This work investigates the feasibility of applying quartz radiofluorescence (RF) as provenance proxy, carried out experiments to evaluate if violet stimulated luminescence (VSL) of quartz is able to extend the dating age range of fluvial sediments in Brazil, and performed optically stimulated luminescence (OSL) dating to establish formation ages of ferruginous deposits (ironstones) of the Xingu River in Eastern Amazonia. The focus on luminescence properties of quartz from fluvial deposits is motivated by their widespread occurrence across Brazil, land of large rivers, thus, representing the most important continental record of landscape changes during the Quaternary. Firstly, the work examines RF emissions in quartz from parent rocks (igneous plutonic and volcanic) and sediments of different provenances. After deconvolution of RF spectra into its emission bands, emission band intensities were plotted versus OSL (first 1s) and 110°C thermoluminescence (TL) peak sensitivies to investigation whether RF emission band intensity can be used as sediment provenance. It has been shown that ultraviolet (UV) RF intensity correlates with both OSL and TL sensitivities of quartz from sediments. This correlation supported the suggestion that both 110°C TL peak and OSL of quartz use the same recombination centers rather than the same electron trap and that sensitization processes in nature of two signals might be due to the changes in recombination probability instead of changes in charge trapping probability. It is concluded that UV-RF intensity measured using X-ray sources can also be used for provenance analysis of sediments in the same way as the OSL and TL sensitivities. Characteristics of VSL signals of quartz from major fluvial systems from Western Brazil (Pantanal), Southeastern Brazil (Paraná River basin) and Central and Eastern Amazonia were investigated to assess if the VSL signal is suitable to extend the age range of luminescence dating of fluvial sediments. Single-aliquot regenerative dose (SAR), multiple aliquots regenerative dose (MAR) and multiple aliquots additive dose (MAAD) protocols were used to estimate the maximum dose that can be estimate by VSL signals for Brazilian sediments. Quartz VSL was found to significantly increase the dating limit to the Early Pleistocene (~800 ka to 1.6 Ma for the 2D0 MAAD) even with the relatively lower characteristic doses (D0) observed in dose response curves of the studied samples. Despite the improvement in luminescence age range of Brazilian fluvial sediments using VSL dating relative to the conventional OSL dating, the behavior of VSL appears to be sample dependent, with natural VSL signal missing in samples from Amazonian settings. In the estimation of formation ages of ironstones from the Xingu River, ages between ~60 ka and 3 ka were obtained using the SAR OSL dating protocol. This indicates that ironstones of the Xingu River result from a Late Pleistocene and Holocene surface geochemical system able to precipitate goethite and cement fluvial sediments under transport. The high dose rates (2.7-12.3 Gy ka-1) of these fluvial deposits limits the OSL dating to the last ~60 ka, assuming maximum doses of ~200 Gy estimated using quartz OSL applied to fluvial deposits across Brazil. The performed investigations improve the applicability of luminescence signals (RF, OSL and VSL) to obtain provenance and depositional age data from a variety of fluvial deposits occurring over Brazil. This is a contribution to expand the application of luminescence methods to study fluvial deposits.

Este trabalho investigou a viabilidade da aplicação de radiofluorescência (RF) do quartzo como indicador (proxy) de proveniência, realizou experimentos para avaliar se a luminescência do quartzo estimulada por luz violeta (VSL, em inglês) é capaz de estender o intervalo temporal da datação de sedimentos fluviais no Brasil e realizou datações por luminescência opticamente estimulada (OSL, em inglês) para estabelecer idades de formação de depósitos ferruginosos (ironstones) do rio Xingu na Amazônia Oriental. Assim, esta tese de doutoramento buscou desenvolver aplicações das características de luminescência do quartzo no estudo de depósitos fluviais quaternários. Isto foi motivado pela ampla ocorrência de depósitos fluviais no Brasil, terra dos grandes rios, os quais geraram importante registro continental de mudanças de paisagem e do clima durante o Quaternário. Inicialmente, o trabalho examinou as emissões de RF em quartzo de rochas fonte (ígneas plutônicas e vulcânicas) e sedimentos de diferentes proveniências. Após a deconvolução dos espectros de RF em suas bandas de emissão, as intensidades das bandas de emissão foram comparadas com as sensibilidades OSL (primeiro 1s) e termoluminescência (TL, pico a 110°C) para investigar se a intensidade da banda de emissão de RF pode ser usada como indicador de proveniência sedimentar. Foi demonstrado que a intensidade de RF ultravioleta (UV) se correlaciona com as sensibilidades OSL e TL do quartzo de sedimentos. Essa correlação apoiou a sugestão de que tanto o pico TL de 110°C quanto o OSL de quartzo usam os mesmos centros de recombinação em vez da mesma armadilha de elétrons e que a sensibilização natural dos sinais OSL e TL pode ocorrer devido às mudanças na probabilidade de recombinação em vez de mudanças na probabilidade de captura de cargas. Conclui-se que a intensidade de UV-RF medida com fonte de raios X também pode ser utilizada para análise de proveniência de sedimentos da mesma forma que as sensibilidades OSL e TL. Características dos sinais VSL de quartzo dos principais sistemas fluviais do Oeste do Brasil (Pantanal), Sudeste do Brasil (bacia do Rio Paraná) e Amazônia Central e Oriental foram investigadas para avaliar se o sinal VSL é adequado para estender o intervalo de tempo da datação por luminescência de sedimentos fluviais brasileiros . Os protocolos de dose regenerativa de alíquota única (SAR, em inglês), dose regenerativa de alíquotas múltiplas (MAR, em inglês) e dose aditiva de alíquotas múltiplas (MAAD, em inglês) foram usados para estimar a dose máxima que pode ser medida por sinais VSL do quartzo presente em sedimentos quaternários brasileiros. Conclui-se que o sinal VSL do quartzo pode aumentar significativamente o limite de datação até o Pleistoceno Inicial (~800 ka a 1,6 Ma para 2D0 obtida por MAAD), mesmo com doses características relativamente mais baixas (D0) observadas nas curvas de dose-resposta das amostras estudadas, se comparadas com outros estudos da literatura. Apesar da VSL ampliar o intervalo de tempo da datação por luminescência dos sedimentos fluviais brasileiros, em relação à datação OSL convencional, o comportamento do sinal VSL parece ser dependente da origem amostra. Isto é sustentado pela ausência de sinal VSL natural em amostras de quartzo derivadas dos depósitos fluviais amazônicos estudados. Na estimativa das idades de formação dos ironstones do rio Xingu, idades entre ~60 ka e 3 ka foram obtidas por meio do protocolo de datação SAR OSL em alíquotas de quartzo. Isso indica que as rochas ferruginosas do rio Xingu resultam de sistema geoquímico superficial do Pleistoceno Tardio e Holoceno, capaz de precipitar goethita e aprisionar sedimentos detríticos em transporte no canal do rio Xingu. As altas taxas de dose (2,7-12,3 Gy ka-1) desses depósitos fluviais limitam a datação OSL para os últimos ~60 ka, assumindo doses máximas de ~200 Gy estimadas a partir da dose característica (D0) das curvas de dose resposta. As investigações realizadas contribuem para entender a sensibilização natural de sinais OSL e TL, processo ainda pouco compreendido, e ampliam as aplicaçoes dos sinais de luminescência (RF, OSL e VSL) do quartzo para análise de proveniência e geocronlogia de depósitos fluviais no Brasil.