bythe Rio do Sul rhythmites is long enough for eliminating the secular variation effects.
Results from this work provide also indications for the record of (i) solar forcing cycles(Hallstattzein and Suess cycles); (ii) spectral peak values of 1,5-ky and 6,0 - 8,0 kycycle, which is compatible to the glacial-interglacial Bond cycle observed inQuaternary geological records. Such result would extend to ancient times theatmosphere-ocean interaction pattern.
v
ndice
Agradecimentos ........................... iResumo ........................... iiiAbstract ........................... ivLista de Figuras ........................... ixLista de Tabelas ........................... xvAbreviaturas e Simbologia ........................... xvi
I Introduo ........................... 1
II Aspectos Geolgicos ........................... 7
II-1 A Glaciao do Paleozico Superior, Bacia doParan e o Subgrupo Itarar ........................... 7
II-2 Ritmitos do Parque do Varvito, Itu (SP) ........................... 11
II-3 Ritmitos de Rio do Sul (SC) ........................... 15
III Procedimentos Experimentais ........................... 18
III-1 Tcnicas de Amostragem e Preparao deAmostras ........................... 18
III.1-1 Procedimentos para a coleta de material ........................... 18
III.1-2 Preparao de amostras ........................... 19
III-2 Investigao da Mineralogia Magntica ........................... 22
III-2.1 Difrao de Raios-X ........................... 22
III-2.2Aquisio de Magnetizao RemanenteIsotrmica (MRI) ........................... 24
III-2.3 Espectroscopia Mssbauer ........................... 27
III-2.4 Curvas de Histerese ........................... 29
III-2.5 Curvas ZFC/FC ........................... 30
III-2.6 Curvas Termomagnticas ........................... 33
III-2.7 Microscopia ptica de Luz Refletida eTransmitida ........................... 34
III-2.8 Microscopia Eletrnica de Varredura eEspectrometria Dispersiva em Energia de raios-X ........................... 35
vi
III-3 Aquisio dos Dados Direcionais ........................... 36
III-3.1 Desmagnetizao por campos magnticosalternados ........................... 37
III-3.2 Desmagnetizao Trmica Progressiva ........................... 38
III-3.3 Anisotropia de Susceptibilidade Magntica eSusceptibilidade Magntica Volumtrica ........................... 39
III-3.4 Anlise Vetorial ........................... 41
IV Investigao da Mineralogia Magntica ........................... 42
IV-1 Difrao de Raios-X (DRX) ........................... 42
IV-2 Aquisio de Magnetizao RemanenteIsotrmica (MRI) ........................... 47
IV-3 Espectroscopia Mssbauer ........................... 53
IV-4 Curvas ZFC/FC e de Histerese ........................... 59
IV-4.1 Curvas ZFC/FC - Colees Itu e Rio do Sul ........................... 59
IV-4.2 Curvas de Histerese - Colees Itu e Rio do Sul ........................... 63
IV-5Microscopia ptica de Luz Refletida eTransmitida ........................... 64
IV-6Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV) eEspectrometria Dispersiva em Energia de raios-X(EDS)
........................... 68
IV-7 Curvas Termomagnticas ........................... 71
IV-4.1 Coleo Itu ........................... 72
IV-4.2 Coleo Rio do Sul ........................... 75
IV-8 Mineralogia Magntica - Discusso dosresultados ........................... 76
IV-8.1 Magnetita e/ou titanomagnetita: Evidncias ecaractersticas ........................... 76
IV-8.2 Hematita: Evidncias e caractersticas ........................... 78
IV-8.3 A possibilidade da presena de magnetitabiognica ........................... 79
IV-8.4Sulfetos de Fe - Outro possvel portador daMRC? ........................... 79
vii
V Dados Magnticos Direcionais ........................... 81
V-1 Metodologias de abordagem por nvel e subnvelestratigrfico
........................... 81
V-2 Resultados ........................... 83
V-2.1 Desmagnetizao AF ........................... 83
V-2.2 Desmagnetizao Trmica Progressiva ........................... 88
V-2.3 Processos de desmagnetizao: Discusso dosresultados ........................... 88
V-2.4 Anisotropia de Susceptibilidade Magntica ........................... 96
V-3 Magnetoestratigrafia ........................... 99
V-4Comparao e testes de correlao entre osdados de ASM e dados direcionais da coleo Itu ........................... 100
V-4.1 Testes de correlao ........................... 105
V-4.2 Discusso sobre os mecanismos de controle noregistro da direo da remanncia - coleo Itu ........................... 109
V-4.3 Anlise da disperso da direo da MRC aolongo da estratigrafia - coleo Itu
........................... 112
V-5 Plos paleomagnticos e comparao com acurva de deriva polar da Placa Sul-Americana ........................... 114
VI Anlise Espectral ........................... 119
VI-1 Sobre a definio das sries de dados ........................... 119
VI-2Procedimento de anlise espectral e metodologiade estudo ........................... 120
VI-3 Espectros de potncia e clculo de taxas desedimentao mdias ........................... 123
VI-3.1 Anlise dos espectros de potncia: Espessuraindividual dos nveis ........................... 123
VI-3.2Anlise dos espectros de potncia: Dadosmagnticos direcionais e no-direcionais ........................... 127
VI-3.3 Estimativas das taxas mdias de sedimentaopara as sucesses ........................... 135
VI-4 Converso do domnio da altura relativa emdomnio do tempo ........................... 137
viii
VI-5 Periodicidades - Interpretao e discusso ........................... 137
VI-5.1 Evidncias do registro dos ciclos de Milankovitch ........................... 137
VI-5.2Evidncias do registro de ciclos em escalastemporais sub-orbitais ........................... 143
VII Consideraes Finais ........................... 149
VII-1 Mineralogia Magntica ........................... 149
VII-2 Dados magnticos direcionais ........................... 150
VII-3 Anlise Espectral ........................... 152
VII-4 Sobre a hiptese da no-anuidade ........................... 155
Bibliografia ........................... 157
Apndice 1: O Periodograma de Lomb-Scarglee o Mtodo WOSA
........................... 177
A-1 O Periodograma de Lomb-Scargle ........................... 177
A-2 Mtodo WOSA e Estimativa EspectralUnivarivel ........................... 180
A-3 Anlise Harmnica: Teste de Siegel e de Fischer ........................... 182
Apndice 2: Tabelas: Dados magnticosdirecionais para os ritmitos de Itu e Rio do Sul
........................... 184
ix
Lista de Figuras
2.1 Localizao e distribuio das superseqncias estratigrficas da Bacia doParan, com a indicao das localidades de Itu (SP) e Rio do Sul (SC).
8
2.2 Esquema da estratigrafia da superseqncia Gondwana I, que compreendeos estratos do Paleozico Superior da Bacia do Paran.
9
2.3 Imagem da sucesso de ritmitos regulares do Parque do Varvito (Itu, SP). 11
2.4 Detalhes de estruturas sedimentares da seqncia de ritmitos exposta noParque do Varvito, Itu.
12
2.5 (A) Imagem lateral de um dos afloramentos de ritmitos regulares da pedreiraIta (Rio do Sul, SC); (B) Detalhe de contato entre pares de litologias.
16
3.1 Exemplo do procedimento de preparao dos cilindros a partir dos blocoscoletados das unidades litolgicas.
20
3.2 Esquema da disposio das amostras preparadas a partir de cilindrosextrados das unidades litolgicas (nveis), para o estudo dos dadospaleomagnticos direcionais e no-direcionais em funo da estratigrafia.
21
4.1 Comparao entre os difratogramas obtidos para as amostras claras eescuras da Coleo Itu. 43
4.2 Comparao entre os difratogramas obtidos para as amostras claras(esquerda) e escuras (direita) da Coleo Rio do Sul. 43
4.3 Comparao entre os difratogramas obtidos para as amostras clara e escurado nvel IT-14 (Coleo Itu). 44
4.4 Comparao entre os difratogramas obtidos para as amostras clara e escurado nvel IT-89 (Coleo Itu). 44
4.5 Comparao entre os difratogramas obtidos para as amostras clara e escurado nvel IT-136 (Coleo Itu). 45
4.6 Comparao entre os difratogramas obtidos para as amostras clara e escurado nvel RS-12 (Coleo Rio do Sul). 45
4.7 Comparao entre os difratogramas obtidos para as amostras clara e escurado nvel RS-40 (Coleo Rio do Sul). 46
4.8 Superposio de curvas de aquisio de MRI, obtidas para amostrasrepresentativas da coleo Itu. 48
4.9 Superposio de curvas de aquisio de MRI, obtidas para amostrasrepresentativas da coleo Rio do Sul. 48
4.10 Anlises CLG para amostra do nvel IT-91 (Coleo Itu). 50
4.11 Anlises CLG para amostra do nvel RS-68 (Coleo Rio do Sul). 51
x
4.12 Espectros Mssbauer medidos a T = 300 K (temperatura ambiente) e T = 77K, para amostras de camadas claras e escuras de dois nveisrepresentativos da coleo Itu.
55
4.13 Espectros Mssbauer medidos a T = 300 K (temperatura ambiente) e T = 77K, para amostras de camadas claras e escuras de dois nveisrepresentativos da coleo Rio do Sul.
56
4.14 Curvas ZFC/FC e de histerese (medidas temperatura ambiente e T = 5 K),referentes a amostras de camadas claras e escuras de dois nveisrepresentativos da coleo Itu, com taxas delta (FC/ZFC) associadas.
61
4.15 Curvas ZFC/FC e de histerese (medidas a temperatura ambiente), referentesa amostras de camadas claras e escuras de dois nveis representativos dacoleo Rio do Sul, com taxas delta (FC/ZFC) associadas.
62
4.16 Esferulitos framboidais de pirita, possivelmente agregados por tensosuperficial (esquerda). Direita, indicado pela seta: Mineral opaco,provavelmente gro de magnetita, de forma angulosa, e crescido entre grosde quartzo, provavelmente durante a diagnese (Coleo Rio do Sul).
65
4.17 Esquerda, indicado pela seta: Mineral opaco, provavelmente gro dehematita detrtica. Notar arredondamento do gro. Direita, em luz polarizada,indicado pela seta: xido de ferro, possivelmente gro de hematita, crescidoem interstcios dos gros de quartzo (Coleo Itu).
65
4.18 Esquerda, indicado pela seta: Mineral opaco, provavelmente gro demagnetita detrtica, com bordos angulosos. Direita, indicado pela seta: Grode hematita detrtica, com bordos arredondados (Coleo Rio do Sul).
66
4.19 Esquerda, indicado pela seta: Mineral opaco, provavelmente magnetitadetrtica. Direita, indicado pela seta: Gro de hematita detrtica (A), ao ladode agrupamentos lenticulares de gros de quartzo (B), de maior tamanhocom relao matriz (Coleo Itu).
66
4.20 Padro da matriz dos nveis 89 (esquerda) e 34 (direita) da coleo Itu,mostrando microbandamento e padro de orientao dos gros (indicadopelas setas).
66
4.21 Padro da matriz dos nveis 12 (esquerda) e 90 (direita) da coleo Rio doSul, sem padro visvel de bandamento, devido ao corte paralelo ao plano desedimentao da seqncia.
67
4.22 Imagem de eltron secundrio: xido de Fe (possivelmente hematita oumagnetita), incrustado entre gros de quartzo, associado aos resultadosestequiomtricos normalizados (nvel 60, coleo Itu).
68
4.23 Imagem de retroespalhamento eletrnico: Gro de xido de Fe,possivelmente magnetita, incrustado entre gros de quartzo, associados aosresultados estequiomtricos normalizados (nvel 89, coleo Itu).
68
4.24 Imagem de retroespalhamento eletrnico: xido de Fe, possivelmentehematita, apresentando hbito, com presumvel origem in situ (gro esquerda da imagem), com cristal de rutilo ao lado. esquerda: Resultadosestequiomtricos normalizados, associados aos gros (nvel 89, coleo Itu).
69
xi
4.25 Imagem de retroespalhamento eletrnico: Gro de xido de Fe (sugeridopelos resultados estequiomtricos normalizados 1 e 2), possivelmentehematita, apresentando traos de quartzo em sua superfcie (sugerido peloresultado estequiomtricos normalizado 3), tpico de gros detrticos,arredondamento dos bordos, e incrustado entre gros de quartzo (resultadoestequiomtrico 4). Nvel 89, coleo Itu.
69
4.26 Imagem de retroespalhamento eletrnico: xido de Fe, possivelmentemagnetita, com bordos angulosos, e incrustado entre gros de quartzo. esquerda: Resultados estequiomtricos normalizados (nvel 136, coleoItu).
70
4.27 Curvas termomagnticas de amostras de camadas claras e escuras dequatro nveis representativos da coleo Itu.
73
4.28 Curvas termomagnticas de amostras de camadas claras e escuras de trsnveis representativos da coleo Rio do Sul.
76
5.1 Representao esquemtica das abordagens por nvel e subnvel. 82
5.2 Desmagnetizao AF: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras IT-60 H1, IT-60 H2 e IT-60 H3 (correspondentesao nvel IT-60) da coleo Itu.
84
5.3 Desmagnetizao AF: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras IT-89 J1, IT-89 J2 (correspondentes ao nvel IT-89), IT-117 H e IT-136 K, correspondentes respectivamente aos nveis IT-117 e IT-136, da coleo Itu.
85
5.4 Desmagnetizao AF: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras RS-12 H, RS-40 H1 e RS-40 H2 (as duasltimas correspondentes ao nvel RS-40) da coleo Rio do Sul.
86
5.5 Desmagnetizao AF: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras RS-90 I1, RS-90 I2 e RS-90 I3 (correspondentesao nvel RS-90) da coleo Rio do Sul.
87
5.6 Desmagnetizao Trmica: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras IT-60 I1, IT-60 I2 e IT-60 I3 (correspondentes aonvel IT-60) da coleo Itu.
89
5.7 Desmagnetizao Trmica: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras IT-89 P1, IT-89 P2 (correspondentes ao nvel IT-89), IT-117 K e IT-136 L, correspondentes respectivamente aos nveis IT-117e IT-136, da coleo Itu.
90
5.8 Desmagnetizao Trmica: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras RS-12 J, RS-40 K1 e RS-40 K2 (as duas ltimascorrespondentes ao nvel RS-40) da coleo Rio do Sul.
91
xii
5.9 Desmagnetizao Trmica: Estereograma com representao do vetormagnetizao, curva de intensidade de magnetizao e diagrama deZijderveld para as amostras RS-90 Q1, RS-90 Q2 e RS-90 Q3(correspondentes ao nvel RS-90) da coleo Rio do Sul.
92
5.10 Representao estereogrfica das direes da MRC (associadas s suasdirees mdias), obtidas pelo processo de desmagnetizao AF, pelasabordagens por nvel e subnvel, para ambas as sucesses de ritmitos.
95
5.11 Representao estereogrfica, para ambas as sucesses (abordagem pornvel) de alguns exemplos de anlises de mdia direcional dos eixos doelipside do tensor ASM, pelo uso do software desenvolvido por Lienert(1991).
97
5.12 Dados de declinao e inclinao referentes aos eixos K1 e K3 do tensorelipside de ASM, para mdias dos nveis da coleo Itu.
98
5.13 Dados de declinao e inclinao referentes aos eixos K1 e K3 do tensorelipside de ASM, para mdias dos nveis da coleo Rio do Sul. 98
5.14 Variao da declinao de K1 ao longo da sucesso de Itu (mdia por nvel). 99
5.15 Dados de direo da MRC (declinao/inclinao magntica); direo doeixo mximo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K1); direo doeixo mnimo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K3); grau deanisotropia (P) e susceptibilidade volumtrica (Kz). Abordagem de mdia pornvel (Coleo Itu).
102
5.16 Dados de direo da MRC (declinao/inclinao magntica); direo doeixo mximo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K1); direo doeixo mnimo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K3); grau deanisotropia (P) e susceptibilidade volumtrica (Kz). Abordagem de dados porsubnvel (Coleo Itu).
102
5.17 Dados de direo da MRC (declinao/inclinao magntica); direo doeixo mximo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K1); direo doeixo mnimo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K3); grau deanisotropia (P) e susceptibilidade volumtrica (Kz). Abordagem de mdia pornvel (Coleo Rio do Sul).
103
5.18 Dados de direo da MRC (declinao/inclinao magntica); direo doeixo mximo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K1); direo doeixo mnimo do tensor anisotropia (declinao/inclinao de K3); grau deanisotropia (P) e susceptibilidade volumtrica (Kz). Abordagem de dados porsubnvel (Coleo Rio do Sul).
103
5.19 Comparao entre os dados de declinao e inclinao de K1 e de MRC, emfuno da altitude da sucesso. Dados de mdia por nvel (Coleo Itu).
104
5.20 Comparao entre os dados de declinao e inclinao de K1 e de MRC, emfuno da altitude da sucesso. Dados de subnvel (Coleo Itu).
104
5.21 Comparao entre os dados de declinao e inclinao de K1 e de MRC, emfuno da altitude da sucesso. Dados de mdia por nvel (Coleo Rio doSul).
104
xiii
5.22 Comparao entre os dados de declinao e inclinao de K1 e de MRC, emfuno da altitude da sucesso. Dados de subnvel (Coleo Rio do Sul).
104
5.23 Comparao entre os dados de declinao e inclinao de K1 e de MRC, emprojeo estereogrfica. Dados de subnvel (Colees Itu e Rio do Sul).
105
5.24 Coeficientes de correlao padro, coeficiente de Pearson) e coeficiente dedeterminao para os dados de declinao de K1 e de MRC. Mdia por nvel(Coleo Itu).
108
5.25 Coeficientes de correlao padro, coeficiente de Pearson) e coeficiente dedeterminao para os dados de inclinao de K1 e de MRC. Mdia por nvel(Coleo Itu).
108
5.26 Coeficientes de correlao padro, coeficiente de Pearson) e coeficiente dedeterminao para os dados de inclinao de K1 e de MRC. Dados desubnvel (Coleo Itu).
108
5.27 Coeficientes de correlao padro, coeficiente de Pearson) e coeficiente dedeterminao para os dados de inclinao de K1 e de MRC. Dados desubnvel (Coleo Itu).
108
5.28 Curva de correlao cruzada referente aos dados de declinao de K1 e deMRC; dados de mdia por nvel (Coleo Itu).
109
5.29 Curva de correlao cruzada referente aos dados de inclinao de K1 e deMRC; dados de mdia por nvel (Coleo Itu).
109
5.30 Anlise de variabilidade da direo da remanncia (declinao e inclinaomagntica) ao longo da sucesso de Itu.
113
5.31 Representao esquemtica do mtodo de correo dos dados direcionaismagnticos da coleo Itu, a partir da direo mdia dos dados direcionaisda coleo Rio do Sul.
116
5.32 Projeo de Schimidt em 90, com representao da CDPA para a placa sul-americana (Gilder et al., 2003)
117
5.33 Projeo de Schimidt em 90, com representao da CDPA para a placa sul-americana (Gilder et al., 2003)
118
6.1 Representao esquemtica dos tipos de sries dos dados de espessuras,para a correlao domnio da altura relativa - domnio do tempo.
122
6.2 Colees Itu e Rio do Sul: Comparao entre os espectros de freqncia daespessura individual dos nveis no domnio da altura relativa (espectros decalibrao) e de espessura individual dos nveis no domnio da unidadelitolgica (abaixo), associados largura de banda de 6 dB.
124
6.3 Representao esquemtica dos ciclos de Milankovitch e exemplo deespectro de potncia (modificado de Petit et al., 1999) apresentando os picosespectrais referentes s periodicidades orbitais, preditas para os dias atuais.
125
6.4 Coleo Itu: Espectro de potncia da susceptibilidade volumtrica (KZ) eteste de anlise harmnica no domnio da altura relativa, associados largura de banda de 6 dB.
128
xiv
6.5 Coleo Rio do Sul: Espectro de potncia da susceptibilidade volumtrica(KZ) e teste de anlise harmnica no domnio da altura relativa, associados largura de banda de 6 dB.
129
6.6 Colees Itu e Rio do Sul: Espectro de potncia da declinao do eixomximo do elipside de anisotropia (DK1) e teste de anlise harmnica nodomnio da altura relativa, associados largura de banda de 6 dB.
131
6.7 Colees Itu e Rio do Sul: Comparao entre os espectros de potncia dadeclinao (acima) e inclinao (abaixo) da MRC no domnio da alturarelativa, (associados largura de banda de 6 dB.4
132
6.8 Colees Itu e Rio do Sul: Comparao entre os espectros de potncia dalatitude e longitude dos PGVs no domnio da altura relativa, (associados largura de banda de 6 dB.
133
A.1 Representao do mtodo WOSA (Welch, 1967), e modificado de Trbs eHeinzel, 2006.
181
xv
Lista de Tabelas
4.1 Intervalos de resultados Quantificao decomponentes de coercividade magntica (Anlise decurvas de aquisio de MRI) Coleo Itu.
................................. 52
4.2 Intervalos de resultados Quantificao decomponentes de coercividade magntica (Anlise decurvas de aquisio de MRI) Coleo Rio do Sul.
................................. 52
4.3 Parmetros hiperfinos provenientes dos ajustes deespectros Mssbauer obtidos a partir das amostrasde camadas claras (amostras C) e escuras (amostrasE) de determinados nveis representativos da coleoItu.
................................. 57
4.4 Parmetros hiperfinos provenientes dos ajustes deespectros Mssbauer obtidos a partir das amostrasde camadas claras (amostras C) e escuras (amostrasE) de determinados nveis representativos da coleoRio do Sul.
................................. 57
6.1 Dados de perodo obtidos por anlise espectral,relacionados aos ciclos de Milankovitchcorrespondentes, para cada um dos parmetrosavaliados, e clculos de mdia dos perodosverificados (Colees Itu e Rio do Sul).
................................. 136
6.2 Resultados de taxas de sedimentaocorrespondentes a cada um dos ciclos orbitais (Ri), etaxa de sedimentao mdia (Rm), para as coleesItu e Rio do Sul.
................................. 136
6.3 Converso dos perodos espectrais para o domnio dotempo (picos acima do nvel de significncia de 95%),para as duas sucesses de ritmitos.
................................. 138
A.1 Resultados paleomagnticos e de anisotropia desuscetibilidade magntica para a seo de ritmitos deItu (47,26W 23,17S) - abordagem por nvel.
................................. 184
A.2 Resultados paleomagnticos e de anisotropia desuscetibilidade magntica para a seo de ritmitos deItu (47,26W 23,17S) - abordagem por subnvel.
................................. 185
A.3 Resultados paleomagnticos e de anisotropia desuscetibilidade magntica para a seo de ritmitos deRio do Sul (49,58W 27,17S) - abordagem por nvel.
................................. 188
A.4 Resultados paleomagnticos e de anisotropia desuscetibilidade magntica para a seo de ritmitos deRio do Sul (49,58W 27,17S) - abordagem porsubnvel.
................................. 189
xvi
Abreviaturas e Simbologia
AR: .......................... rea relativa espectral
ARM: .......................... Anisotropia de Remanncia Magntica
ASM: .......................... Anisotropia de Susceptibilidade Magntica
Bhf: .......................... Campo magntico hiperfino
B1/2: .......................... Campo coercivo mdio
C: .......................... Clara (amostra)
CDPA: .......................... Curva de deriva polar aparente
MD .......................... Multidomnio
MRC: .......................... Magnetizao remanente caracterstica
MRQ: .......................... Magnetizao remanente qumica
CLG: .......................... Cumulative log-analysis
CPS .......................... Contagens por segundo
DFT .......................... Transformada discreta de Fourier
DO .......................... Ciclo de Dansgaard-Oeschger
DPA: .......................... Desvio padro angular
DRM: .......................... Magnetizao remanente deposicional
DRX: .......................... Difrao de raios-X
DMRC: .......................... Declinao da magnetizao remanente caracterstica
DK1: .......................... Declinao do eixo mximo do tensor anisotropia
DK3: .......................... Declinao do eixo mnimo do tensor anisotropia
E: .......................... Escura (amostra)
EDS: .......................... Espectrometria dispersiva em energia de raios-X
FFT: .......................... Transformada rpida de Fourier
GAP: .......................... Gradient of acquisition plot
HC: .......................... Campo magntico coercivo
xvii
IT: .......................... Itu
IMRC: .......................... Inclinao da magnetizao remanente caracterstica
IK1: .......................... Inclinao do eixo mximo do tensor anisotropia
IK3: .......................... Inclinao do eixo mnimo do tensor anisotropia
KZ: .......................... Susceptibilidade volumtrica
K1: .......................... Eixo mximo do tensor anisotropia
K3: .......................... Eixo mnimo do tensor anisotropia
LAP: .......................... Linear acquisition plot
LSFT .......................... Transformada de Fourier de Lomb-Scargle (Lomb-ScargleFourier Transform)
MD: .......................... Multidomnio
MEV: .......................... Microscopia eletrnica de varredura
MRI: .......................... Magnetizao remanente isotrmica
MR .......................... Magnetizao remanente
MRN: .......................... Magnetizao remanente natural
SRPC: .......................... Superchron de Polaridade Reversa do Permocarbonfero
PD: .......................... Parmetro de disperso
pDRM: .......................... Magnetizao remanente ps-deposicional
PGV: .......................... Plo geomagntico virtual
PSD .......................... Pseudo-monodomnio
P: .......................... Latitude do PGV
P: .......................... Longitude do PGV
QS: .......................... Desdobramento quadrupolar
Rm .......................... Taxa de sedimentao mdia
RS: .......................... Rio do Sul
rk: .......................... Funo de correlao cruzada
rP: .......................... Coeficiente de Pearson
xviii
rS: .......................... Coeficiente de correlao padro
r2: .......................... Coeficiente de determinao
SAP: .......................... Standardized acquisition plot
SD: .......................... Monodomnio
SMRI: .......................... Magnetizao remanente isotrmica de saturao
TN: .......................... Temperatura de Nel
TV: .......................... Temperatura de Verwey
u.t. .......................... Unidade temporal arbitrria de deposio de um nvelestratigrfico
WOSA .......................... Welch-Overlapped-Segment-Averaging
ZFC/FC: .......................... Zero-field cooled/field cooled
: .......................... Desvio isomrico
FC/ZFC .......................... Taxa delta
: .......................... Largura de linha espectral
k: .......................... Funo de autocorrelao parcial
f() .......................... Periodograma normalizado
P(k) .......................... Periodograma de Lomb-Scargle
xx(fk) .......................... Autoespectro
Introduo
1
Captulo I
Introduo
Desde o final do sculo XIX, discute-se na literatura a correlao entre
ciclos sedimentares e oscilaes climticas, controlados por processos
harmnicos determinados pelo sistema Terra-Lua-Sol (e.g. Gilbert, 1895;
Barrel, 1917 apud Steenbrink et al., 1999; Schwarzacher, 2000). Os ciclos de
atividade solar so correspondentes a escalas de periodicidades da ordem de
dias a milhares de anos (Hoeksema & Scherrer, 1988; Mendoza et al., 2001;
Witt & Schumann, 2005), enquanto que as variaes orbitais terrestres,
responsveis por ciclos de milhares a centenas de milhares de anos, variam
sob as escalas dos ciclos de Milankovitch (Berger, 1980; Laskar, 1988; 1999;
Hilgen et al., 1997; Schwarzacher, 2000; Van der Zwan, 2002; Yamazaki &
Oda, 2002). Tais periodicidades, associadas aos mecanismos de feedback do
sistema atmosfera-hidrosfera, exercem profundos efeitos sobre o clima, sobre a
sedimentao e sua ciclicidade, podendo at mesmo gerar episdios glaciais
(Berger, 1980; Anderson & Dean, 1988; Hoeksema & Scherrer, 1988;
Schwarzacher, 2000; Aziz et al., 2000; Livingstone & Hajdas, 2001; Van der
Zwan, 2002).
Entretanto, os mecanismos concernentes a estas variaes, que culminam
nas alternncias climticas, e a maneira pela qual influenciam mudanas na
sedimentao - por exemplo, em sistemas glcio-lacustres e glcio-marinhos,
ainda esto longe de serem completamente compreendidos. ilustrativo de tal
questo o trabalho de Shindell et al. (1999), em que se discute que, a despeito
do fato de que vrios parmetros meteorolgicos apresentam correlao com
ciclos de atividade solar, ainda no est claro de que forma mudanas
relativamente pequenas de radiao solar (aproximadamente 0,1%), cujo efeito
direto ocorrem predominantemente na alta atmosfera, poderiam ter impacto
importante na superfcie da Terra (Versteegh, 2005). A compreenso desses
Introduo
2
mecanismos torna-se fundamental para a investigao de outra hiptese que
tem sido muito debatida e que diz respeito a glaciaes a baixas paleolatitudes.
Por exemplo, existem evidncias de que, durante o Pr-Cambriano, depsitos
glaciais situavam-se, em sua maioria, a latitudes em torno de 25- 30 (Williams
et al., 1998) e alguns registros devem at mesmo ter ocorrido em faixas de
latitudes bem inferiores (Hoffman et al., 1998).
Neste nterim, durante as ltimas dcadas, a cicloestratigrafia tem passado
por um grande avano, e correlaes mais precisas tm sido feitas entre ciclos
climticos e estratigrficos. Atravs desta disciplina, registros geolgicos que
evidenciam alteraes cclicas na escala de dcadas a milhares de anos vm
sendo extensamente estudados (e.g. OSullivan, 1983; Anderson & Dean,
1988; Hagadorn et al., 1995; Landmann, 1996; Cooper & OSullivan, 1998;
Stockhausen & Zolitschka, 1999; von Rad et al., 1999; Tiljander et al., 2002;
Dinars-Turell et al., 2003; Rosqvist et al., 2004; Prasad et al., 2004; Vlag et al.,
2004), buscando-se compreender os processos que culminam nas variaes
climticas de curtos e longos perodos, e a maneira pela qual influenciam
mudanas em tais sistemas sedimentares. Certamente, um dos principais
fatores que tem contribudo ao desenvolvimento da cicloestratigrafia a
possibilidade de verificao de sinais climticos atravs da magnetostratigrafia,
que vem obtendo projeo cada vez maior na literatura nos ltimos 20 anos
(Opdyke & Channell, 1996; Milana & Lopez, 1998).
A magnetostratigrafia permite o estudo da variao temporal do campo
geomagntico, o que de grande interesse na compreenso da evoluo dos
processos que ocorrem na estrutura interna da Terra - operantes sob escalas
de tempo bastante distintas - bem como suas relaes com o geodnamo, ao
longo do tempo geolgico (McFadden & Merrill, 1986; Bakhmutov & Zagniy,
1990; Lanci et al., 1999; Kruiver et al., 2002; Yamazaki & Oda, 2002). Alguns
trabalhos recentes sugerem a influncia de determinados ciclos de Milankovitch
sobre o geodnamo (e.g. Yamazaki & Oda, 2002; Roberts et al., 2003; Fuller,
2006; Duhau, 2006) e a influncia da variao secular do campo geomagntico
sobre o clima (Gallet et al., 2005), o que vem ampliando a base de interesse
deste mtodo, ainda incipiente no que diz respeito s correlaes entre o
Introduo
3
campo geomagntico e o clima na Terra (Courtillot et al., 2007). Uma
importante variante da magnetostratigrafia a relacionada a determinados
parmetros magnticos no-direcionais, como indicativo de mudanas
climaticamente moduladas, uma vez que a mineralogia, concentrao e
tamanho de gro dos minerais magnticos so correlacionveis com as
variaes climaticamente induzidas e condies ambientais correspondentes
deposio (Banerjee, 1994; Vigliotti, 1997; Kssler et al., 2001).
Em estudos cicloestratigrficos, as varves so um dos tipos de registro
sedimentar dentre os mais amplamente conhecidos, revelando-se como
arquivos naturais de grande importncia para estudos paleomagnticos e
paleoambientais (Moscariello et al., 1998; Ringberg & Erlstrm, 1999; Lcke et
al., 2003). Freqentemente relacionados a uma ou mais aes peridicas
externas, exibem tipicamente unidades litolgicas de carter bimodal, com
contato abrupto entre as camadas, e que so distinguveis com base em sua
composio, textura e processo sedimentar. So observveis no apenas em
ambientes sedimentares recentes, mas tambm em depsitos to antigos
como os do Proterozico. O termo varve (do sueco varv, que significa
iterao peridica de camadas) foi empregado pela primeira vez por De Geer
(1912) com o intuito de descrever sedimentos glcio-lacustres, na forma de
acoplamentos de material fino e grosseiro, quando se havia pouco
questionamento a respeito do carter de deposio anual para sedimentos
lacustres pr-glaciais - uma vez que a interpretao do controle sazonal nos
processos de degelo e congelamento parecia bastante razovel.
Posteriormente, o conceito de deposio anual foi aplicado a vrios outros
ambientes de sedimentao (Anderson & Dean, 1988; Ojala & Tiljander, 2003).
Desde ento, a importncia e potencial das varves para reconstrues anuais a
centenrias do passado ambiental e identificao de variaes climticas, com
uma resoluo temporal de anos ou mesmo estaes, e, em alguns casos
especficos, como mtodo de calibrao geocronolgica, tm sido
demonstrados nas ltimas dcadas atravs de vrios estudos (OSullivan,
1983; Anderson & Dean, 1988; Damnati & Taieb, 1995; Milana & Lopez, 1998;
Introduo
4
von Rad et al., 1999; Livingstone & Hajdas, 2001; Berger & von Rad, 2002;
Sander et al., 2002).
Neste contexto, verifica-se, na Bacia do Paran, a ocorrncia de rochas
laminadas pertencentes ao subgrupo Itarar, que apresentam alternncia de
camadas de arenito e argilito, formando pares mais ou menos regulares, e
discutidas desde os trabalhos pioneiros sobre a glaciao neopaleozica da
bacia, entre o final do sculo XIX e comeo do sculo XX (e.g. Leinz, 1937).
Leonardos (1938) sugeriu que os ritmitos de Itu (SP) teriam feies tpicas de
varvitos, devido similaridade com varves, de origem glcio-lacustre, segundo
Rocha-Campos (1967), embora confirmaes consistentes a respeito da
hiptese de anuidade dos pares litolgicos ainda fossem necessrias.
Resultados sedimentolgicos, palinolgicos e paleomagnticos para as
sucesses de Itu (referentes exposio hoje correspondente ao Parque do
Varvito, em Itu), Rio do Sul (SC) (correspondente ao afloramento amostrado na
Pedreira Ita, em Trombudo Central) e Mafra (RS) sugeriram o carter anual de
deposio dos pares (Rocha-Campos & Sundaram, 1981; Sinito et al., 1981;
Rocha-Campos et al., 1981), formados pela repetio regular de camadas de
areia fina/silte (cor clara) e silte/argila (cor escura). As unidades claras
representariam a sedimentao durante a primavera-vero e as unidades
escuras, o perodo outono-inverno.
Atravs de anlise espectral realizada pela aplicao do mtodo de
mxima entropia sobre srie de dados de espessura dos pares, bem como dos
parmetros magnticos que caracterizam a magnetizao remanente dos
ritmitos de Itu (Ernesto & Pacca, 1981), verificou-se que, assumindo cada par
claro-escuro como sendo originado por um ano de deposio, a sedimentao
destas rochas teriam sido influenciadas por ciclos solares de aproximadamente
11 e 22 anos, bem como ciclos mais longos cuja origem no bem
determinada, o que reforou, poca, a hiptese do carter vrvico desta
sucesso.
Entretanto, a questo da anuidade dos ritmitos do Subgrupo Itarar no
deve ser considerada como consensual. Existem diversas controvrsias a
Introduo
5
respeito dos processos e ambientes de deposio relacionados aos ritmitos
regulares de Itu, assim como relacionadas questo da sedimentao do
Subgrupo Itarar como um todo, amplamente diversificado do ponto de vista
faciolgico (Gama Jr. et al., 1992). Setti e Rocha-Campos (1999) descreveram
e interpretaram as fcies e ambientes sedimentares do varvito e rochas
associadas nas proximidades de Itu, sugerindo que os ritmitos regulares
depositaram-se em bacia de gua doce, sob regime glacial e controle sazonal.
Alm disso, com base na variao de espessura das unidades litolgicas, que
apresentam tendncia a afinamento na parte superior da seqncia e variao
da granulometria, tambm levantam a hiptese de que a frente da geleira
afastou-se progressivamente da margem do corpo dgua. Este tipo de
paleoambiente contrasta com a proposio de um processo deposicional dos
ritmitos em mar restrito, fortemente influenciado por degelo, atravs de estudos
realizados em outras reas (e.g. Santos et al., 1996). Eyles et al. (1993)
questionam a hiptese de que os ritmitos em Itu corresponderiam a varvitos,
devido alta variabilidade de espessura verificada nos afloramentos, e
sugerindo-os em contraposio como turbiditos.
Os estudos paleomagnticos anteriormente realizados por Sinito et al.
(1981) e Rocha-Campos et al. (1981), apesar de demonstrarem que os ritmitos
regulares da Bacia do Paran apresentam magnetizao estvel com
polaridade reversa, no incluram tentativa de identificao da mineralogia
magntica responsvel pela remanncia em tais rochas, permanecendo
desconhecido o carter dessas magnetizaes (se primria ou secundria),
embora Ernesto e Pacca (1981) tenham apontado que ciclos climticos
regularam a magnetizao das rochas, e que seria muito difcil conceber
mecanismos que remagnetizassem essas rochas, preservando os registros em
todos os parmetros magnticos. Em estudo recente, Silva e Azambuja Filho
(2005), baseados em testemunhos de poos perfurados pela CPRM em Santa
Catarina e Rio Grande do Sul, e escolhidos sob o critrio da presena de
ritmitos do Subgrupo Itarar, encontraram, atravs de escaneamento e perfis
de raios gama, a presena dos ciclos de Milankovitch e ciclos de atividade solar
de 22 a 1000 anos; alm disso, inferem taxas de sedimentao entre 5,2 a 9,3
Introduo
6
cm/ka para os ritmitos referentes aos testemunhos, taxas similares s
verificadas para o Pleistoceno - evidncias essas claramente contrastantes
com a hiptese da anuidade.
Dessa maneira, props-se, por esta tese de doutoramento, a investigao
acerca do carter deposicional de duas seqncias de ritmitos regulares do
Permocarbonfero do Subgrupo Itarar, Bacia do Paran - ritmitos expostos no
Parque do Varvito, Itu (SP) e seqncia de ritmitos de Rio do Sul, exposta na
pedreira Ita, municpio de Trombudo Central (SC). Este trabalho compreende
novos estudos paleomagnticos das duas seqncias, uma completa
investigao sobre a mineralogia magntica responsvel pela remanncia em
tais rochas, e, por fim, testes de correlao e anlise espectral das sries de
dados magnetoestratigrficos, tanto direcionais quanto no-direcionais.
Atravs deste trabalho, espera-se contribuir para a definio da escala
temporal da sedimentao dos ritmitos em questo, incluindo novas
informaes acerca de suas caractersticas de sedimentao. Alm disso,
espera-se tambm contribuir para as investigaes sobre a induo de sinais
climticos por processos orbitais e/ou solares, de amplo interesse atual.
Aspectos Geolgicos
7
Captulo II
Aspectos Geolgicos
Neste captulo, buscaremos discutir o contexto geolgico referente s
exposies de ritmitos estudadas neste trabalho, com respeito s suas
associaes com o Subgrupo Itarar, da Bacia do Paran, e sua correlao
com os processos de glaciao do Paleozico Superior.
II-1 A Glaciao do Paleozico Superior, Bacia do Paran e o
Subgrupo Itarar
Alguns autores sugerem que a glaciao do Paleozico Superior afetou o
supercontinente Gondwana por mais de 100 milhes de anos (350 - 250 Ma),
representando o mais longo perodo de glaciao contnua do Fanerozico
(Eyles, 1993). Um dos fatos consistentes na discusso da histria glacial do
Paleozico Superior no Gondwana a preservao de estratos glaciclsticos
dentro de bacias intracratnicas embrionrias, que podem ser encontrados por
todos os continentes gondwnicos (Eyles et al., 1993) - ocorrendo, assim, em
um grande nmero de margens ativas e bacias intracratnicas.
Dentre estas, a Bacia do Paran (figura 2.1), ampla bacia intracratnica da
Plataforma Sul-Americana, considerada a maior dentre as que sofreram
influncia glacial no Gondwana (Frana & Potter, 1988). Cobre cerca de
1.700.000 km2 da poro centro-leste da Amrica do Sul, compreendendo seis
superseqncias sedimentares-magmticas, que apresentam idades entre o
Ordoviciano e o Cretceo. So definidas como: Rio Iva (Grupo Rio Iva, de
idade Ordoviciana/Siluriana); Gondwana I (Grupos Tubaro e Passa Dois,
Carbonfero/Permiano); Gondwana II (formaes do Trissico); Gondwana III
(Grupo So Bento, Jurssico/Cretceo); Bauru (Grupo Bauru, Cretceo (Milani
& Zaln, 1999; Souza et al., 2006).
Aspectos Geolgicos
8
A Superseqncia Gondwana I (figura 2.2) corresponde ao maior ciclo
transgressivo-regressivo que se desenvolveu entre o Carbonfero Superior e o
Permiano Mdio/Superior (Souza et al., 2006), e suas unidades tm sido
investigadas desde o final do sculo XIX, a partir das primeiras especulaes
sobre atividade glacial na sedimentao do Subgrupo Itarar (Grupo Tubaro;
Petri & Flfaro, 1983). Cobrindo cerca de 1,2 106 km2 do territrio brasileiro, e
com mxima espessura de subsuperfcie excedendo 1.300 m em alguns pontos
da bacia (Santos et al., 1996; Milani & Zaln, 1999), o Subgrupo Itarar
preserva o mais espesso, extenso e um dos mais longos registros (cerca de 36
Ma) da extensa glaciao que afetou o Gondwana durante o Paleozico
Superior - alguns autores (e.g. Rocha-Campos et al., 1997; Ferreira, 1997;
Figura 2.1 - Localizao e distribuio das superseqncias estratigrficas da Bacia do Paran,com a indicao das localidades de Itu (SP) e Rio do Sul (SC). Modificado de Souza et al.(2006).
Aspectos Geolgicos
9
Weinschtz & Castro, 2004; Souza, 2006) ainda sugerem que o Itarar
corresponderia ao mais importante registro de glaciao da histria da Terra. A
origem glacial de suas rochas sedimentares constituintes foi sugerida
inicialmente por Derby (1878, apud Gama Jr. et al., 1992), merecendo
destaque o estudo de Leinz (1937), que apresentou um modelo glacial
continental a partir dos depsitos investigados. Atualmente, reconhece-se que
as mais antigas rochas sedimentares do Itarar registram configuraes de
gua glacio-lacustre ou salobra; entretanto, uma influncia crescentemente
marinha pode ser identificada estratigraficamente, em direo poro
superior do Itarar (Eyles et al., 1993). Devido escassez de registros fsseis
e horizontes correlacionveis, a idade de deposio do Subgrupo Itarar mal
definida, se comparada com outras sucesses glaciais verificadas para o
Gondwana, no havendo base concreta para o estabelecimento do limite
Carbonfero-Permiano para a Bacia do Paran (Rocha-Campos & Rosler, 1978;
Eyles, 1993; Souza, 2006). O melhor esquema de biozonao estratigrfica j
Figura 2.2: Esquema da estratigrafia da superseqncia Gondwana I, que compreende osestratos do Paleozico Superior da Bacia do Paran. Modificado de Souza et al. (2006).
feito corresponde ao estudo palinolgico realizado por Daemon e Quadros
(1970, apud Eyles et al., 1993), recentemente revisado por Souza (2006), que
sugere que o Itarar apresenta idades entre a fase mais recente do Westfaliano
Aspectos Geolgicos
10
(cerca de 300 Ma) at o Kunguriano Anterior (260 Ma), de maneira que o
registro abrangeria o perodo Carbonfero Superior - Permiano Inferior.
As pesquisas sobre a subdiviso e classificao estratigrfica do Subgrupo
Itarar tiveram grande impulso a partir da dcada de 1970 e, hoje em dia,
considera-se que a sedimentao do Itarar extremamente diversificada
faciologicamente, constituda de tratos de sistemas deposicionais bastante
complexos (Gama Jr. et al., 1992). Segundo Frana e Potter (1991), o
Subgrupo Itarar compreenderia trs formaes - Formaes Lagoa Azul,
Campo Mouro e Taciba, cada uma registrando uma fase renovada de
subsidncia da bacia, como resultado do processo de rifteamento ao longo de
lineamentos estruturais (Eyles, 1993; Santos et al., 1996). As fcies
dominantes so relacionadas a fluxos gravitacionais subaquosos de
sedimentos, que resultaram de altas taxas de sedimentao e margens
falhadas e escarpadas da bacia, o que pode ser relacionado hiptese de que
a Bacia do Paran foi provavelmente invadida pela margem de gelo de
Kaokoveld, derivada do sul da frica, durante os perodos inicias da glaciao
do Paleozico Superior (Frana & Potter, 1991; Santos et al., 1996; Eyles,
1993; Eyles et al., 1993; Rocha-Campos et al., 2000). Dentre as trs formaes
citadas acima, se atribui Formao Taciba o cinturo de afloramentos leste
do Subgrupo Itarar - ao qual pertenceriam as sucesses de ritmitos
investigadas neste projeto de doutoramento. Sua subdiviso superior, rica em
diamictitos (membro Chapu do Sol), cobre inteiramente a Bacia do Paran,
sendo a nica unidade do Subgrupo Itarar exposta em afloramentos em torno
da bacia (Eyles et al., 1993). Tal unidade est possivelmente correlacionada
ocorrncia dos ritmitos regulares expostos em Itu. Na poro sul da bacia, o
membro Rio do Sul (relacionado aos ritmitos expostos na cidade de Trombudo
Central) ocorre lateralmente ao membro Chapu do Sol. Aparentemente
representando configuraes deposicionais relativamente tranqilas, supe-se
que a sedimentao ocorreu a alguma distncia a partir de qualquer um dos
pontos de maior influxo de sedimentos (Eyles et al., 1993).
A variedade de rochas laminadas, interpretadas como ritmitos regulares, e
associadas ao cinturo de afloramentos leste e poro sul do Subgrupo Itarar,
Aspectos Geolgicos
11
apresentam algumas das mais favorveis exposies para estudos
paleomagnticos em Itu (SP) e Trombudo Central, regio do municpio de Rio
do Sul (SC), aonde possvel a obteno de amostras orientadas de camadas
individuais (Sinito et al., 1981; Rocha-Campos et al., 1981). Conforme discutido
anteriormente, o estudo dos ritmitos que se encontram expostos no chamado
Parque do Varvito, no municpio de Itu (SP), e na pedreira Ita, no municpio de
Trombudo Central (SC) o objetivo desta tese, e, dessa maneira,
apresentaremos a seguir a discusso acerca das principais feies geolgicas
e fcies sedimentares destes dois afloramentos.
II-2 Ritmitos do Parque do Varvito de Itu (SP)
A sucesso de ritmitos regulares que afloram em Itu, uma das exposies
investigadas neste projeto de doutoramento, corresponde a uma antiga
pedreira tombada pelo CONDEPHAAT, e que se situa nas dependncias do
Parque do Varvito (coordenadas 23 16 S e 47 19 W; figura 2.3), no municpio
de Itu (SP). Este afloramento conhecido nacional e internacionalmente por
constituir uma das mais espessas, bem preservadas e extensas exposies de
ritmito da Bacia do Paran, alm de documentar um dos ambientes
sedimentares tpicos da glaciao neopaleozica do Gondwana (Setti & Rocha-
Campos, 1999). Alm disso, se atribui importncia histrica a este afloramento,
relacionado ao povoamento do oeste paulista (Rocha-Campos, 2000).
Figura 2.3 - Imagemda sucesso deritmitos regulares doParque do Varvito (Itu,SP). possvelverificar o contatoabrupto entre os paresde litologias.
Aspectos Geolgicos
12
Figura 2.4 - Detalhes de estruturas sedimentares da sucesso de ritmitos exposta no Parque doVarvito, Itu. (A) Apresentao do nvel mais espesso da sucesso (espessura mdia de 50 cmao longo da exposio). (B) Detalhe de seixo pingado entre dois pares de litologias menosespessos, prximos ao topo da sucesso. (C) Alguns dos nveis mais espessos da exposio(base da sucesso). possvel observar-se os padres de variao de espessura e deestruturas sedimentares das camadas claras, como, por exemplo, marcas de onda,estratificaes cruzadas cavalgantes e onduladas. Em todas as imagens, possvel verificar-seos contatos abruptos entre litologias, devido intercalao das camadas de siltito/argilito(camadas escuras).
Os ritmitos de Itu so considerados do tipo regular (Santos et al., 1996;
Rocha- Campos, 2000), uma vez que exibem repetio cclica de pares de
litologias, constitudas por lminas ou camadas basais, mais espessas (cm-
dm), e formadas por arenito fino-siltito, adjacentes a lminas escuras, mais
finas (mm), compostas de siltito-argilito. A espessura e granulometria dos pares
Aspectos Geolgicos
13
apresentam reduo em direo ao topo do afloramento, ambas devidas s
variaes verificadas para as camadas/lminas claras, chegando a 50 cm
prximo ao assoalho da pedreira, e constituindo-se basicamente de arenito fino
(com cerca de 1,5 cm ou menos em sua poro superior, apresentando frao
sltica). Ao longo de toda a sucesso exposta, a espessura das lminas
escuras permanece aproximadamente constante, em torno de 5 mm. Ao todo,
foram verificados cerca de 260 pares litolgicos, contados e medidos em 15 m
de exposio total (Sinito et al., 1977; Ernesto & Pacca, 1981).
Verifica-se, para toda a sucesso, a ocorrncia de abundantes estruturas
sedimentares (figura 2.4). So observados contatos abruptos entre as lminas
superiores dos pares litolgicos e as camadas/lminas claras inferiores dos
pares sobrejacentes, alm de limites abruptos, mas transicionais, entre
camadas claras e escuras dentro de um mesmo par litolgico. A presena de
silte/argila dentro de bandas claras e de areia dentro de lminas escuras
tambm discutida por alguns autores (Rocha-Campos et al., 1981; Setti &
Rocha-Campos, 1999).
Alm disso, a ocorrncia de determinadas estruturas, verificadas nas
camadas/lminas claras, parece variar com a mudana na espessura do par
litolgico e granulometria, e incluem estratificaes cruzadas cavalgantes,
microlaminao cruzada de marcas ondulantes migrantes, laminao drapeada
de siltitos sobre marcas onduladas, laminao gradacional mltipla,
estratificao ondulada e linsen. A ocorrncia de clastos milimtricos a
decimtricos, de composio diversa (principalmente constitudos de granito e
quartzito) intercalam-se na exposio, deformando os estratos inferiores e
superiores adjacentes (Rocha-Campos & Sudaram, 1981; Gama Jr. et al.,
1992; Ferreira, 1997; Setti & Rocha-Campos, 1999). A presena de icnofsseis
produzidos por invertebrados aquticos bentnicos abundante sobre os
planos de estratificao nos ritmitos de Itu, sendo verificadas de modo mais
ntido sobre as lminas escuras. Dois icnogneros foram identificados:
Isopodichnos e Diplichnites (Fernandes et al., 1987), possivelmente
representando diferentes tipos de impresses do corpo do mesmo animal, e
apresentando estreita correlao com os icnofsseis dos depsitos de mesma
Aspectos Geolgicos
14
idade (permocarbonfero) do Grupo Dwyka da Bacia Karoo, na frica do Sul
(Carvalho & Fernandes, 1989).
A posio estratigrfica dessas rochas na estratigrafia do Subgrupo Itarar
ainda no est plenamente elucidada. Segundo Setti e Rocha-Campos (1999),
devido sua posio junto margem da bacia, e na suposio de que as
camadas neopaleozicas mergulham em direo ao centro da bacia,
acompanhando a inclinao do embasamento, os ritmitos de Itu seriam
considerados um dos depsitos mais antigos do Itarar no estado de So
Paulo. Entretanto, segundo a descrio proposta por Eyles et al. (1993),
possvel que estes depsitos estejam relacionados ao membro Chapu do Sol
(Formao Taciba), que ocorre associado ao cinturo de afloramentos leste da
Bacia do Paran.
No h consenso sobre a natureza do corpo dgua correspondente
deposio dos ritmitos regulares de Itu. Setti e Rocha-Campos (1999) discutem
que o processo de deposio poderia ser relacionado ocorrncia de um corpo
dgua doce, como um lago pr-glacial. O lago teria sido assoreado pelo
avano dos diamictitos e rochas associadas, durante seu maior
desenvolvimento, devido a condies muito severas, relacionadas com o
avano das geleiras. Tambm seria possvel a deposio sob paleoambientes
relacionados a bacias marinhas, prximas costa, sob a influncia de geleiras
(Rocha-Campos et al., 1981). Sob tal proposio, se sugere que a bacia possa
ter apresentado a forma de um golfo ou entalhe na costa ou margem da Bacia
do Paran, disposto na direo NW (Santos et al., 1996; Setti & Rocha-
Campos, 1999). Esta hiptese encontra apoio, por exemplo, na orientao das
paleocorrentes medidas, normalmente orientadas para NW (Setti & Rocha-
Campos, 1999).
Assim, com respeito ao processo de deposio, os ritmitos aparentemente
se depositaram atravs de correntes de fundo densas ou correntes de turbidez,
relacionadas com correntes intermedirias ou superficiais subsidirias,
produzidas por gua de degelo, movendo-se para baixo sobre deltas marginais
(Eyles, 1993; Setti & Rocha-Campos, 1999; Rocha-Campos, 2000). Sob a
Aspectos Geolgicos
15
hiptese de estes ritmitos constiturem verdadeiras varves, conforme fora
discutido anteriormente no captulo I, pode-se considerar a ao de dois
processos sedimentares distintos, um envolvendo correntes de turbidez de
fundo, responsvel pela deposio de sedimentos de granulometria mais
espessa - correspondendo formao das camadas/lminas claras de
primavera/vero, e o outro, relacionado deposio da frao argila suspensa
no corpo d gua durante o perodo outono/inverno, devido possvel ausncia
de aporte de material mais grosso por guas de degelo (Setti & Rocha-
Campos, 1999; Rocha-Campos et al., 2000).
II-3 Ritmitos de Rio do Sul (SC)
Os ritmitos, do tipo regular (Canuto, 1993) que ocorrem na rea de Rio do
Sul (SC), representam a segunda sucesso desta natureza investigada neste
projeto de doutoramento. Expostos na pedreira Ita (figura 2.5), situada s
margens da rodovia BR-470, e pertencente ao municpio de Trombudo Central,
situam-se a cerca de 5 km a sudoeste do municpio de Rio do Sul, com
coordenadas 2710 S e 4935 W. So associados estratigraficamente ao
membro Rio do Sul (Vesely & Assine, 2002), uma das divises superiores do
Subgrupo Itarar na regio de Santa Catarina (Rocha-Campos & Sundaram,
1981).
Verifica-se que os estratos que ocorrem nesta pedreira so basicamente
constitudos de siltitos (camadas/lminas claras) e argila (lminas escuras). A
sucesso original de 127 estratos, que foi amostrada para os estudos
paleomagnticos realizados por Sinito et al. (1981) e Rocha-Campos et al.
(1981), tambm compreendida neste estudo, apresenta cerca de 9 m de
espessura total, com variao total de espessuras dos estratos entre 1,2 cm e
32 cm (Ernesto & Rocha-Campos, 1979; Rocha-Campos et al., 1981). Como no
caso dos ritmitos de Itu, a variao na espessura dos pares litolgicos se deve
a mudanas nas camadas/lminas claras, ao passo que as lminas escuras
apresentam espessuras relativamente constantes, em torno de2 - 9 mm
(Rocha-Campos et al., 1981; Rocha-Campos & Sundaram, 1981; Canuto,
Aspectos Geolgicos
16
1993), com contato abrupto entre pares adjacentes (devido s camadas
escuras), e transicional entre as camadas claras e escuras de um mesmo par.
Figura 2.5 - (A) Imagemlateral de um dosafloramentos de ritmitosregulares da pedreiraIta (Rio do Sul, SC). possvel verificar contatomenos abrupto entre ospares de litologias, emcomparao sucessode ritmitos expostos noParque do Varvito, em Itu(SP). A seta disposta naimagem indica umagrande zona lenticular dedetritos grossos sobreum dos planos deacamamento. (B)Detalhe de contato entrepares de litologias.
possvel identificar-se dois padres diferentes de variao de espessura
atravs de verificao visual. Nos dois teros inferiores da sucesso, verifica-se
a alternncia de estratos espessos, (com mais de 9,5 cm de espessura) com
estratos mais finos (em torno de 2 cm); no tero superior, observa-se um
padro de espessamento em direo ao topo do afloramento. Nas camadas
claras, so visveis estruturas sedimentares como camadas gradacionais
mltiplas (normais e reversas), divises escuras e submilimtricas, micro-
laminao cruzada e lminas de areia fina (Rocha-Campos & Sundaram,
1981). Tambm se verifica a ocorrncia irregular e espordica de numerosas
zonas ou lentes de fragmentos e montculos de detritos grossos, associados a
Aspectos Geolgicos
13
sulcos rasos, sobre os planos de acamamento. H abundante ocorrncia de
clastos cados (da ordem de alguns centmetros a decmetros) e de icnofsseis
na sucesso. Segundo Marques-Togo et al. (1993, apud Canuto, 1993),
verifica-se uma palinoflora relativamente diversificada, que consiste de
gimnospermas e pteridfitas, e tambm corpos algais, em rochas sedimentares
presentes na regio de Trombudo Central.
Com respeito ao ambiente de deposio que teria dado origem aos ritmitos
regulares expostos no afloramento estudado, Canuto (1993) sugere que tais
ritmitos corresponderiam a uma das cinco fcies que abrangeriam um sistema
deposicional glaciomarinho proximal, provavelmente relacionadas a leques de
depsitos flvio-deltaicos subaquticos e lateralmente relacionados,
intercalando-se nos ritmitos e, em alguns casos, mesmo superpondo-se. Este
registro representaria um perodo de importante aporte subaqutico de detritos
glacignicos, dentro da sugerida sub-bacia marinha aonde atualmente se
localizam os ritmitos regulares. A presena de clastos cados e depsitos de
despejo indicariam a presena de icebergs, indicando a retomada de influncia
glacial e freqente presena de gelo flutuante, em associao a grandes
volumes de gua de degelo, como proposto por Santos et al. (1992). Ainda
nesta discusso, possvel que o padro verificado de espessamento dos
nveis estratigrficos em direo ao topo da sucesso indicaria um processo de
aumento na proximidade da frente da geleira, ou fonte de gua de degelo,
registrado pelo sistema deposicional sugerido (Rocha-Campos & Sundaram,
1981).
Procedimentos Experimentais
18
Captulo III
Procedimentos Experimentais
A seguir, apresentamos a discusso sobre os processos de amostragem e
preparao das amostras que foram utilizadas nas duas etapas de
procedimento experimental, realizados neste trabalho - identificao da
mineralogia magntica, e anlise de dados direcionais e no-direcionais - bem
como os mtodos experimentais e tcnicas de anlise, empregados nos
estudos realizados sobre mineralogia magntica.
III-1 Tcnicas de Amostragem e Preparao de Amostras
III-1.1 Procedimentos para a coleta de material
O material utilizado para os estudos experimentais foi retirado das
pedreiras estudadas neste estudo em forma de blocos, cada um destes
correspondentes a uma unidade litolgica (par de camadas claras e escuras -
arenito/siltito - siltito/argilito), em diferentes amostragens. A primeira srie de
coleta, realizada na dcada de 1970, se encontrava conservada na litoteca do
Instituto de Astronomia, Geofsica e Cincias Atmosfricas da USP (IAG-USP),
por ocasio do incio deste projeto.
No entanto, atravs de levantamento realizado, constatou-se que o
percentual perdido para as sucesses de Itu e Rio do Sul era de,
respectivamente, 39% e 27%, montante este correspondente a blocos no
localizados no registro, e por material inutilizado para os propsitos deste
projeto (devido a perda de marcaes de azimute magntico, indefinio da
informao da unidade litolgica, entre outros fatores). Isto conduziu a novos
trabalhos de amostragem, visando a complementao da sucesso
estratigrfica de ambas as colees. Entretanto, o trabalho de reamostragem
para a coleo Rio do Sul no pode ser concludo devido ao fato de no ser
possvel a identificao das unidades faltantes, uma vez que no havia a
Procedimentos Experimentais
19
possibilidade de orientao estratigrfica com respeito a uma unidade litolgica
de referncia. Dessa maneira, os dados apresentados referentes a esta
coleo restringem-se apenas amostragem original. Com respeito sucesso
de Itu, as unidades litolgicas para complementao da coleo foram
identificadas a partir de dados de espessura, e localizados na exposio a
partir da unidade de referncia adotada para o trabalho de coleta, que
apresenta espessura de 50 cm.
Cada bloco utilizado neste estudo, referente ao primeiro trabalho de
amostragem ou aos trabalhos de reamostragem, foi submetido, antes de sua
coleta, tomada dos dados de orientao em campo (azimute magntico e
mergulho, respectivamente atravs de uma bssola magntica declinada e um
inclinmetro acoplado mesma bssola). Para a finalidade de simplificao
das discusses que se seguem, ao longo deste trabalho, denominaremos os
conjuntos de blocos retirados de ambas as sucesses estudadas como
colees Itu e Rio do Sul (colees IT e RS, respectivamente). Tambm vale
ressaltar que a denominao coleo Rio do Sul se deve ao fato do
afloramento presente em Trombudo Central pertencer ao membro Rio do Sul,
designao esta adotada desde os primeiros trabalhos a partir dessa sucesso.
III-1.2 Preparao de amostras
O trabalho de preparao de amostras foi realizado no laboratrio de
preparao de amostras do IAG-USP e consistiu, inicialmente, no preparo dos
blocos oriundos de ambas as colees, bem como das reamostragens
realizadas para a coleo Itu, com a remarcao do azimute magntico pela
superfcie destes materiais. Aps esta etapa, foram preparados, para as duas
colees, os seguintes tipos de amostras, de acordo com as finalidades
experimentais definidas: (i) amostras orientadas de acordo com o azimute
magntico e ao longo da espessura dos blocos; (ii) amostras em p a partir das
camadas claras e escuras de blocos selecionados para estudos de mineralogia
magntica; (iii) sees polidas e lminas delgadas de blocos selecionados para
estudos de microscopia.
Procedimentos Experimentais
20
Figura 3.1 - Exemplo do procedimento de preparao dos cilindros a partirdos blocos coletados das unidades litolgicas. Acima: Cilindros retiradosde bloco referente a uma das unidades litolgicas da coleo Itu. Abaixo:Apresentao de um dos cilindros, com representao da disposio dasamostras a serem preparadas, e sua ordenao em funo daestratigrafia.
Procedimentos Experimentais
21
Figura 3.2 - Esquema dadisposio das amostraspreparadas a partir de cilindrosextrados das unidadeslitolgicas (nveis), para oestudo dos dadospaleomagnticos direcionais eno-direcionais em funo daestratigrafia, denominados,neste trabalho como subnveis.A numerao referente aossubnveis visa apenas ilustrara sucesso de unidades deinformao, segundo estaabordagem de estudoestratigrfico.
As amostras do tipo (i) foram preparadas atravs da extrao de cilindros,
obtidos por intermdio de uma furadeira de bancada, ao longo da espessura
dos blocos, com o posterior corte destes cilindros em amostras de espessuras
entre 1,5 cm - 2,2 cm, como pode se observar na figura 3.1. Este material foi
preparado de maneira a possibilitar a aquisio de dados paleomagnticos
direcionais e no-direcionais em funo da estratigrafia, como ser abordado
Procedimentos Experimentais
22
no captulo V, para duas formas de abordagem contidas neste estudo: Atravs
das mdias de parmetros tomados a partir dos dados individuais das
amostras, obtidas de cilindros de um mesmo bloco, retirado de uma
determinada unidade litolgica (anlises por nvel); e atravs da anlise dos
parmetros tomados atravs das mesmas amostras preparadas, considerando-
as como as unidades litolgicas de interesse (anlises por subnvel - como se
apresenta na figura 3.2).
As amostras do tipo (ii) foram confeccionadas a partir de determinados
blocos escolhidos com respeito sua posio na estratigrafia das duas
colees, pela raspagem da camada escura, superficial a quase todos os
blocos coletados, e pela triturao de material oriundo da camada clara. As
amostras pulverizadas de cada camada constituinte dos blocos estudados
foram empregadas essencialmente em estudos de mineralogia magntica. As
sees polidas e lminas delgadas, que compreendem o tipo (iii) dentre as
amostras preparadas, foram confeccionadas atravs do corte transversal de
determinados blocos, de maneira a selecionar-se ambas as camadas claras e
escuras. Amostras de cada um destes cortes, aps posterior aplicao de
resina e preparao por polimento, forneceu sees polidas de cerca de 1 cm
de dimetro, que foram empregadas nos estudos de microscopia ptica de luz
refletida, e posteriormente, nos estudos de microscopia eletrnica de varredura
(MEV), aps metalizao em Au. As lminas delgadas foram preparadas por
disposio em lminas de vidro e polimento, para os estudos de microscopia
ptica de luz transmitida.
III-2 Investigao da Mineralogia Magntica
III-2.1 Difrao de Raios-X
A difrao de raios-X (DRX) uma das mais tradicionais tcnicas de
caracterizao de materiais, envolvendo a interao de radiao
eletromagntica de comprimento de onda da ordem de 0,1 a 0,5 nm com
tomos de um slido (Cornell & Schwertmann, 1996; Warren, 1990). Esta
tcnica especialmente til em sistemas cristalinos que apresentam ordem de
Procedimentos Experimentais
23
longo alcance e, portanto, permite a distino entre diferentes formas
mineralgicas, dentre as quais os xidos de ferro sendo que alguns destes se
apresentam como potenciais portadores de remanncia magntica.
Os raios-X so produzidos a partir da emisso de eltrons de um catodo
aquecido e, em seguida, acelerados num feixe at atingirem energias cinticas
da ordem de 0,1 keV, por meio de uma tenso aplicada entre catodo e anodo,
o que provoca a coliso contra o ltimo. Os eltrons do feixe podem
eventualmente, ao atravessarem os tomos do anodo, passar prximos de
eltrons de sub-camadas internas. Graas interao coulombiana entre um
eltron energtico do feixe e o eltron atmico, pode haver troca de energia
suficiente entre os dois para que o eltron atmico seja ejetado do tomo. Isto
deixa o tomo num estado altamente excitado, porque um de seus eltrons de
energia muito negativa est faltando. O tomo poder voltar a seu estado
fundamental emitindo um conjunto de ftons de alta energia, e, portanto, de
alta freqncia, que pertencem a seu espectro de raios-X. O espectro total de
radiao X emitido por um tubo de raios-X consiste num espectro discreto
superposto a um continuum, que se deve ao processo de bremsstrahlung
(freamento) que ocorre quando os eltrons do feixe so desacelerados no
espalhamento produzido pelos ncleos dos tomos no anodo. A forma do
continuum depende, sobretudo da energia do feixe de eltrons; mas a forma do
espectro de raios-X discreto , porm, caracterstica dos tomos do material
que compe o anodo.
Como as distncias entre os tomos em uma estrutura cristalina so da
mesma ordem de grandeza que a faixa de comprimentos de onda dos raios-X,
o fenmeno de difrao possvel. Neste processo, o feixe refletido pela rede
do material, gerando uma figura de difrao devido s diferenas de percurso
entre as vrias ondas refletidas nos vrios planos paralelos separados. A
condio para que ocorra a interferncia construtiva entre as ondas refletidas
dada pela lei de Bragg (2d.sen() = m; onde o comprimento de onda da
radiao, m um nmero inteiro associado ao comprimento de onda, e o
ngulo de incidncia da radiao no plano cristalino). Enquanto a lei de Bragg
fornece informaes a respeito do tipo de estrutura dos materiais, a partir das
Procedimentos Experimentais
24
distncias interplanares d calculadas em funo do ngulo de incidncia , a
natureza e as posies dos tomos constituintes fornecem caractersticas
bastante particulares dos compostos, atravs das intensidades dos picos de
difrao em cada plano observado.
O estudo de amostras de ambas as colees foi realizado no Laboratrio
de Cristalografia do Instituto de Geocincias da USP, sob superviso do Dr.
Flvio Machado de Souza Carvalho, tcnico do laboratrio. As medidas foram
feitas atravs de um Difratmetro Siemens D5000, (detector PSD, faixa de
operao entre 4 e 64,943). Para a coleo Itu, as amostras foram medidas
em passos de 2= 0,04, e tm = 0,2s e, para a coleo Rio do Sul, em passos
de 2= 0,05, e tm = 1,0s. O software de identificao das fases minerais foi o
DIFFRAC PLUS, com associao com banco de dados Powder Diffraction
File, Release 2001 (International Centre for Diffraction Data).
III-2.2 Aquisio de Magnetizao Remanente Isotrmica
As curvas de aquisio de magnetizao remanente isotrmica (MRI) so
obtidas atravs da aplicao de campos uniaxiais, em passos sucessivamente
crescentes a uma amostra de rocha. Fornecem dados comparativamente fceis
em termos de obteno, e provm uma importante ferramenta no-destrutiva
para a investigao do espectro coercivo (Dunlop & zdemir, 1997). Assim,
esta tcnica se revela como sendo til para a identificao do tipo,
granulometria e concentrao dos minerais magnticos presentes e para
correlacionar amostras contendo um mineral magntico comum, mas derivado
de diferentes fontes, uma vez que se sabe que as amostras naturais contm
inevitavelmente misturas de minerais magnticos, tamanhos de gro e estados
de oxidao (Carter-Stiglitz et al., 2001; Peters & Thompson, 1998).
Robertson & France (1994) observaram experimentalmente que as curvas
de aquisio de MRI tendem a uma curva cumulativa log-Gaussiana (CLG).
Isto se deve ao fato de que a distribuio de tamanhos de gros magnticos
logartmica, tpica de constituintes-trao em rochas (Kruiver et al., 2001). Se
no h a ocorrncia de interao magntica, uma composio de gros de um
Procedimentos Experimentais
25
mineral magntico simples pode ser caracterizada por: (i) sua magnetizao
remanente isotrmica de saturao (SMRI); (ii) o campo para o qual metade da
SMRI alcanada (B1/2); (iii) a largura da distribuio: o parmetro de
disperso (DP), dado por um desvio padro da disperso logartmica, que
reflete a disperso das coercividades aparentes dos domnios dentro de uma
fase mineral magnetizvel em questo, e poderia novamente ser esperada
como sendo independente da concentrao (Robertson & France, 1994). Se
mais de um mineral est presente, nos casos de mineralogia magntica mista,
suas curvas de aquisio de MRI se somam linearmente. Uma curva CLG
medida pode, portanto, ser decomposta dentro de um determinado nmero de
curvas CLG, que podem ser individualmente caracterizadas pelos trs
parmetros citados acima, e que permitem, segundo Stockhausen (1998), o
acesso qualidade do ajuste para as componentes log-Gaussianas. O ajuste
de uma curva CLG aplicado de maneira a basear-se no gradiente da curva
(Kruiver et al., 2001).
O procedimento experimental realizado na obteno das curvas de
aquisio de MRI foi assim realizado: Para cada aquisio de curva, um
espcime orientado foi disposto junto a um porta-amostras adequado,
desprovido de partculas magnetizveis. A amostra foi ento sujeita a um
campo magntico unidirecional, sucessivamente crescente. Aps cada
aumento no campo aplicado, a amostra era removida e tinha sua magnetizao
(ou seja, sua MRI) medida, utilizando-se um magnetmetro spinner JR5A
(Agico, Repblica Tcheca). Os campos magnticos necessrios foram
aplicados na forma de pulsos de cerca de 1 ms em durao, utilizando-se um
magnetmetro do tipo pulse (MMPM9, Magnetic Measurements), no qual a
energia armazenada em um banco de capacitores era descarregada atravs de
uma bobina que envolvia a amostra. Os equipamentos acima descritos
pertencem ao Laboratrio de Anisotropias e Magnetismo de Rochas do Instituto
de Geocincias da USP, e o processo de aquisio de dados foi realizado sob
superviso da profa. Dra. Maria Irene Raposo. Ao todo, foram selecionadas 18
e 15 amostras, respectivamente, para as colees Itu e Rio do Sul, de maneira
a verificar possveis variaes nos comportamentos das curvas - o que seria
Procedimentos Experimentais
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determinado por mudanas no contedo de minerais magnticos - ao longo da
estratigrafia.
Para as anlises das curvas CLG, utilizamos o mtodo apresentado por
Kruiver et al. (2001), desenvolvido para a determinao de distribuies de
coercividade magntica. Baseado na forma das curvas de aquisio de MRI,
vem se mostrando eficaz para a quantificao de uma distribuio magntica,
mesmo quando a distribuio est longe de ser saturada. Este mtodo se
baseia nas seguintes transformaes: Considerando-se como desprezvel a
interao entre gros magnticos (i) os valores de campo so convertidos aos
seus valores logartmicos, e (ii) a escala linear ordinria convertida para uma
escala de probabilidades. Isto feito para a padronizao da curva de
aquisio. Aps estas transformaes, uma distribuio unimodal
representada. A anlise das curvas de aquisio de MRI sobre uma escala
linear ordinria referida como sendo LAP (linear acquisition plot); curva de
gradiente como GAP (gradient of acquisit
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