O Método ⁴⁰Ar – ³⁹Ar

Introdução

A descoberta, através da previsão conceitual, do método ⁴⁰Ar-³⁹Ar por Sigurgeirsson (1962) levou outros pesquisadores a estudarem as bases conceituais da nova técnica geocronológica, como Merrihue (1965) e Merrihue & Turner (1966). Um importante passo no desenvolvimento desta nova técnica foi dado por Merrihue, um estudante de pós-graduação na Universidade da Califórnia. Merrihue em 1965 reportou que o ³⁹Ar gerado em um reator nuclear a partir do decaimento forçado do ³⁹K em uma amostra poderia ser medido em um espectrômetro de massa. Em adição, os outros isótopos de Ar poderiam ser medidos incluindo o ⁴⁰Ar e ³⁶Ar e a partir destas abundâncias o valor de ⁴⁰K poderia ser indiretamente obtido.

Estes estudos indicavam que o método seria bastante eficaz e poderia contornar alguns pontos negativos de ordem analítica que afetavam o método K-Ar convencional. Assim, por exemplo, um dos mais graves problemas do método K-Ar decorre da análise ser efetuada em frações distintas da mesma amostra para a determinação do K e do Ar. Na nova técnica ambos os elementos são medidos na mesma fração do mineral a analisar de forma que só se medem razões isotópicas do Ar, eliminando problemas relativos a não homogeneização perfeita da amostra. O método foi inicialmente usado para a datação de amostras muito pequenas ou muito valiosas, tais como meteoritos e rochas lunares. Os seus princípios e procedimentos analíticos estão discutidos detalhadamente em Mitchell (1969), Dalrymple & Lanphere (1969 e 1971), Dallmeyer (1974, 1978), Faure (1986) e McDougall & Harisson (1988, 1999).

A capacidade interpretativa com o método ⁴⁰Ar-³⁹Ar foi ampliada a partir da utilização da técnica da fusão por etapas (step heating). Através dessa técnica inovadora tornaram-se possíveis inferências sobre a idade de diferentes reservatórios de Ar no interior de um grão. Desta forma, questões relativas à perda de Ar radiogênico, presença de Ar incorporado e a permanência da amostra como um sistema químico fechado desde a sua cristalização inicial passaram a ser passível de estudos.

O princípio do método

O método analítico ⁴⁰Ar-³⁹Ar é bastante semelhante a do K-Ar convencional. A principal diferença reside na não necessidade de se obterem medidas de K na amostra em estudo. Este método baseia-se na formação de ³⁹Ar pela irradiação de amostras contendo K em um reator nuclear de nêutrons rápidos. As determinações ⁴⁰Ar-³⁹Ar são efetuadas dosando-se o ⁴⁰Ar radiogênico resultante da desintegração do ⁴⁰K ao longo da vida da amostra. A determinação do ⁴⁰K é obtida a partir da medida de ³⁹Ar produzido artificialmente a partir do ³⁹K, uma vez que a relação ⁴⁰K/³⁹K é constante na natureza.

No interior do reator atômico (Figura 8) são gerados outros isótopos durante o bombardeamento da amostra com nêutrons. Entre esses isótopos gerados artificialmente o ³⁷Ar,³⁸Ar,³⁹Ar e ⁴⁰Ar podem provocar interferências nas razões isotópicas utilizadas para o cálculo da idade. Desta forma algumas correções são necessárias de forma a eliminar estas interferências. Somente o ³⁹Ar proveniente da reação do ³⁹K interessa para o cálculo da idade, sendo que o ³⁹Ar gerado a partir do ⁴²Ca deve ser descartado. Na determinação do ⁴⁰Ar deve-se, da mesma forma que no método K-Ar, descontar o ⁴⁰Ar atmosférico (com base no ⁴⁶Ar) e o ⁴⁰Ar

A técnica de ativação neutrônica aplicada ao método ⁴⁰Ar-³⁹Ar leva também em conta a determinação do ³⁹Ar em função do tempo de irradiação, do fluxo de nêutrons rápidos e da área da amostra exposta na irradiação. A dificuldade de se medir os parâmetros acima citados é resolvida através da utilização de amostras padrões com idades muito bem conhecidas que são incluídas no reator juntamente com as amostras de idades desconhecidas a serem analisadas. Podem ser incluídas também no mesmo porta-amostras padrões com abundâncias de Ca conhecidas de forma a se efetuar as correções dos isótopos de Ar interferentes.originado a partir da irradiação do ⁴⁰K, ⁴³Ca e ⁴⁴Ca.

Figura 8. Esquema dp reator de neutrinos rápidos em operação no IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares) em São Paulo-SP (adaptado de Vasconcelos et al., 2003).

O procedimento convencional inclui a colocação das amostras e padrões em discos de alumínio (Figura 9), lacrados e encaixados em tubo de sílica para ser mantido em vácuo. O tubo de sílica é ainda coberto por uma capa de cádmio para garantir que as amostras não sejam expostas a temperaturas altas no interior do reator. O porta-amostras é encaixado em um sistema rotativo no interior do reator para garantir que cada posição dos discos de irradiação recebam a mesma dosagem de nêutrons por um período de 30 horas. Terminada a irradiação a amostra deve ficar estocada (quarentena) durante duas a três semanas para que a radiação emitida caia a um nível tolerável (para a saúde humana) de modo a se proceder a extração do Ar por fusão total ou por fusão por etapas.

Figura 9. Exemplos de discos para acondicionamento de amostras nos procedimentos laboratoriais do método ⁴⁰Ar-³⁹Ar. O disco de alumínio (acima) é utilizado no reator, pois sua composição é inerte ao fluxo de nêutrons. O disco de cobre (abaixo) é utilizado na linha de extração a laser acoplado on line com o espectrômetro de massa.

A linha de extração de argônio pode ser equipada por um sistema automático de extração e purificação. No caso da utilização de forno elétrico (Figura 10), as amostras são introduzidas envolvidas em papel alumínio ou encapsuladas em tubinhos de quartzo. Quando utilizada a fusão a laser (Figura 11), o sistema é composto por uma mesa óptica, onde é possível a visualização da amostra no disco de cobre (Figura 9) e a extração ocorre por aquecimento através de um feixe de laser contínuo. A purificação do gás ocorre no interior de câmara de aço equipado com forno e dois getters (eliminadores de gases como CO₂, CO, etc.). O procedimento de aquecimento gradual é realizado automaticamente por computador onde é definido a potência do laser e o tempo de cada estágio de aquecimento durando entre 30-60 segundos. Este procedimento é repetido várias vezes para cada amostra a potências do laser progressivamente maiores, resultando em extrações de várias frações de gás a temperaturas crescentes. Cada fração de gás obtida é analisada individualmente no espectrômetro de massa e os resultados lançados em diagrama de idade aparente versus % ³⁹Ar liberado.

Figura 10. Forno de alta temperatura (1.200-1.300^oC) para a fusão de amostras a serem analisadas pelo método ⁴⁰Ar-³⁹Ar.

Figura 11. Sistema ótico de focalização do laser acoplado on line com o sistema de purificação e ao espectrômetro de massa (adaptado de Vasconcelos et al., 2003).

As análises espectrométricas são realizadas utilizado-se o espectrômetro de massa de fonte gasosa (exemplificado na Figura 12) equipado com uma fonte tipo-Nier e com dois coletores, um Faraday, posicionado no setor de massas altas do eixo ótico e um eletromultiplicador de elétrons posicionado no setor de massas baixas do eixo ótico. Uma janela de coleta permite resolução de massa de todos os picos de argônio suficiente para a separação de seus interferentes, como por exemplo os hidrocarbonetos.

Figura 12. Espectrômetro de massa de fonte gasoza utilizado na década de 1990 para análises ⁴⁰Ar-³⁹Ar.

Interpretações e as vantagens do método

As principais vantagens do método ⁴⁰Ar-³⁹Ar são: (1) a eliminação da necessidade de duas alíquotas para obtenção das abundâncias de ⁴⁰K e de ⁴⁰Ar e (2) a possibilidade de se obter diversas idades em um grão de amostra a partir de frações de gás parcialmente liberadas no transcorrer da fusão por etapas. Ao contrário do método K-Ar e do método ⁴⁰Ar-³⁹Ar por fusão total, na técnica de fusão por etapas uma série de idades de uma única amostra pode ser obtida através do aumento gradual da temperatura. O Ar liberado em cada etapa é recolhido, purificado e analisado on line no espectrômetro de massa.

Se o sistema químico (o mineral datado) permaneceu fechado (Figura 13), todas as idades obtidas nas diferentes temperaturas serão as mesmas, gerando um espectro de idades contínua e constante, definido como homogênea (Figura 14a) ou plateau. Por convenção, a idade plateau é definida quando no mínimo 60% do gás liberado pelo grão apresenta idades iguais (entre erros). É necessário também, para definição de uma idade plateau, que todas as frações de gases liberados de mesma idade sejam contínuos.

Rochas e minerais que tenham experimentado perda parcial de Ar após a cristalização podem fornecer espectros variados. Neste caso se o grão apresentar perda de Ar nas suas bordas (Figura 14b), e neste caso os primeiros gases liberados indicarão idades mais jovens do que os gases liberados do centro do grão, onde a idade original foi mantida. Em outro caso o mineral pode sofrer aquecimento e rehomogeneização parcial e preservar o Ar do evento termomagmático na parte central do grão (Figura 14c). De forma equivalente, rochas e minerais podem conter ⁴⁰Ar em excesso resultado da contaminação de rochas encaixantes mais antigas. Nesse caso os gases liberados das bordas do grão indicarão idades anômalas mais antigas (Figura 14d). E o centro do grão, que tende a liberar gases a temperaturas mais altas, indicará a idade original da amostra. Quando o Ar em excesso é distribuído uniformemente através do grão analisado, a idade obtida, mesmo que homogênea será mais antiga que a idade do mineral. Em alguns casos o Ar pode se distribuir de forma heterogênea do interior do grão e o diagrama apresentar padrão de difícil interpretação (Figura 14e) com idade geologicamente sem significado.

A principal desvantagem do método ⁴⁰Ar-³⁹Ar é a necessidade de padrões externos que devem ser analisados alternadamente com as amostras de idades desconhecidas. Estes padrões foram analisados pelo método K-Ar por uma rede de laboratórios (Renne et al, 1998; Renne, 2000) e suas respectivas idades são muito bem conhecidas após centenas de datações, o que permite a sua utilização com erros menores do que 1%, de forma a não induzir propagação de erro no cálculo das idades das amostras desconhecidas.

Figura 13. Processos de difusão permitem a fuga de argônio após a cristalização do mineral. Por outro lado, a alta quantidade de argônio nos grãos das rochas encaixantes podem promover o excesso (entrada) de argônio no grão.

Uma outra causa para idades anômalas mais antigas decorre da perda de ³⁹Ar por recoil durante a irradiação por nêutrons rápidos (Figura 14e). Este fenômeno (definido como perda de gás Ar nas bordas do grão) é resultado da difusão de Ar nas bordas dos grãos no interior do reator durante a ativação neutrônica e ocorre somente em minerais com granulometria muito fina como a glauconita.

Figura 14. Exemplos de espectros e possíveis interpretações de idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar obtidas pela técnica de step heating.

Na prática, os espectros podem ser mais complexos, notadamente em rochas de evolução policíclica, ou mesmo em minerais afetados por uma simples intrusão. Admite-se que os grãos minerais da mesma espécie, de tamanho mais ou menos uniforme, originados em uma mesma rocha, logo com concentrações de K iguais ou muito parecidas mostrem uma variação nas razões ⁴⁰Ar-³⁹Ar nas diferentes frações do gás liberado em várias temperaturas. Ao se iniciar a extração de Ar, a primeira fração obtida em baixas temperaturas (600-700ºC), representa o Ar que estava retido nas camadas externas do grão onde facilmente ocorrem escape ou acúmulo de Ar estranho a amostra (atmosférico ou liberado por outras fases de minerais). As frações seguintes, obtidas em temperaturas mais altas e originadas das camadas mais internas do grão, tendem a apresentar razões ⁴⁰Ar/³⁹Ar mais elevadas e idades mais antigas. É importante lembar, entretanto, que cada fração de gás é analisado como uma amostra independente pela equação da Figura 15 e disposição gráfica de todas as idades obtidas de cada uma das frações em um único diagrama (Figuras 14a até 14d) é que permite a interpretações acima propostas. A interpretação destas idades obtidas pela técnica de stepheating deve levar em conta as temperaturas de bloqueio do Ar para cada fase mineral, como apresentadas na Tabela 1.

Figura 15. Equação para o cálculo de idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar. Am = amostra; pd = padrão.

Tabela 1. Temperatura de bloqueio dos principais minerais utilizados para datação ⁴⁰Ar-³⁹Ar

Diagramas isocrônicos ⁴⁰Ar*/³⁹Ar

Qualquer que seja o método de datação usado através de isótopos de Ar em materiais terrestres, é sempre necessário fazer uma correção devido a presença do Ar aprisionado pela rocha ou mineral, cuja composição isotópica pode não ser igual à atmosférica atual. As correções são feitas com base na presença do ³⁶Ar que se sabe ser exclusivamente de origem atmosférica, ou seja, utiliza-se a razão ⁴⁰Ar/³⁶Ar que é constante e igual a 295,5.

Hoje sabemos que tais correções podem não ser totalmente adequadas pois ambos os isótopos de Ar (36 e 40), apresentam razões distintas do atribuído convencionalmente, e podem ser incorporados a amostra durante os processos de cristalização ou durante a evolução na crosta terrestre. Se a razão real for maior, haverá um excesso aparente de ⁴⁰Ar* (* = radiogênico) e, conseqüentemente, a idade convencional calculada será superior a real. No caso contrário, ou razão menor que 295,5, haverá deficiência de ⁴⁰Ar*, ou seja, ocorrerá uma idade inferior atribuída a uma perda parcial de Ar*.

O diagrama de correlação isotópica com Ar isocrônico permite obter não só a razão ⁴⁰Ar/³⁹Ar, como a idade correta (Merrihue & Turner,1966; Berger & York, 1970; Dalrymple & Lamphere, 1974 e Faure, 1986). Este diagrama é bastante semelhante e até mesmo equivalente ao diagrama isocrônico das datações K/Ar convencionais. A principal diferença é que, enquanto a isócrona convencional usa diversas amostras cogenéticas para traçar a reta, o diagrama ³⁹Ar/³⁶Ar usa exclusivamente as várias frações de gás liberadas de uma mesma amostra em diferentes temperaturas.

A grande vantagem desta técnica reside na obtenção, em uma única amostra, do valor verdadeiro da razão (⁴⁰Ar/³⁶Ar)₀, da fração não radiogênica das fases liberadas, e conseqüentemente, permitir o cálculo da idade real no caso desta razão ser diferente de 295,5.

Minerais utilizados e temperaturas de fechamento

Em princípio qualquer mineral potássico pode ser utilizado para datação K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar, porém algumas restrições existem. Estas técnicas são aplicadas principalmente para rochas ígneas e metamórficas apesar de que rochas sedimentares também são aplicáveis em alguns casos. Para determinações de ⁴⁰Ar e ⁴⁰K serem possíveis, uma amostra obviamente deve ter K e Ar radiogênico mensuráveis e apresentar a capacidade de reter o Ar radiogênico. Os minerais de maior aplicação são aqueles que apresentam o K em retículos cristalinos como anfibólio, biotita, muscovita e plagioclásio (Figura 16). Esse elemento pode ser essencial ou ser aceito através de substituição por outro cátion na estrutura do mineral cristalizado.

Os diferentes espectros de idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar obtidas através de fusão por etapas indicam que a perda de Ar é fortemente controlada por difusão em volume, como demonstrado por Turner (1968). Um conjunto de curvas teóricas para rochas que sofreram variadas perdas de gás desde 0 até 100% em material isotrópico permite avaliar a quantidade de gás perdido em uma amostra. As bases conceituais e os casos estudados pelo método ⁴⁰Ar-³⁹Ar demonstram que rochas de baixo grau metamórfico podem ser datadas sob condições favoráveis. Em adição, os dados coletados através da rotina de fusão parcial podem ser utilizados para identificação de coeficientes de difusão à diferentes temperaturas. Por extensão o método ⁴⁰Ar-³⁹Ar permite a construção de curvas de resfriamento para rochas que contém diferentes minerais potássicos e que apresentam diferentes temperaturas de fechamento.

Feldspatos alcalinos

Em função da sua abundância na natureza, especialmente em rochas silicáticas, e pela sua alta concentração de K (até 14%) os feldspatos alcalinos tem sido amplamente utilizados para cálculos de idade pelo método ⁴⁰Ar-³⁹Ar. Esses minerais foram uma escolha natural nos primeiros estágios do desenvolvimento da técnica ⁴⁰Ar-³⁹Ar, porém os resultados eram freqüentemente difíceis de interpretar, por razões que atualmente estão sendo melhor explicadas.

Feldspatos alcalinos ocorrem comumente com fenocristais em lavas silicáticas onde passam por um rápido resfriamento. Esses feldspatos da série sanidina-anotoclásio-albita podem ser homogêneos, especialmente quando ocorrem minerais com composições de K mais ricas que Or_67. Feldspatos alcalinos vulcânicos com composição entre Or₆₀ e Or₂₅ podem exibir fases ricas em K e ricas em Na em escala microscópica e gerar criptopertitas ou criptoantipertitas. De forma geral feldspatos alcalinos de alta temperatura são ideais para datação K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar, fornecendo em muitos casos idades que podem ser interpretadas como do vulcanismo.

Em rochas plutônicas e metamórficas os feldspatos alcalinos apresentam soluções subsólidas em equilíbrio, resultando em exsolução ou intercrescimento entre as fases potássicas e sódidas. Nesses casos, foi identificado que os feldspatos alcalinos fornecem idades mais jovens do que as biotitas, tendo sido abandonados subseqüentemente nos laboratórios de datação K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar. Identificou-se que os feldspatos alcalinos com fases ricas em Na e K separadas apresentam baixa temperatura de retenção para o Ar radiogênico, ao redor de 150ºC. Foland (1974) e Harrison & McDougall (1982) sugerem que os feldspatos alcalinos apresentam alta difusão de Ar provavelmente devido a estrutura do retículo cristalino. Conseqüentemente, durante o resfriamento lento o mineral continua a perder Ar radiogênico.

Plagioclásio

Membros da série dos plagioclásios tem sido comumente utilizados nas datações pelos métodos K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar. Como os plagioclásios compreendem uma série entre a albita (rica em Na) e a anortita (rica em Ca), eles apresentam baixos teores de K, geralmente entre 0,1% e 1%. Nas rochas vulcânicas os plagioclásios podem apresentar soluções sólidas quase completas. Estudos utilizando técnicas de raios-x e microssonda mostram que plagioclásios de baixa temperatura apresentam estruturas complexas com domínios microscópicos apresentando diferentes composições (Smith,1974).

Existem poucas informações detalhadas sobre as propriedades de retenção do Ar radiogênico nos plagioclásios. Trabalhos empíricos evidenciam, entretanto que a temperatura de retenção de Ar radiogênico nos plagioclásios é algo inferior ao da biotita (300ºC), possivelmente entre 200ºC e 250ºC. Em decorrência dos baixos valores de K nos plagioclásios a incorporação de Ar em excesso pode ter dramáticos efeitos na idade medida, fornecendo valores de idades anomalamente mais velhas, problema esse que pode ser reconhecido em plagioclásios tanto em rochas metamórficas como em rochas ígneas. Desta forma as análises de plagioclásios pela técnica de ⁴⁰Ar-³⁹Ar por aquecimento em etapas pode fornecer espectros particularmente úteis no reconhecimento da presença de Ar em excesso.

Feldspatóides

Leucita e nefelina são os dois únicos minerais desse grupo que apresentam aplicação para datação pelos métodos K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar. A leucita é relativamente rara e encontrada em lavas insaturadas ricas em K, ocorrendo também em rochas geradas em ambiente hipa-abissal. Por causa do seu alto conteúdo em K (17,9%wt) a leucita é um bom candidato para datação ⁴⁰Ar-³⁹Ar, porém a sua rara ocorrência e facilidade para alteração proíbem a sua utilização de forma extensiva.

A nefelina é um mineral comum em rochas alcalinas, ocorrendo como fase primária em muitas rochas ígneas, ocorrendo também em algumas rochas metamórficas. Este mineral não tem sido largamente utilizado para datação ⁴⁰Ar-³⁹Ar, mas aparenta fornecer idades confiáveis e aparentemente apresenta boa retentividade de Ar radioativo.

Biotita e Flogopita

O grupo da flogopita inclui micas de variada composição, como os minerais ricos em Mg (flogopita e anita) e minerais mais enriquecidos em Al (eastonita e siderofilita). Outras substituições são possíveis, especialmente F^- por OH^- como no caso da flogopita (Mg/Fe>2) e biotita (Mg/Fe<2), cujos conteúdos de K variam entre 7,4 e 9,1%. A fogopita é comum em rochas ultramáficas e a biotita tem larga ocorrência em rochas ígneas e metamórficas.

Os minerais do grupo da biotita são muito úteis para propósitos geocronológicos. No caso de rochas ígneas com rápido resfriamento fornece idades K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar próximas da idade de intrusão. Em caso de rochas ígneas com resfriamento lento e rochas metamórficas, a idade da biotita reflete o período em que o resfriamento passou pela temperatura entre 300 e 350ºC, a temperatura de fechamento do Ar radiogênico na biotita. Conseqüentemente as idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar em biotita não fornecem a idade de intrusão de uma rocha ígnea, nem o período do pico metamórfico, mais fornece informações relacionada com a história de resfriamento. Por essa característica as idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar em biotita apresentam grande vantagem na determinação da história térmica de um terreno, principalmente quando usada em conjunto com medidas em outros minerais que tem diferentes temperaturas de retenção do Ar radiogênico.

Muscovita

A muscovita pode apresentar até 9,7% de K em sua estrutura e ocorre comumente em rochas metassedimentares. Ela também ocorre em rochas graníticas e pegmatíticas associadas. Sericita é o termo usado para descrever muscovitas finas e fengita é a variedade formada em condições metamórficas de alta pressão e baixa temperatura.

As micas brancas são extensivamente utilizadas para datação K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar uma vez que elas apresentam boas propriedades de retenção do Ar radiogênico. Em contraste com a biotita, as micas brancas apresentam temperatura de retenção de 350ºC e comumente fornecem espectros de idade ⁴⁰Ar-³⁹Ar mais homogêneos fornecendo idades que indicam a sua resistência ao sistema de vácuo durante o experimento de fusão em etapas além de normalmente não apresentar incorporação de Ar externo. A substituição do Al por Li gera as muscovitas litíferas que ao apresentarem LiO₂ > 3,5% são conhecidas como lepidolita. Este mineral ocorre quase que exclusivamente em pegmatitos graníticos e por essa razão são raramente utilizados para datação ⁴⁰Ar-³⁹Ar. Pela sua composição as propriedades de retenção de Ar devem ser similares a da muscovita.

Anfibólio

Minerais desse grupo apresentam ampla ocorrência em rochas ígneas e metamórficas. Algumas variedades aceitam K na sua estrutura até 2%, mas geralmente esse valor varia entre 0,1 e 1%. Este mineral tem mostrado tanto empiricamente quanto experimentalmente que grãos bem cristalizados são extremamente retentivos para Ar radiogênico, com uma temperatura de fechamento de 500ºC. A hornblenda é o anfibólio mais usualmente utilizado para datação ⁴⁰Ar-³⁹Ar, porém kerusita, actinolita, glaucofano e richiterita também aceitam K em suas estruturas e são empregados com sucesso em datações.

Em função de sua excelente propriedade de reter o Ar, a hornblenda é particularmente útil para a datação do resfriamento de rochas ígneas e metamórficas. Em xistos-azuis, o glaucofano fornece idades um pouco mais jovens do que as medidas em hornblenda e micas brancas. Em adição, a presença de exsolusão de anfibólio em rochas metamórficas pode apresentar baixa retenção de Ar reduzindo a sua aplicação neste caso. Em outras rochas metamórficas podem ocorrer grãos de hornblenda termicamente alterados que fornecem espectros de idade ⁴⁰Ar-³⁹Ar anômalos interpretados em termos de perda de Ar resultado do reaquecimento. Como demonstrado por Harrison e McDougall (1982) e Dallmeyer & Reavers (1983), perfis em grãos de anfibólio separados de rochas metamórficas indicam que a presença de Ar em excesso neste mineral aparenta ser muito mais comum do que previamente suspeito.

De forma geral anfibólio é um dos mais úteis minerais para datação K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar, especialmente quando utilizado a técnica de fusão por etapas. Combinado com idades de outros minerais, resultados em anfibólio podem fornecer um bom controle na história de resfriamento de terrenos geológicos.

Glauconita

Este é um mineral autigênico encontrado em sedimentos marinhos com alto teor de K. Ele é virtualmente o único material útil para datação direta de sedimentos. Sua origem está relacionada a um ambiente marinho onde partículas de carbonato, micas, feldspato e argila são precipitados durante o processo diagenético, durante o qual a proporção de K aumenta até cerca de 6,5%. Seu conteúdo em água pode ser removido a uma temperatura de 100ºC sem perda de Ar radiogênico. O Ar é liberado no vácuo a uma temperatura entre 200 e 600ºC quando é quebrada a estrutura cristalina do mineral cuja granulometria usual é entre 0,1 e 5 mm.

A glauconita fornece idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar somente em certas circunstâncias. Segundo Odin (1982) as glauconitas com K menor de 5% comumente contém Ar radiogênico herdado da rocha fonte, de forma que as idades freqüentemente são mais antigas do que a idade de deposição e crescimento diagenético. Evernden et al. (1960) mostrou que a glauconita tem características de difusão de Ar similar as micas porém a pequena dimensão do cristal permite que a perda de Ar por difusão ocorra a temperaturas de 100ºC se mantido por alguns milhões de anos. Em adição, Foland et al. (1974) demonstraram que a glauconita apresenta perda de Ar durante a irradiação de forma que este processo de recoil resulta em idades mais antigas.

De forma geral os argilo-minerais apresentam potencial para a datação ⁴⁰Ar-³⁹Ar direta de processos deposicionais de rochas sedimentares. Como exemplo, a ilita tem sido extensivamente investigada com resultados positivos e negativos. A ilita apresente composição similar a muscovita porém com menos K e mais sílica. Dois problemas têm sido identificados na utilização de ilita. O primeiro indica que as idades medidas são comumente mais antigas do que as idades de deposição, sugerindo a possibilidade de haver reciclagem de ilita detrítica oriunda de rochas sedimentares vizinhas sem uma completa rehomegeneização no ambiente de deposição. O segundo problema ocorre nos casos onde a ilita apresenta equilíbrio isotópico com o ambiente de deposição porém a granulometria fina permite a perda de Ar radiogênico a temperaturas um pouco acima do ambiente, causando a medida de idades mais jovens do que a deposição. Apesar desses problemas, os argilominerais têm sido utilizados para caracterizar idades de proveniência de material detrítico em sedimentos e para determinar idades de crescimento de minerais autigênicos.

Minerais ricos em K presentes em depósitos evaporíticos são tecnicamente plausíveis de serem datados pelos métodos K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar. Entre esses minerais ocorre a silvita, canalita, polialita e langbeinita que apresentam alta solubilidade em água e facilidade de recristalização. Esses minerais tendem a fornecer idades mais jovens do que a idade de deposição resultado da perda de Ar radiogênico por apresentarem propriedades de retenção similar aos feldspatos alcalinos

Rocha total

As datações K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar são mais apropriadas quando realizadas em minerais ricos em K separados de outros minerais da rocha. Entretanto em algumas rochas o tamanho do grão dos minerais é tão pequeno que se torna impraticável a separação dos minerais. Em tais circunstâncias as análises são realizadas em amostras de rocha total, diminuindo a eficácia interpretativa destas técnicas analíticas.

Para as rochas vulcânicas tem sido demonstrado que idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar podem ser obtidas em rochas máficas a silicáticas se seguidos alguns critérios. De forma geral, as lavas frescas e holocristalinas que preservam sua assembléia mineral de alta temperatura sem alteração significante fornecem idades ⁴⁰Ar-³⁹Ar usualmente interpretadas como o período entre a erupção e o resfriamento. Estas características petrográficas requerem uma cuidadosa examinação de lâminas que por vezes não distingue fenocristais de olivina, piroxênio e plagioclásos que resultam em idades anomalamente mais antigas. É uma boa prática remover tais fenocristais da amostra e medi-los separadamente da matriz.

No caso de datação K-Ar e ⁴⁰Ar-³⁹Ar com objetivo de controlar a idade de metamorfismo e resfriamento, é preferível a utilização de minerais potássicos separados de outros minerais da rocha. Porém rochas de baixo grau metamórfico como filitos apresentam minerais muito finos e as amostras a serem analisadas são necessariamente de rocha total. As informações pertinentes a idade do metamorfismo e resfriamento são obtidas se todo o Ar radiogênio pré-existente nos minerais detríticos forem eliminados durante o evento térmico e que a rocha começou a reter o Ar radiogênico logo após o final do evento metamórfico. Estudos petrográficos das amostras analisadas são úteis na determinação de novos minerais e de outros recristalizados durante o metamorfismo. Metamorfismo regional envolve tempo considerável durante o qual aquecimento e subseqüente resfriamento podem ocorrer de forma que não é razoável uma única idade para caracterizar este processo geológico.

Figura 16. Principais minerais utilizados para datação pelo método 40Ar-39Ar.

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