Au sein du domaine transversal, la ceinture PAB (Fig. 1) comprend des métasédiments, des métavolcanites acides, des orthogneiss à foliation sub-horizontale replissée et des gneiss anatectiques d'âge Paléoprotérozoı̈que présumé. Le métamorphisme régional a culminé dans le faciès amphibolite, avec anatexie à proximité des plutons granitiques. La plupart de ces plutons se sont mis en place en conditions syncinématiques à 580 Ma [6,22], qui est l'âge du pic du métamorphisme régional. La roche étudiée provient d'une bande leucocrate de 30 cm d'épaisseur, située au sein d'une séquence métabasique mésocrate à amphibole–clinopyroxène, associée à des niveaux calco-silicatés. Elle est localisée à une dizaine de kilomètres au nord du massif granitique d'Itaporanga, daté à 584±2 Ma [6]. L'échantillon renferme 50 % de grenat almandineux, 30% de quartz, 11% de plagioclase calcique, 6 % d'amphibole verte et 1% de biotite. Les minéraux accessoires observés sont les sulfures, l'apatite, le zircon et le sphène. Le thermomètre amphibole–plagioclase [3] fournit une température d'équilibre de l'ordre de 640 °C à 4 kbar.

Les apatites ont été dissoutes sur plaque chauffante en acide chlorhydrique 6 N. La séparation du plomb et de l'uranium a été effectuée selon la méthode décrite par Krogh [17]. Les blancs de procédure au cours de la période d'analyse ont varié entre 15 et 30 pg pour le Pb et moins de 5 pg pour l'U. La composition isotopique du Pb radiogénique a été déterminée en retirant le blanc, puis en supposant pour le Pb commun restant une composition déterminée d'après le modèle de Stacey et Kramers [24]. Le calcul des points expérimentaux et des âges a été effectué en utilisant le programme de Ludwig [18]. La mesure des éléments en traces a été réalisée par ICP–MS, suivant une méthode de calibration externe en vigueur à Montpellier et décrite en détails par Ionov et al. [15].

L'échantillon de roche totale présente un spectre plat (Fig. 2), légèrement appauvri en terres rares légères, comparable au N-MORB. Les teneurs en terres rares sont cependant élevées (environ 50 fois les chondrites), ce qui suggère une affinité de type T-MORB [11]. L'anomalie négative en Eu suggère que le liquide initial a subi un processus de cristallisation fractionnée. L'échantillon est interprété comme un leucosome issu de la fusion partielle de basaltes altérés, similaire aux veines leucosomiques observées en domaine océanique (par exemple, [13]). Le spectre de terres rares des apatites est marqué par un appauvrissement prononcé en terres rares légères et lourdes. Ceci indique une croissance à l'équilibre avec des phases métamorphiques majeures (telles que le plagioclase et le grenat) qui incorporent ces éléments de façon privilégiée. La structure interne des apatites révèle l'absence de figures magmatiques telles que zonage ou surcroissance (Fig. 3). Ces critères permettent de définir une origine métamorphique pour les apatites analysées. Dans le diagramme Concordia (Fig. 4), les quatre fractions d'apatites définissent un âge ²⁰⁶Pb/²³⁸U de 540±5 Ma (MSWD = 2,9). La température de fermeture de l'apatite vis-à-vis de la diffusion du Pb est de l'ordre de 450–550 °C pour des vitesses de refroidissement comprises entre 1–10 °C Ma⁻¹ [8]. Dans cette partie du domaine PAB, le pic du métamorphisme régional culmine à environ 580 Ma et 640 °C. Une baisse de température depuis 640 °C à 580 Ma jusqu'à 450–550 °C à 540 Ma, permet de calculer des taux de refroidissement compris entre 2,5 à 5 °C Ma⁻¹. Ces valeurs sont similaires à celles obtenues le long du cisaillement de Patos par Corsini et al. [10] et suggèrent une évolution rétrograde et un refroidissement gouvernés par des processus de remontée isostatique et de faibles taux d'érosion. Les parties les plus métamorphiques et granitisées de la ceinture PAB ont donc subi un refroidissement lent comparable et synchrone de celui observé dans d'autres parties de la BP situées au nord du cisaillement de Patos [20]. Cette évolution est cependant différente de celle connue pour le Sud de la BP, qui a subi des taux de refroidissement comparables mais de façon plus précoce, comme l'indiquent les âges Ar de 580 Ma obtenus sur amphiboles par Neves et al. [21]. Les taux de refroidissement étant identiques sur l'ensemble de la BP (environ 3 à 5 °C Ma⁻¹), ceci suggère un diachronisme avec migration de la déformation, du magmatisme et du métamorphisme associé du Sud vers le Nord. Les faibles taux de refroidissement observés ne sont pas compatibles avec des processus de délamination et suggèrent une évolution métamorphique liée, soit à des processus de sous-placage de magmas basiques, qui réduisent l'uplift et réchauffent le système, soit à un épaississement crustal causé par l'empilement de nappe. Enfin, de petits bassins de molasse continentale non métamorphique sont préservés le long du cisaillement de Patos. Ces bassins sont contemporains de la mise en place de plutons granitiques de type A, d'âge Cambrien supérieur. La préservation de l'âge UPb sur apatite indique que cet événement n'a pas été associé à une anomalie thermique d'ampleur régionale.

L'âge de 540±5 Ma, obtenu par la méthode UPb sur les apatites métamorphiques d'un leucosome prélevé au sein d'un complexe métabasique, est interprété comme celui du refroidissement lent de la ceinture PAB au début du Cambrien. Cet âge fait le lien avec ceux connus au Nord et au Sud et indique des taux de refroidissement lents (globalement compris entre 2,5 et 5 °C Ma⁻¹) identiques dans l'ensemble de la BP, bien que le refroidissement soit plus précoce au Sud.

Trace-element analyses of the whole rock sample and of a small apatite fraction (ca. 30 mg) are reported in Table 1 and shown in the chondrite-normalized diagram of Fig. 2. The whole rock sample displays a flat to slightly LREE depleted pattern with (La/Sm)_CN and (La/Yb)_CN ratio close to 0.7, similar to normal MORB derived from a depleted asthenospheric mantle. The rock however is characterized by high REE content of about 50 times the chondrites, which suggests affinity with a T-MORB protolith [11]. In addition, the pattern displays a slight negative Eu anomaly despite the high modal plagioclase content, suggesting the sample has undergone some degree of differentiation and mineral segregation. The Nb/Ta ratio (13.4) is within error of the MORB value (14.4 ±1.7 after [16]) again suggesting a depleted mantle source. The sample is then tentatively regarded as a leucosome vein resulting from hydrous partial melting of altered basalts by similarity to leucocratic melts found within the roof zones of axial magma chamber [13, e.g.]. The apatite REE-normalised pattern shows a pronounced depletion in LREE and HREE with a negative Eu anomaly. The latter is typical of apatites from various geodynamical settings and host rocks [23]. The marked depletion in both LREE and HREE indicates that growth of the apatite occurred after or during crystallisation of LREE- and HREE-rich phases, such as plagioclase and garnet respectively. These phases are major metamorphic components of the rock as they occur with a modal percentage of 11 and 50%, respectively, and can therefore seriously compete with apatite for REE during its growth.

Apatites occur as a uniform population of small (100–150 μm) colourless translucent grains. The grains have rounded shapes and are generally free of inclusions. SEM images of polished surfaces (Fig. 3) show that they exhibit structureless internal domains. No cores, oscillatory zoning patterns or magmatic overgrowths have been observed which is consistent with a metamorphic origin. The four fractions analysed present low radiogenic Pb and U contents and consequently have low ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb ratios (Table 2). Analyses are close to concordant (Fig. 4) and show a spread in the ²⁰⁷Pb/²³⁵U ratios but identical ²⁰⁶Pb/²³⁸U ratios. The four fractions provide a ²⁰⁶Pb/²³⁸U weighted mean age of 540±5 Ma (MSWD = 2.9) interpreted as our best estimate for the age of the metamorphic apatite.

Although its application is limited by relatively low U and high common Pb contents, apatite is an important accessory phase in UPb geochronology as it is common in many igneous and metamorphic rocks. Due to its low ionic porosity, apatite is thought to have a simple UPb system. This contrasts with other phosphatic phases such as monazites for example which may contain multiple growth zones within individual crystals [5] and preserve an older age in an inherited core [9]. Thus, important information on the post-peak metamorphic evolution can be obtained from the apatite results. Cherniak et al. [8] proposed a closure temperature for Pb diffusion in apatite in the range 450–550 °C for cooling rates of 1–10 °C Ma⁻¹ and crystal sizes of 100–500 μm. Electron microprobe study indicates that the sample underwent a metamorphic overprint of about 640 °C, therefore exceeding the nominal closure temperature of apatite for the UPb system. The 540±5 Ma apatite age is thus interpreted as recording a cooling point on the downside of regional metamorphism and it is suggested that the temperature has dropped from 640 °C at ca. 580 Ma (the age of peak metamorphism) to 450–550 °C at 540 Ma. This indicates that after peak metamorphism, the temperature decreased slowly at a rate of 2.5 to 5 °C Ma⁻¹. Similar values (ranging from 3 to 4 °C Ma⁻¹) were calculated from Ar datings along the Patos shear zone and in the Seridó area [10]. Such slow cooling rates suggest that denudation occurred by processes consistent with isostatic recovery and low erosion rates. This contrasts with tectonically assisted retrograde evolution associated, for example, with late metamorphic thrusting and nappe stacking and with the differential uplift and exhumation of deep crustal units along major shear zones. It is also noteworthy that the 540 Ma apatite age is identical to the 540–550 Ma Ar amphibole ages provided by rocks from the western termination of the Patos lineament and from the Cedro belt, north of this lineament [20]. Since the amphibole closure temperature for Ar is similar to the UPb closure temperature of apatite, it is concluded that crustal units on each side of the lineament undergone the same post-metamorphic cooling history. Conversely, rocks from the southern part of the BP (Caruaru area) yielded identical cooling rates (ca. 5 °C Ma⁻¹), but cooling down to 500 °C occurred earlier, at ca. 580 Ma [21]. This suggests a possible diachronous evolution for the tectonometamorphic event in the BP during the Braziliano/PanAfrican time. This period of tectonism, metamorphism and igneous emplacement represents a major period of plate tectonic activity resulting in the final assembly of the Gondwana supercontinent. The low cooling rates observed in the whole BP, except in the vicinity of major shear zones where cooling had reached values of 20 °C Ma⁻¹ (e.g., [20]), and the possible diachronism are not compatible with delamination phenomena which are typically associated with uplift and high erosion rates. Underplating of mafic magmas, which reduces uplift while adding heat to the system, or crustal thickening caused by nappe stacking and responsible for partial melting and granite emplacement, are more likely processes to explain the Neoproterozoic metamorphic evolution of the BP and the associated long-lived thermal anomaly. Lastly, relics of non-metamorphic continental molassic basins are preserved along the Patos lineament [7]. Molasse deposition was coeval with felsic volcanism and with emplacement of A-type hypo-volcanic granites of Late-Cambrian age in the northern part of the BP [12]. Preservation of the 540-Ma apatite age indicates that this magmatic activity was not associated with a significant thermal anomaly of regional extent.