Confecção da história de crescimento da crosta continental do Continente Sul-Americano com base na geocronologia pelo método U

Confecção da história de crescimento da crosta continental do Continente Sul-Americano com base na geocronologia pelo método U-Pb em spot com o auxílio de Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)

Akihisa Motoki

Departamento de Mineralogia e Petrologia Ígnea, Universidade do Estado do Rio de Janeiro (DMPI/FGEL/CTC), Rua São Francisco Xavier 524, Bloco A, Sala 4023, Maracanã, Rio de Janeiro, CEP 20550-990. e-mail: [email protected], Tel. 2587-7102.

Área de conhecimento: 1.07.00.00-5 - Geociências

Sub-área: 1.07.01.00-1 - Geologia

Palavras chave: U-Pb, Zircão, REE, LA-ICP-MS

1. Introdução

O aparelho analítico Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS) é um tipo de espectrômetro de massa que utiliza plasma para ionização das amostras, o sistema denominado “ICP”. Este equipamento foi desenvolvido nos últimos 20 anos para análises geoquímicas de elementos traços. Devido a ser um novo aparelho, este continua em processo de rápida evolução. Graças à alta sensibilidade e procedimentos analíticos mutio rápidos, este aparelho já se tornou um instrumento analítico indispensável para a geoquímica, principalmente a geoquímica ambiental, sendo aplicado para análises de metais pesados de teores traços e ultratraços (e.g. Falkner et al, 1995; Monstaser, 1998; Lacter, 2000). Além disso, os custos para o próprio aparelho e sua operação são relativamente baixos em relação aos outros métodos analíticos. A utilização do plasma em pressão ambiental possibilita análise de vários tipos de espécimes, tais como líquidos, gases e sólidos.

A técnica de ablação por meio de laser (“laser ablation technique”), abreviando-se “LA”, realiza a ionização dos materiais constituintes dos espécimes sólidos com o auxílio de laser através da perfuração ou evaporação da superfície dos espécimes para introduzir ao ionizador de plasma, processo denominado “amostragem” (“sampling”). Portanto, é possível realizar análises diretas dos espécimes sólidos, tais como minerais com superfície polida, sem tratamentos químicos preparativos. O ICP-MS acoplado com a LA, denominado “LA-ICP-MS” manifesta ao máximo as vantagens do ICP-MS, isto é, simplicidade e rapidez das análises. Desta forma, o aparelho apresenta excelentes desempenhos na geoquímica de minerais (e.g. Sylvester, 2001) e na geoquímica ambiental, sendo aplicado até aos estudos de neve da Antártica (e.g. Planchon et al. 2001).

No período inicial de desenvolvimento do LA-ICP-MS, a cratera formada por ablação de laser era em torno de 400 mm de diâmetro e, portanto os dados analíticos correspondiam à média dos espécimes sólidos (bulk chemistry), podendo ser aplicado a espécimes de composição homogênea (Gray, 1985; Arrowsmith, 1987). A evolução posterior dos detectores de íons na sua sensibilidade realizou uma notável redução dos materiais consumidos para as análises, o que possibilitou análises químicas de elementos traços e ultratraços de pequenas áreas, de 20 a 30 mm de diâmetro, denominadas análises em spot (“spot analyses”, “pin-point analyses”). A tecnologia do laser também se evoluiu, de infravermelho, de 1024 nm de comprimento, para ultravioleta, 266 nm, 213 nm, 193 nm, etc. Esta evolução realizou alta concentração da energia de laser em pequena área, possibilitando amostragem estável dos espécimes de alta dureza, como zircão. Desta forma, o equipamento chegou a ser aplicado às análises de cada domínio dos materiais heterogêneos, tais como zircão de domínios múltiplos com pequenas inclusões, por operações similares às de microssonda eletrônica (e.g. Fryer et al., 1995; Halliday el al, 1998).

A produtividade extremamente alta de idades radiométricas pelo método U-Pb determinadas pelo LA-ICP-MS está provocando uma revolução na geocronologia. Esta análise tem numerosas aplicabilidades de caráter inédito e, dentre esses os estudos de processos de crescimento da crosta continental é muito relevante. Para este ramo, o LA-ICP-MS mostra uma vantagem implacável relativa aos outros métodos, tais como TIMS e SHRIMP.

2. Objetivos e metas

O presente projeto de pesquisa destina esclarecimento dos processos de crescimento da crosta continental do Continente Sul-Americano: 1) os eventos geológicos que ocorreram nos eventos episódicos do Precambriano; 2) processos correntes de crescimento continental através da geração do magmas adakíticos nas áreas de subducção de cadeia meso-oceânica (“ridge subduction”). Para o primeiro objetivo, a datação U-Pb em spot por meio de LA-ICP-MS, é o principal método. Conforme a necessidade, a datação simultânea de U-Pb em spot e Lu-Hf nos mesmos spots é aplicada, como Iizuka et al. (2005). Para o segundo objetivo, a datação U-Pb em spot e análises químicas de REE nos mesmos spots (Orihashi et al. 2003) é importante.

A história de crescimento da crosta continental do Planeta Terra foi pesquisada pelos métodos diferentes e, os modelos propostos são classificados em seguintes quatro grupos. O primeiro grupo é representado por Fyfe (1978), Armstrong (1981; 1991), Dewey & Windley (1981) e Reymer & Schubert (1984). Com base nos cálculos térmicos do Planeta Terra, eles propuseram uma rápida formação da crosta continental no Hadeano e no início do Arqueano e pequeno crescimento continental nas eras posteriores. O segundo grupo, Hurley & Rand (1969), Condie (1998), etc, opina, com base nas idades geocronológicas pelos métodos Rb-Sr e U-Pb, que o crescimento da crosta continental foi gradativo desde a segunda metade do Arqueano até o presente. O terceiro grupo, Moorbath (1977), O’Nions et al (1979), Allègre (1982), McCulloch & Bennett (1994), etc., propôs, com base na evolução isotópica do manto, que a crosta continental foi formada na sua maioria no Arqueano e houve crescimento gradativo durante o Proterozóico e Fanerozóico. O quarto grupo, McCullon & Bennett (1994), Stein & Hofmann (1994), Davis (1995), Peltier et al (1997), Condie (1995; 1998; 2000), Rino et al (2001; 2003; 2004), etc., apresenta crescimentos episódicos da crosta continental em determinados eventos, tais como 2700 Ma (Hudsoniano), 1900 Ma (Transamazônico) e 1200 Ma (Grenvilleano). Na América do Sul, tais pesquisas foram realizadas por Cordani et al. (2000) e Tassinari et al. (2000) por meio dos estudos geocronológicos por meio de TIMS.

Goldstein et al (op. cit.) elaborou tal histograma geocronológica com base de 49 grãos de zircão coletados a partir do Rio Orinoco, com o auxílio de SHRIMP da ANU. Rino et al (2001; 2003; 2004) realizaram estudos similares das bacias hidrográficas do Rio Mississippi, Mackenzie e Amazonas, baseando-se 1500 datações utilizando LA-ICP-MS com sistema de detecção quadrupole do TIT. Rino et al (2004) e Iizuka et al. (2005) apresentaram curvas provisórias de crescimento continental com base nos dados parciais. Esta linha de pesquisa está em rápido desenvolvimento sobretudo na América do Sul com base na cooperação entre o Brasil e o Japão. A impressão digital geocronológica é um método eficiente para elaboração da história de crescimento da crosta continental e o LA-ICP-MS é o aparelho mais adequado para este fim.

Com base na cooperação científica internacional entre os membros do Centro de Tecnologia e Ciências da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (CTC/UERJ) com as instituições japonesas, tais como Earthquake Reserach Institute of the University of Tokyo (ERI/U-Tokyo) e Faculty of Science of Tokyo Institute of Technology (TIT), o presente projeto de pesquisa objetiva possibilitar as análises geocronológicas das amostras de zircão do Continente Sul-Americano utilizando os sistemas do LA-ICP-MS mais avançado e mais adequado para datações geocronológicas instalados nas instituições japonesas acima citadas, esclarecendo o processo de crescimento do Continente Sul-Americano de ponto de vista diferente dos trabalhos anteriores.

3. Relevâncias do LA-ICP-MS detre os métodos de datação U-Pb

A datação radiométrica por meio do sistema de desintegração radioativa espontânea da série de urânio em chumbo, ²³⁸U para ²⁰⁶Pb, ²³⁵U para ²⁰⁷Pb, foi proposta em 1907 por B.B. Bolgwood. Com base nesta teoria da física nuclear, A. Holmes apresentou em 1911 uma idéia de aplicação deste método à elaboração de uma tabela de tempos geológicos. Naquele tempo, o método para medir abundância dos isótopos era baseado ainda na espectrometria de alfa. Este foi tecnicamente fácil, porém precisava de mais de 10 g de amostra pura para a datação. Desta forma, sua aplicabilidade era limitada, sendo aplicável à datação ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb para jazidas de chumbo.

A invenção e desenvolvimento de espectrômetro de massa apresentaram aprimoramento revolucionário de datação U-Pb, sendo que a quantidade do espécime necessário diminuiu para menos de 100 mg. Sob ponto de vista do presente, esta quantidade ainda era grande para datação de rochas ígneas e metamórficas comuns. Por esta razão, a aplicação de datação com base nos sistemas de desintegração espontânea ²³⁸U-²⁰⁶Pb, ²³⁵U-²⁰⁷Pb e ²⁰⁷Pb-²⁰⁶Pb, abreviando-se nesta publicação como “U-Pb”, atrasaram em relação aos outros métodos, tais como K-Ar e Rb-Sr.

3.1. Datação pelo TIMS

Na segunda metade do Século XX, a inovação do espectrômetro de massa do tipo “surface ionization mass spectrometer”, chamado também de “thermal ionization mass spectrometer” (TIMS), viabilizou a datação pelo método U-Pb para minerais com alto teor de U e Pb, tais como monazita e zircão. Apesar de baixo teor, estes minerais são encontrados comumente em rochas graníticas e gnáissicas. A monazita contém alto teor de U, Th e Pb, desta forma, alguns depósitos aluvionares concentrados em monazita são explotados como minério de urânio e de elementos terras raras (REE). Os teores destes elementos em zircão são muito inferiores aos de monazita. Entretanto, o zircão possui muito baixo teor de chumbo inicial e, portanto é vantajoso para datação radiométrica. Por meio de zircão, a datação U-Pb por TIMS chegou a ser utilizada amplamente para rochas ígneas e metamórficas de composição félsica.

Antes de ser colocado no filamento do TIMS, os minerais alvos da datação devem ser tratados por ácido para se transformarem em óxidos o processo denominado dissolução (“dissolution”). Os íons gerados pelo calor do filamento são acelerados por campo elétrico e fracionados de acordo com sua proporção massa/carga elétrica. Por meio da regulagem de campo magnético, o íon do isótopo selecionado é conduzido ao detector constituído por “Faraday cup”, chamado também de “Faraday collector”, para ser medido. Na década de 1960, a quantidade necessária de zircão para datação U-Pb era 200 a 300 mg (Silver & Deutsch, 1963), que corresponde milhares de grãos de zircão.

Para determinar as idades U-Pb, a princípio os teores absolutos ²³⁸U, ²⁰⁶Pb, ²³⁵U e ²⁰⁷Pb não são necessários, sendo apenas proporções ²³⁸U/²⁰⁶Pb e ²³⁵U/²⁰⁷Pb. Devido à estrutura cristalina, o zircão possui muito baixo teor de Pb na época da sua cristalização. Portanto, pode ser tratado que o Pb presente em zircão é inteiramente radiogênico. Isto é, o ²⁰⁶Pb é originado totalmente de ²³⁸U e o ²⁰⁷Pb de²³⁵U. Além disso, a proporção ²³⁵U/²³⁸U em rochas e minerais naturais é muito uniforme, 99.3 % de ²³⁸U e 0.7% de ²³⁵U e, portanto basta medir três isótopos, ²³⁸U, ²⁰⁶Pb e ²⁰⁷Pb, para obter as idades ²³⁸U-²⁰⁶Pb, ²³⁵U-²⁰⁷Pb e ²⁰⁷Pb-²⁰⁶Pb.

Entretanto, para obtenção de idades de alta confiabilidade e de baixo erro analítico a partir de um espécime muito pequeno, tal como um grão de zircão, é necessária aplicação da técnica de diluição isotópica, utilizando isótopo artificial ²⁰⁵Pb como spike para obter teores absolutos dos isótopos ²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th, ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb e ²⁰⁸Pb em alta precisão. A técnica de datação U-Pb acoplada com a diluição isotópica é chamada popularmente de ID-TIMS.

O método ID-TIMS é um tipo de análise isotópica primária, ou seja não necessita de um padrão. Portanto, é base de calibração de todos os outros métodos, tais como SHRIMP e LA-ICPMS, denominada “benchmark”. Isto é, os padrões são criados com base nas análise por TIMS. O aparelho e os acessórios para o ID-TIMS é de muito alto custo, além disso, é necessária uma sala limpa de extremamente baixa poeira, denominada “high-quality clean room”. O spike, que é utilizado para técnica de diluição isotópica, também é de muito alto custo. Além disso, as análises são lentas, sendo em torno de 8 espécimes por dia e o aparelho é de preço alto. Desta forma, apesar da alta precisão analítica, pode-se considerar que o ID-TIMS é um método de alto custo.

O desenvolvimento do ID-TIMS na década de 1980, representado por meio de baixo background (low-white ID-TIMS) possibilitou datação de pequena quantidade de zircão, sendo de apenas um grão ou menos (Krogh, 1982a; b). Além disso, o método de dois spikes, ²⁰²Pb e ²⁰⁵Pb, denominado de “double spike method” (Todt, et al, 1996), elevou a precisão analítica ao máximo. Sem dúvida, a utilização de dois spikes faz custo operacional extremamente alto e os trabalhos assustadoramente delicados.

Por outro lado, os governos dos países industrialmente desenvolvidos investiram um enorme custo para pesquisas relativas às desintegração nuclear dos sistemas ²³⁸U-²⁰⁶Pb e ²³⁵U-²⁰⁷Pb com objetivo de desenvolvimento da energia nuclear. Desta forma, os índices de desintegração radioativa espontânea deste sistema são bem estabelecidos, com margem de incerteza de 2 %, em comparação de outros sistemas, tais com ⁴⁰K-⁴⁰Ar, ⁸⁷Rb-⁸⁷Sr e ¹⁴⁴Sm-¹⁴⁴Nd. Atualmente, a técnica ID-TIMS realiza análises isotópicas de precisão superior à incerteza dos índices de desintegração dos sistemas U-Pb, isto é, a precisão analítica da técnica ID-TIMS já chegou ao limite no sentido de datação geocronológica. A exatidão das datações U-Pb para grãos de zircão quimicamente homogêneos não será aprimorada mais por evolução de TIMS, mas somente por meio de melhor determinação dos índices de desintegração.

Além do problema da incerteza nos índices de desintegração, o método U-Pb de ID-TIMS possui um problema maior na sua exatidão (“accuracy”) da idade geocronológica, isto é, o significado geológico da idade obtida. Alta precisão analítica (“precision”) acima citada do ID-TIMS é válida apenas para grãos de zircão quimicamente homogêneo. De fato, existem tais grãos de zircão mas são muito raros, sendo de casos excepcionais.

Quase todos os grãos de zircão possuem inclusões minerais, tais como apatita e monazita. Neste sentido, a idade medida pelo ID-TIMS corresponde à idade mista de zircão e os minerais inclusos. Sobretudo, a influência de monazita é muito grande devido a ter alto teor de U, Th e Pb, além disso, a monazita possui Pb inicial, que é muito prejudicial para datação de zircão hospedeiro. Estes fatores abaixam exatidão das idades obtidas pelo método ID-TIMS, porém, o grau quantitativo do problema é difícil a ser estimado.

A princípio, a estrutura cristalina de zircão não permite presença de Pb, portanto, o Pb radiogênio presente neste mineral pode ser expulso por vários fatores, o fenômeno denominado “post crystallization Pb loss”. A perda do Pb é notável normalmente na borda de grãos. As causas da perda são diversas, podendo ser eventos geológicos posteriores, tal como metamorfismo. Através da perda de Pb, o grão de zircão apresenta sua idade U-Pb mais jovem na borda e próxima à idade real no centro.

Além dos problemas acima citados, muitos grãos de zircão de idades precambrianas, têm estrutura heterogênea, composta de mais de u4m domínio. Um caso comum é o grão com o núcleo remanescente de cristalização magmática, chamado “in-situ magmatic zircon”, e borda do recrescimento, “metamorphic overgrowth”. Portanto, a idade medida pelo ID-TIMS corresponde à mistura destes domínios. Por isso, apesar da alta precisão analítica de ID-TIMS, esta precisão não reflete diretamente à exatidão das idades dos eventos geocronológicos, ou seja significados geológicos.

Para manobrar este problema, foi desenvolvida uma técnica de abrasão a ar (“air-abrasion method”; Krogh, 1982). A borda de grão pode ter maior probabilidade de perda de Pb e/ou recrescimento metamórfico posterior. Portanto esta parte é raspada e retirada por meio de abrasão a ar utilizando pó fino de pirita. A datação é realizada a partir da parte central sobrada que tem maior probabilidade de reter a idade de cristalização do zircão.

A técnica “evaporation method” é uma outra tentativa de manobrar o problema. O grão de zircão a ser analisado é evaporado gradativamente a partir da borda para o centro, com utilização de forma especial de filamento. Desta forma, as idades individuais de algumas partes diferentes do mesmo grão são obtidas.

Entretanto, o método freqüentemente utilizado é seleção de grãos, isto é, datar apenas os grãos favoráveis a ser analisados pelo ID-TIMS. A imagem de luminescência de catodo mostra estrutura de crescimento do grão. Através da observação, os grãos que têm domínios múltiplos são eliminados. Apesar da concordância teórica relativamente boa, o resultado obtido por meio deste método corresponde à geocronologia de determinado grupo específico zircão e, não, grãos em geral. Portanto, é obviamente não recomendado porém, de fato, freqüentemente praticado.

O desempenho total da datação é avaliado por meio de diagrama de “concordia”. A princípio, as idades ²³⁸U-²⁰⁶Pb e ²³⁵U-²⁰⁷Pb devem ser iguais. Caso os dois são próximos, a idade é chamada de concordia. No diagrama de concordia, que adota ²⁰⁷Pb/²³⁵U como abscissa e ²⁰⁶Pb/²³⁸U como coordenada, as idades de concordia se projetam na proximidade da curva de concordia. O resultado é classificado como altamente confiável e a idade é considerada como próxima à da cristalização de zircão a partir do magma. Os grãos originados de cristalização magmática (in-situ magmatic zircon) sem perda de Pb e crescimento posterior tendem a apresentar tal idade.

Por outro lado, muitos grãos apresentam a idade ²³⁵U-²⁰⁷Pb maior do que a idade ²³⁸U-²⁰⁶Pb. Tais idades são chamadas de discórdia, e no diagrama de concordia projetam-se no lado direito da curva de concordia. As causas da discordia sugeridas como sendo as mais importantes são a perda posterior do Pb e o crescimento posterior na borda. Quando ocorrem estes fatores em um único momento após a cristalização do zircão, as idades de discordia se configuram ao longo de uma linha no diagrama de concordia. Esta linha cruza com a curva de concordia em dois pontos. O cruzamento de idade superior é chamado de intercepção superior (“upper interception”) e, a idade é interpretada como de cristalização magmática do zircão. O cruzamento de idade inferior, intercepção inferior (“lower interception”), corresponderia ao evento posterior à cristalização.

O Pb inicial denominado “common Pb” é um outro fator de discordia. Os grãos com este problema podem ser identificados quantitativamente por meio da determinação de ²⁰⁴Pb. Por outro lado, a perda de U após a cristalização leva o ponto de projeção no lado esquerda da curva de concordia.

Conforme a explicação anterior, as técnicas de datação pelo ID-TIMS são maturas e os know-hows já estão bem estabelecidos. Sua precisão analítica é uma grande vantagem porém isso não reflete à precisão na datação, devido à incerteza do índice de desintegração. Além disso, zircão em geral possui vários problemas de heterogeneidade. O método da linha de discordia relativo não vale quando houver mais de um evento posterior ou perda gradativa de Pb. Alta precisão analítica mas de baixa exatidão geológica, este é o limite do ID-TIMS.

3.2. Datação em spot pelo SHRIMP

A solução fundamental dos problemas acima citados e o aumento da exatidão geológica da idade datada requerem a datação U-Pb em pequena área de grãos de zircão, mesmo sacrificando a precisão analítica. Tal tipo de análises isotópicas, ou seja datação em spot, pode ser realizada por meio de SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), chamado também de “Ion Probe”. Este aparelho joga um feixe fino de íons de oxigênio, de 20 a 30 mm de diâmetro, na superfície do espécime. Os materiais constituintes da parte abalcionada são ionizandos e indroduzidos ao espectrômetro de massa para determinação das razões istópicas interessadas.

O SIMS adaptado, adequado e calibrado exclusivamente para datação U-Pb é denominado “SHRIMP” (Sensitive High mass-Resolution Ion MicroProbe), que foi desenvolvido por Compston et al (1984). A operação de datação é realizada por meio de microscópio equipado no aparelho e, o operador mira o ponto interessado às análises como no caso das análises químicas minerais de microssonda eletrônica.

O sistema de detecção de íons de SHRIMP é de muito alta sensibilidade, entretanto sua precisão analítica é inferior à do ID-TIMS por causa do volume muito pequeno de espécime a ser consumido para espectrometria de massa. Graças às análises em spot, as idades obtidas pelo SHRIMP apresentam notável desempenho na interpretação de formação e crescimento dos minerais através de vários eventos geológicos. Isto é, as idades do SHRIMP são inferiores em precisão analítica às do ID-TIMS porém superiores em exatidão geológica (e.g. Black et al, 1986; Aleinikoff et al., 2002).

As datações em spot podem determinar mais de duas idades existentes dentro de um grão de zircão. De acordo com as imagens de luminescência de catodo, o operador pode mirar e datar as idades de cada domínio marcado, resolvendo os problemas cruciais do ID-TIMS. Graças às vantagens do SHRIMP, foram revelados vários eventos antigos do Precambriano, especialmente no início do Arqueano. Dentre esses, são destacadas a idade da rocha mais antiga do mundo e do mineral mais antigo do mundo. O gnaisse de Acasta, nordeste da Canadá revelou a idade U-Pb em spot de 3962±3 Ma (Bowring et al, 1989), o que quebrou o recorde do gnaisse de Amîtsoq, oeste da Groenlândia, 3710±70, Pb-Pb pelo TIMS, 3730±40, Sm-Nd, 3694±52, Rb-Sr (Moorbath et al, 1973; 1975; 1986). As datações posteriores para ortognaisses do mesmo corpo revelaram as idades mais antigas ainda, entre 4000 e 4030 Ma (Bowring & Williams, 1999; Iizuka et al. 2002). O zircão detrítico de quartzito de Jack Hill do Craton Yilgan, oeste da Austrália, apresentou uma idade de 4276±6 Ma (Compston & Piedgon, 1986) e as datações posteriores de zircão detrítico do Mt. Narryer e Jack Hill mostraram idades mais antigas em torno de 4400 Ma (Wilde et al, 2001).

A precisão analítica de SHRIMP é calculada conforme o método indicado pelo fabricante, baseando-se nos tratamentos estatísticos de múltiplas análises realizado no mesmo ponto do grão de zircão. Por isso, a precisão extremamente alta das idades obtidas, tal como 3962±3 Ma para um grão extraído a partir do gnaisse de Acasta, não representa o erro bruto de análises individuais. De acordo com a estimativa a partir de SIMS, infere-se que o erro analítico do SHRIMP na operação de diâmetro de feixe de 20 a 30 mm, traduzido em idade geocronológica, está na faixa de 1 a 2 % (Luddin et al, 1995). Considerando a faixa de incerteza do índice de desintegração dos sistemas U-Pb, o erro analítico acima citado é satisfatoriamente baixo. Sendo diferente do TIMS, o SHRIMP é um método de análise secundário, que precisa de padrão. Compston oralmente admitiu que há problema de heterogeneidade no padrão, que tinha sido apontado por outros pesquisadores.

Desta forma, o SHRIMP tem precisão analítica satisfatória e alta exatidão geológica nas idades obtidas. A velocidade de datação é muito mais alta do que o ID-TIMS, sendo em torno de 50 spots por dia. Em compensação, classifica-se em um método de datação de alto custo. Os espécimes devem ser tratados quimicamente antes de entrar no aparelho, o que exige uma clean room de alta qualidade. Além do alto custo operacional, o preço do próprio aparelho é muito alto.

3.3. Datação em spot pelo LA-ICP-MS

O LA-ICP-MS foi desenvolvido para análises geoquímicas de elementos traços e ultratraços de alta sensibilidade e rapidez para pequenos espécimes de estado sólido. Conforme o desenvolvimento do sistema, as análises pela ablação por pequeno diâmetro do feixe de laser, 16 a 100 mm, chegaram a serem viáveis (e.g. Jacson, et al, 1992; Ludden et al, 1995; Jeffries, et al., 1996). Utilizando a capacidade de análises isotópicas, foram realizadas tentativas de utilização do LA-ICPMS para datação U-Pb e Pb-Pb (e.g. Fryer et al, 1993; Hirata T. & Nesbitt, 1995) para fins de realizar rápida datação U-Pb por baixo custo operacional. Esta datação não precisa de clean room e, este fator abaixa o custo e acelera o trabalho, sendo um método muito prático. Alguns autores tentaram aplicar a datação por LA-ICP-MS aos grãos de monazita, que contêm alto teor de U, Th e Pb (e.g. Machado & Gauthier, 1996).

Machado & Simonetti (2001) introduziram Excimer laser, de comprimento de onda ultravioleta de 193 nm, e sistema multicoletor (multi-collector instrument, MC) no instrumento de detecção, em prol da viabilização de datação U-Pb em grão unitário de zircão, que têm U, Th e Pb de teores inferiores aos de monazita. O instrumento utilizou, no máximo, 8 Faraday cups como dispositivo de detecção, que pode analisar simultaneamente 8 isótopos ao mesmo tempo, o que aprimora a sensibilidade e rapidez da datação radiométrica em comparação com o sistema de coletor único (single collector instrument) do mesmo dispositivo de detecção.

Por meio do sistema acima citado, estes autores conseguiram realizar a datação U-Pb em zircão. Entretanto, para obtenção da precisão analítica mínimo-satisfatória, necessitou-se diâmetro muito grande de feixe do laser, 80 mm, e longo tempo de ablação, 50 segundos. O erro analítico típico nesta operação baseado no cálculo de tratamento estatístico de 20 análises no mesmo ponto, que foram realizadas em grão de zircão de Manicouagan, Canadá, foi suficientemente baixo (Machado & Simonetti, 2001), porém o erro bruto de cada datação foi muito grande, sendo em torno de 10 % (Machado et al, 2002). A tentativa de operação com o feixe de 35 mm não conseguiu um sucesso (Machado & Simonetti, 2002).

O tamanho típico de grãos de zircão de origem magmática (in-situ magmatic zircon) presentes em rochas graníticas gerais é em torno de 200 mm de comprimento e 50 mm de largura. Certas rochas contêm apenas grãos pequenos, e.g. 50 mm de comprimento e 30 mm de largura. Em comparação com o tamanho geral de zircão, 80 mm de diâmetro de feixe é muito grande, sendo maior do que a largura do mineral. Além disso, devido a grande energia do Excimer laser e o longo gempo de ablação, ocorre facilmente a penetração do feixe em grãos inteiros de zircão. Neste sentido, esta técnica é inaplicável para grãos de zircão de tamanho típico, e.g. 120 x 30 mm, sendo possível apenas para os grãos selecionados de tamanho grande, e.g. 400 x 100 mm. Além disso, em muitos casos, as idades obtidas são, na prática, em mineral total e não em spot.

Além disso, foram apontados os problemas de heterogeneidade química e rugosidade na superfície do padrão, que foi fornecido pelo fabricante (Stix et al, 1995). Existe, também, grave problema de fracionamento de U e Pb durante ablação por laser (Machado & Simonetti, 2001), especialmente na operação com o feixe de pequeno diâmetro.

3.4. Inovações recentes do LA-ICP-MS

Conforme Machado & Simonetti (2001; 2002) e Machado et al (2002), a datação U-Pb por meio de LA-ICPMS pelo método acima citado com a utilização do sistema com base na combinação do modelo Neptune de fabricação de Finnigan acopulado com ArF Excimer laser realiza análises rápidas e de baixo custo, porém de baixa precisão em relação ao TIMS e SHRIMP. O grande diâmetro de feixe de laser e longo tempo de ablação não permitian a datação que pode ser chamada de spot para a maioria dos grãos de zircão, neste sentido, não exatidão geológica era baixa. Entretanto, as inovações técnológicas realizadas no Japão, Austrália, Alemanha, Inglaterra, etc., transformaram o LA-ICP-MS de um aparelho de datação com desempenho próximo ao SHRIMP, ampliando drasticamente sua aplicabilidade e eficiência na geocronologia em spot e geoquímica de elementos traços em zircão e conseqüentemente desbravando novo horizonte da ciência da Terra.

A causa fundamental das dificuldades no método acima citada foi baixo teor de U, Th e Pb em zircão. O Faraday Cup é um dispositivo de detecção, que funciona com base na conversão de intensidade de íon em corrente elétrica. A conversão é linear e a sensibilidade é estável. Portanto, a calibração de sensibilidade de um dispositivo e outro é relativamente fácil, o que facilita montagem do sistema de muilt-coletor. Entretanto, a sensibilidade é insuficiente para datação U-Pb em spot para grãos de zircão. Desta forma, certos autores preferiram a analizar monazita (e.g. Machado & Gauthier, 1996). Para realizar datação em spot de desempenho satisfatório para grãos de zircão, como no caso de SIMS e SHRIMP, o diâmetro do feixe deve ser menor do que 30 mm. Desta forma, é necessário elevação de sensibilidade do aparelho.

Para realizar análises simultâneas de múltiplos isótopos, é necessário ajustar os intervalos dos dispositivos de detecção conforme as posições dos íons a serem analisados. Como no caso do modelo Neptune, o sistema realiza esta função através de movimento físico das posições de cada dispositivo de detecção. Tal movimento pode causar variação do sinal branco (“blank” ou “back ground”). Além disso, a estrutura mecânica do instrumento o torna complexo, o que dificulta manutenção e abaixa desempenho analítico.

Uma maneira de aprimoramento de sensibilidade do aparelho é adoção de “ion multiplier” como dispositivo de detecção no lugar de Faraday Cup. Este dispositivo é muito mais sensível, podendo detectar chegada de uma partícula de íon. Além disso, a reação é muito mais rápida, em torno de 10 ns (nano segundos), do que o do Faraday cup, que é de alguns segundos. Entretanto, há o problema de forte variação na sensibilidade por tempo. Desta forma, a calibração de sensibilidade de um dispositivo e outro é muito difícil, o que inviabiliza aplicação ao sistema multi-coletor.

Entretanto, quando o ion multiplier é equipado no sistema de detecção de coletor único (single collector), tal como sistema quadrupole (“quadrupole mass filter”), a situação é completamente diferente. Adoção do quadrupole parece ser um retrocesso tecnológico, porém a ultra-alta sensibilidade de ion multiplier compensa e supera a desvantagem na estrutura além disso traz muitas vantagens. O sistema quadrupole analiza simultaneamente múltiplos isótopos através da varredura de isótopos em alta velocidade por meio da variação do campo magnático. Portanto o problema de alta variação na sensibilidade do ion multiplyer é neutralizado.

Por esta razão, os laboratórios isotópicos de Tokyo Institute of Technology (TIT), Japão, Earthquake Research Institute of the University of Tokyo (ERI), Japão, Harvard University, Estados Unidos da América, Australian National University (ANU), Austrália, etc., adotaram este sistema para datação U-Pb, e realizaram datação com erro típico de 3 % em 30 mm de diâmetro de laser (e.g. Horn et al. 2000), sendo suficientemente pequeno para ser análise em spot. O número de datação por dia alcança 300 spots. Com este esquema, o LA-ICP-MS tornou um aparelho de datação U-Pb em spot de zircão com desempenho satisfatório, manifestando suas vantagens, isto é, alta velocidade, baixo custo, alta exatidão geológica e precisão analítica aceitável. No presente momento, o quadrupole equipado com ion multiplier é o sistema mais adequado para datação U-Pb por LA-ICP-MS.

Nos últimos 10 anos, a tecnologia do LA-ICP-MS teve um avanço notável. Os laboratórios do TIT e ERI apresentaram aprimoramentos adicionais das técnicas do LA-ICP-MS, com atenção especial na operação com feixe de pequeno diâmetro, em torno de 20 mm, tais como elevação da sensibilidade por meio da adição de nitrogênio no gás transportador (“carrier gas”), redução de fracionamento elementar de Pb/U por meio das técnicas de foco ativo (“active focus”), CLA (“chemical assisted laser ablation”) e ablação amaciada (“soft ablation”), estabilização da intensidade do sinal por caixa de estabilizador (“stabiliser”), otimização de correção para tempo de reação do dispositivo de detecção, eliminação da interferência de isótopos da mesma massa, etc. Dentre estes, os dois primeiros são muito importantes para datação U-Pb.

Em prol da elevação de sensibilidade analítica, são necessários aprimoramentos na sensibilidade do próprio ICP-MS e na eficiência do transporte do aerossol gerado por ablação do laser até o plasma. Para desenvolver a sensibilidade do ICP-MS, os dois laboratórios japoneses adotaram Chicane Lenz no sistema de plasma, no lugar de photon stopper. Por meio disso, a sensibilidade se elevou e o background abaixou. A sensibilidade obtida para as soluções é 500 MHz/ppm para ¹¹⁵In e 300 MHz/ppm ²³⁸U, com background inferior de 5cps (Hirata T. et al, 2004).

A eficiência do transporte do aerossol a partir do espécime até o plasma é baixo. Com utilização de Ar como o gás transportador, com ablação do Nd-YAG laser de 266 nm a eficiência é de apenas 4 %. Em comparação com Ar, o He tem alta termo-condutividade portanto um espaço relativamente grande em torno do ponto de ablação é aquecida em alta temperatura. Este efeito diminui o diâmetro das partículas do aerossol, dificultando a sublimação e a disseminação dos materiais ablacionados no meio do caminho. Desta forma, os materiais são eficientemente transportados até o plasma, aprimorando a sensibilidade do aparelho. Quando o He é utilizado como gás transportador, a eficiência se aprimora em 7 % com ablação do laser de 266 nm (Hirata T. et al, 2004). Entretanto, o custo de He é alto.

Por outro lado, a eficiência do transporte para elementos de massa atômica superior a 100 aprimora drasticamente com adição de N₂ em gás transportador. Quando uma pequena quantidade, em torno de 0.1% (0.5 a 1 ml/min), de N₂ é injetado em Ar (1.0 l/min), a sensibilidade do aparelho aumenta para ser duas vezes (Hirata T. & Nesbitt, 1995).

A sensibilidade do aparelho relativa à eficiência do transporte depende também do tipo de laser. O Nd-YAG laser, acima citada, de freqüência quadruplicada (frequency quadrupled) de 266 nm de comprimento de onda é o mais amplamente divulgado no mercado, sendo considerado como um padrão. Por outro lado, ArF Excimer laser de 193 nm tem alta eficiência na ablação e conseqüente alta estabilidade na amostragem, reduzindo fracionamento elementar sobretudo no caso de Pb/U. Além disso, devido ao pequeno diâmetro de partículas de aerossol, os materiais são transportados eficientemente até o plasma, desenvolvendo a precisão analítica. A eficiência do transporte por Ar é 10% e, por He, 20 % (Hirata T. et al, 2004). Em compensação, o ArF Excimer laser é de grande tamanho e de alto custo. No ERI, o Nd-YAG laser de freqüência quintuplicada (quintupled) de 213 nm está em instalação. O desempenho deste laser não chega a ser igual ao Excimer laser, entretanto isso tem tamanho menor, preço inferior, custo operacional mais baixo e desempenho razoável.

O fracionamento elementar é causado pela diferença na volatilidade dos elementos diante ablação de laser. Como por exemplo, o Pb é mais volátil do que U e portanto, a idade geocronológica obtida por LA-ICP-MS, sobretudo ²³⁵U-²⁰⁷Pb, pode ser maior do que a real. No caso de operação de pequeno diâmetro de feixe, tal como de 16 a 20 mm, este efeito é muito problemático. Para reduzir o problema, o laboratório do TIT apresentou três inovações, foco ativo (“active focus”), CLA (“chemical assisted laser ablation”) e ablação amaciada (“soft ablation”).

Através da ablação, a superfície do espécime é perfurada e a cratera torna mais profunda. Desta forma, o plano de ablação fica fora do foco do laser e abaixa densidade energética da ablação. Quando isso ocorre, aumenta o efeito de fracionamento elementar. Além disso, os elementos pouco voláteis podem ser disseminados na parede da cratera. Para evitar este efeito, o espécime é levantado conforme o grau de escavação na cratera. Este método é chamado de “foco ativo” (Hirata T. & Nesbitt, 1995). Através da aplicação deste método, o fracionamento entre Pb e U diminuiu drasticamente, garantindo a datação precisa de U-Pb em spot com tempo de ablação em torno de 20 segundos (Horn et al, 2000).

Uma outra forma de reduzir fracionamento entre Pb e U é elevação da volatilidade de U. Por meio de injeção de pequena quantidade de flon (0.06 ml/min), o U ablacionado reage quimicamente e forma UF₆, que é de estado de gás. Este método é chamado de “CLA”.

No início da ablação por YAG laser de 266 nm, são produzidas partículas de tamanho grande, gerando sinais fortes e instáveis. Para evitar este problema, é utilizada normalmente a técnica de preablação (preablation), isto é, descartar os sinais iniciais. Entretanto, a preablação aumenta o efeito de fracionamento elementar. Em busca da solução, laboratório do TIT adotou elevação gradativa da intensidade do laser no início de ablação, o método denominado “ablação amaciada”. Este método aprimora precisão analítica, reduz fracionamento elementar e estabiliza o sinal de feixe fino 15 mm durante longo tempo, 60 segundos (Hirata T. 2001). Desta forma, o fracionamento Pb/U entre zircão e o vidro de padrão diminuiu, sendo menos de 1% (Gonzales et al, 2002).

Por meio destes aprimoramentos, o laboratório do TIT conseguiu realizar a datação U-Pb em spot de diâmetro de 16 mm acoplado com Excimer laser de 193 nm, com erro inferior a 3% (2s), sendo um melhor sistema de datação pelo de LA-ICP-MS. Estas técnicas foram transferidas ao laboratório do ERI, realizando datação de laser de 30 mm acoplado com YAG laser de 266 nm, com erro inferior a 6% (2s). O desempenho deste laboratório foi aprimorado drasticamente a partir do ano 2004 por meio da introdução do YAG laser de 213 mm. Além disso, este sistema de quadrupole realiza análises em spot de Y e REE em zircão junto com a datação U-Pb (Orihashi et al, 2002a; Orihashi & Hirata T., 2003; Orihashi et al, 2004). Desta forma, o LA-ICP-MS ganhou um desempenho de datação U-Pb próximo ao do SHRIMP, de baixo custo e alta rapidez, além de realizar simultaneamente análises de REE e outros traços.

4. Justificativa

Conforme o texto acima citado, o presente projeto de pesquisa é caracterizado pelo mérito de possibilitar um ramo de pesquisa científica “Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) e sua aplicação à geoquímica mineral e geocronologia U-Pb em spot para zircão”.

A datação U-Pb em spot para zircão por meio do LA-ICP-MS está na fase de introdução ao Brasil à Universidade Federal do Pará, Universidade de São Paulo e Universidade Federal do Rio Grande do Sul por meio do Projeto Geocron. Porém os aparelhos em introdução são LA-MC-ICP-MS, cujo desempenho para a geocronologia foi apresentado por Machado & Simonetti (2002). Existem grupos da Universidade de São Paulo e Pontifica Universidade Católica do Rio de Janeiro estão aplicando LA-ICP-MS do tipo quadrupole equipado dentro e fora do Brasil, porém os trabalhos não demonstraram a eficiência do sistema para a datação U-Pb para zircão, sendo aplicado somente para monazita.

O zircão é um mineral altamente resistente tanto física quanto quimicamente. A idade de cristalização original do mineral pode ser preservada no núcleo remanescente do grão mesmo depois de ser submetido a metamorfismo e captura magmática. Devido à alta dureza e resistência contra intemperismo, os grãos de zircão presente nas rochas continentais expostas em uma bacia fluvial são transportados pelo rio para a jusante e depositados finalmente no sedimento corrente da desembocadura. Desta forma, a população o histograma de população das idades U-Pb em spot para zircão detrítico coletado da desembocadura dos rios de tamanho continental pode representar a história de crescimento da crosta continental da referida bacia hidrográfica.

Dentro dos grupos de pesquisas geocronológicos, o grupo do solicitante é o único do Brasil que tem acesso ao sistema de LA-ICP-MS mais avançado e mais adequado para datação geocronológica para zircão. O desempenho já foram comprovado por mais de 3000 datações realizadas, nos quais, 1700 datações foram apresentadas nos congressos internacionais (Rino et al, 2001; 2003; Orihashi et al, 2002c; Motoki et al, 2003a) e 2300 datações publicadas (Rino et al, 2004; Iizuka et al. 2005). Além deste imenso número de datações, é o primeiro lugar do mundo, o nosso grupo de pesquisa é o único do mundo que sabe fazer datação simultânea em spot de U-Pb e Lu-Hf (Iizuka et al. 2005), o que revela a história de formação da crosta continental e sua reciclagem.

Por outro lado, geoquímica mineral em spot para zircão por meio do LA-ICP-MS, na prática, ainda não foi introduzido ao Brasil, havendo apenas algumas apresentações em congressos com participação do propositor (Orihashi et al, 2002a; Orihashi et al, 2003a; Motoki et al, 2003a; Motoki et al. 2004). Neste campo também, o nosso grupo de pesquisa é o único do mundo. Tais pesquisas da ciência internacional da ponta, cujo valor já foi comprovado pelas publicações, justifica a execução do projeto com liderança maior do lado do Brasil e do Estado do Rio de Janeiro.

5. Metodologia

A geocronologia do zircão detrítico dos rios necessita de, pelo menos, 25 amostras dos rios de escala continental do mundo, no qual 4 estão na América do Sul. Estes cobrem cerca de 35 % do território continental do mundo. No América do Sul, foram escolhidos 4 rios, Rio Amazonas (Brasil; Fig 17), La Plata (Argentina), Orinoco (Venesuela) e São Francisco (Brasil). Estes rios cobrem 65 % do território do continente sul-americano, que é a maior porcentagem dos todos os continentes do mundo. Neste sentido, América do Sul é o mais importante para este tipo de pesquisa. Além destes, são colocados também 4 rios da Patagônia, Deseado, Chico, Santa Cruz e Gallegos (todos da Argentina) como alvos secundários. Entretanto, Rio Orinoco e Rio São Francisco ainda não têm amostras representativos, havendo a necessidade de coleta-las.

As amostras de sedimento corrente na desembocadura de grandes rios são consideradas como composto de mistura dos materiais provenientes de várias áreas dentro do afluente. Certos minerais pesados amagnéticos, tais como zircão, monazita, xenotima, rutilo e diamante resistem contra intemperismo físicos e químicos e, são transportados desde seu local de origem até a desembocadura. Neste sentido, as idades determinadas do zircão detrítico podem reconstituir geochronological fingerprint da região afluente. A aplicabilidade desta hipótese foi comprovada por meio da comparação com os dados geocronológicos das rochas do Rio Amazonas, Mississippi e Mackenzie (Goldstein et al, 1997; Rino et al, 2001; 2003; 2004).

Os sedimentos correntes na desembocadura dos rios são compostos principalmente de minerais leves, tais como argilas. Portanto, a extração de zircão não é fácil. Para viabilizar esta tarefa, foi introduzido o sistema separador de zircão com base na tecnologia de Kyoto Fission Track, denominado ZR-2001, com credenciamento da referida empresa. Este sistema tem capacidade de extrair zircão em quantidade suficiente para datações geocronológicas a partir de apenas 200 g de rochas graníticas, o que necessita geralmente 10 a 20 kg de amostras pelos métodos convencionais.

Os grãos de zircão extraídos são preparados como secção polida de diâmetro de 8 mm conforme o tamanho padrão do TIT. Não há nenhuma necessidade de tratamentos prévios como no caso de TIMS e SHRIMP. Caso necessário, será aplicado o método de montagem na placa de teflon. Este trabalho será executado em Kyoto Fission Track.

As datações serão realizadas no laboratório administrado por T. Hirata no TIT, utilizando-se espectrômetro de massa do sistema quadrupole. O laser utilizado é excimer laser de comprimento de onda de 193 nanômetros, o diâmetro de feixe é 16 micrômetros e o tempo de ablação é 10 segundos. O erro na idade é inferior a 3 % em 2 sigmas. A aplicação do LA-ICPMS realiza geochronological fingerprint de alta confiabilidade com base no número elevado de datação, como no caso do Rio Amazonas (Rino et al. 2004), relativo ao trabalho similar de SHRIMP tal como do Rio Orinoco (Goldstein et al., 1997).

Para o projeto da Patagônia, foram escolhidos xenocristais de zircão incluído nos corpos adakíticos do retroarco, isto é, Cerro Pampa (Ramos et al, 1991; Kay et al., 1993) e Puesto Nuevo (Ramos et al, 1994) do Mioceno (Orihashi et al, 2002a; 2003b; Motoki et al., 2003b), província de Santa Cruz, Argentina. Os magmas adakíticos são gerados por meio de fusão-desidratação da parte da crosta oceânica do slab em subducção com forte influência de H₂O (Defant & Durmmond, 1990) durante a subducção de cadeia meso-oceânica (Stern & Killian, 1996). Desta forma, o magma adakítico que foi gerado em 50 a 70 km de profundidade sobe diretamente até a superfície, penetrando a crosta continental. Durante a ascensão, o magma captura xenocristais de zircão de vários corpos geológicos que está no caminho.

Geralmente, adakitos possuem muito baixo teor de zircão. Devido à alta temperatura do magma, é difícil cristalizar zircão magmático (Orihashi et al., 2003; Hirata D. et al, 2004) e os xenocristais são poucos e, em muitas vezes, de forma corroída (Motoki et al, 2003a). Por causa da escassez e tamanho muito pequeno de zircão, é fundamental aplicar a técnica de ZR-2001 e montagem na placa de teflon.

Os grãos de zircão montados na placa de teflon são datados no laboratório administrado por Y. Orihashi no ERI, utilizando-se espectrômetro de massa do sistema quadrupole. O laser utilizado é YAG laser de comprimento de onda de 266 nm de freqüência quadruplicada, o diâmetro de feixe é 30 mm e o tempo de ablação é 25 segundos. O erro na idade é inferior a 6 % em 2s. A partir do ano 2004, foi instalado o YAG laser de comprimento de onda de 213 nm de freqüência quinquaduplicada, o diâmetro de feixe é 30 mm e o tempo de ablação é 25 segundos, o que realiza a datação com erro 3 % em 2s.

6. Viabilidade da execução

A presente projeto faz parte do projeto internacional de pesquisas Earth Dynamics Project, liderado pelo TIT, que está em execução por liderança de Shuji Rino, Tsuyoshi Iizuka, Takefumi Hirata e Sigenori Maruyama do Japão e Akihisa Motoki do Brasil. A UERJ responsabiliza a América do Sul.

O mesmo método de datação U-Pb está sendo realizado como uma parte do Projeto de Patagônia, envolvendo quatro países, Japão, Brasil, Chile e Argentina. Dentro do projeto geral, a datação K-Ar sem spike faz parte importante da geocronologia de rochas ígneas cenozóicas, junto com as datações em spot pelos métodos U-Pb e Pb-Pb em zircão por meio de LA-ICP-MS, sobretudo para pesquisa na idade de formação do embasamento. Os membros representantes de cada instituição são: Yuji Orihashi, ERI, Japão; Hikaru Iwamori, Kensuke Nagao, Hirochika Sumino, Faculty of Science, the University of Tokyo; Daiji Hirata, Kanagawa Provincial Museum, Japão; Ryo Anma, Tsukuba University, Japão, Akihisa Motoki, UERJ, Brasil; Susanna Sichel; UFF, Brasil; José Antonio Naranjo, Servicio Nacional de Geología y Minería, Chile; Miguel Haller, Centro Patagónico Nacional, Argentina; Victor Ramos, Universidad de Buenos Aires, Argentina. A partir do ano 2005, haverá participação de Rômulo Conceição, UFRGS, Brasil.

A cooperação científica junto com o ERI e o TIT já está em funcionamento e as produções internacionais estão em sendo publicados. Através da continuação desta cooperação, o presente projeto é plenamente executável, com a previsão das produções internacionais de alto fator de impacto, como já aconteceram até o presente.

7. Tarefas e cronograma

As tarefas para executar o presente projeto de pesquisa são constituídas por seguintes etapas: amostragem, concentração de minerais pesados amagnéticos, extração de zircão, preparação de espécimes, datações geocronológicas, análises químicas, confecções de diagramas, interpretações dos significados geológicos, apresentação nos congressos e publicação nas revistas científicas. A equipe do Brasil, que são o solicitante e alunos estagiários, participa principalmente na amostragem, concentração de minerais pesados, extração de zircão. A equipe do Japão responsabiliza as datações geocronológicas em spot por meio do LA-ICP-MS e químicas minerais de zircão. Caso necessário, a equipe do Brasil deve viajar para o Japão, como já aconteceu nos anos 2001 (duas vezes), 2002 e 2003. As confecções de diagramas, interpretações dos significados geológicos, apresentação nos congressos e publicação nas revistas científicas são encarregadas pelos ambos. Em determinados casos, preparação de amostras e espécimes serão realizadas no Japão.

Devido à condição climática, os trabalhos de campo da Patagônia podem ser realizados somente no verão. Por outro lado, os trabalhos de campo nos grandes rios do Brasil podem ser realizados em momentos oportunos. Desta forma, o cronograma para outras tarefas é definido conforme a realização dos trabalhos de campo. Os trabalhos de campo, análises químicas, datações geocronológicas já realizadas estão em processo de elaboração de matérias para apresentação nos congressos e publicação nas revistas científicas.

Ano 2005

Atividade	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Trabalhos de campo												x
Descrição petrográfica
Pesquisas bibliográficas									x	x	x
Preparação de amostras										x	x	x
Análises químicas
Datação geocronológica
Elaboração de publicações

Ano 2006

Atividade

Trabalhos de campo na Patagônia

Descrição petrográfica

Pesquisas bibliográficas

Preparação de amostras

Análises químicas

Datação geocronológica

Elaboração de publicações

Ano 2007

Atividade

Trabalhos de campo na Patagônia

Descrição petrográfica

Preparação de amostras

Análises químicas

Datação geocronológica

Elaboração de publicações

8. Resultados previstos

Os resultados das amostras dos rios Amazonas, Mississippi e Mackenzie foram publicados nas revistas internacionais de alto fator de impacto tais como Geology (Iizuka et al. 2005) e Physics of Earth and Planet Interior (Rino et al. 2004). Estes revelaram os episódios geológicos de formação da crosta continental em 2100 e 2700 Ma, correspondendo aos eventos Transamazônica e Amazônia Central (Jequié). O terceiro pico, que é significativamente mais baixo do que os dois acima citados, é de 1100Ma, correspondendo Glenvilliano. Tal idade é conhecida em Sunsás, Mato Grosso e no embasamento da Cordilheira Norte de Andes. O pico correspondente ao evento Pan-Africano não foi encontrado. Em atenção especial, foi detectado um evento mais antigo do que 3000 Ma, com idade máxima de 3600 Ma. Estas idades são mais antigas conhecidas ate o presente no Craton Amazônico (Rino et al. 2003; 2004).

As datações de zircão do corpo adakítico Cerro Pampa não possui zircão de origem magmático, sendo 100 % xenocristais. As para zircão de Puesto Nuevo esclareceram existência de zircão magmático. A idade indicado pela datação por LA-ICPMS foi diferente do trabalho anterior (Ramos et al, 1994) sendo que não é do Cretáceo mas do Mioceno. A idade miocênica foi confirmado pela datação por meio de traços de fissão em zircão realizado por Kyoto Fission Track (Motoki et al., 2003a).

Os trabalhos relativos à presente solicitação consolidarão os resultados acima citados. Os resultados do Rio de la Plata, Rio São Francisco e Rio Orinoco podem apresentar as impressões digitais geocronológicas muito diferentes do Rio Amazonas, com atenção especial da influência da orogenia Pan-Africana. Neste sentido, a mesma para o Rio Tocantins é importante. Os histogramas geocronológicas do jusante e montante do Rio Amazonas comparados com o sistema fluvial atual esclarecerão o efeito da inversão do fluxo deste rio. As datações conjuntas de U-Pb e Lu-Hf para zircão em spot revelarão a história de formação da crosta continental juvenil e sua reciclagem com alta exatidão geológica também para o Continente Sul-Americano.

Até o presente, os trabalhos relativos à presente pesquisa somam-se 22 artigos, nos quais, 10 nas revistas estrangeiros, 6 nos congressos internacionais e 6 nos congressos domésticos do Brasil e do Japão. No futuro próximo, este aumentará em dobro, inclusive um já está em submissão e um, em elaboração.

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