Efeitos das altas pressões no recozimento dos traços de fissão em Apatita

Abstract

Termocronologia pelo método dos traços de fissão em apatita tem como objetivos: contar a história termal de bacias sedimentares, estudar a denudação e o soerguimento, datar rochas vulcânicas e realizar estudos de proveniência. A densidade dos traços de fissão permite calcular a idade do último evento térmico e a distribuição de seus comprimentos permite traçar histórias de resfriamento diversas e identificar eventos geológicos diferenciados. O efeito da temperatura sobre os traços é conhecido e usado para determinar a história térmica, contudo o efeito da pressão ainda é discutido quanto a sua influência no recozimento dos traços. Os efeitos da pressão sobre a cinética do recozimento dos traços de fissão em apatita são objeto de estudo deste projeto. As amostras utilizadas consistem de apatitas de Durango e de Fish Canyon Tuff, que são reconhecidas internacionalmente como padrões geológicos do método. Elas foram aquecidas para eliminar os traços espontâneos e em seguida irradiadas para gerar os traços de fissão induzidos que tem densidade e comprimento homogêneos. O controle do recozimento foi estudado qualitativamente por meio de Espectroscopia Raman e Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier para acompanhar os ensaios na Câmara de Bigorna de Diamante. Ensaios na prensa hidráulica de 1.000 tonf em uma câmara de perfil toroidal averiguaram o efeito da pressão aliada à temperatura sobre o recozimento dos traços de fissão. Nestes ensaios as amostras consistiam de pedaços de um macrocristal de apatita de Durango. Durante as 10 horas de ensaios as condições estudadas foram combinações de pressão e temperatura de 2,0 e 4,0 GPa com 0, 150, 190 e 235°C. O recozimento foi acompanhado analisando os comprimentos dos traços de fissão por meio de microscopia óptica. Os resultados demonstraram que o recozimento dos traços de fissão em apatita apresenta uma dependência da pressão para casos submetidos a condições de altas pressões (2,0 e 4,0 GPa). Quando extrapolado para baixas pressões (≤ 400 MPa) condizentes com o contexto geotérmico a que as amostras são submetidas na natureza essa dependência torna-se negligenciável perante a magnitude do efeito da temperatura.

Fission track thermochronology has as main objectives: tell the thermal history of sedimentary basins, uplift and denudation study, dating volcanic rocks and provenance studies. Density of fission tracks allows obtain the age of the last thermal event and the distribution of their lengths allows trace cooling histories and identifies several distinct geological events. The effect of temperature on fission track is known and used to determine thermal history, but is still debated the effect of pressure on stability of tracks. In this project, we try to understand the effects of pressure on the annealing kinetics of fission tracks in apatite. Samples of Durango and Fish Canyon Tuff apatite were used on the experiment, chosen by their internationally recognition as standards for calibration of geological dating. The irradiation of the samples generates induced tracks with homogeneous densitys and lengths, performed after the total annealing of their spontaneous tracks. To monitor qualitatively the annealing in the experiments inside the Diamond Anvil Cell were used Raman Spectroscopy and Fourier Transform Infrared Spectroscopy. The effect of pressure combined with temperature on the fission tracks annealing was verify with procedures on the hydraulic press of 1.000 tonf with a toroidal chamber profile. The samples used in these procedures are pieces of a Durango apatite. The studied conditions during the 10 hours essays consists in combination of pressure and temperature of 2,0 and 4,0 GPa with 0, 150, 190 and 235°C. The annealing was analyzed using optical microscopy by measuring the lengths of fission tracks. The results indicate that the annealing of fission tracks in apatite has a dependence of pressure for the instances subjected to conditions of high pressures (2,0 and 4,0 GPa). When extrapolated to low pressures (≤ 400 MPa) compatible to the geothermal context that the samples witness in nature this dependence becomes negligible compared to the magnitude of the temperature effect.