Late Cenozoic co-evolution of tectonics, weathering, and climate in the Amazon Basin : Insights from neodymium and hafnium isotopes

Abstract

A Bacia Amazônica, o maior sistema fluvial da Terra, desempenha um papel fundamental na regulação dos fluxos globais de sedimentos, nos ciclos biogeoquímicos e no clima a longo prazo. No entanto, o exato momento e os mecanismos por trás de sua integração transcontinental, bem como as interações entre tectonismo, clima e intemperismo, permanecem incompletamente compreendidos. Esta tese aplica um conjunto de traçadores geoquímicos, incluindo padrões de elementos terras raras (ETR) e isótopos de neodímio (Nd) em frações pareadas de argilas e Fe-(oxi-hidróxidos) (FeOOH), juntamente com isótopos de háfnio (Hf) em argilas detríticas, tanto em sedimentos fluviais modernos quanto em um registro de 4.800 m do delta submarino do Amazonas (poço BP-3). O objetivo principal é reconstruir a evolução do transporte sedimentar, do intemperismo e do ciclo do carbono ao longo do Cenozoico superior na maior bacia tropical do planeta. Primeiro, o trabalho de calibração com sedimentos modernos coletados durante a expedição AMANAUS 2023 demonstra que as frações de argila e FeOOH registram aspectos complementares do intemperismo continental. As diferenças isotópicas de Nd entre essas fases (ΔεNd) constituem um traçador sensível capaz de distinguir o intemperismo de silicatos daquele de rochas sedimentares, enquanto os padrões de distribuição dos ETR permitem identificar os diferentes processos de formação das fases de FeOOH transportadas pelos rios, seja como precipitados secundários formados durante o intemperismo de silicatos, produtos oxidativos do intemperismo de pirita ou FeOOH marinho antigo retrabalhado pela erosão. Esses resultados validam o uso combinado de proxies das frações argilosas e FeOOH para distinguir o intemperismo de silicatos, que sequestra CO₂ atmosférico, do intemperismo de rochas sedimentares, que pode ser uma fonte de CO₂ para a atmosfera. Um novo modelo de idade ajustado astronomicamente estende o registro do Leque Amazônico até ~24 Ma, fornecendo a resolução temporal necessária para vincular processos continentais a mudanças globais de clima e nível do mar. As taxas de sedimentação permaneceram baixas durante o Mioceno Tardio, apesar do aumento do soerguimento andino e da precipitação, sugerindo um armazenamento significativo de sedimentos em bacias continentais. Em contraste, o Plioceno Inicial testemunhou um aumento de uma ordem de magnitude nas taxas de acumulação, sincrônico ao aumento do nível do mar e à intensificação das chuvas. Os isótopos de Nd das argilas revelam uma evolução em etapas da integração da drenagem: exportação andina inicial em ~12 Ma, captura progressiva das cabeceiras andinas centrais entre 7–4 Ma e estabilização em um sistema duplo Solimões– Madeira após 4 Ma.Nossos proxies também registram uma contribuição persistente de FeOOH derivado do intemperismo oxidativo de folhelhos negros até ~4,5 Ma, após o que as assinaturas de FeOOH e os isótopos de Hf indicam uma transição para um intemperismo predominantemente de silicatos sob condições quentes e úmidas do Plioceno, intensificando a remoção de CO₂ atmosférico. Em conjunto, esses resultados refinam a cronologia da integração do rio Amazonas, revelam o duplo papel da bacia no ciclo do CO₂ e estabelecem o Leque Amazônico como um arquivo singular para investigar a evolução acoplada entre tectonismo, intemperismo e clima. Mais amplamente, esta tese destaca a importância dos processos de intemperismo sob as condições tropicais do sistema fonte-depósito Andes– Amazônia no ciclo do carbono em longo prazo e oferece novas abordagens metodológicas para aplicações globais.