Composição dos isótopos de Sr e Nd nos sedimentos em suspensão da Bacia Amazônica : implicações para a origem e transportes de sedimentos

Abstract

A interpretação dos sistemas isotópicos Rb-Sr e Sm-Nd tem se revelado uma importante ferramenta para o estudo da procedência e transporte de sedimentos em sistemas fluviais. Nesse sentido, o objetivo do estudo é determinar a composição dos isótopos de Sr e Nd e dos elementos maiores e menores em sedimentos em suspensão nas águas dos rios Marañón-Solimões, Beni-Madeira e Amazonas. Com base nos dados, pretende-se correlacionar essas composições às fontes dos sedimentos, observar prováveis mudanças sazonais e espaciais do sinal químico e isotópico, além de estabelecer relações entre os parâmetros hídricos. O estudo apresenta dados coletados durante um ano hidrológico entre 2009 e 2010. O Rio Marañón–Solimões apresenta valores isotópicos baixos de Sr (0.7090–0.7186), grande amplitude dos valores de εNd(0) (-15.17 a -8.09) e idades modelo Nd (TDM) entre 0,99-1,81 Ga. Dentre as principais fontes de contribuição para o Rio Marañón-Solimões incluem-se rochas vulcânica recentes do norte do Peru e Equador e, subordinadamente, rochas de maior residência crustal com composição carbonática da Bacia Marañón, ao norte do Peru.O Rio Beni–Madeira apresenta valores mais radiogênicos dos isótopos de Sr (0.7255–0.7403), valores εNd(0) muito negativos (-20,46 a -10,47) e idades modelo mais antigas (1,40-2,35 Ga) quando comparados aos dados do Rio Marañón-Solimões. Essa assinatura foi correlacionada aos sedimentos provenientes de bacias de foreland Paleozoica e Cenozóica, que são preenchidas por sedimentos Pré-Cambrianos do Cráton Amazônico e que hoje configura a Zona Subandina Boliviana. O Rio Amazonas apresenta valores isotópicos intermediários aos intervalos encontrados nos rios Marañón-Solimões e Beni-Madeira, com as razões dos isótopos de Sr variando entre 0.7193 e 0.7290, valores de εNd(0) entre -11.09 e -9.51, e idade modelo entre 1.28 e 1.77 Ga. O sistema hídrico e sedimentar no Rio Marañón-Solimões apresenta maior complexidade que no Rio Beni-Madeira. A dependência entre concentração dos sedimentos em suspensão (SSC) e a vazão de água (Qw) é maior no Rio Beni-Madeira. Os sistemas fluviais de maior captação, como Manacapuru e Óbidos, apresentam baixa relação SSC/Qw, porém o fenômeno de histerese formado entre esses parâmetros é mais bem desenvolvido. Com base nos ciclos de histerese formados pela concentração dos sedimentos em suspensão e pela variação isotópica em função da vazão ao longo do ano hidrológico sugere-se a variação isotópica de 87Sr/86Sr indica contribuição local de aporte sedimentar, enquanto os valores de εNd indicam sedimentos advindos de erosões a montante das estações. Além disso, os isótopos de Sr comparados à concentração elementares de Sr revelam uma interação entre água do rio e composição química e isotópica como sendo um processo hídrico de rápida reação. Em contrapartida, a interação dos isótopos de Nd com a água do rio apresenta um processo lento de reação. As concentrações entre os elementos solúveis e insolúveis indicam um intemperismo mais intenso nos sedimentos provenientes do Rio Beni-Madeira. Esse rio apresenta uma maior diferença na composição média de Sr entre as fases diluída (0.71774) e sólida (0.73426), que foi atribuída ao mais elevado grau de intemperismo dos sedimentos dessa drenagem. O Rio Amazonas apresenta uma diferença intermediária de 0.71150 na fase diluída e 0.72288 na fase sólida e o Rio Marañón-Solimões com a menor diferença de 0.70891 na fase diluída e 0.71482 na fase sólida. No Rio Beni-Madeira predomina o intemperismo de rochas silicáticas, enquanto no Rio Marañón-Solimões destaca-se também o intemperismo de rochas carbonáticas e evaporíticas. ___________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The Rb-Sr and Sm-Nd isotopic systems are important tools to constrain the provenance of sediment load in river systems. This study presents the isotopic composition of Sr and Nd isotopes and major and minor elements in suspended sediments from the Marañón-Solimões, Amazonas and Beni-Madeira rivers. The data were used to constrain the source region of the sediments and to better understand the main seasonal and spatial transport processes within the basin based on the variations of the chemical and isotopic signals. They also allow establishing a relationship between hydric parameters. The study presents data collected during a hydrological year between 2009 and 2010. The Marañón-Solimões River presents low Sr isotopic values (0.7090–0.7186), broad εNd(0) range (-15.17 to -8.09) and Nd model (TDM) ages varying from 0.99 to 1.81 Ga. Sources of sediments to the Marañón-Solimões River include recent volcanic rocks in northern Peru and Ecuador, as well as rocks with long crustal residence time and carbonates from the Marañón Basin, Peru. The Beni-Madeira River has more radiogenic Sr isotope values (0.7255–0.7403), more negative εNd(0) values (-20.46 to -10.47), and older Nd isotope model ages (from 1.40 to 2.35 Ga) when compared to the Marañón-Solimões River. These isotope data were related to the erosion of Paleozoic and Cenozoic foreland basins that are filled with Precambrian sediments derived from the Amazonian Craton. These basins are located in Bolivian Subandina Zone. The Amazon River presents intermediate isotopic values when compared to those found in the Marañón-Solimões and Beni-Madeira rivers. Its Sr isotopes ratios range between 0.7193 and 0.7290, and its εNd(0) values varies between -11.09 and -9.51. The Nd isotope model ages of the suspended sediments vary between 1.28 and 1.77 Ga. The sediment and water system in the Marañón-Solimões River presents greater complexity than in the Beni-Madeira River. The dependence between suspended sediment concentration (SSC) and water flow rate (Qw) is higher in the Beni-Madeira River. Broader river systems as Manacapuru and Óbidos present low SSC/Qw relation, but a more developed hysteresis loop. Based on the hysteresis loops formed by the suspended sediments concentration and the isotopic variation in relation to the water flow rate along the hydrological year it is suggested that the 87Sr/86Sr isotopic variation indicates local contribution of sediment supply, while the εNd values indicate sediment arising from erosion upstream stations. In addition, Sr isotopes compared to elemental Sr concentration reveal an interaction between river water and chemical and isotopic composition as a fast reaction on hydric process. In contrast, the interaction of Nd isotopes in river water shows slow hydric reaction. Concentrations of soluble and insoluble elements indicate a more intense weathering activity in sediments of the Beni-Madeira River. This river has a larger difference in the Sr isotopic composition between the diluted and solid phases, which has been assigned to the high level of weathering of its sediment source area. The Amazon River presents an intermediate difference of 0.71150 in the dilute phase and 0.72288 in the solid phase and the Marañón-Solimões River presents the smallest difference of 0.70891 in the dilute phase and 0.71482 in the solid phase. In the Beni-Madeira River sub-basin dominates weathering of silicate rocks, while in the Marañón-Solimões River sub-basin it also stands out weathering of carbonate and evaporitic rocks.