RESSALVA Atendendo solicitação do autor, o texto completo desta tese será disponibilizado somente a partir de 16/05/2026. I ns t i t u to de Geoc iênc ias e C iênc ias Exa tas Campus de Rio Claro PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS E MEIO AMBIENTE Desvendando o sistema fonte-sumidouro e a interação rocha-água em afloramentos da Formação Tatuí, Bacia Sedimentar do Paraná, no Centro-Leste do Estado de São Paulo, Brasil RAFAEL FRANCISCO HARTUNG Rio Claro - SP 2025 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “Júlio de Mesquita Filho” Instituto de Geociências e Ciências Exatas Câmpus de Rio Claro RAFAEL FRANCISCO HARTUNG Desvendando o sistema fonte-sumidouro e a interação rocha- água em afloramentos da Formação Tatuí, Bacia Sedimentar do Paraná, no Centro-Leste do Estado de São Paulo, Brasil Tese de Doutorado apresentada ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas do Câmpus de Rio Claro, da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Geociências e Meio Ambiente. Orientador: Prof. Dr. Fabiano Tomazini da Conceição Coorientador: Prof. Dr. Guillermo Rafael Beltran Navarro Rio Claro - SP 2025 H336d Hartung, Rafael Francisco Desvendando o sistema fonte-sumidouro e a interação rocha-água em afloramentos da Formação Tatuí, Bacia Sedimentar do Paraná, no Centro-Leste do Estado de São Paulo, Brasil / Rafael Francisco Hartung. -- Rio Claro, 2025 123 f. : il., tabs., fotos, mapas Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Rio Claro Orientador: Fabiano Tomazini da Conceição Coorientador: Guillermo Rafael Beltran Navarro 1. Formação Tatuí. 2. Bacia Sedimentar do Paraná. 3. Geoquímica sedimentar. 4. Geocronologia U-Pb. 5. Intemperismo químico. I. Título. Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Dados fornecidos pelo autor(a). 2 IMPACTO POTENCIAL DESTA PESQUISA A presente pesquisa tem o potencial de promover a difusão de conhecimento sobre a Formação Tatuí ao detalhar a sua proveniência sedimentar e os atuais processos intempéricos nela constatados a partir da interação água-rocha visando à realização estudos de explotação futura e sustentável de sua matéria-prima. Alinha-se aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 4, 8, 9, 11 e 12. POTENTIAL IMPACT OF THIS RESEARCH The present research has the potential to promote the dissemination of knowledge about the Tatuí Formation by detailing its sedimentary provenance and the current weathering processes observed therein, which arise from water-rock interaction, with the aim of enabling future studies on the sustainable exploitation of its raw materials. It aligns with Sustainable Development Goals (SDGs) 4, 8, 9, 11, and 12. 3 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “Júlio de Mesquita Filho” Instituto de Geociências e Ciências Exatas Câmpus de Rio Claro RAFAEL FRANCISCO HARTUNG Desvendando o sistema fonte-sumidouro e a interação rocha- água em afloramentos da Formação Tatuí, Bacia Sedimentar do Paraná, no Centro-Leste do Estado de São Paulo, Brasil Tese de Doutorado apresentada ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas do Câmpus de Rio Claro, da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Geociências e Meio Ambiente. Comissão Examinadora Prof. Dr. FABIANO TOMAZINI DA CONCEIÇÃO IGCE/UNESP/Rio Claro (SP) Dr. SERGIO RICARDO CHRISTOFOLETTI Instituto de Pesquisas Ambientais/SEMIL/São Paulo (SP) Dra. CIBELE CAROLINA MONTIBELLER Geóloga Autônoma/Rio Claro (SP) Prof. Dr. ANTENOR ZANARDO IGCE/UNESP/Rio Claro (SP) Prof. Dr. DIDIER GASTMANS CEA/UNESP/Rio Claro (SP) Conceito: Aprovado. Rio Claro (SP),16 de maio de 2025. 4 Dedico este trabalho à memória de minha querida avó, Elza B. Gimenez, cuja presença amorosa e ensinamentos acompanham cada passo que dou, aos meus pais, pelos valores e educação a mim transmitidos, e ao meu Orientador, Prof. Dr. Fabiano Tomazini da Conceição, pela confiança e por sempre ter acreditado em meu potencial enquanto aluno. 5 AGRADECIMENTOS Sou grato a Deus, aos meus pais, Abiud Hartung Junior e Osmarina Gimenez Hartung, e a todos os que colaboraram para tornar esta Tese de Doutorado uma realidade. Em especial, agradeço ao meu Orientador, Prof. Dr. Fabiano Tomazini da Conceição, por acreditar no meu potencial enquanto aluno e sempre ter me acompanhado em todas as fases do presente trabalho. Meus sinceros agradecimentos também ao Profª. Drª. Guillermo Rafael Beltran Navarro, Profª. Drª. Cibele Carolina Montibeller e ao Dr. Sergio Ricardo Christofoletti pelas críticas construtivas, justas e pertinentes e, especificamente aos dois últimos, pelos apontamentos e sugestões apresentadas durante o Exame Geral de Qualificação. Sou igualmente grato aos colegas e amigos que fiz ao longo desses anos em que a honra de estudar na UNESP, em especial, o Prof. Dr. Alex Joaquim Choupina Andrade Silva, Prof. Dr. Rodrigo Irineu Cerri, Geólogos Claudio Francisco Bueno Breda e Samuel Siqueira Reis, MSc. Julio Silva, Msc. Leonardo Alberto Sala pelos bons momentos de convivência e aprendizado. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- Brasil (CAPES) - código de financiamento 001, e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), por meio dos recursos disponibilizados ao Grupo de Pesquisa “Geomorfologia, Geocronologia, Geoquímica e Planejamento Ambiental”, coordenado pelo Prof. Dr. Fabiano Tomazini da Conceição e Profª. Drª. Cenira Maria Lupinacci, e com os quais tornou-se possível a execução da presente pesquisa. Por fim, registro agradecimento à Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP), universidade na qual tive a honra de estudar desde a Graduação, pela infraestrutura laboratorial disponibilizada. 6 “The result, therefore, of this physical inquiry is, that we find no vestige of a beginning, no prospect of an end” (Hutton, 1788, p. 200). 7 RESUMO Diversas lacunas ainda necessitam ser preenchidas em relação aos sistemas fonte- sumidouro em todas unidades estratigráficas da Bacia Sedimentar do Paraná (BSP), incluindo a composição química de seus protólitos originais e as condições paleoambientais constatadas na área-fonte à época da deposição de seus sedimentos. Adicionalmente, a obtenção de esclarecimentos acerca dos processos intempéricos atuantes sobre suas rochas quando expostas à superfície da Terra também se fazem necessários, propiciando uma melhor compreensão das transformações químico-mineralógicas nelas constatadas a partir da interação água- rocha. A Formação Tatuí é uma unidade litoestratigráfica da BSP, com história deposicional subsequente ao encerramento da última grande glaciação Gondwânica, ocorrida no Permocarbonífero. Para isso, foram coletadas 41 amostras de rochas, as quais foram submetidas às análises geoquímicas e geocronológicas U-Pb em zircões detríticos. No que concerne aos estudos de proveniência, houve o predomínio dos processos de intemperismo físico em condições de clima temperado frio junto à área- fonte, cujas rochas apresentaram composição proeminentemente félsica. Em relação às idades U-Pb, registrou-se um amplo domínio (~60,2%) de zircões cristalizados no intervalo entre o Toniano e o Ediacarano, com maior incidência no último período mencionado (~33,56%), considerado o auge do Ciclo Brasiliano-Pan-Africano na Faixa Brasília. Com base nas idades U-Pb obtidas, pode-se considerar um intervalo de deposição da Formação Tatuí entre 300 e 290 Ma. Dados de medições de paleocorrentes obtidos da literatura indicam sentido de área-fonte para NNE. Diante do exposto, considera-se que os seus sedimentos são oriundos de rochas da Faixa Brasília. As amostras selecionadas visando ao entendimento da interação água-rocha revelam que os processos de intemperismo químico são consistentes com a monossialitização, na qual há a formação de caulinita, goethita e anatásio. O desenvolvimento de futuras pesquisas envolvendo as demais unidades litoestratigráficas da Supersequência Gondwana I da BSP aflorantes na região centro- leste do Estado de São Paulo poderá contribuir para um entendimento mais abrangente sobre os sistemas fonte-sumidouro atuantes durante a sua deposição. Palavras-chave: Formação Tatuí; Bacia Sedimentar do Paraná; Geoquímica sedimentar; Geocronologia U-Pb; Intemperismo químico. 8 ABSTRACT Several gaps still need to be filled in relation to the source-sink systems in all stratigraphic units of the Paraná Sedimentary Basin (BSP), including the chemical composition of their original protoliths and the paleoenvironmental conditions observed in the source area at the time of deposition of their sediments. Additionally, obtaining clarifications about the weathering processes acting on their rocks when exposed to the Earth's surface is also necessary, providing a better understanding of the chemical- mineralogical transformations observed in them resulting from water-rock interaction. The Tatuí Formation, a lithostratigraphic unit of the BSP, has a depositional history subsequent to the termination of the last major Gondwanan glaciation of the Permo- Carboniferous. For this purpose, 41 rock samples were collected and subjected to geochemical analyses and detrital zircon U-Pb geochronology. Regarding provenance studies, physical weathering processes predominated under cold temperate climatic conditions at the source area, whose rocks exhibited a predominantly felsic composition. Concerning U-Pb ages, a clear predominance (~60,27%) of zircons crystallized during the Tonian to Ediacaran interval was observed, with the highest incidence in the latter period (~33,56%), considered the peak of the Brasiliano-Pan- African Cycle in the Brasília Belt. Based on the aforementioned ages, the depositional interval for the Tatuí Formation is positioned between 300 and 290 Ma. Paleocurrent data obtained from the literature indicate a source area to north-northeast. Therefore, it is considered that its sediments are derived from rocks of the Brasília Belt. The samples selected to understand water-rock interaction reveal that chemical weathering processes are consistent with monosiallitization, which involves the formation of kaolinite, goethite, and anatase. The development of future research involving the other lithostratigraphic units of the Gondwana I Supersequence of the BSP outcropping in the East-Central São Paulo State may contribute to a more comprehensive understanding of the source-to-sink systems active during its deposition. Keywords: Tatuí Formation; Paraná Sedimentary Basin; Sedimentary geochemistry; U-Pb geochronology; Chemical weathering. Title in English: Unveiling the source-to-sink system and water-rock interaction in outcrops of the Tatuí Formation, Paraná Sedimentary Basin, in the East-Central São Paulo State, Brazil 9 LISTA DE FIGURAS Figura 2-1: Mapa geral do continente sul-americano com destaque para o Brasil e o Estado de São Paulo (A); mapa do território paulista, destacando-se o segmento situado entre a sua capital e a área de trabalho (B); mapa contendo as principais rodovias paulistas para acessar a área de pesquisa, partindo da capital paulista (C); imagem da área de estudo obtida através do satélite "Sentinel-2", banda "R01" resolução de 60 m (D). .............................................................................................. 22 Figura 2-2: Visão geral da Bacia Sedimentar do Paraná (BSP) no continente sul- americano (A). Mapa de compartimentação da BSP com as supersequências Rio Ivaí, Paraná, Gondwana I, Gondwana II, Gondwana III e Bauru (B). A seta em preto contida no interior da Supersequência Gondwana I mostra a localização da área de estudo (mapas modificados de Carbonaro & Ghilardi, 2016); Coluna estratigráfica simplificada mostrando as divisões das seis supersequências mencionadas (modificada de Montibeller et al., 2020) (C). ...................................................................................... 24 Figura 2-3: Coluna estratigráfica simplificada da BSP e seu embasamento na região que abrange Piracicaba, Rio Claro e municípios adjacentes. Nela, é possível verificar a distribuição das unidades no tempo geológico (mais precisamente em termos de era e período), assim como os dados inerentes aos seus valores de espessuras estimados, suas descrições litológicas sintéticas e respectivos ambientes deposicionais. As informações relativas à Formação Tatuí encontram-se destacadas no interior do retângulo de borda vermelha (modificado de Perinotto & Zaine, 2008 e Christofoletti et al., 2015). ......................................................................................... 25 Figura 2-4: Mapa geológico da área de estudo, situada no segmento noroeste do AEP (modificado de Sousa, 2002). Os mapas de localização geral do polígono de trabalho na América do Sul, Brasil e Estado de São Paulo já se encontram apresentados na Figura 2-1 (A) e (B). .................................................................................................. 26 Figura 2-5: Levantamento litoestratigráfico referente ao segmento da Formação Tatuí aflorante no AEP obtidos com base nos levantamentos de três seções colunares realizados por Soares (1972), a saber: (A) “Fazenda Ipiranga (Rio Corumbataí)” – “Poço de Pitanga”, (B) “Fazenda Pitanga” e (C) “Fazenda Pitanga (2,5 km sul)”. Conforme pode ser verificado, os valores de espessura referentes à Formação Tatuí no segmento supramencionado variam entre cerca de 30 a 40 m. Na referida unidade, 10 há o claro predomínio de siltitos marrom-arroxeados e cinza-esverdeados a amarelados, litotipos predominantes relativos aos seus membros inferior e superior, respectivamente. A referida publicação não especifica se todas as cores anteriormente mencionadas são, de fato, primárias. Ambos os membros, assim os contatos inferior e superior desta unidade encontram-se separados por discordâncias erosivas. Minoritariamente, níveis de arenitos grossos e conglomerados são também nela reportados, destacadamente em porções próximas ao seu topo, além de calcário lenticular. Nos três casos, os litotipos da Formação Tatuí encontram-se sobrepostos a diamictitos do Grupo Itararé e sotopostos a conglomerados ou folhelhos negros a acinzentados do Membro Taquaral, base da Formação Irati. ................................... 29 Figura 2-6: Precipitação média mensal (A) e anual (B), desde 1971 até 2022, constatada para a estação pluviométrica D4-074, localizada em Ipeúna (SP) (dados obtidos de DAEE, 2023). ........................................................................................... 32 Figura 4-1: Imagem da área de estudo obtida através do satélite “Sentinel-1”, resolução de 60 m, destacando a localização da área correspondente à faixa de afloramentos da Formação Tatuí (Sousa, 2002) e a distribuição espacial dos pontos de amostragem. ........................................................................................................ 53 Figura 4-2: Fotografias de afloramentos contendo as variedades de litotipos siliciclásticos da Formação Tatuí coletados a partir dos levantamentos de campo realizados: siltitos marrom-arroxeado (RFH-1) (A), amarelado (RFH-12) (B), cinza- esverdeado contendo concreções pisolíticas centimétricas (RFH-28) (C); arenitos branco-amarelado muito fino (RFH-8) (D) e róseo-amarelado fino (RFH-35) (E). Salienta-se ainda a presença, no local em houve a coletada de arenito fino referente à amostra RFH-14, a presença de um ritmito, conforme pode ser verificado na fotografia (F). Ele apresenta alternância entre bandas centimétricas do referido arenito com outras relativas a siltito acinzentado. A amostra RFH-2 refere-se ao membro inferior da unidade litoestratigráfica que representa o escopo do presente trabalho, ao passo que as demais pertencem ao seu membro superior. ...................................... 56 Figura 4-3: Visão geral da paisagem onde amostras foram coletadas para geocronológicas U-Pb (imagem do Google Earth Pro — junho de 2024) (A). Contatos geológicos entre os Grupos Itararé e as Formações Tatuí e Irati na área de estudo (B). Bacia do Rio Passa Cinco na área de estudo onde afloram rochas do Grupo Itararé 11 (C). Afloramento da Formação Tatuí onde a amostra RFH-40 foi coletada (D). Em detalhe, o siltito arenoso corresponde à amostra RFH-41 (E). .................................. 57 Figura 5-1: Diagramas Al2O3 vs. TiO2 (A) e TiO2 vs. Zr (B) (Hayashi et al., 1997) relacionados à composição dos protólitos associados às áreas fontes das rochas da Formação Tatuí. ........................................................................................................ 65 Figura 5-2: Diagramas de proveniência sedimentar para análise geoquímica de rochas com contirbuições biogênicas ausentes ou escassas. As equações inerentes às funções 1 e 2, contidas respectivamente nos eixos das abscissas e ordenadas, são os seguintes: Função 1 = -1,773*TiO2 +0,607*Al2O3 +0,76*Fe2O3 -1,5*MgO +0,616*CaO +0,509*Na2O +1,224*K2O -9,09; Função 2 = 0,445*TiO2 +0,07* Al2O3 -0,25* Fe2O3 -1,142*MgO +0,438*CaO +1,475*Na2O +1,426*K2O -6,861 (extraído de Roser & Korsche, 1988). ....................................................................................... 66 Figura 5-3: Diagrama binário SiO2 vs. Al2O3+K2O+Na2O mostrando as condições de paleoclimáticas constatadas na área-fonte e maturidade química dos sedimentos (Suttner & Dutta, 1986). ............................................................................................ 67 Figura 5-4: Histograma mostrando a distribuição dos valores de idades U-Pb obtidos a partir das análises pontuais realizadas e a indicação da probabilidade relativa, cujos valores encontram-se representados graficamente através da linha vermelha......... 71 Figura 5-5: Seleção de fotografias retratando conjuntos de cristais de zircão datados, sendo as três superiores obtidas a partir da amostra RFH-41, enquanto que os demais foram extraídos do exemplar RFH-40 e que correspondem, respectivamente, ao topo e base da Formação Tatuí. Nas imagens acima, é possível constatar, com clareza, a preferência pela realização das análises pontuais (destacados pelos pontos vermelhos) no núcleo de seus referidos cristais. ....................................................... 71 Figura 5-6: Mapa de reconstituição paleogeográfica dos continentes e climatológica entre o Carbonífero Superior (A) (Scotese, 2000a) e Permiano Inferior (B) (Scotese, 2000b). ...................................................................................................................... 75 Figura 6-1: Agrupamento das amostras analisadas em diferentes quatro classes baseadas nos valores de CIA.................................................................................... 81 Figura 6-2: Fotomicrografia das lâminas RFH-24 (A e B), RFH-23 (C e D) e RFH-37 (E e F), visando destacar o crescimento progressivo de argilominerais neoformados 12 (Siglas: Ant – anatásio, Arg – argilominerais, Bt - biotita, Fds – felspatos, Gt – goethita, Hem – hematita, Ms – muscovita, Op – opacos, Qtz – quartzo e Zr – zircão). ......... 82 Figura 6-3: Diagramas binários mostrando a variação de Th (A), U (B) e da razão Th/U (C) em função de CIA. ............................................................................................... 83 Figura 6-4: Diagramas binários mostrando a variação da somatória dos elementos terras raras (ΣETR) (A) e da razão La/Lu (B) em função de CIA. ............................. 84 Figura 6-5: Diagrama binário mostrando a variação das concentrações de Zr para as amostras analisadas em função dos valores de CIA. ................................................ 86 Figura 6-6: Diagrama ternário ACNK ilustrando a intensidade dos processos de intemperismo químico para as rochas da Formação Tatuí (Nesbitt & Young, 1984). 87 13 LISTA DE TABELAS Tabela 2-1: Dados relativos à população, densidade demográfica, PIB nominal, PIB per capita e IDHM dos municípios paulistas de Charqueada, Ipeúna, Piracicaba e Rio Claro. ......................................................................................................................... 33 Tabela 3-1: Tabela-síntese com a evolução do conhecimento da Formação Tatuí.. 35 Tabela 4-1: Localização dos pontos de amostragem, elevação e breve descrição das rochas coletadas. ...................................................................................................... 54 Tabela 5-1: Valores de concentração dos elementos maiores (expressos em percentuais de peso de seus respectivos óxidos) para as amostras de rochas sedimentares frescas da Formação Tatuí. ................................................................ 63 Tabela 5-2: Valores de concentração dos elementos traços e elementos terras raras (ppm) para as amostras de rochas sedimentares frescas da Formação Tatuí.......... 64 Tabela 5-3: Dados numéricos para todos os grãos de zircão obtidos a partir das amostras RFH-40 e RFH-41, as quais foram coletadas juntos aos níveis de base e topo da Formação Tatuí. ........................................................................................... 68 Tabela 6-1: Valores de concentração dos elementos maiores (expressos em percentuais de peso de seus respectivos óxidos) e CIA para as amostras de rochas sedimentares da Formação Tatuí. ............................................................................. 78 Tabela 6-2: Valores de concentração dos elementos traços (expressos em ppm) e de razão Th/U registrados para as amostras rochas sedimentares da Formação Tatuí. .................................................................................................................................. 79 Tabela 6-3: Valores de concentração dos elementos terras raras (ppm), somatório dos elementos terras raras (ΣREE em ppm) e de razão La/U para as amostras de rochas sedimentares da Formação Tatuí. ............................................................................. 80 Tabela 6-4: Valores relativos ao Fator de Enriquecimento (FE) obtidos para cada uma das quatro classes de amostras compartimentadas com base em seus respectivos valores de CIA. .......................................................................................................... 85 14 LISTA DE ABREVIATURAS Af Areia fina C Conglomerado AEP Alto Estrutural de Pitanga Ag Areia grossa ANFACER Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para Revestimentos, Louças Sanitárias e Congêneres Am Areia média Amf Areia muito fina ASPACER Associação Paulista das Cerâmicas de Revestimento Ant Anatásio Arg Argilomineral não-discriminado BSP Bacia Sedimentar do Paraná Bt Biotita CIA Chemical Index of Alteration DAAE Departamento de Águas e Energia do Estado de São Paulo EF Enrichment Factor ETR Elementos Terras Raras EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária FIPE Fundação Instituto de Pesquisas Econômicas Fds Feldspato FUNDAÇÃO SEADE Fundação Sistema Estadual de Análise de Dados Gt Goethita Hem Hematita IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IDHM Índice de Desenvolvimento Humano Municipal Kln Caulinita Op Opacos LOI Loss on Ignition MEV Microscopia Eletrônica de Varredura PCSG Polo Cerâmico de Santa Gertrudes 15 LISTA DE ABREVIATURAS PIB Produto Interno Bruto PNUD Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento Qtz Quartzo ppm Partes por milhão RMP Região Metropolitana de Piracicaba Rt Rutilo SGS Société Générale de Surveillance Zr Zircão 16 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 17 1.1 Objetivos ............................................................................................................ 19 2 CARACTERÍSTICAS DA ÁREA DE ESTUDO ................................................... 21 2.1 Localização ........................................................................................................ 21 2.2 Aspectos geológicos regionais ....................................................................... 23 2.3 Aspectos da Formação Tatuí na área de estudo ............................................ 27 2.4 Aspectos geomorfológicos e pedológicos ..................................................... 30 2.5 Aspectos climáticos, hidrográficos e de vegetação ...................................... 31 2.6 Aspectos socioeconômicos ............................................................................. 33 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DA FORMAÇÃO TATUÍ NO CENTRO-LESTE PAULISTA ................................................................................................................ 35 3.1 Trabalhos pioneiros .......................................................................................... 39 3.2 Segunda metade do século XX ........................................................................ 41 3.3 Século XXI ......................................................................................................... 48 3.4 Potencialidade econômica e tecnológica ....................................................... 50 4 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 52 4.1 Amostragem ...................................................................................................... 52 4.2 Petrografia ......................................................................................................... 58 4.3 Geoquímica de rocha total ............................................................................... 59 4.4 Geocronologia U-Pb ......................................................................................... 59 4.5 Índice de Alteração Química e balanço de massa ......................................... 61 5 RESTRIÇÕES GEOQUÍMICAS E GEOCRONOLÓGICAS NO SISTEMA FONTE- SUMIDOURO DA FORMAÇÃO TATUÍ .................................................................... 62 5.1 Geoquímica de rochas frescas ........................................................................ 62 5.2 Geocronologia U-Pb ......................................................................................... 67 5.3 Sistema fonte-sumidouro ................................................................................. 72 6 ENTENDENDO A INTERAÇÃO ÁGUA-ROCHA NA FORMAÇÃO TATUÍ ........ 77 6.1 Análises geoquímicas ...................................................................................... 77 6.2 Processos de interação rocha-água-rocha ..................................................... 87 7 CONCLUSÕES ................................................................................................... 90 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 92 APÊNDICE – DESCRIÇÃO PETROGRÁFICA ..................................................... 112 17 1 INTRODUÇÃO A análise dos sistemas fonte ao sumidouro em bacias sedimentares siliciclásticas propicia importantes esclarecimentos relativos à reconstituição e interpretação de sua história evolutiva. Sob a óptica temporal, o intervalo analisado abrange desde o momento no qual houve o início da atividade erosiva junto à área- fonte até o estágio de soterramento dos mesmos (Blatt et al., 1980; Einsele, 2000; Boggs Junior, 2006; Miall, 2006). Ainda, estes estudos permitem um melhor entendimento sobre a composição química das rochas localizadas nas áreas-fonte e seus ambientes geotectônicos, além de contribuir com o fornecimento de dados relevantes acerca das condições paleogeográficas e dos controles paleoclimáticos atuantes durante os processos de intemperismo das mesmas (Dickinson, 1988; Haughton et al., 1991; Weltje & Eynatten, 2004; Garzanti, 2016). A utilização de diagramas geoquímicos de rocha total (principais óxidos, elementos traços e elementos terras raras – ETR) para o estudo dos sistemas fonte ao sumidouro mostra-se de grande valia, permitindo o detalhamento sobre a proveniência dos sedimentos devido ao comportamento imóvel constatado para determinados elementos químicos no decorrer do ciclo sedimentar (Bhatia, 1983; Bhatia & Crook, 1986; McLennan et al., 1984, 1993; Roser & Korsch, 1986; Verma & Armstrong-Altrin, 2013). Complementarmente a esta abordagem, a geocronologia U- Pb em cristais de zircão detríticos contidos nas rochas siliciclásticas é relevante para a delimitação segura dos eventos de cristalização e metamorfismo verificados junto às áreas-fonte responsáveis pelo seu preenchimento (Cawood et al., 2012; Gehrels, 2012, 2014; Spencer et al., 2016). Além disso, permite esclarecimentos sobre sua reconstituição paleogeográfica e da idade máxima de deposição inerente aos sedimentos analisados (Dickinson, 1988; Fedo et al., 2003; Copeland, 2020; Vermeesch, 2021). Em um estágio posterior, as rochas sedimentares siliciclásticas são expostas à superfície da Terra, onde os processos intempéricos começam a atuar. O intemperismo químico destaca-se pela sua atuação durante a formação do relevo na superfície da Terra, bem como na moderação do clima terrestre (White & Blum, 1995; Gaillardet et al., 1997). As características das rochas (composição, textura e densidade de fraturamento) associadas às condições climáticas são os principais fatores que controlam as interações água-rocha (Meybeck, 1987), com a biosfera, 18 hidrodinâmica, relevo e tempo também desempenhando papéis importantes (Martini & Chesworth, 1992). Por exemplo, um estudo pioneiro conduzido por Gibbs (1970) explicou os principais mecanismos que controlam a química das águas fluviais mundialmente, ou seja, precipitação atmosférica, intemperismo químico ou evaporação/cristalização fracionada. Posteriormente, estudos quantificaram o intemperismo químico globalmente e propuseram as taxas de remoção de elementos dos continentes para os oceanos (Dupré et al., 2003; Lerman et al., 2007). A quantificação do intemperismo químico ou erosão química pode ser feita com base na geoquímica fluvial em bacias hidrográficas, sendo a maioria dos estudos conduzidos em áreas com rochas basálticas (Dessert et al., 2003; Louvat et al., 2008; Conceição et al., 2015) ou graníticas (Oliva et al., 2003; West et al., 2005; Fernandes et al., 2016), sob diferentes condições de clima, relevo e uso da terra. Outra abordagem para o entendimento dos processos de interação água-rocha pode ser feita usando um balanço de massa nos perfis de intemperismo que recobrem as rochas frescas, permitindo investigar a redistribuição dos mais variados elementos químicos dentro de qualquer sistema supérgeno (Mathieu et al., 1995; Meneghel et al., 2022). Ainda, se houver informações geocronológicas da possível idade de exposição destas rochas na superfície da Terra, quando associadas com a espessura dos perfis de intemperismo, possibilita calcular-se as taxas de erosão química (Conceição et al., 2022). Assim, com a combinação das duas abordagens a história prolongada da dissolução-reprecipitação de minerais e da acumulação residual na superfície da Terra pode ser entendida. Crátons pré-cambrianos, cinturões orogênicos e bacias sedimentares são as principais estruturas geodinâmicas mundiais. A primeira delas representa os domínios litosféricos mais antigos e estáveis; ao passo que a seguinte consiste em um importante registro dos processos colisionais e de subducção responsáveis pela acresção e retrabalhamento crustal; e, por fim, a última delas, originada em resposta a diferentes regimes tectônicos e eustáticos, gera pacotes sedimentares cujo estudo e conteúdo são essenciais para desvendar a história evolutiva do planeta, mais especificamente os processos atuantes junto à crosta terrestre (Boggs Junior, 2006; Kearey et al., 2009; Teixeira et al., 2009; Grotzinger & Jordan, 2013). Dentre as bacias sedimentares brasileiras, a Bacia Sedimentar do Paraná (BSP) apresenta uma área total de aproximadamente 1.500.000 km2, distribuídos em quatro países sul-americanos: Brasil (1.100.000 km2), Argentina, Paraguai e Uruguai 19 (Milani, 2004; Milani et al., 2007). Milani (1997) propôs a compartimentação da BSP em seis unidades aloestratigráficas, também denominadas como sendo sequências de segunda ordem ou supersequências, sendo elas: Rio Ivaí (Caradociano- Landoveriano), Paraná (Lockoviano-Frasniano), Gondwana I (WestfalianoScythiano), Gondwana II (Anisiano-Noriano), Gondwana III (Neojurássico-Berriasiano) e Bauru (Aptiano-Maestrichtiano). Milani & Ramos (1998) ressaltam que as três supersequências mais antigas correspondem a sucessivos ciclos transgressivo- regressivos Paleozoicos, ao passo que as demais representam pacotes sedimentares continentais Mesozoicos. Salienta-se também o expressivo magmatismo basáltico continental do Paraná-Etendeka ocorrido durante o Cretáceo Inferior (entre 135.0 ± 0.6 e 132.0 ± 0.2 Ma) no sudoeste de Gondwana, antes de sua ruptura, o qual potencialmente induziu o evento de extinção Weissert (Gomes & Vasconcelos, 2021). Apesar dos destacados avanços no conhecimento científico sobre a Formação Tatuí, ainda existem importantes lacunas a serem superadas, haja vista que ainda não existem estudos integrando uma abordagem de sistemas fonte ao sumidouro e da influência do intemperismo químico após sua exposição à superfície da Terra de quaisquer das supersequências da BSP. A Formação Tatuí é uma importante unidade litoestratigráfica da BSP no estado de São Paulo, sendo a mesma cronocorrelata à Formação Rio Bonito. Ela é a responsável pelo registro do início do ciclo de sedimentação pós-glacial ocorrido no flanco nordeste desta bacia sedimentar, sendo composta por siltitos e arenitos muito finos a finos e, por vezes, exibindo grãos de areia concrecionados com cimento carbonático (Soares, 1972; Assine et al., 2003). Em seu nível de topo é verificada a presença de arenitos grossos a conglomeráticos, ricos em clastos de sílex, além de lentes de calcário dispersas ao longo desta unidade (Soares, 1972; Schneider et al., 1974; Bristrichi, 1981; Perrotta et al., 2006). A idade de deposição da Formação Tatuí, através de datação relativa com base em paleobotânica e palinologia, é atribuída ao Permiano (Beurlen, 1953; Daemon & Quadros, 1970; Marques-Toigo, 1991; Souza & Marques-Toigo, 2003). 90 7 CONCLUSÕES Ainda existem várias lacunas a serem preenchidas em relação aos sistemas fonte-sumidouro em todas unidades estratigráficas da BSP, bem como um estudo sobre os processos de intemperismo atuantes sobre suas rochas quando expostas na superfície da Terra. Neste trabalho, as rochas da Formação Tatuí na região centro- leste do estado de São Paulo foram estudadas, com as seguintes conclusões podendo ser inferidas: i) De maneira geral, a composição das rochas da área-fonte estaria associada à litotipos ígneos félsicos ao longo de todo o tempo de deposição da Formação Tatuí; ii) As condições paleoclimáticas atuantes nas rochas da área fonte eram associadas a um clima temperatura frio, com seus sedimentos apresentando maturidade química considerada incipiente; iii) Os baixos valores de CIA constatados para as amostras de rochas frescas analisadas reforçam a prevalência de atuação dos processos de intemperismo físico atuante junto à área-fonte; iv) Os cristais de zircão datados apresentam idades entre 2,646 ± 42 e 294 ± 9 Ma, com aproximadamente 60,27% dos resultados concentrados no intervalo Toniano-Ediacarano. O período com maior incidência de idades foi o Ediacarano, considerado o auge do Ciclo Brasiliano, com cerca de 33,56% do total; v) A deposição da Formação Tatuí iniciou-se por volta de 300 Ma, com base na idade apresentada pelo cristal de zircão mais novo e se estendeu por volta de 10 Ma, haja vista a ausência do registro de zircão cuja cristalização encontra-se associada ao evento vulcanogênico Choiyoi; vi) As medições de paleocorrentes para esta unidade possuem sentidos de área-fonte para NNE, colaborando com a consideração de a Faixa Brasília ser a área fonte para os sedimentos constituintes das rochas siliciclásticas da Formação Tatuí; vii) Após o transporte, a partir das considerações detalhadas de elementos faciológicos em rochas siliciclásticas da Formação Tatuí, considera-se que os paleoambientes deposicionais foram o marinho raso plataformal, além do transicional, com a contribuição de sistemas flúvio-deltaicos, barras de maré e, em âmbito local, cunhas clásticas e leques aluviais; 91 viii) Os valores de CIA referentes às amostras intemperizadas encontram-se entre 70,11 e 89,12, sendo que maioria delas (~64,3%) foram submetidas à forte intensidade de intemperismo químico, exibindo valores de CIA superiores a 80; ix) A hidrólise parcial, mais especificamente a monossialitização, foi o processo de intemperismo químico atuante nas amostras intemperizadas, com a destacada transformação de feldspato em caulinita, dissolução incongruentes de moscovita formando o mesmo argilomineral secundário anteriormente delineado, além da precipitação de goethita e anatásio; x) Observa-se uma correlação positiva entre Th, U e a razão Th/U com o aumento nos valores de CIA, devido à baixa solubilidade destes elementos durante a interação água-rocha. Ainda, ao examinar a soma total dos elementos terras raras (ΣETR) e a relação La/Lu em função de CIA, não se observou uma clara correlação entre esses fatores à medida que os processos de intemperismo químico se intensificam; xi) Como sugestões de pesquisas futuras que aprofundem o entendimento acerca da área-fonte desta unidade, destaca-se o desenvolvimento de estudos pautados especificamente no entendimento de seus minerais pesados através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), bem como a realização de análise granulométrica detalhada após a desintegração das amostras. xii) Por fim, sugere-se a condução de futuras investigações voltadas às demais unidades litoestratigráficas da Supersequência Gondwana I, na região centro-leste do Estado de São Paulo (Grupo Itararé e Formação Irati, associadas ao conhecimento já adquirido sobre a Formação Corumbataí), fornecendo, assim, um conjunto de informações mais robustas sobre os sistemas fonte-sumidouro atuantes durante a deposição desta supersequência da BSP. 92 REFERÊNCIAS AB’SABER, A. 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(Final) Capa padrão.pdf (Final) Elementos pré-textuais e textuais (Final) Ficha catalográfica (Final) Elementos pré-textuais e textuais 1 INTRODUÇÃO 17 1.1 Objetivos 19 2 CARACTERÍSTICAS DA ÁREA DE ESTUDO 21 2.1 Localização 21 2.2 Aspectos geológicos regionais 23 2.3 Aspectos da Formação Tatuí na área de estudo 27 2.4 Aspectos geomorfológicos e pedológicos 30 2.5 Aspectos climáticos, hidrográficos e de vegetação 31 2.6 Aspectos socioeconômicos 33 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DA FORMAÇÃO TATUÍ NO CENTRO-LESTE PAULISTA 35 3.1 Trabalhos pioneiros 39 3.2 Segunda metade do século XX 41 3.3 Século XXI 48 3.4 Potencialidade econômica e tecnológica 50 4 MATERIAIS E MÉTODOS 52 4.1 Amostragem 52 4.2 Petrografia 58 4.3 Geoquímica de rocha total 59 4.4 Geocronologia U-Pb 59 4.5 Índice de Alteração Química e balanço de massa 61 5 RESTRIÇÕES GEOQUÍMICAS E GEOCRONOLÓGICAS NO SISTEMA FONTE-SUMIDOURO DA FORMAÇÃO TATUÍ 62 5.1 Geoquímica de rochas frescas 62 5.2 Geocronologia U-Pb 67 5.3 Sistema fonte-sumidouro 72 6 ENTENDENDO A INTERAÇÃO ÁGUA-ROCHA NA FORMAÇÃO TATUÍ 77 6.1 Análises geoquímicas 77 6.2 Processos de interação rocha-água-rocha 87 7 CONCLUSÕES 90 REFERÊNCIAS 92 APÊNDICE – DESCRIÇÃO PETROGRÁFICA 112 1 INTRODUÇÃO 1.1 Objetivos 2 CARACTERÍSTICAS DA ÁREA DE ESTUDO 2.1 Localização 2.2 Aspectos geológicos regionais 2.3 Aspectos da Formação Tatuí na área de estudo 2.4 Aspectos geomorfológicos e pedológicos 2.5 Aspectos climáticos, hidrográficos e de vegetação 2.6 Aspectos socioeconômicos 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DA FORMAÇÃO TATUÍ NO CENTRO-LESTE PAULISTA 3.1 Trabalhos pioneiros 3.2 Segunda metade do século XX 3.3 Século XXI 3.4 Potencialidade econômica e tecnológica 4 MATERIAIS E MÉTODOS 4.1 Amostragem 4.2 Petrografia 4.3 Geoquímica de rocha total 4.4 Geocronologia U-Pb 4.5 Índice de Alteração Química e balanço de massa 5 RESTRIÇÕES GEOQUÍMICAS E GEOCRONOLÓGICAS NO SISTEMA FONTE-SUMIDOURO DA FORMAÇÃO TATUÍ 5.1 Geoquímica de rochas frescas 5.2 Geocronologia U-Pb 5.3 Sistema fonte-sumidouro 6 ENTENDENDO A INTERAÇÃO ÁGUA-ROCHA NA FORMAÇÃO TATUÍ 6.1 Análises geoquímicas 6.2 Processos de interação rocha-água-rocha 7 CONCLUSÕES REFERÊNCIAS (Final) Elementos pós-textuais APÊNDICE – DESCRIÇÃO PETROGRÁFICA