UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUACÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA
TESE DE DOUTORADO
A História do Intemperismo na Província Borborema
Oriental, Nordeste do Brasil: Implicações
Paleoclimáticas e Tectônicas
Autora:
GEÓL. MARIA DA GUIA LIMA
Orientador:
Prof. Dr. Paulo Marcos de Paula Vasconcelos
Co-Orientador:
Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá
Tese no 21/PPGG
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUACÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA
TESE DE DOUTORADO
A História do Intemperismo na Província Borborema
Oriental, Nordeste do Brasil: Implicações Paleoclimáticas e
Tectônicas
Autora:
GEÓL. MARIA DA GUIA LIMA
Tese de Doutorado apresentada em 22 de Julho de 2008 para a obtenção do título de Doutora em Geodinâmica pelo Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica da UFRN.
Comissão Examinadora:
Prof. Dr. Paulo Marcos de Paula Vasconcelos (DES/UQ- orientador) Prof. Dr. Emanuel Ferraz Jardim de Sá (PPGG/UFRN - co-orientador)
Prof. Dr. Francisco Hilário Rego Bezerra (PPGG/UFRN) Profa. Dra. Sônia Maria Barros de Oliveira (GSA/USP) Dra. Isabela de Oliveira Carmo (CENPES/PETROBRÁS)
Epígr afe
Epígr afe
“Determinação, coragem e auto confiança são fatores decisivos para o sucesso. Se estamos possuidos por uma inabalável determinação
conseguiremos superar os obstáculos.
Independentemente das circunstâncias, devemos ser sempre humildes, recatados e despidos de orgulho”.
Dedica tó ria
Dedica tó ria
Agra dec im ent os
Agra dec im ent os
Este espaço é reservado às pessoas e instituições que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste trabalho, as quais expresso o meu sincero agradecimento.
Agradeço especialmente ao meu orientador, Paulo Vasconcelos, pelos ensinamentos transmitidos, pela confiança depositada ao longo de todo o trabalho, pelo entusiasmo e colaboração em todas as etapas, e essencialmente pelo grande incentivo ao longo de todo o doutorado. Obrigada pela confiança e amizade.
Ao professor Emanuel F. Jardim de Sá pela oportunidade a mim concedida, pelos ensinamentos, discussões e por todo apoio, principalmente na primeira etapa do trabalho.
Aos órgãos que financiaram esta pesquisa (Projeto CRONOBORO, Laboratório UQ_AGES e CALTECH), como também ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pela concessão da bolsa de doutorado e à Capes (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela concessão da bolsa de doutorado sanduiche. Ao programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica - PPGG, por todo o apoio logístico. À CPRM - Companhia de Pesquisa e Recursos Minerais (O Serviço Geológico do Brasil) pela minha liberação durante a etapa final de redação da tese.
Aos geólogos João Marinho, Isabela Carmo e Jonathan Heim, que me ajudaram em todas as etapas desta tese. Obrigada pelas críticas, sugestões e discussões.
Aos meus professores Antônio Carlos Galindo e Valéria Córdoba pela amizade, discussões e palavras de apoio nos momentos difíceis deste trabalho. Aos professores da Pós-Graduação Francisco Hilário, Venerando Eustáquio, Fernando César, Maria Helena e Zorano Souza. À professora Raquel Franco por ter cedido o espaço do laboratório de geoquímica para a preparação de algumas amostras.
Agradeço aos grandes amigos do curso de geologia da UFRN, Liliane Rabelo, Vladimir Cruz, Débora Carmo, Marcos Nascimento, Camilla Almeida, Werner Tabosa, Alex Antunes, Patrícia Rose, Roberto Gusmão, Alexandre Ranier (pela valiosa ajuda na edição de figuras) e Axel Torres (pela colaboração durante as etapas de campo).
Ao pessoal da Austrália, meus sinceros agradecimentos: a Fiona por toda dedicação nos assuntos da secretaria, ao Frank pelo suporte na área de informática, e ao Peter Colls pela ajuda e orientações no laboratório de preparação das amostras.
Ao pessoal do Argon Lab pela amizade, ajuda e discussões geológicas: Ben Cohen, Jian-Wei Li, David Thiede, Kathryn waltenberg, Antônio Emídio e Kurt Knesel.
Em especial, gostaria de agradecer a Marcelle Sanker, Silvana Riffel, Chris Brazel e a Naira Alvarenga. Obrigada por terem feito meus dias na Austrália bem mais agradáveis e pela sincera amizade.
Aos colegas do Earth Sciences Departament pelos bons momentos na Austrália: Arne, Aukje, Felipe, Juscimar, Guia e às colegas de Brisbane, Ingrid, Chau e Claúdia.
A Ivanda Soares pela amizade e pela ajuda dada durante a fase inicial de mudança para Porto Velho.
Meus sinceros agradecimentos aos amigos Sueli e Getúlio por todo apoio e amizade durante toda a tese.
A meus familiares que sempre me apoiaram em todas as fases da minha vida geológica.
SUMÁRIO
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS... 1
2. ÁREAS DE ESTUDO E ABORDAGEM METODOLÓGICA………... 8
3. MÉTODOS E TÉCNICAS………... 46
4. ESTRATIGRAFIA E GEOCRONOLOGIA DO INTEMPERISMO……… 68
5. RESULTADOS………. 78
6. DISCUSSÕES……….. 188
7. CONCLUSÕES……… 232
ÍÍNDICE
NDICE
Epígrafe……… iii
Dedicatória……… iv
Agradecimentos………... v
Sumário………. vii
Índice………. viii
Lista de Figuras...……… xiv
Lista de Pranchas e Fotografias………... xxiii
Lista de Tabelas……….. xxvi
Lista de Anexos... xxviii
Resumo………. xxix
Abstract………. xxxii
CAPÍTULO 1 - Introdução e Objetivos………. 1
CAPÍTULO 2 - Áreas de Estudo……….………... 8
2.1 - Localização e Aspectos Gerais da Área de Estudo ……….. 8
2.2 - Arcabouço Geológico Regional………... 11
2.3 - Aspectos Geomorfológicos Regionais……….. 18
2.4 - Análise da Revisão Bibliográfica da Evolução Geomorfológica do Nordeste Oriental do Brasil………...………...……….. 32
2.5 - Localidades Estudadas……….. 35
CAPÍTULO 3 - Métodos e Técnicas……….. 46
3.1 - Introdução……….. 46
3.2 - Análise Geomorfológica Regional……….. 46
3.3 - Mapeamento do Regolito... 47
3.4 - Seleção dos Sítios Amostrados ……….. 50
3.5 - Preparação de Amostras... 52
3.6 - Caracterização Mineralógica (amostras selecionadas para datação 40Ar/39Ar e (U-Th)/He)……… 54
3.6.1 - Microscopia Óptica... 54
3.6.2 - Difração de Raio-X (DR-X)... 54
3.6.3 - Microscopia Eletrônica em Varredura (MEV)... 55
3.7 - Análise geocronológica pelo método 40Ar/39Ar... 58
3.7.1 - O método 40Ar/39Ar... 58
3.7.3 - Cálculo e Significado das Idades 40Ar/39Ar... 63
3.8 - O método (U-Th)/He………. 65
3.8.1 - Geocronologia por (U-Th)/He………. 65
CAPITULO 4 – Estratigrafia e Geocronologia do Intemperismo……….. 68
4.1 - Estratigrafia do Intemperismo……….. 68
4.1.1 - Geoquímica do Manganês………... 71
4.1.2 - Geoquímica do Ferro……… 73
4.2 - Geocronologia do Intemperismo………. 74
4.2.1 - Datação por 40Ar/39Ar……… 75
4.2.2 - Datação por (U-Th)/He………. 76
CAPÍTULO 5 - Resultados... 78
5.1 - Introdução ... 78
5.2 - Topografia na região da Borborema... 86
5.3 - Análise da rede de drenagem na Província Borborema... 87
5.3.1 - Drenagens desenvolvidas sobre os platôs que constituem as Serras de Santana, Portalegre e Martins e as desenvolvidas sobre o embasamento adjacente... 87
5.3.2 - Drenagens desenvolvidas sobre os platôs constituídos por gnaisses e granitóides da região de Teixeira... 88
5.3.3 - Drenagens desenvolvidas na porção Oriental do Planalto da Borborema... 92
5.3.4 - Drenagens instaladas na região da Depressão Sertaneja... 92
5.3.5 - Drenagens que ocorrem nos baixos platôs desenvolvidos sobre as rochas carbonáticas da Formação Jandaíra... 96
5.4 - Distribuição e mapeamento regional do regolito na Província Borborema... 97
5.4.1 - Regime Residual... 102
A - Perfis Lateríticos Completos... 102
5.4.2 - Regime Erosional... 105
A - Zona Mosqueada (Mottled Zone)... 105
B - Saprólito... 106
C - Saprocha... 107
5.4.3 - Regime Deposicional... 107
Borborema... 112
5.5.1 - Planalto da Borborema (PB)... 112
5.5.2 - Domínio da Depressão Sertaneja (DDS)... 117
5.5.3 - Planícies e Tabuleiros Costeiros (PTC)………. 118
5.6 - Mineralogia e Geocronologia por 40Ar/39Ar dos Óxidos de Manganês……… 125
5.6.1 - Interpretação de Espectros de Aquecimento Gradual de Óxidos de manganês………. 126
5.6.2 - Domínio do Planalto da Borborema……… 129
5.6.2.1 - Jacu (Equador/RN) - Elevação 690 m……… 129
5.6.2.2 - Leitão (Equador/RN) - Elevação 690 m………. 130
5.6.2.3 - Cajazeira III (Assunção/PB) - Elevação 662 m……. 130
5.6.2.4 - Cajazeira II (Assunção/PB) - Elevação 657 m…….. 131
5.6.2.5 - Mata Onça (Parelhas/RN) - Elevação 655 m………. 132
5.6.2.6 - Serra do Forte (Carnaúba dos Dantas/RN) - Elevação 646 m……….. 133
5.6.2.7 - Aldeia (Junco/PB) - Elevação 640 m……….. 134
5.6.2.8 - Timbaúba (Timbaúba/PB) - Elevação 621 m………. 134
5.6.2.9 - Boa Vista (Equador/RN) - Elevação 605 m………… 135
5.6.2.10 - Mina da Mata (Parelhas/RN) - Elevação 600 m….. 141
5.6.2.11 - Pegmatito Cabeço (Parelhas/RN) - Elevação 550 m………... 143
5.6.2.12 - Cava 4, Cava 1, Cava 3 e Cava 5 (Boa Vista/PB) - Elevações 511, 491, 490 e 488 m, respectivamente………. 145
5.6.3 - Depressão Sertaneja………. 147
5.6.3.1 - Quixaba (Currais Novos/RN) - Elevação 478 m…… 148
5.6.3.2 - Santana (Currais Novos/RN) - Elevação 470 m…… 148
5.6.3.3 - Mina do Saco (Carnaúba dos Dantas-RN) - Elevação 410 m……….. 149
5.6.3.4 - Rajada (Carnaúba dos Dantas-RN) - Elevação 370 m………... 149
5.6.3.5 - Carnaúba (Carnaúba dos Dantas-RN) - Elevação 338 m……… 150
5.6.4.1 - Formação Barreiras……… 151
5.6.4.1.1 - João Câmara (João Câmara/RN) - Elevação 136 m……… 152
5.6.4.1.2 - Lagoa Salgada (Lagoa Salgada/RN) - Elevação 1 m……… 152
5.6.4.1.3 - Praia das Garças (Touros/RN) - Elevação 2 m……… 153
5.6.4.1.4 - Ponta Grossa 1 (Ponta Grossa/CE) - Elevação 5 m……… 153
5.6.4.1.5 - Ponta Grossa 2 (Ponta Grossa/CE) - Elevação 3 m……… 154
5.6.4.2 - Formação Macau……… 155
5.6.4.2.1 - Macau 1 (Macau/RN)……….. 155
5.6.4.2.2 - Macau 2 (Macau/RN)……….. 156
5.6.4.2.3 - Macau 3 (Macau/RN)……….. 156
5.6.4.2.4 - Macau 4 (Macau/RN)………... 157
5.7 - Mineralogia e Geocronologia por (U-Th)/He de Goetitas e Hematitas Supergênicas………. 159
5.7.1 - Domínio do Planalto da Borborema……… 160
5.7.1.1 - Arenitos da Formação Serra do Martins…………... 161
5.7.1.1.1 - Serra do Forte (Carnaúba dos Dantas/RN) - Elevação 710 m………... 161
5.7.1.1.2 - Platô de Cuité 1(Cuité/PB) - Elevação 652 m………. 162
5.7.1.1.3 - Platô de Bom Bocadinho 2 (Telha/PB) - Elevação 638 m……… 163
5.7.1.1.4 - Platô de Bom Bocadinho 1 (Telha/PB) - Elevação 614 m……… 163
5.7.1.1.5 - Platô de Araruna (Araruna/PB) - Elevação 550 m……… 164
5.7.1.2 - Gnaisses e Granitóides de Teixeira ……… 165
5.7.1.2.1 - Platô de Brejinho (Brejinho/PE) - .Elevação 826 m……….. 165
Elevação 829 m……… 166 5.7.1.2.3 - Platô de Imaculada (Imaculada/PB) -
Elevação 822 m……… 167
5.7.2 - Domínio das Planícies e dos Tabuleiros Costeiros…………. 168 5.7.2.1 - Carbonatos da Formação Jandaíra………. 168
5.7.2.1.1 - Olho D’Água (Apodi/RN) - Elevação 164
m ……… 169
5.7.2.1.2 - Lajedo de Soledade 2 (Soledade/RN) -
Elevação 132 m……… 169
5.7.2.1.3 - Lajedo de Soledade 1 (Soledade/RN) -
Elevação 115 m……… 171
5.7.2.2 - Arenitos da Formação Barreiras……….. 173 5.7.2.2.1 - Ponta Grossa 1 (Ponta Grossa-CE) -
Elevação 3 m……… 179
5.7.2.2.2 - Ponta Grossa 2 (Ponta Grossa/CE) -
Elevação 1 m……… 180
5.7.2.2.3 - Ponta Grossa 3 (Ponta Grossa/CE) -
Elevação 10 m……….. 181
5.7.2.2.4 - Praia das Garças (Touros/RN) -
Elevação 0 m……… 181
5.7.2.2.5 - Aterro (Rio do Fogo/RN) - Elevação 15
m………. 182
5.7.2.2.6 - Praia de Rio do Fogo (Rio do Fogo/RN) -
Elevação 0 m……… 183
5.7.2.2.7 - João Câmara (João Câmara/RN) -
Elevação 136 m……… 183
5.7.2.2.8 - Lagoa Salgada (São Miguel do
Gostoso/RN) - Elevação 0 m………. 184
CAPÍTULO 6 – Discussões... 188
6.1 - Confiabilidade dos Resultados 40Ar/39Ar Obtidos Neste
Trabalho... 188
6.1.1 - Reprodutibilidade de Vários Grãos Provenientes de
do Mesmo Horizonte do Perfil... 190
6.1.3 - Reprodutibilidade de Várias Amostras Provenientes do Mesmo Tipo de Perfil de Intemperismo Presente em Localidades Distintas... 190
6.2 - Confiabilidade dos Resultados (U-Th)/He Obtidos Neste Trabalho... 194
6.2.1 - Reprodutibilidade de Vários Grãos Provenientes de uma Amostra………...……… 195
6.2.2 - Reprodutibilidade de Várias Amostras Provenientes do Mesmo Perfil... 195
6.2.3 - Reprodutibilidade de Várias Amostras Provenientes do Mesmo Perfil de Intemperismo Presente em Localidades Diferentes... 196
6.3 - Compatibilidade entre os Resultados 40Ar/39Ar e (U-Th)/He... 202
6.4 - A Idade do Intemperismo na Província Borborema... 205
6.5 - Paragênese dos Óxidos de Manganês e Óxidos/Hidróxidos de Ferro Presentes na Formação Barreiras... 210
6.6 - Idade das Formações Sedimentares Afossilíferas... 212
6.6.1 - Formação Barreiras... 212
6.6.2 - Formação Serra do Martins... 215
6.7 - A distribuição Espacial dos Perfis de Intemperismo da Província Borborema... 216
6.8 - Implicações Geomorfológicas... 217
6.8.1 - O intemperismo Como Limite nas Taxas de Erosão da Província Borborema... 217
6.8.2 - O intemperismo e as Idades das Superfícies de Aplainamento na Província Borborema... 224
6.8.3 - O Intemperismo e o Controle Tectônico na História Geomorfológica do Nordeste... 226
6.9 - Implicações Paleoclimáticas ... 227
6.10 - Modelos de Evolução de Relevo... 230
CAPÍTULO 7 - Conclusões... 232
CAPÍTULO 8 - Referências Bibliográficas... 237
L
L ista de Figuras
ista de Fig u ras
CAPÍTULO 2 - Áreas de Estudo e Abordagem Metodológica
Figura 2.1 - Figura de localização geográfica da área estudada (modificada de
Miranda (2005)………... 8
Figura 2.2 - Mapa geomorfológico de parte do Nordeste do Brasil, compilado de Morais Neto (1999). ………... 9
Figura 2.3 - Mapa dos domínios climáticos presentes no Nordeste do Brasil, Compilado do IBGE (2002). ……….……… 10
Figura 2.4 - Mapa contendo as principais drenagens da área em estudo. Fonte: Schobbenhaus et al. (2004).….………. 11
Figura 2.5 - Mapa geológico simplificado da Província Borborema onde estão exibidos seus principais domínios geotectônicos (compilado de Jardim de Sá 1994). ………... 12
Figura 2.6 - Coluna litoestratigráfica da Bacia Potiguar, segundo Soares et al. 2003). Marcos geocronológicos, segundo Gradstein et al. (2004). ………. 15
Figura 2.7 - Mapa geológico simplificado da Bacia Potiguar e do embasamento cristalino a sul (Domínio Seridó). Compilado de Jardim de Sá (1994) e do Mapa Geológico do Rio Grande do Norte (DNPM/UFRN/PETROBRÁS/Governo do Estado, 1998). ………... 16
Figura 2.8 - Modelo de evolução do relevo proposto por Davis (1899)……….. 19
Figura 2.9 - Modelo de evolução do relevo proposto por Penck (1924)………. 20
Figura 2.10 - Modelo de evolução do relevo proposto por King (1953)………. 21
Figura 2.11 - Representação esquemática dos modelos de evolução de relevo propostos por Davis (A), Penk (B) e King (C). Para simplificação, o nível de base é assumido como fixo através do tempo e a escala temporal não é necessariamente comparável entre os diagramas (compilado de Summerfield 1991)………... 21
Figura 2.12 - Relações entre as superfícies aplainadas do Nordeste, segundo Ab´Saber (1969)……….. 23
(Jardim de Sá et al. 2005). Fonte do mapa: SRTM 2003, USGS/EROS Data
Center……… 30
Figura 2.15 - Sumário dos principais trabalhos sobre a idade do intemperismo do Nordeste oriental brasileiro….………... 34 Figura 2.16 - Modelo Digital de Terreno (resolução 90 m) mostrando o contexto geomorfológico da área estudada e a localização das amostras coletadas para análises por 40Ar/39Ar e (U-Th)/He.1) (U-Th)/He - (a) Planícies e Tabuleiros Costeiros (1-11); (b) Planalto da Borborema (12-20). 1 - João Câmara; 2 - Ponta Grossa 1; 3 - Ponta Grossa 2; 4 - Ponta Grossa 3; 5 - Lagoa Salgada; 6 - Praia de Rio do Fogo; 7 - Aterro; 8 - Praia das Garças; 9 - Lajedo Soledade 1; 10 - Lajedo Soledade 2; 11 - Olho D’água; 12 - Platô de Bom Bocadinho 1; 13 - Platô de Bom Bocadinho 2; 14 - Platô de Cuité 1; 15 - Platô de Araruna; 16 - Platô de Santana; 17 - Serra do Forte; 18 - Platô de Brejinho; 19 - Platô de Imaculada. (Fonte do MDT: (SRTM 2003, USGS/EROS Data Center). 2) 40Ar/39Ar - (a) Planalto da
Borborema (1-15); (b) Depressão Sertaneja (16-20); (c) Planícies e Tabuleiros Costeiros (21-29). 1 - Pegmatito Cabeço; 2 - Mina da Mata; 3 - Boa Vista; 4 - Aldeia; 5 - Jacu; 6 - Mata Onça; 7 - Cajazeira III; 8 - Cajazeira II; 9 - Cava 1; 10 - Cava 3; 11 - Cava 4; 12 - Cava 5; 13 - Timbaúba; 14 - Serra do Forte; 15 - Leitão; 16 - Rajada; 17 - Carnaúba; 18 - Mina do Saco; 19 - Santana; 20 - Quixaba; 21 - Macau 1; 22 - Macau 2; 23 - Macau 3; 24 - Macau; 25 - Lagoa Salgada; 26 - Praia das Garças; 27 - João Câmara; 28 - Ponta Grossa 1; 29 - Ponta Grossa 2.……….. 36
CAPÍTULO 3 - Métodos e Técnicas
CAPITULO 4 - Estratigrafia e Geocronologia do Intemperismo
Figura 4.1 - Os cinco principais fatores que controlam a evolução de perfis de intemperismo. ………... 68 Figura 4.2 - Evolução temporal do perfil de intemperismo laterítico (compilado de
Vasconcelos 1999a). ………. 69
Figura 4.3 - Diagrama Eh-Ph para o manganês (compilado de Vasconcelos 1998). 72 Figura 4.4 - Diagrama Eh-pH para o ferro (Trolard e Tardy 1987)……….. 75
CAPÍTULO 5 – Resultados
Figura 5.1 - Mapa de drenagem confeccionado para a região do Platô de Serra de Santana (compilado de Menezes 1999). Notar a ausência de drenagens bem desenvolvidas no topo do platô. ……… 89 Figura 5.2 - Mapa de drenagem confeccionado para a região dos Platôs de Porto alegre e Martins (compilado de Menezes 1999). Notar a ausência de drenagens no
topo do platô. ………... 90
Figura 5.3 - Modelo digital de terreno mostrando a ausência de um sistema de drenagem bem desenvolvido nos diversos platôs onde afloram os sedimentos da Formação Serra do Martins. ………... 91 Figura 5.4 - Geometria plana das serras sustentadas por litotipos do embasamento na região de Teixeira………... 91 Figura 5.5 - Modelo digital de terreno da porção ocidental do Planalto da Borborema mostrando o desenvolvimento de um intenso sistema de drenagem que se estende desde a região litorânea até a região de Patos/PB. Este sistema de drenagem é barrado por uma barreira litológica resistente composta a sul pelos granitos da Serra de Teixeira/PB e a leste pelas cristas de quartzitos e granitos que compõem as Serras do Pinga, das Queimadas, do Mirador e do
Feiticeiro...……… 94
01-Foto 5.1.………..……….…. 95 Figura 5.9 - Modelo digital de terreno mostrando a ausência de um sistema de drenagem bem desenvolvido no topo dos tabuleiros costeiros. As drenagens deste domínio, em geral, se encontram encaixadas em estruturas que cortam o embasamento e que sofreram reativações ao nível da cobertura
Neocretácea-Neógena. Notar a retilinearidade das drenagens principais……… 96 Figura 5.10 - a) Modelo de elevação digital da área em estudo, mostrando a localização dos perfis geologicos, (b) Mapa de regolito mostrando a ocorrência dos três principais tipos de regimes (residual, erosional e deposicional) na área estudada, (c) Seções geológicas contendo a estratigrafia e a idade de cada perfil
de intemperismo identificado….……… 98
Figura 5.11 - Estratigrafia dos perfis de intemperismo caracterizados no Planalto da Borborema. a) Perfis desenvolvidos nos sedimentos da Formação Serra do Martins; b) Perfis desenvolvidos nos gnaisses e granitóides da região de Teixeira/PB . Todos os perfis são esquemáticos.….………... 99 Figura 5.12 - Estratigrafia dos perfis de intemperismo desenvolvidos nos sedimentos da Formação Barreiras presentes no domínio das Planícies e Tabuleiros Costeiros.Todos os perfis são esquemáticos.……….………. 100 Figura 5.13 - Estratigrafia dos perfis de intemperismo desenvolvidos nos basaltos da Formação Macau aflorantes no domínio das Planícies e Tabuleiros Costeiros. Todos os perfis são esquemáticos. ….……….……….…….. 101 Figura 5.14 - Análises EDS de holandita mostrando as morfologias prismática (a-h) e na forma de agulhas (i). As fotos (b-c) são detalhes da foto (a). As fotos (e-h) são
detalhes da foto (d). ……… 120
Figura 5.15 - Fatias polidas de cinco amostras de óxidos de manganês da mina de Boa Vista (a-e) mostrando a localização das subamostras datadas por 40Ar/39Ar. Para o caso a-d-e, os círculos vermelhos indicam o local amostrado e
datado.………….……….. 138
Figura 5.16 - Ideogramas confeccionados para os grãos datados de cada amostra. Sub-amostra P27I.1(N) - 2 grãos; amostra P27I.3 - 2 grãos;
sub-amostra P27I.5 - 2 grãos e sub-sub-amostra P27I.7(B) - 2 grãos……….. 139 Figura 5.17 - Ideogramas confeccionados para os grãos datados de cada
Figura 5.18 - Ideogramas confeccionados para os grãos datados de cada sub-amostra. Sub-amostra P27-BE-2-C1 - 3 grãos; sub-amostra P27-BE-2-C2 - 3 grãos e sub-amostra P27-BE-2-C3 - 3 grãos. ……….……... 140 Figura 5.19 - Ideogramas confeccionados para os grãos datados de cada
amostra. Sub-amostra P27C.1(N) - 2 grãos; amostra P27C.3 - 2 grãos e
sub-amostra P27C.5(B) - 2 grãos. ……… ……...…..……….. 140 Figura 5.20 - Ideogramas confeccionados para os grãos datados de cada
amostra. Sub-amostra P27D.1(N) - 2 grãos; amostra P27D.3 - 2 grãos; e
sub-amostra P27D.5 - 2 grãos. ………..……… 141 Figura 5.21 - Análises de EDS realizadas no fragmento de pisólito coletado na praia de Lagoa Salgada/RN. Os pontos vermelhos indicam os locais analisados. As análises 01, 02 e 04 identificam goetita supergênica, a 03 um provável fragmento de argila, a 05 xenotímio e a 06 cerianita. A presença de tório na composição destes três últimos minerais pode afetar os resultados das análises geocronológicas pelo método (U-Th)/He.. ……….…….. 175 Figura 5.22 - Análises EDS realizadas (a) no grão proveniente de uma amostra de pisólito supergênico detrítico, e (b) no grão proveniente de uma amostra de cimento supergênico, ambas coletadas na praia de Lagoa Salgada/RN. Para o caso (a) a análise EDS 01 identifica goetita supergênica; a 02 mostra a presença de zircão como mineral contaminante. Para o caso (b), a análise 01 revela a goetita como mineral principal que constitui o grão e a 02 mostra a presença de cerianita, provável contaminante nas análises por (U-Th)/He.………... 176 Figura 5.23 - Análises EDS realizadas em três grãos provenientes de amostras das localidades de Rio do Fogo/RN (a e b) e Praia das Garças/RN (c). (a) A textura do grão e o alto teor de Al e Si na análise EDS revelam que a goetita analisada ocorre substituindo argilominerais. (b) e (c) identificam a goetita como constituinte do
grão……….……….. 177
de pisólitos detríticos (P1) cimentados por uma nova geração de goetitas, que formam os “cutans” do pisólito……….. 178
CAPÍTULO 6 - Discussões
Figura 6.1 - Ideograma para todos os resultados das datações por 40Ar/39Ar do (a) Planalto da Borborema; (b) Depressão Sertaneja; (c) Planícies e Tabuleiros Costeiros sem incluir os resultados de Ponta Grossa e (d) Planícies e Tabuleiros Costeiros incluindo os resultados de Ponta Grossa.…….……….. 192 Figura 6.2 - Resultados (U-Th)/He para as diferentes localidades da Formação
Serra do Martins. ……… 199
Figura 6.3 - Resultados (U-Th)/He para as diferentes localidades da região de
Teixeira.……….……… 199
Figura 6.4 - Resultados (U-Th)/He para as diferentes localidades da Formação
Barreiras.……… 200
Figura 6.5 - Resultados (U-Th)/He dos óxidos/hidróxidos de ferro provenientes da Formação Serra do Martins e dos Platôs da região de Teixeira. Vermelho: Platôs da região de Teixeira; Azul: FSM.……….………….…………..…………. 200 Figura 6.6 - Todos os resultados (U-Th)/He dos óxidos/hidróxidos de ferro provenientes do domínio do Planalto da Borborema (FSM e Platô Teixeira) e das Planícies e Tabuleiros Costeiros (sem os pisólitos detríticos). Azul: Tabuleiros Costeiros; Vermelho: Planalto da Borborema. ……….………….………. 201 Figura 6.7 - Todos os resultados (U-Th)/He dos óxidos/hidróxidos de ferro provenientes do domínio das Planícies e Tabuleiros Costeiros, incluindo os pisólitos detríticos.……….……….….……….………….……….. 201 Figura 6.8 - Todos os resultados (U-Th)/He dos óxidos/hidróxidos de ferro provenientes do domínio do Planalto da Borborema (FSM e Platô Teixeira)……… 202 Figura 6.9 - Todos os resultados dos óxidos/hidróxidos de ferro datados por
(U-Th)/He e dos óxidos de manganês datados por 40Ar/39Ar provenientes do domínio das Planícies e Tabuleiros Costeiros. Azul: Mn autigênico; Vermelho: Fe
autigênico……….……….……….………. 204
de manganês datadas pelo método 40Ar/39Ar; (b) Ideogramas confeccionado para o total de amostras de óxidos de manganês analisadas pelo método 40Ar/39Ar em cada domínio geomorfológico estudado……… 205 Figura 6.12 -Todos os resultados (U-Th)/He dos óxidos/hidróxidos de ferro
datados.……….. 206
Figura 6.13 - (a) Ideogramas mostrando a relação entre as idades 40Ar/39Ar obtidas para as amostras de cada domínio geomorlogógico: (a) Planalto da Borborema x Depressão Sertaneja; (b) Planalto da Borborema x Planícies e Tabuleiros Costeiros; (c) Planícies e Tabuleiros Costeiros x Depressão Sertaneja. (d) Ideogramas ilustrando a relação das idades 40Ar/39Ar para as amostras coletadas no interior e no litoral da área estudada..……… 208 Figura 6.14 - (a) Ideograma mostrando os resultados 40Ar/39Ar obtidos para as amostras de óxidos de manganês provenientes da Formação Barreiras, excluindo os resultados das localidades de Ponta Grossa; (b) Ideograma mostrando os resultados 40Ar/39Ar obtidos para todas as amostras de óxidos de manganês provenientes da Formação Macau; (c) Ideograma mostrando os resultados
40
dos óxidos/hidróxidos de ferro datados desta localidade; (b) Fotografia de campo mostrando o local amostrado para óxidos de manganês; (c) Detalhe da ocorrência do óxido de manganês em campo; (d) Fotografia de campo da zona mosqueada mostrando o local de amostragem dos óxidos/hidróxidos de ferro; (e) Fotografias de detalhe dos pisólitos amostrados; (f-k) Fotografias dos pisólitos micro-amostrados contendo as idades (U-Th)/He obtidas. Notar que, em geral, as idades variam de 17 a 7 Ma do centro para as bordas dos pisólitos (f-i). Idades de 22 Ma obtidas no centro de dois dos pisólitos (j-k) estão associadas a fragmentos de rochas ferruginizadas provenientes da área fonte. O perfil é esquemático... 221 Figura 6.22 - (a) Perfil geológico da falésia presente nas proximidades da cidade de Rio do Fogo/RN ilustrando a forma de ocorrência dos óxidos/hidróxidos de ferro datados nesta localidade; (b) Fotografia de campo do horizonte da zona mosqueada mostrando o local de amostragem dos óxidos/hidróxidos de ferro coletados na falésia localizada na praia de Rio do Fogo; (c) Detalhe do local amostrado; (d) Foto-microscopia de um grão de goetita e a idade (U-Th)/He obtida; (e) Fotografia de campo do ferricrete onde foram amostrados óxidos/hidróxidos de ferro para a datação (U-Th)/He; (f) Detalhe da ocorrência do cimento de goetita amostrado; (g) Foto-microscopia de um grão de goetita associado à cimentação da Formação Barreiras e a idade obtida para o grão datado desta localidade. O perfil é esquemático... 222 Figura 6.23 - Diagrama mostrando a relação entre a altitude e as idades patamar e patamar forçado 40Ar/39Ar, obtidas para as amostras de cada domínio
Lista de P ra nch as e Fo to gr afia s
Lista de P ra nch as e Fo to gr afia s
CAPÍTULO 5 - Resultados
Prancha 01
Foto 5.1 - Cristas de pegmatito em destaque no relevo devido ao seu caráter mais resistente em relação à encaixante (xisto).………..….. 103 Foto 5.2 - Horizonte do ferricrete desenvolvido nos basaltos da Formação Macau que ocorrem aflorantes nas proximidades da AlcaNorte, município de Macau/RN... 103 Foto 5.3 - Perfil de intemperismo desenvolvido na Formação Barreiras, proximidades da praia de Zumbi/RN. Notar a preservação dos horizontes do fericrete no topo e da zona mosqueada mais abaixo... 103 Foto 5.4 - Perfil de intemperismo laterítico desenvolvido na Formação Barreiras aflorante na praia de Ponta Grossa/CE. Na parte superior do perfil ocorre preservado o horizonte do ferricrete... 103 Foto 5.5 - Vista para norte do platô de Matureia/PB, localizado nas altas cotas topográficas do Planalto da Borborema. Notar, ao fundo, o Pico do Jabre (1200 m).. 103 Foto 5.6 - Vista geral dos testemunhos da Formação Serra do Martins, nas proximidades da cidade de Currais Novos/RN... 103
Prancha 02
Foto 5.7 - Foto da Serra de João do Vale, evidenciando a morfologia do relevo em platô...………... 104 Foto 5.8 - Vista geral dos testemunhos da Formação Serra do Martins. Porção Nordeste do platô de Martins...……….. 104 Foto 5.9 - Vista, de Sul para Norte, do Platô de Cuité/PB, a partir do Platô de Bom
Bocadinho……….. 104
Prancha 03
Foto 5.13 - Horizonte da zona mosqueada desenvolvido nos basaltos da Formação Macau. Este afloramento apresenta “mottles” de tamanhos variados... 109 Foto 5.14 - Afloramento de uma “megamottled” desenvolvida nos sedimentos da Formação Serra do Martins...……… 109 Foto 5.15 - Visão em planta do horizonte da zona mosqueada desenvolvido nos sedimentos da Formação Serra do Martins, platô de Cuité/PB... 109 Foto 5.16 - Mosqueamento desenvolvido nos basaltos da Formação Macau...………. 109 Foto 5.17 - “Megamottles” desenvolvidas nos sedimentos da Formação Barreiras, praia de Icapuí/CE. Notar a regularidade na vertical do mosqueamento... 109 Foto 5.18 - Seção transversal do mosqueamento desenvolvido na Formação Barreiras (praia de Icapuí/CE). Notar a similaridade com tubos de raízes... 109
Prancha 04
Foto 5.19 - Mina para exploração de caulim localizada nas regiões elevadas do Planalto da Borborema, proximidades da cidade de Assunção/PB... 110 Foto 5.20 - Corpo de pegmatito totalmente intemperizado no topo da Serra das Queimadas (805 m). Neste pegmatito encontra-se desenvolvida uma mina para extração de caulim e columbita-tantalita (proximidades da cidade de Parelhas/RN).. 110 Foto 5.21 - Afloramento de silcrete na borda do platô de Araruna/PB.……….. 110 Foto 5.22 - Horizonte saprolítico desenvolvido nos sedimentos da Formação Serra do Martins e no embasamento subjacente. À direita, fragmentos de rochas caulinizadas ocorrem na base da Formação Serra do Martins. Platô de Cuité/PB... 110 Foto 5.23 - Saprólito desenvolvido nos gnaisses da região de Teixeira/PB... 110 Foto 5.24 - Horizonte saprolítico desenvolvido nos basaltos da Formação Macau... 110
Prancha 05
Lista de Ta bela s
Lista de Ta bela s
CAPÍTULO 2 - Áreas de Estudo e Abordagem Metodológica
Tabela 2.1 - Evolução morfogenética do Nordeste brasileiro, segundo Demangeot (1960)... 22 Tabela 2.2 - Classificação estratigráfica do Cenozóico Nordestino, segundo
Mabessone et al. (1972). ……….. 24
Tabela 2.3 - Sumário dos estágios de desenvolvimento, idade e duração de formação dos diferentes tipos de solos presentes no Nordeste do Brasil, compilado de Lobo e Mabessone (1980)……… 25 Tabela 2.4 - Sumário dos principais trabalhos sobre a evolução morfodinâmica do Nordeste oriental brasileiro (baseado em Saadi e Torquato 1992)... 27 Tabela 2.5 - Tabela contendo a relação das localidades visitadas para estudo de geocronologia por 40Ar/39Ar e suas principais características (coordenadas, altitude, ID, aspectos geológicos e geomorfológicos de cada perfil)……….. 37 Tabela 2.6 - Tabela contendo a relação das localidades visitadas para estudo de geocronologia por (U-Th)/He e suas principais características (coordenadas, altitude, ID, aspectos geológicos e geomorfológicos de cada perfil)……….. 39
CAPÍTULO 3 - Métodos e Técnicas
Tabela 3.1 - Amostras selecionadas para as análises petrográficas, mineralógicas, composicionais (DR-X e MEV) e isotópicas (40Ar/39Ar)... 56
CAPITULO 4 - Estratigrafia e Geocronologia do Intemperismo
Tabela 4.1 - Reações representativas ilustrando a precipitação de óxidos de manganês supergênicos em perfis de intemperismo (extraído de Vasconcelos 1999a e b). ………... 73 Tabela 4.2 - Lista dos minerais usados na geocronologia de Intemperismo (compilado de Vasconcelos 1999a, b). ……….. 76
CAPÍTULO 5 - Resultados
Lista de A ne xos
Lista de A ne xos
Anexo 01 - Espectros obtidos a partir das análises 40Ar/39Ar por aquecimento gradual
a laser para as amostras do Planalto da Borborema (Figuras 1-10); Depressão
Sertaneja (Figura 11) e Planícies de Tabuleiros Costeiros (Figuras 12-15). A
classificação dos espectros obtidos para cada grão das amostras analisadas se encontra presente nestas figuras.
Anexo 02 - Características gerais, tais como situação geomorfológica, localização de
amostragem, profundidade, forma de ocorrência dos óxidos de manganês, textura dos minerais datados, entre outras, para as amostras do Planalto da Borborema (Pranchas 5.1 a 5.21); Depressão Sertaneja (Pranchas 5.22 a 5.23) e Planícies de
Tabuleiros Costeiros (Pranchas 5.24 a 5.30).
Anexo 03 - Características gerais, tais como situação geomorfológica, localização de
amostragem, profundidade, forma de ocorrência dos óxidos/hidróxidos de ferro, textura dos minerais datados, idades obtidas, entre outras, para as amostras do
Planalto da Borborema (Pranchas 5.1 a 5.10) e das Planícies de Tabuleiros Costeiros
(Pranchas 5.11 a 5.24).
Anexo 04 - Difratogramas de raios-x obtidos as amostras de óxidos de manganês
datadas pelo método 40Ar/39Ar. Em geral, os resultados indicam a holandita e criptomelana como principal óxido de manganês datado. Minerais como quartzo, caulinita e muscovita também foram identificados nestas análises.
Anexo 05 - Informações detalhadas de todos os resultados de geocronologia por
Resu mo
Resu mo
Até recentemente, a geocronologia do intemperismo foi primeiramente baseada em datações por K-Ar e 40Ar/39Ar de minerais supergênicos. Recentes avanços em análises por (U-Th)/He de goetitas supergênicas (Shuster et al. 2005) expandiram o número de minerais utilizados e o intervalo de tempo de aplicação da geocronologia do intemperismo. Este trabalho representa o primeiro estudo sistemático, no Brasil, da combinação das metodologias de datação 40Ar/39Ar e (U-Th)/He, aplicadas para o conhecimento da história do intemperismo e das idades de formações sedimentares afossilíferas.
Para entender o contexto evolutivo do relevo da porção setentrional do Nordeste do Brasil foram identificados, com base nos estudos geológicos e geomorfológicos regionais, diferentes tipos de perfis de intemperismo que ocorrem no interior e na faixa litorânea. Estes perfis foram correlacionados a três domínios geomorfológicos distintos: o Planalto da Borborema, a Depressão Sertaneja e as Planícies e Tabuleiros Costeiros, associados a superfícies de aplainamento características de cada domínio.
Baseando-se na estratigrafia e profundidade dos perfis de intemperismo desenvolvidos em cada um dos três domínios geomorfológicos principais, foi possível observar que: (i) os perfis que ocorrem em cotas elevadas no interior do continente, capeando a chamada Superfície Borborema, são mais profundos (podendo chegar a 100 m), sendo caracterizados como perfis lateríticos; (ii) nas áreas de elevações mais baixas que constituem a Superfície Sertaneja ocorrem perfis mais rasos e incipientes (2-5 m de profundidade); (iii) os perfis de intemperismo que ocorrem na região litorânea são moderadamente desenvolvidos (podendo chegar até 25 m de profundidade), sendo caracterizados principalmente por espessos saprólitos e zonas mosqueadas.
Os resultados geocronológicos obtidos para os 248 grãos de óxidos de manganês datados pelo método 40Ar/39Ar indicam que os perfis de intemperismo da área estudada registram um história de intemperismo que vai desde o Oligoceno até o Pleistoceno, apresentando idades patamar e patamar forçado que variam de 31,4 ± 1,0 Ma a 0,8 ± 0,4 Ma. A datação dos 171 grãos de goetitas pelo método (U-Th)/He mostraram idades variando de 43,2 ± 4,3 Ma a 0,8 ± 0,1 Ma, registrando uma história de intemperismo desde o Eoceno até o Pleistoceno. Os registros da precipitação de goetitas confirmam as idades dos processos de intemperismo identificados pelos registros de óxidos de manganês.
Datações (U-Th)/He foram realizadas em 105 grãos de goetitas provenientes de 8 localidades distintas da Formação Barreiras. Cinco grãos provenientes do cimento dos arenitos da Formação Barreiras, nas localidades de Lagoa Salgada e Rio do Fogo, apresentaram idades de 17,6 ± 1,8 Ma, 17,3 ± 1,7 Ma, 16,3 ± 1,6 Ma, 16,2 ± 1,6 Ma e 13,6 ± 1,4 Ma. Os resultados obtidos para os 69 grãos de goetitas associadas a pisólitos autigênicos, provenientes de 7 localidades distintas, mostraram-se concordantes, apresentando valores que variam de 17,8 ± 1,8 a 7,5 ± 0,8 Ma. Os resultados obtidos para 31 grãos de goetitas provenientes de pisólitos detrítricos são compatíveis para as 3 diferentes localidades amostradas (Lagoa Salgada, Praia da Garças e Ponta Grossa), apresentando idades que variam de 43,2 ± 4,3 a 21,6 ± 2,2 Ma. Tais resultados indicam que a idade máxima de deposição dos sedimentos da Formação Barreiras é de aproximadamente 22 Ma.
Os resultados 40Ar/39Ar obtidos para 15 grãos de óxidos de manganês associados ao intemperismo da Formação Barreiras, provenientes de 3 localidades distintas, variaram de 13,1 ± 0,9 a 7,7 ± 0,4 Ma, mostrando-se similares às idades das goetitas autigênicas também coletadas nesta formação, porém datadas pelo método (U-Th)/He.
As idades 40Ar/39Ar obtidas para os óxidos de manganês relacionados à Formação Serra do Martins variam de 14,1 ± 0,4 a 10,5 ± 0,3 Ma. Já as idades (U-Th)/He obtidas nas amostras de óxidos/hidróxidos de ferro provenientes dos platôs da Formação Serra do Martins variam de 20,0 ± 2,00 a 5,5 ± 0,6 Ma, sugerindo uma idade mínima de 20 Ma para a deposição dos sedimentos desta formação.
Os resultados 40Ar/39Ar e (U-Th)/He das amostras analisadas neste trabalho mostram correspondência com as interpretações paleoclimáticas baseadas em isótopos estáveis e índices de argilas presentes nos sedimentos do Oceano Atlântico, confirmando a adequabilidade do uso da geocronologia do intemperismo na investigação paleoclimática de uma região.
Neste trabalho, a datação da Formação Barreiras forneceu informações mais precisas sobre a idade das estruturas frágeis que se encontram associadas à deposição desta formação, nos estados do Rio Grande do Norte e do Ceará. O primeiro evento sin-deposicional correlacionável à deposição da Formação Barreiras apresenta uma idade do Mioceno Inferior; outro evento também presente no Barreiras, porém relacionado a um estágio de deformação pós-sedimentar apresenta uma provável idade que varia do final do Mioceno Inferior ao Holoceno.
Abst rac t
Abst rac t
Until some years ago, weathering geochronology was primarily based on the K-Ar and 40Ar/39Ar dating of supergene minerals. Recent advances in the analysis of supergene goethite by the (U-Th)/He method (Shuster et al. 2005) expanded the number of suitable minerals for such purpose, as well as the time of application for weathering geochronology. This study represents the first systematic approach in Brazil, combining both the 40Ar/39Ar e (U-Th)/He methodologies to improve the knowledge on the weathering and the age of nonfossiliferous sediments.
Supported by geologic and geomorphologic correlations, we identified different types of weathering profiles occurring in the interior and coastal areas of northeastern Brazil. These profiles were correlated to main regional geomorphological domains: the “Borborema Plateau”, the “Sertaneja Depression”, and the Coastal Cuestas and Plains, and respective planation surfaces, which study is fundamental to understand the landscape evolution of the northern portion of the eastern Borborema Province.
The depth and stratigraphic organization of the weathering profiles in each of the geomorphological domains permitted to establish that: (i) the profiles on the highlands that cap the “Borborema Surface” are deeper (up to 100 m) and can be considered as typical lateritic profiles; (ii) on the lowlands that form the “Sertaneja Surface”, the weathering profiles are shallow and poorly developed (2-5 m deep); (iii) the profiles along the coastal area are moderately developed (up to 25 m deep), and are characterized by thick saprolites and mottle zones.
Aiming to establish the timing of the evolution of northeastern Brazil, we studied 29 weathering profiles representing distinct topographic levels of the Borborema Province, from the highlands to the coast, through the analysis of 248 grains of supergene manganese oxides using laser step-heating 40Ar/39Ar geochronology. Additionally, we applied the (U-Th)/He method in 20 weathering profiles, by dating 171 grains of supergene iron oxides and hydroxides.
Geochronological results for 248 grains of manganese oxides analyzed by the
40Ar/39Ar method indicate that the weathering profiles in the study area record the
processes last from the Eocene to the Pleistocene. The precipitation of supergene goethite in this interval confirms the age of the weathering processes identified from the manganese oxides record.
105 goethite grains from 8 different occurrences of the Barreiras Formation were dated by the (U-Th)/He method. Five grains collected from the cement in the Barreiras Formation sandstones, in the Lagoa Salgada and Rio do Fogo coastal cuestas, yielded ages of 17.6 ± 1.8 Ma, 17.3 ± 1.7 Ma, 16.3 ± 1.6 Ma, 16.2 ± 1.6 Ma and 13.6 ± 1.4 Ma. Results of 69 goethite grains from authigenic pisoliths collected in 7 different localities also yielded concordant ages, varying from 17.8 ± 1.8 to 7.5 ± 0.8 Ma. Results obtained from 31 detrital grains are concordant in 3 distinct localities (Lagoa Salgada, Praia da Garças e Ponta Grossa); they vary in the range of 43.2 ± 4.3 to 21.6 ± 2.2 Ma, and indicate that the maximum age for the Barreiras Formation deposition is around 22 Ma.
40
Ar/39Ar results for 15 manganese oxides grains associated with the Barreiras Formation weathering profiles, in 3 different localities, vary from 13.1 ± 0.9 to 7.7 ± 0.4 Ma, in the same range of ages obtained by the (U-Th)/He method.
The systematic application of the 40Ar/39Ar and (U-Th)/He methods, respectively for manganese oxides and goethites, show that the Barreiras Formation sediments were already deposited since ca. 17 Ma, and that the weathering processes were active until ca. 7 Ma ago. The ages obtained from manganese oxides collected in the Cenozoic basalts (Macau Formation) also reveal a weathering history between 19 and 7 Ma, pointing to hot and humid conditions during most of the Miocene.
40
Ar/39Ar ages yielded by manganese oxides associated with the Serra do Martins Formation vary from 14.1 ± 0.4 to 10.5 ± 0.3 Ma. On the other hand, (U-Th)/He ages from iron oxides/hydroxides collected in the Serra do Martins Formation mesas vary from 20.0 ± 2.0 to 5.5 ± 0.6 Ma, indicating that those sediments are older than 20 Ma.
40
Ar/39Ar and (U-Th)/He results produced in this study are in agreement with paleoclimatic interpretations based on stable isotopes and clay index values measured in the Atlantic Ocean sediments, validating the use of weathering geochronology to investigate paleoclimatic variations.
Barreiras Formation, is associated with tectonic activity from the very early Miocene to the Holocene.
CA PÍT ULO 1
CA PÍT ULO 1
Intr od uç ão e Obj etiv os
Intr od uç ão e Obj etiv os
A evolução geomorfológica de uma região depende da ação conjunta dos processos exógenos e endógenos. Os processos exógenos como intemperismo, erosão, transporte e sedimentação promovem a denudação e a deposição de material exposto na superfície da terra. A radiação solar é a principal fonte de energia para estes processos, promovendo atividades biológicas, a evaporação da água e, agindo em conjunto com a força gravitacional, viabilizando o transporte de material. Já os processos endógenos, como a atividade ígnea, a orogênese e a epirogênese estão, em geral, associados à construção do relevo. O calor interno da terra é a principal fonte de energia que suporta estes processos, fornecendo energia para processos vulcânicos, soerguimento, movimento de placas, colisões, falhamentos, etc.
A Província Borborema é uma das regiões do Brasil mais ricas em registros geológicos refletindo as complexas relações existentes entre processos exógenos e endógenos. Abundantes registros de magmatismo cenozóico, bacias sedimentares interioranas e costeiras, superfícies de erosão e profundos perfis de intemperismo são alguns exemplos das feições encontradas nesta província, que constituem uma excelente ferramenta para o entendimento das relações existentes entre os processos exógenos e endógenos.
A evolução geomorfológica do Nordeste do Brasil tem sido alvo de vários estudos, e diversos pesquisadores propuseram modelos que refletem duas abordagens distintas: a morfoclimática e a tectônica. Na abordagem morfoclimática, as formas do relevo são atribuídas essencialmente à ação do clima, com ou sem associação a movimentos epirogenéticos. Já os trabalhos referentes à abordagem tectônica focam principalmente na sua influência sobre a evolução geomorfológica regional.
Modelos de evolução geomorfológica da região foram elaborados por diversos autores. Dresch (1957), baseado em análises da rede hidrográfica, variações climáticas, presença de perfis de intemperismo nas diferentes cotas topográficas e análises tectônicas, identificou a presença de três superfícies de aplainamento: a
superfície Infra-Cretácica, posicionada no cume das serras de Triunfo e Teixeira; a
infra-couraçada, recoberta pelos sedimentos continentais e atribuída ao Eoceno, e a
superfície baixa de provável idade Pliocênica, que ocorre entre as altitudes 550 e 450 m, podendo atingir até 250 m. Demangeot (1960) propôs um modelo evolutivo alternativo para a região Nordeste, constituído por quatro superfícies de aplainamento (Pré-Cretácea, de Teixeira, dos Cariris e de Patos) e atribuiu cada ciclo erosivo a um evento tectônico anterior. Este autor ainda correlaciona cada uma destas superfícies com àquelas previamente definidas por King (1956) para outras regiões do Brasil. Já Ab’Saber (1969) identificou a existência de cinco superfícies de aplainamento para a região Nordeste Oriental (Superfície Pré-Cretácica, da Borborema, Cariris Velhos,
Sertaneja e a Depressão Periférica Sub-Litorânea), baseado em análises de perfis
geológicos/topográficos, características dos sedimentos preservados e profundidade dos perfis de intemperismo presentes em cada superfície identificada. Ab’Saber (1969) interpreta a complexidade das superfícies de aplainamento identificadas como resultado de uma complexa interação de mudanças climáticas e processos tectônicos.
Apesar de todos os estudos realizados na região até o presente momento, muitas dúvidas ainda persistem sobre evolução do relevo da região da Província Borborema. Dentre estas dúvidas, podem ser destacadas: a idade dos sedimentos continentais da Formação Serra do Martins; a idade dos sedimentos litorâneos da Formação Barreiras; as idades dos perfis de intemperismo que ocorrem preservados nas diferentes superfícies de aplainamento da região Nordeste; as idades de formação destas superfícies de aplainamento; a identificação dos eventos tectônicos que controlaram a formação do relevo; a determinação da evolução paleoclimática continental da Província Borborema e os efeitos desta história climática na evolução geomorfológica da região.
O estudo dos depósitos sedimentares presentes em áreas continentais constitui uma importante ferramenta para o entendimento da evolução cenozóica do relevo de uma região. O aporte de material para as bacias sedimentares é, em parte, controlado pelos processos de erosão das áreas-fonte no interior do continente, previamente intemperizadas, durante diferentes épocas de mudanças climáticas e/ou atividade tectônica. O conhecimento da história do soerguimento, magmatismo, ativação de falhas, mudanças climáticas, erosão e carreamento de sedimentos para as bacias sedimentares demanda informações geocronológicas para situar a ação destes processos no tempo.
resultados conclusivos (Morais Neto 1999, p.ex.). As idades de TFA e (U-Th)/He obtidas não registraram os eventos de denudação mais jovens que atuaram na área porque estes métodos não são sensíveis à escala da denudação que provavelmente ocorreu na região, neste intervalo de tempo, sendo necessário o uso de novos métodos de termocronologia/geocronologia aptos a datar eventos cujos efeitos são mais superficiais (< 1000 m de denudação).
Além da dificuldade de se obter dados geocronológicos que possibilitem a reconstrução da história da erosão na Borborema existem, também, dificuldades em se obter dados bem demarcados no tempo, sobre a evolução climática da região. Sem estas informações cronológicas, fica difícil determinar a importância relativa dos eventos tectônicos e das mudanças climáticas na evolução geomorfológica desta área.
O registro geológico em bacias sedimentares continentais fornece, a princípio, informações sobre a história climática de uma região. A análise mineralógica das argilas detríticas presentes nestes sedimentos fornece um bom indicador de paleoclimas (Griffin et al. 1968). Altas razões de caulinita em relação à ilita/esmectita são interpretadas como indicadoras de um período de clima mais úmido; altas razões de ilita/esmectita em relação à caulinita corresponderiam a um clima mais árido (Robert e Maillot 1983). Esta relação foi bem demonstrada por Robert e Chamley (1987) através de um estudo das caulinitas detríticas presentes nos sedimentos cenozóicos do Oceâno Atlântico e do Oeste do Pacífico. No entanto, para o caso dos sedimentos cenozóicos das bacias do Nordeste do Brasil, não existe um estudo sistemático de diferenciação destas argilas que possibilite a reconstrução do clima reinante durante a erosão e deposição dos sedimentos.
nas curvas isotópicas de 18O, apresentados pelos registros do Mioceno superior/Pleistoceno, refletem um clima acentuadamente mais frio, refletindo uma mudança de escala global.
Fósseis podem constituir um excelente registro da história paleoclimática e cronoestratigráfica de bacias sedimentares. Para o caso das bacias continentais do
Nordeste, com exceção da Bacia de Boa Vista, a maior dificuldade na reconstrução das
idades e ambientes de deposição dos sedimentos é a quase que ausência de fósseis,
devido ao alto grau de oxidação dos sedimentos. Mesmo na Bacia de Boa Vista, onde
o registro fossilífero existe, a ausência de um estudo analítico quantitativo, que permita
um tratamento estatístico destes registros, não permite que os fósseis presentes sejam
utilizados para uma reconstrução paleoclimática da região. A análise de pólens e esporos (palinologia) presentes em bacias sedimentares pode fornecer dados para evolução climática de uma região. Este material, quando não oxidado, pode constituir um bom indicador de paleotemperatura. No caso das bacias sedimentares continentais cenozóicas no Nordeste do Brasil, com poucas exceções, um processo de intemperismo intenso restringe a aplicabilidade desta técnica na reconstrução paleoclimática.
Objetivando uma melhor compreensão da evolução paleoclimática e do relevo nos diferentes domínios geomorfológicos do Nordeste do Brasil foi realizada, durante este trabalho, uma análise conjunta dos dados topográficos, geológicos e geocronológicos (40Ar/39Ar e (U-Th)/He) pertinentes à evolução de perfis de intemperismo na região da Borborema. O método 40Ar/39Ar é uma técnica já comprovada e aceita para a datação de minerais supergênicos; a aplicação deste método no Brasil está restrita à alguns trabalhos pioneiros (Vasconcelos et al. 1992; 1994a, b, c, 1995; Ruffet et al. 1996; Carmo e Vasconcelos 2004, 2006; Spier et al. 2006). Todavia, a metodologia (U-Th/He) faz parte de um projeto que está sendo desenvolvido numa colaboração entre os professores Kenneth Farley, do Califórnia Institute of Technology (Caltech), Estados Unidos, e Paulo Vasconcelos, da Universidade de Queensland, Austrália. Esta nova técnica permite a datação de óxidos e hidróxidos de ferro supergênicos (hematita e goetita), provenientes dos perfis de intemperismo, e representa um grande avanço científico na área de datação de rochas intemperizadas (Shuster et al. 2005; Heim et al. 2006). O trabalho aqui apresentado é a segunda aplicação, em escala regional, da geocronologia do intemperismo pelo método (U-Th)/He em goetita.
A história do intemperismo, paleoclima e denudação obtidas neste trabalho serão comparadas com dados existentes na literatura, tais como a termocronologia de traços de fissão em apatita (TFA) e pelo método (U-Th)/He. Esta integração fornecerá um conjunto de dados necessários para uma melhor caracterização da distribuição espacial e temporal dos eventos climáticos e tectônicos que atuaram no Nordeste Oriental do Brasil.
Conforme o exposto, o presente trabalho terá como metas principais:
• Caracterizar, através de modelos digitais de elevação (MDT) e perfis topográficos/geológicos, as superfícies de aplainamento no domínio oriental da Província Borborema;
• Analisar, a partir das datações de perfis de intemperismo, se existe uma correlação entre a cota topográfica de cada superfície e sua idade, isto é, se as superfícies mais antigas encontram-se em posições topográficas mais elevadas, enquanto que as superfícies mais recentes constituem as partes mais rebaixadas do relevo;
• Calcular taxas de intemperismo e denudação com base nos resultados geocronológicos de 40Ar/39Ar e (U-Th)/He;
• Correlacionar os perfis de intemperismo que ocorrem nos platôs do Planalto da Borborema;
• Confeccionar o mapa de regolito da área em estudo;
• Impor limites nas idades das formações sedimentares afossilíferas Serra dos Martins e Barreiras presentes na área;
• Contribuir para o entendimento da distribuição espacial e temporal dos eventos de intemperismo e de erosão que atuaram no Nordeste oriental, e sua relação com a formação e preservação da paisagem de parte do Nordeste brasileiro;
C A P
C A P Í
Í T U L O 2
T U L O 2
Áreas de E stu do
Áreas de E stu do
2.1 - Localização e Aspectos Gerais da Área de Estudo
A área estudada compreende uma parte do Nordeste brasileiro que se estende desde o Planalto da Borborema, englobando os estados do Rio Grande do Norte, Ceará, Paraíba e Pernambuco, até a região litorânea da Bacia Potiguar (Figura 2.1). Geomorfologicamente está inserida no domínio oriental da Província Borborema, caracterizado por um maciço cristalino pré-cambriano circundado pela Depressão Sertaneja e por Planícies e Tabuleiros Costeiros (Figura 2.2).
Figura 2.1 - Figura de localização geográfica da área estudada (modificada de Miranda 2005).
Figura 2.2 - Mapa geomorfológico de parte do Nordeste do Brasil, compilado de Morais Neto (1999).
Atualmente, o clima predominante em grande parte da região estudada é o tropical semi-árido (Nimer 1977), que se caracteriza por curtos períodos de chuvas, normalmente de 3 a 4 meses por ano, alternados com períodos mais longos de estiagem (Figura 2.3). A região é caracterizada por uma temperatura média entre 22o e 26oC, variando conforme a altitude, e uma pluviosidade média em torno de 650 mm, chegando a atingir 1.250 mm no litoral e em algumas regiões serranas.
Figura 2.4 - Mapa contendo as principais drenagens da área em estudo. Fonte: Schobbenhaus et al. (2004).
Esta extensa área apresenta uma grande diversificação no tipo de vegetação: savanas (cerrado), estepe (caatinga), floresta ombrófila densa e aberta e floresta estacional semidecidual e decidual (Salgado et al. 1981). A caatinga é o tipo de vegetação mais comum, ocorrendo em todas as formas de relevo, excetuando as planícies fluvio-marinhas. As Florestas Ombrófilas Densa e Aberta, caracterizadas por uma vegetação florestal residual, limitam-se às áreas mais elevadas e às encostas submontanas do Planalto da Borborema. Estas áreas elevadas, denominadas “brejos de altitudes”, apresentam condições climáticas especiais, decorrentes do relevo que favorece maior precipitação e uma reciclagem de umidade. Este tipo de vegetação também recobre parte dos Tabuleiros Costeiros.
As áreas cobertas pelo presente estudo estão inseridas na Província Borborema, definida por Almeida et al. (1977), e na Província Costeira, mais precisamente representada pelas bacias Potiguar e Pernambuco-Paraíba.
A Província Borborema tem como principal característica as extensas zonas de cisalhamento com trend geral E-W e NE, geradas durante um importante evento de deformação dúctil ligado ao ciclo Orogênico Brasiliano (650-550 Ma; Brito Neves et al. 2000). As zonas de cisalhamento de Patos, Pernambuco, Picuí-João Câmara, Remígio-Pocinhos, Portalegre e Santa Mônica são as principais estruturas pré-cambrianas que ocorrem na área de trabalho. A estratigrafia da Província Borborema abrange um embasamento gnáissico-migmatítico de idade arqueana a paleoproterozóica, seqüências metassupracrustais de idade proterozóica e granitóides de idade pré-brasiliana e brasiliana (Jardim de Sá 1994; Brito Neves et al. 2000). Seus limites são definidos, a norte e leste, pelas bacias costeiras, e a oeste e a sul pela Bacia do Parnaíba e pelo Cráton São Francisco, respectivamente (Figura 2.5).
Figura 2.5 - Mapa geológico simplificado da Província Borborema onde estão exibidos seus principais domínios geotectônicos (Compilado de Jardim de Sá 1994).
uma tectônica rúptil (Matos 1987, 1992). De acordo com este autor, os esforços oriundos desta fragmentação propiciaram a instalação de um conjunto de pequenas bacias intracontinentais, sendo ainda responsáveis pela formação das bacias marginais, como parte da evolução do sistema de riftes cretáceos do Nordeste brasileiro.
Inseridas na área de trabalho, ocorrem a Bacia Potiguar, cuja evolução tectônica foi influenciada pelo regime transcorrente/transformante da Margem Equatorial Atlântica, e a Bacia Pernambuco-Paraíba, localizada na Margem Leste Brasileira, que evoluiu predominantemente a partir da instalação de riftes com distensão ortogonal. O preenchimento sedimentar dessas bacias (Potiguar e Pernambuco-Paraíba) é caracterizado por duas fases principais de deposição; rifte e drifte (Figura 2.6). Nas bacias interiores, situadas entre os lineamentos Patos e Pernambuco, ainda estão preservadas unidades pré-rifte, de idade paleozóica ou jurássica (Matos 1992).
Durante a fase rifte da Bacia Potiguar, a sedimentação foi tipicamente flúvio-lacustre, sendo caracterizada pela deposição de arenitos de leques deltáicos, conglomerados, folhelhos ricos em matéria orgânica e turbiditos intercalados, englobados na Formação Pendência, de idade neocomiano/barremiano (Araripe e Feijó 1994; Soares et al. 2003). Na Bacia Pernambuco-Paraíba esta fase é caracterizada pela seqüência sedimentar essencialmente siliciclástica de idade Aptiano/Albiano médio, correspondente à Formação Cabo, intercalada ou intrudida pela suite magmática Ipojuca (Feijó 1994; Almeida et al. 2005).
De acordo com Araripe e Feijó (1994), um estágio transicional é registrado na Bacia Potiguar, com idade neoaptiano e caracterizado por folhelhos e calcários lagunares, com influência marinha, intercalados por arenitos deltáicos, que compõem a Formação Alagamar.
Na Bacia Pernambuco-Paraíba, a sedimentação do estágio drifte transgressivo corresponde às extensas plataformas com unidades siliciclástico-carbonáticas, caracterizadas na Sub-Bacia da Paraíba pelas formações Beberibe, Itamaracá e Gramame, de idade variando do Coniaciano ao Maastrichtiano (Feijó 1994) e, na Sub-bacia de Pernambuco, pela Formação Estiva, cuja idade varia do Cenomaniano ao Santoniano (Almeida et al. 2005). A seqüência drifte regressiva é representada, na Sub-bacia de Pernambuco, pela sedimentação siliciclástica da Formação Algodoais, de provável idade paleógena (Lima Filho 1998; Almeida et al. 2005). Na Sub-bacia da Paraíba esta seqüência é representada pelos calcários da Formação Marinha Farinha, de idade variando do Paleoceno ao Mioceno (Feijó 1994).
O registro litológico cenozóico na área de trabalho (Figura 2.7) ainda inclui, no interior, a Formação Serra do Martins, caracterizada por uma alternância de arenitos finos a conglomeráticos e sedimentos pelíticos subordinados, de provável idade paleógena (Menezes 1999; Morais Neto 1999), com ocorrência nos Estados do Rio Grande do Norte e Paraíba, a seqüência vulcanossedimentar de idade Oligoceno-Mioceno (Souza et al. 2005), representada pelos sedimentos da Formação Campos Novos, na Paraíba, e as rochas vulcânicas da Formação Macau.
Baseado em relações topográficas e idades das rochas vulcânicas Galindo e Oliveira (2006), atribuíram um limite máximo (Paleoceno) para a idade dos sedimentos da Formação Serra dos Martins
Ao longo da costa ocorrem os depósitos clásticos da Formação Barreiras. Esta formação ocorre em uma ampla faixa do litoral brasileiro, que vai desde o Estado do Amapá até o Rio de Janeiro. Divergências importantes existem em relação à idade desta formação, sendo normalmente aceito um intervalo entre o Mioceno e o Plio-Pleistoceno. Apesar de serem, na sua maior parte, afossilíferas, existem trabalhos que datam essas rochas através de seu conteúdo de paleoflora (Salim et al. 1975; Arai et
al. 1988; Lima et al. 1990). Salim et al. (1975) identificaram a presença de Zonocostites
ramonae nesta formação e atribuíram à mesma idade (Mioceno superior). Estudos
palinológicos da Formação Barreiras, na Bacia Potiguar, mostraram a presença de
Retisteplanocolpites gracilis, indicativo de idade pliocênica (Lima et al. 1990). Estudos
