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