As Rochas, arquivos que relatam a história da Terra 1
Observando as rochas, os geólogos podem descobrir a história de sua origem e formação. 2
O que são minerais? Os geólogos definem os minerais como corpos sólidos homogéneos, de ocorrência natural, inorgânicos que apresentam uma estrutura interna cristalina e que possuem uma composição química específica. Este último aspecto leva a que, por um lado a sua composição química só possa variar dentro de certos limites, e por outro, que eles possam assumir formas poliédricas, os denominados cristais. O que são rochas? São definidas como quaisquer agregados naturais sólidos, compostos de um ou mais minerais, e constituem parte essencial da crosta terrestre. 3
...na natureza nada se perde nada se ganha e tudo se transforma. As rochas terrestres não constituem massas estáticas. As rochas formadas num determinado ambiente permanecem estáveis e reflectem as características desse mesmo ambiente. Ao mudar de local as rochas podem sofrer transformações. Assim, as rochas formadas em profundidade alteram-se quando afloram à superfície, dando origem a materiais que vão participar na formação das rochas sedimentares. Estas ao atingirem zonas profundas sofrem novas modificações, podendo originar rochas metamórficas e mesmo rochas magmáticas. Denomina-se Ciclo das Rochas um diagrama que procura de uma forma esquemática, representar todo o dinamismo existente na Terra, que leva às mudanças das rochas de uma classe genética a outra. 4
Ciclo das Rochas (litográfico) Os motores deste ciclo são as forças que actuam ao nível da superfície terrestre, dinâmica externa, meteorização e erosão, e as forças internas, forças tectónicas. Este conjunto de fenómenos leva a uma permanente reciclagem das rochas, e de seus respectivos minerais, sendo responsável pelo facto de que a aparência da Terra hoje é significativamente diferente do que foi no passado e do que será no futuro. 5
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Quanto à sua origem, podemos considerar três tipos básicos de rochas: Rochas Sedimentares - formadas à superfície por deposição de materiais em bacias de sedimentação Rochas Magmáticas - formadas por solidificação de rochas fundidas (magma); Rochas Metamórficas - formadas pela transformação de rochas pré-existentes no estado sólido devido ao aumento da pressão e/ou da temperatura 7
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Rochas Sedimentares As rochas sedimentares são formadas à superfície por acumulação de sedimentos resultantes da desagregação de rochas préexistentes que ao aflorar à superfície - afloramentos - ficam sujeitos a condições de pressão, temperatura e ambiente químico muito diferentes daqueles em que foram gerados. Cerca de 3/4 da Terra são cobertos por rochas sedimentares que revestem partes dos continentes e dos fundos oceânicos. 9
O esquema a seguir representa as etapas da génese das rochas sedimentares. Meteorização erosão Transporte Sedimentação Diagénese Rocha Sedimentar 10
1- Meteorização As rochas expostas à superfície da crosta terrestre ficam sujeitas às acções físicas e químicas exercidas pelo contacto com a atmosfera (temperatura e vento), hidrosfera (água) e biosfera (seres vivos). Assim a meteorização não é mais que o resultado das acções físicas e químicas sobre as rochas. Como consequência, as rochas são gradualmente alteradas e desagregadas. Os agentes de meteorização podem ser reunidos em dois grupos principais: Físicos ou Mecânicos, pelos principalmente por acção de: quais os materiais são desintegrados, 1. Variação de temperatura (termoclastia) 2. Congelamento da água (crioclastia) 3. Cristalização de sais (haloclastia) 4. Acção física de seres vivos Químicos, pelos quais os materiais são decompostos por acção de compostos químicos (produzidos por seres vivos ou não): 11
Meteorização Física A meteorização física gera a fragmentação das rochas em fragmentos cada vez menores, mas que retém as características do material original. A desagregação ou desintegração acontece pela contracção e expansão provocadas pelas variações de temperatura, facilitada pela existência de fendas, as diáclases, resultantes quer das condições de arrefecimento das rochas ígneas, quer do relaxamento da pressão durante a acção das forças tectónicas. 12
Acção seres vivos Termoclastia Acção seres vivos Crioclastia Diáclases 13
Meteorização Química A decomposição das rochas por meios químicos é traduzida pela alteração da estrutura interna, podendo ocorrer remoção ou originando outros minerais mais estáveis ou uma série de produtos solúveis, que são transportados pelos rios e mar. Quase sempre, a água actua, particularmente, como dissolvente. Rochas com aparecimento de minerais de ferro oxidado Maciço Calcário com diáclases 14
Em Portugal continental, os maciços calcários da região centro (Fátima, Minde, Ourém), são bons exemplos de locais onde ocorre a formação de grutas e galerias subterrâneas por meteorização química. Por este processo, as fendas dos calcários vão-se alargando e coalescendo umas com as outras, o que, em casos extremos pode levar à formação de longos e largos canais subterrâneos, por onde se dá uma intensa circulação da água. Grutas da Moeda - Fátima 15
2- Erosão É a remoção pelos agentes erosivos (água, vento ou pelo gelo) de materiais resultantes da meteorização das rochas. 16
3- Transporte Os materiais resultantes da meteorização e da erosão, normalmente, não ficam no seu local de origem. São deslocados para outros locais pelos ventos, gravidade, águas (estado líquido e sólido), o que caracteriza o transporte. 17
Quando o agente transportador perde a força de arraste e deposita os detritos que transportava, segundo a dimensão e densidade dos detritos, ocorre a sedimentação dos minerais. 18
4- Sedimentação A deposição dos sedimentos ocorre, em vários ambientes (deltaico, lagunar, marinho, fluvial, etc.), sobretudo por acção da gravidade. Os ambientes e a formação das rochas sedimentares 19
Como resultado de sucessivos transportes e deposições formamse camadas ou estratos de sedimentos, disposição característica da grande maioria das rochas sedimentares. Para além dos detritos, também se podem depositar novos minerais resultantes da meteorização química, minerais de precipitação das substâncias em solução e matéria orgânica, como por exemplo, vegetais mortos, esqueletos de animais,etc. 20
Estratificação O estrato é a unidade estratigráfica elementar; o seu limite superior é denominado tecto e o inferior, muro. Estratificação cruzada - derivada da variação na intensidade e/ou na direcção do agente de transporte Meteorização/erosão + transporte + Sedimentação = Sedimentogénese 21
5- Diagénese Após a sedimentogénese, ocorre a diagénese que consiste nas mudanças ou transformações, químicas, físicas e biológicas, sofridas pelos sedimentos após a sua deposição, até se tornarem rochas sedimentares. A diagénese inclui os seguintes processos: Compactação/desidratação Cimentação 22
Compactação Compressão dos sedimentos por acção da estratificação, que assim, ficam sujeitos a um aumento da pressão crescente. A compactação determina a expulsão de água (desidratação). Cimentação Agregação dos sedimentos pelos minerais derivados da precipitação de substâncias químicas dissolvidas na água. Esquema da compactação dos sedimentos detríticos e circulação dos fluidos entre os poros. 23
Rochas sedimentares quimiogénicas e biogénicas (consolidadas) Carvões calcário conquífero Lenhito antracito 24
Rochas sedimentares detríticas (consolidadas) Rochas sedimentares não consolidadas Arenito 25
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Magma Recorda: O Magma é um material que se encontra no interior da Terra e que resulta da fusão dos materiais que o constituem. A sua composição varia e vai influenciar o tipo de rocha que origina. 27
Classificação Genética das Rochas Magmáticas (quanto ao local da sua génese) INTRUSIVAS (ou plutónicas = grãos variam de 1mm a 1cm) EXTRUSIVAS (ou vulcânicas = grãos < 1mm). Extrusivas 28
Rochas vulcánicas (extrusivas) Rochas plutónicas (intrusivas) Resfriamento rápido Cristais de pequenas dimensões e pouco visíveis p.ex. basalto Resfriamento lento Cristais de grandes dimensões bem visíveis p.ex. granito 29
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O que são Rochas metamórficas As rochas metamórficas são o produto da transformação, no estado sólido, de qualquer tipo de rocha levada a um ambiente onde as condições físicas (pressão, temperatura) são muito distintas daquelas onde a rocha se formou. Nestas novas condições, as rochas podem experimentar um reajustamento químico, mineralógico, textural e estrutural, no estado sólido fenómeno denominado Metamorfismo. 31
Os processos metamorfismo ocorrem, normalmente, em ambientes endógenos (no interior da Terra) induzido por factores como a temperatura, pressão, fluidos e tempo. É um processo lento, pois é necessário muito tempo para que as rochas fiquem suficientemente profundas, quentes e sob pressão para que as modificações se comecem a operar. 32
Condições de pressão temperatura de formação de rochas ígneas, metamórficas e sedimentares. Pressã (GPa) o 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Temperatura 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Rochas Sedimentares Rochas Metamórficas ( C) Rochas Ígneas Extrusivas Rochas Ígneas Intrusivas A classificação de primeira ordem é genética: rochas ígneas (plutónicas e vulcânicas), metamórficas e sedimentares 33
De acordo com as condições em que decorrem existem diferentes tipos de metamorfismo Metamorfismo Regional Metamorfismo de carácter regional e normalmente associada à orogénese (formação de montanhas) nos limites de placas convergentes, Metamorfismo de Contacto A transformação da rocha ocorre na vizinhança de uma intrusão magmática. A temperatura e os fluidos deverão ser os factores de metamorfismo dominantes. 34
de Contacto Metamorfismo Regional Principal factor de metamorfismo: TEMPERATURA O calor libertado pelo magma irá metamorfosear as rochas que o cercam. Este tipo de metamorfismo está limitado a algumas centenas de metros em torno do magma Exemplos: Calcário Mármore Principais factores de metamorfismo: PRESSÃO E TEMPERATURA Qd o metamorfismo afecta uma vasta extensão (dezenas KM) Nas zonas de subducção o afundamento das rochas transportaas para profundidades onde a pressão aumenta e a temperatura são bastante elevadas Exemplos: Granito Gnaisse 35
O calor e a pressão são importantes factores de metamorfismo, que podem actuar conjuntamente, mas não necessariamente. Pode ocorrer também metamorfismo em condições de altas temperaturas e baixas pressões e de altas pressões e temperaturas relativamente baixas. 36
Metamorfismo Regional É aquele que ocorre quando uma sequência de rochas por efeito do aumento da profundidade a que estes sucessivamente vão estando e, consequente aumento de P e T. As rochas vão sofrer transformações mineralógicas, em estado sólido, originando novos minerais, até ao limite em que se dá fusão parcial da rocha com génese de migmatitos (rochas que sofreram fusão parcial). Argilito (protólito) - T e P + 37
Metamorfismo de Contacto Neste caso ocorrem modificações mineralógicas devido a uma intrusão magmática e aos fluidos emanados pelo magma. A intrusão vai provocar um contraste térmico com as rochas encaixantes. Desta forma essas rochas vão sofrer recristalização devido essencialmente a um aumento de temperatura. As rochas formadas são normalmente endurecidas pela recristalização e designam-se de corneanas. Argila Calcário Intrusão magmática Arenito 38
Rochas Metamórficas Xisto - Caracteriza-se por apresent uma textura formada por uma série planos. Distinguem-se das Ardósias p os planos de xistosidade terem mai brilho. Resultam essencialmente transformação de rochas argilosas. Ardósia - Rocha metamórfica de grau muito baixo caracterizada pela granulação muito fina, pouco brilho, cristalinidade baixa. 39
Gnaisse - Frequentemente derivado de rochas ricas em quartzo e feldspato (granito). Os minerais encontram-se todos recristalizados e dispostos segundo faixas mais ou menos paralelas, formando bandas alternadas, claras e escuras. 40
Quartizito - Rocha essencialmente constituída por grãos de quartzo resultantes da recristalização de arenitos siliciosos. Por norma apresenta tonalidades claras. Mármore - Rocha resultante da recristalização de calcários ou dolomias. Distinguindo-se destas rochas pela dimensão dos grãos de calcite, visíveis à vista desarmada, e pelo seu brilho. 41
Utilização de rochas metamórficas na arquitectura e arte Taj Mahal Panteão Nacional-Lisboa. David La Pietá Pantheon Profeta 42 Moisés
Ciclo das Rochas 43
MAPA DE CONCEITOS ROCHAS Rochas magmáticas Rochas Sedimentares que incluem Rochas metamórficas provenientes de que pode ser Metamorfismo causado por que originam Ciclo das Rochas Metamorfismo Regional Metamorfismo de contacto Caracterizado por Factores de Metamorfismo Processos Externos Processos Internos tais como Fluídos Temperatura Erosão Transporte Sedimentação Diagénese Metamorfismo Fusão Tempo Pressão (Profundidade) 44
O tempo geológico e as grandes etapas da História da Terra 45
Como se divide o tempo geológico? Quais os grandes acontecimentos da História da Terra? 46
O número de anos em que nós, seres humanos, temos observado o nascer do Sol não é nada, virtualmente nada, na historia de nosso planeta. WEINER, Jonathan. 1988. p. 14. A unidade de Tempo utilizada em Geologia é o Milhão de anos (M. a.)
ESCALA DO TEMPO GEOLÓGICO + Recente + Antigo 48
Era Cenozóica Escala do Tempo Geológico Período Época Idade Características Quaternário Terciária Holoceno (Recente) 0,01 Aparecimento do homem / Glaciação no hemisfério norte Pleistoceno 1,6 Plioceno 5,3 Mioceno 23,7 Oligoceno 36,6 Proliferação dos primatas Eoceno 57,8 Paleoceno 65,4 Primeiros cavalos Idade dos mamíferos Era Mesozóica Era Paleozóica Pré câmbrico Cretáceo 144 Plantas com flores Extinção dos dinossauros Jurássico 208 Primeiros pássaros e mamíferos Triássico 245 Primeiros dinossauros Permiano 286 Extinção dos trilobitas Carbonífero 360 Primeiros répteis Grandes árvores primitivas Idade dos répteis Idade dos anfíbios Devoniano 408 Primeiros anfíbios Idade dos Siluriano 438 Primeiras plantas terrestres peixes Ordovicano 505 Primeiros peixes Cambriano 570 Proterozóico 2.500 Arqueano 3.800 Haddeano 4.500 Primeiras conchas / Trilobitas dominantes Primeiros organismos multicelulares Primeiros organismos unicelulares Idade dos invertebrados Idades das rochas mais antigas
Agora com a ajuda dos Fósseis vamos ordenar no Tempo os grandes acontecimentos da História da Terra 50
A formação da Terra A Terra formou-se há 4600 M.a. Ainda não havia condições para a existência de vida 51
Precâmbrico As primeiras formas de vida surgiram há 3800 M.a. Eram formas de vida muito simples (Bactérias, seres unicelulares) Primeiro registo fóssil Os Estromatólitos 52
Paleozóico Extinção das Trilobites e de grande parte de outros animais marinhos Os fósseis característicos desta época são as Trilobites Primeiros peixes Primeiras plantas terrestres 53
Reconstituição da vida existente nos mares do Paleozóico 54
Mesozóico Os Fósseis característicos são as Amonites Os dinossauros dominaram o Planeta Terra Primeiras Aves e Mamíferos No final desta Era dá-se a extinção dos dinossauros e das amonites 55
Reconstituição da vida existente no Mesozóico 56
Cenozóico Primeiros Hominídeos Primeiros primatas Plantas semelhantes às existentes actualmente 57
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E Hoje em dia? 59
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Mas afinal o que é um fóssil? São vestígios, marcas ou restos de seres vivos que viveram há muito tempo no nosso planeta, tendo a mesma idade da rocha que os contém. 61
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Mas como é que se dá a formação de um fóssil? A partir de um conjunto de processos que se designa por fossilização. Este fenómeno permitiu a preservação dos vestígios de seres vivos que existiram no passado. 65
1 - Morte do ser vivo 2 Deposição de sedimentos sobre os seus restos mortais (como consequência estes deixam de estar em contacto com os agentes atmosféricos e com o oxigénio, decompondo-se por isso, mais lentamente) 3 Substituição da matéria orgânica (existente nos restos mortais) por matéria mineral 4 Após milhões de anos, e através do desgaste das rochas, o fóssil fica exposto novamente à superfície. 66
Factores que influenciam o processo de fossilização Existência de partes duras (ossos, dentes, carapaças) na constituição dos seres vivos as partes moles são rapidamente decompostas; Rapidez no soterramento dos restos mortais por sedimentos; Tipo de sedimentos que cobrem os restos mortais (devem ser finos e impermeáveis) Habitat (a fossilização ocorre mais frequentemente em ambientes aquáticos) há maior protecção contra os agentes atmosféricos; Condições ambientais: temperaturas e humidade baixas dificultam a decomposição;
Importância dos fósseis Permitem estudar a evolução da vida na Terra Permitem datar as rochas e determinar ambientes antigos. Amonite 248 M.a. 66 M.a. Fóssil de Idade Coral 500 M.a. actualidade Vivem apenas em ambientes de águas calmas, quentes e pouco profundas Fóssil de Fácies ou de ambiente 68
Os fósseis de fácies ou de ambiente são de particular importância para ajudar a reconstituir os paleoambientes porque são fósseis que viveram apenas em condições do meio muito restritas. Os fósseis de idade são de particular importância como indicadores da idade geológica dos estratos que os contém, porque são fósseis que viveram apenas durante intervalos de tempo muito curtos, com grande distribuição geológica. 69
Fósseis de idade Indicadores da idade dos estratos Grande distribuição geográfica Pequena distribuição estratigráfica Fósseis de fácies Indicadores dos paleoambientes Pequena distribuição geográfica Grande distribuição estratigráfica 70
1669 Prodromus (Nils Stensen/ Nicolas Steno) STENO formulou as bases da reconstrução da história geológica por datações relativas Reconheceu uma sequência de eventos históricos na ilha de Malta, em afloramento de rochas sedimentares A datação relativa é baseada no estudo dos fósseis e dos princípios da estratigrafia. A datação relativa permite estabelecer a correlacção entre os estratos e determinar a ordem cronológica em que se constituíram no lugar onde se encontram. DATAÇÃO RELATIVA Sequência cronoestratigráfica 71
PRINCÍPIOS DA ESTRATIGRAFIA Princípio da sobreposição dos estratos Princípio da horizontalidade original Princípio da continuidade lateral Princípio da identidade paleontológica Princípio das relações de intersecção Princípio da inclusão 72
Princípio da horizontalidade original Os sedimentos são depositados em camadas sucessivas horizontais ou quase-horizontais Rochas (camadas) sedimentares não-deformadas Rochas (camadas) sedimentares deformadas 73
Princípio da sobreposição dos estratos Em uma sequência não-deformada de rochas sedimentares, cada camada é mais antiga que a sobrejacente ( a que está acima) e mais jovem que a subjacente ( a que está abaixo) 74
A velocidade e as condições de sedimentação variam ao longo do tempo e pode mesmo haver períodos de interrupção da sedimentação. Se as rochas afloram durante essa interrupção, podem ser emersas e erodidas. Se, posteriormente, a sedimentação, devido a nova imersão, prosseguir, forma-se um estrato que assenta numa superfície erodida. Essa superfície representa uma superfície de descontinuidade. As grandes descontinuidades no registo geológico, marcadas pela ausência de camadas mais ou menos espessas, designam-se por discordâncias estratigráficas ou lacunas que podem ser explicadas por ausência de sedimentações no local ou por erosão de camadas que existiam. O estrato D foi erodido e posteriormente formou-se o estrato E. 75
Discordâncias estratigráficas erosão 76
Princípio da continuidade lateral As camadas sedimentares podem ter grande desenvolvimento, em extensão lateral, sobretudo em águas profundas. Noutras situações, porém, têm reduzidas dimensões, correspondendo a fenómenos localizados e de curta duração. Mesmo nestas circunstâncias, é possível, por vezes, estabelecer correlações de idade entre camadas localizadas em lugares eventualmente muito distanciados. Se as rochas que se querem datar estão intercaladas em camadas que se reconhecem como idênticas, então pode estabelecer-se uma correlação entre as rochas intercaladas, mesmo que, de um afloramento para o outro, a natureza da rocha varie. 77
Frequentemente, verifica-se que também pode ocorrer variação horizontal, isto é, lateral, das características da sedimentação. Assim, o mesmo período de sedimentação pode ocorrer em diferentes ambientes, originando estratos, ou sequências de estratos, onde se verifica uma passagem gradual de litologias. É que, num dado momento, as condições de sedimentação podem diferir de um local para outro. 78
Princípio das relações de intersecção Quando uma estrutura intersecta vários estratos, pode-se dizer se formou depois deles, logo é mais jovens que este. Falha 79
Princípio da inclusão Quando fragmentos de rochas são incorporados numa rocha, podese dizer que esses se formaram antes dessa, logo são mais antigos que a rocha que os engloba. 80
Princípio da identidade paleontológica Estratos pertencentes a colunas estratigráficas diferentes e com o mesmo conteúdo fossilíferos tem a mesma idade grupos de fósseis aparecem numa ordem definida e que se pode 81
O que nos pode contar um corte estratigráfico? 82
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O que nos pode contar um corte estratigráfico? 84
O que nos pode contar um corte estratigráfico? 85
DATAÇÃO ABSOLUTA O Método de Datação Absoluta utiliza os princípios físicos da radioactividade e fornece a idade da rocha com precisão. Esse método está baseado nos princípios da desintegração (ou decaimento) radioactiva. Núcleo do isótopo-pai Núcleo do isótopo-filho O que é desintegração radioactiva? Dentre os elementos químicos existentes, há alguns que possuem o núcleo do átomo instável. Estes elementos, através da emissão espontânea de radiação, se transformam em elementos estáveis Dessa maneira o isótopo-pai (radioactivo) se desintegra emitindo radiação e se transforma no isótopofilho. 86
Há dois pontos importantes que permitem o cálculo da idade absoluta de uma rocha ou mineral: as rochas são formadas por minerais, os quais são constituídos por elementos químicos e alguns desses, por sua vez, são radioactivos; o conceito de decaimento radioactivo envolve uma constante chamada meia-vida, semi-vida ou período de semitransformação que é o tempo decorrido para que metade da massa do isótopo-pai se transforme no isótopo-filho. Essa constante é conhecida e diferente para cada isótopo radioactivo existente.
Assim. Meia-vida: é o tempo decorrido para que a metade da quantidade original de átomos instáveis (isótopo-pai) se transforme em átomos estáveis (isótopos-filho)
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Alguns elementos radioactivos têm períodos de semi-transformação muito longos e outros mais curtos, sendo esses valores utilizados na determinação da idade das rochas. Os isótopos radioactivos desintegram-se espontaneamente e a uma velocidade constante. A velocidade varia de elemento para elemento mas não é afectada por condições ambientais, como a temperatura ou a pressão. Átomo radioactivos Átomo estável em que se transforma Tempo de meia vida (anos) Intervalo de tempo susceptível de medição (anos) Minerais e materiais datados Carbono 14 Azoto 14 + 5500 m. A. + 100 a 40000 m.a Substâncias provenientes de seres vivos, ossos, conchas, madeira, etc. Potássio 40 Azoto 40 + 1300 m.a. 100000 a 4600 m.a. Moscovite, Biotite, Hornoblenda, rochas vulcânicas Urânio 238 Urânio 235 Chumbo 206 Chumbo 207 + 4500 M.A. + 710 M.A. 10 a 600 M.A. Zircão
Compreendendo a datação radiométrica Cada grão mineral é um cronómetro do tempo geológico, assim que ele se forma, tem início o decaimento radioactivo. Sendo assim, determinando-se a quantidade de isótopo-pai e de isótopo-filho em um mineral hoje, é possível saber há quanto tempo está acontecendo o decaimento radioactivo e, portanto quando o mineral se formou. Sabe-se que um grama de urânio 238 U ao fim de 4500 M.A se transformará parcialmente em chumbo 206 Pb (que é o isótopo produzido por decaímento radioactivo de 238 U e o seu produto-filho), ficando reduzido a 0,5 gramas e que ao fim de outros 4500 M.A. só restará 0,25 gramas e, assim sucessivamente, até que deixará de haver urânio 238 U e haverá apenas chumbo 206 Pb. Assim sendo, é possível, em qualquer momento, calcular a idade do material pela relação entre a massa de chumbo 206 Pb proveniente da desintegração de urânio 238 U e a massa que ainda resta deste, que será tanto maior quanto mais recente for o mineral.
Idade em M.A. de alguns materiais