Geodinâmica Química: Sistemas de Rb/Sr e Sm/Nd

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A figura ilustra um modelo simplificado para a evolução dos isótopos de Sr no manto superior, com início na Terra primordial (modelada a partir dos condritos), há cerca de 4,55 Ga. A razão 87Sr/86Sr no manto nesse momento era de 0,699. Desde então, a mesma razão tem vindo a aumentar, no manto superior, à medida que a pequena quantidade de 87Rb no manto decai, assumindo uma razão inicial Rb/Sr de 0,032. Sem qualquer interferência, nos dias de hoje a razão 87Sr/86Sr ir-se-ia projectar com valor 0,7045. Assumindo que aos 2,9 Ga o manto sofre uma extracção magmática temos que: uma vez que o Rb é mais incompatível que Sr, visto ter maior afinidade com a fase líquida, vai ser removido pela mesma, empobrecendo o manto em 87Rb o que leva, consequentemente a uma redução na produção de 87Sr. O resíduo é então caracterizado por uma razão Rb/Sr de 0,01, ou seja, mais baixa. À medida que o tempo passa a razão 87Sr/86Sr vai continuando a aumentar, mas a uma velocidade mais baixa pois a razão Rb/Sr também é mais pequena. Na actualidade a porção do manto vai ter uma razão 87Sr/86Sr mais baixa do que se tivesse evoluído sob condições primordiais, sem alteração. O valor do basalto reflecte o valor do manto de onde o magma derivou. A fonte mantélica deste basalto tem um empobrecimento integrado no tempo, isto é, para o MORB-N estar posicionado naquele ponto é porque houve alterações. Se considerarmos que parte do manto que sofreu alteração foi enriquecida, a projecção seria em MORB-P mas, uma vez que continua abaixo da recta da normal, o seu significado continuaria a sugerir um empobrecimento, uma vez que é essa a resultante. Assumindo um enriquecimento em Rb aos 2,5 Ga, a razão Rb/Sr será mais elevada e a razão 87Sr/86Sr também é maior. A fonte mantélica é caracterizada por um enriquecimento integrado no tempo. Causas para o enriquecimento: Vamos considerar uma porção do manto que por um processo qualquer sofre extracção magmática, então a razão Rb/Sr diminui na fonte e o magma que sai possui uma razão Rb/Sr por sua vez mais alta, devido à maior quantidade de Rb. O magma tanto pode ir para a superfície (vulcanismo, etc.) ou veincular porções do manto suprajacentes. Se uns milhões de anos mais tarde esta porção fundir (1), o manto como um todo vai ter uma razão Rb/Sr mais alta que a inicial e a assinatura será do tipo: Figura. Sistema Samário – Neodínio: São ambos elementos incompatíveis com maior tendência a fraccionar nos líquidos. Como o Nd apresenta menor número atómico é um pouco maior que o Sm, concentrando-se mais nos líquidos por maior incompatibilidade. A razão Sm/Nd decresce com a fusão parcial (comparado com a fonte) ou em líquidos tardios resultantes da cristalização fraccionada. A vantagem de usar este sistema em relação a Sr, é que este último é facilmente alterável com água ao contrário de Sm e Nd que, por possuírem elevado potencial iónico (HFSE), têm menor mobilidade na presença de fluidos aquosos. Em rochas metamórficas e alteradas, os resultados são mais fiáveis do que usar isótopos de Sr. Entre os inúmeros isótopos de Sm e Nd, dois estão relacionados com processos de decaimento radioactivo: 147 Sm → 143 Nd. (figura) Este gráfico é análogo ao do sistema Rb/Sr e mostra a evolução da razão 143Nd/144Nd no manto superior ao longo do tempo. CHUR corresponde a “chondrite uniform reservoir” e a linha CHUR Bulk Earth (1) mostra a evolução da razão do manto se for um sistema fechado; uma vez que Nd não é um produto radiogénico é constante ao longo do tempo. À medida que 147Sm decai para 143Nd, a razão 143Nd/144Nd aumenta (igual a 87Sr/86Sr). Contudo, uma vez que neste sistema o elemento filho Nd é mais incompatível que o pai, Sm, o enriquecimento e empobrecimento do manto vai ocorrer de forma contrária ao sistema anterior. O manto empobrecido apresenta razões 143Nd/144Nd mais elevadas que o manto enriquecido. Se aos 2,5 Ga ocorrer um fenómeno de fusão parcial é removida maior quantidade de Nd do que Sm. O manto fica assim empobrecido em isótopo filho do que em Sm, por contraste a Rb/Sr. Como resultado deste empobrecimento a elevada razão Sm/Nd irá gerar, por fusão parcial mais 143Nd do que 147Sm relativamente à razão original de 143Nd/144Nd. Outras zonas do manto podem tornar-se enriquecidas (através de melts que ficaram residentes e concentraram localmente Nd, ou fluidos metassomáticos que concentraram e depositaram Nd). Estas áreas enriquecidas do manto seguem a tendência do enriquecimento reflectindo baixas razões de Sm/Nd que resultam na geração de pequenas quantidades de 143Nd, possuindo um efeito diminuto nas largas quantidades de Nd iniciar do sistema. Os basaltos derivados do manto têm a mesma razão 143Nd/144Nd que a fonte mantélica no momento de fusão parcial porque o Nd não sofre fraccionação de massa durante a mesma ou em processos de cristalização.