THE AGE OF MOUNTAINS AND CONTINENTS FROM TINY MINERALS /A IDADE DAS MONTANHAS E DOS CONTINENTES EM PEQUENOS MINERAIS

Brightly colored zircon crystal under crossed polarizers.

Zircon crystals under trasmitted light (left) and under cathodoluminescence detector (right).
Badelleyte wafer under reflected light.
Brightly colored baddeleyite crystal under crossed polarizers.
Brown baddeleyite crystal (same as last picture under different magnification)
Baddeleyite blade under trasmitted light.
Baddeleyite blade (same as last picture) under cross polarizers.
Closure temperatures for different radiogenic systems in different minerals.
Example of the use of radiogenic chronometers to calculate uplift and erosion rates of mountains (from Schmitt et al., 2004).

Some minerals found in rocks are special in that they accommodate a lot of specific chemical elements in their structures and almost none of other elements. This is the case of zircon (ZrSiO4), which likes Uranium but allow almost no Lead in it’s structure. This turns zircon in an ideal mineral to calculate the age of crystallization through the U-Pb radiogenic clock. As Uranium decays to Lead with time in a fixed rate, by measuring the quantity of U and Pb within each crystal, we can have an estimate of when the mineral crystallized, as we know that practically all Pb within the crystal must have been generated by U decay because zircon wouldn’t allow any stray Pb within it’s matrix upon crystallization.

Another nice mineral for dating is baddeleyite (ZrO2), occuring as blades and thin wafers in mafic (low silica) rocks. In the images, zircon (zoned mineral under microscope and cathodoluminescence images) and baddeleyite (brown under plane light, brightly colored under crossed polarizers light). By combining different analysis of different decay systems in different minerals that crystallize under different temperatures, we can estimate when a determined region cooled below each closure temperature, and then calculate cooling rate (degrees per million year) and by extension, how much of a mountain belt was eroded and delivered to the seas as sediments in a given time interval.

Alguns minerais encontrados nas rochas acomodam elementos químicos específicos em suas estruturas. É o caso do zircão (ZrSiO4), que gosta de urânio, mas não permite quase nenhum chumbo em sua estrutura. Isso transforma o zircão em um mineral ideal para calcular a idade da cristalização através do relógio radiogênico U-Pb. Como o urânio decai ao chumbo com o tempo em uma taxa fixa, medindo a quantidade de U e Pb dentro de cada cristal, podemos ter uma estimativa de quando o mineral cristalizou, pois sabemos que praticamente todo o Pb dentro do cristal deve ter sido gerado por decaimento do U.

Outro mineral ideal para datação é a baddeleyita (ZrO2), que ocorre como lâminas e wafers finos em rochas máficas (baixa sílica). Nas imagens, zircão (mineral zonado sob microscópio e imagens de catodoluminescência) e badelleyita (marrom sob luz plana, brilhantemente colorida sob luz polarizada cruzada). Ao combinar diferentes análises de diferentes sistemas de decaimento em diferentes minerais que cristalizam sob diferentes temperaturas, podemos estimar quando uma determinada região resfria abaixo de cada temperatura de fechamento e, em seguida, calcular a taxa de resfriamento (graus por milhão de ano) e, por extensão, a quantidade de uma montanha que foi erodida e entregue aos mares como sedimentos em um determinado intervalo de tempo.

Artigo utilizado como exemplo de cálculo de taxas de resfriamento: Schmitt, R. S., Trouw, R. A. J., Van Schmus, W. R., & Pimentel, M. M. (2004). Late amalgamation in the central part of West Gondwana: the characterization of a Cambrian collisional orogeny in the Ribeira Belt, SE Brazil. Precambrian Research, 133, 29-61.

Photos by Fabricio Caxito

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