Estudos geoquímico e geocronológico aplicados em lateritas ferruginosas endurecidas dos setores de cuesta e depressão periférica paulista

Abstract

O objetivo foi realizar um estudo geoquímico e geocronológico em perfis lateríticos da porção central do estado de São Paulo; a partir das idades (U-Th)/He; das concentrações de elementos terras raras (ETR), U, Th, razões dos isótopos de Pb; teores Ctotal e valores δ13C. As amostras foram submetidas a diversas técnicas analíticas, fornecendo elementos que subsidiam a interpretação dos processos de formação e evolução da paisagem, bem como o paleoambiente associado. As análises mostraram que os óxi-hidróxidos de Fe cimentam grãos de quartzo. Uma tendência diferenciou as amostras de lateritas ferruginosas endurecidas coletadas em baixa e alta elevação. Amostras de maior elevação, predominantemente hematita, indicam condições ambientais mais estáveis, enquanto as de baixa elevação, compostas por minerais menores e menos organizados, geralmente goethita, refletem ciclos ambientais menos estáveis. A diferenciação foi reforçada pela relação da razão hematita/goethita e a altitude dos pontos de coleta. As concentrações de ETR nas lateritas ferruginosas endurecidas foram menores em hematitas e maiores em goethitas e amostras em estágio de alteração. O fracionamento entre os ETR leves (ETRL) e pesados (ETRP) indicou predominância de ETRL sobre ETRP em todos os compartimentos estudados, sugerindo uma maior mobilidade e acumulação diferencial dos ETR para os solos, possivelmente associada a processos de intemperismo e alteração química dos materiais sedimentares. A variação nas razões isotópicas de Pb (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) foram consistentes com valores da crosta continental superior e reforça uma origem comum entre os materiais analisados. Diferenças nas razões Th/U e U/Pb em lateritas ferruginosas endurecidas indicam idades distintas. A relação inversa de Pb com U e Th em amostras de média-alta altitude, sugere idades mais antigas. Os valores de δ13C indicam a predominância de vegetação C4, típica de savanas, durante a formação das lateritas ferruginosas endurecidas, refletindo a transição vegetal e condições climáticas do Mioceno tardio. Variações de δ13C entre solo e lateritas ferruginosas endurecidas refletem influências locais e possíveis transições de ambientes com plantas C3 para C4, além de possíveis impactos por intensificação do uso da terra com agricultura. Os valores δ13C e Ctotal são condizentes com as condições ambientais de formação das lateritas ferruginosas endurecidas. As idades (U-Th)/He das lateritas ferruginosas endurecidas sugerem três eventos de formação: Mioceno (23-5,3 Ma), Plioceno (5,3-1,6 Ma) e Pleistoceno (<1,6 Ma). A cronologia das superfícies de aplainamento mostrou relação com a altimetria. Na Superfície Rio Claro, relativamente jovem, as idades foram <1 Ma, correspondentes ao Pleistoceno. Na Superfície Urucaia, as idades variaram de 20 ± 2 Ma a <1 Ma, abrangendo o Mioceno e o Pleistoceno. Na Superfície Cuesta, mais elevada, as idades variaram de 18 ± 2 Ma a 3 ± 1 Ma, abarcando o Mioceno e Plioceno. Esses resultados são consistentes com a literatura, que correlaciona a altimetria à idade de formação. No entanto, a complexidade dos eventos tectônicos e climáticos ao longo do tempo acarretou uma sobreposição de idades, refletindo a formação de laterita ferruginosa endurecida em diferentes períodos, evidenciada pelas idades do Mioceno na superfície Urucaia e idades do Plioceno encontradas na superfície de Cuesta.

The objective was to carry out a geochemical and geochronological study in lateritic profiles of the central portion of the State of São Paulo; based on (U-Th)/He ages; the concentrations of rare earth elements (REE), U, Th, Pb isotope ratios; Ctotal contents and δ13C values. The samples were subjected to several analytical techniques, providing elements that support the interpretation of the processes of formation and evolution of the landscape, as well as the associated paleoenvironment. The analyses showed that the Fe oxyhydroxides cement quartz grains. A trend differentiated the samples of lateritic duricrust collected at low and high elevations. Samples from higher elevations, predominantly hematite, indicate more stable environmental conditions, while those from lower elevations, composed of smaller and less organized minerals, generally goethite, reflect less stable environmental cycles. The differentiation was reinforced by the relationship between the hematite/goethite ratio and the altitude of the sample sites. REE concentrations in lateritic duricrusts were lower in hematites and higher in goethites and samples in the alteration stage. Fractionation between light REE (LREE) and heavy (HREE) indicated a predominance of LREE over HREE in all studied compartments, suggesting greater mobility and differential accumulation of REE in the soils, possibly related to weathering processes and chemical alteration of the sedimentary materials. Variations in Pb isotopic ratios (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) were consistent with values from the upper continental crust and reinforce a common origin of the studied materials. Differences in Th/U and U/Pb ratios in lateritic duricrusts indicate different ages. The inverse relationship of Pb with U and Th in mid- to high-altitude samples suggests older ages. The δ13C values indicate the predominance of C4 vegetation, typical of savannas, during the formation of the lateritic duricrusts, reflecting the vegetation transition and climatic conditions of the late Miocene. Variations in δ13C between soil and lateritic duricrusts reflect local influences and possible transitions from environments with C3 to C4 vegetation, in addition to possible effects of land use intensification with agriculture. The δ13C and Ctotal values are consistent with the environmental conditions of formation of the lateritic duricrusts. The ages (U-Th)/He of the lateritic duricrusts suggest three formation events: Miocene (23-5.3 Ma), Pliocene (5.3-1.6 Ma) and Pleistocene (<1.6 Ma). The chronology of the planation surfaces showed a relationship with the altimetry. On the relatively young Rio Claro Surface, ages were <1 Ma, corresponding to the Pleistocene. On the Urucaia Surface, ages ranged from 20 ± 2 Ma to <1 Ma, spanning the Miocene and Pleistocene. On the higher Cuesta Surface, ages ranged from 18 ± 2 Ma to 3 ± 1 Ma, spanning the Miocene and Pliocene. These results are consistent with the literature, which correlates altimetry with age of formation. However, the complexity of tectonic and climatic events over time resulted in an overlap of ages, reflecting the formation of lateritic duricrusts in different periods, as evidenced by the Miocene ages on the Urucaia Surface and Pliocene ages found on the Cuesta Surface.