In recent years, the luminescence of quartz has emerged as a potential tool for provenance analysis, particularly through the application of optically stimulated luminescence (OSL) sensitivity. While OSL sensitivity in quartz crystals from igneous and metamorphic rocks is typically low, previous findings indicate that OSL sensitivity can vary within five orders of magnitude within Quaternary sediments. These observations imply that quartz sensitization, in natural settings, occurs at some stage between the sediment source areas and the depositional sites. Laboratory experiments have demonstrated that sensitization of the quartz OSL fast component can be prompted by irradiation-bleaching cycles or by heating at temperatures above 300 °C. These sensitization mechanisms could be driven by surface processes that expose quartz grains to ionizing radiation and sunlight or to high temperatures, including sediment reworking, soil mixing, and wildfires. Thus, the longer sediments remain on the Earths surface, the higher the probability of those grains undergoing sensitization through surface processes. In this way, the extended residence of sediments on the surface increases the opportunities for quartz grains to experience natural irradiation, bleaching by sunlight exposure, and heating, increasing the probability of sensitization. This hypothesis establishes a connection between OSL sensitivity and surface processes occurring mainly in the source areas, ultimately enabling the tracing of the provenance of sediments released from particular source areas characterized by a specific combination of source rock and surface processes. OSL sensitivity has been effectively utilized for provenance analysis in modern deposits, but its application in ancient basin-fill sequences has been limited. This dissertation aims to address this gap by investigating the OSL sensitivity of pure quartz sand grains extracted from sandstones of a ~10 km-thick exhumed crustal section of the Northern Andes in the Colombian Eastern Cordillera, as well as from one of its adjacent basins. The studied section encompasses rocks from the entire Phanerozoic eon that have a well-established provenance history determined through various methods including low-temperature thermochronology, detrital geochronology, and sandstone petrography. This comprehensive array of information provides a strong foundation to establish a proof-of-concept for the applicability of quartz OSL sensitivity as a sediment provenance tracer. To achieve this, in this work the OSL sensitivity, measured in sandstones from the Colombian Eastern Cordillera, is compared with proxies such as detrital zircon U-Pb geochronology and sandstone petrography. Here, two different scenarios within the same basin in the Northern Andes were tested. Firstly, changes in quartz OSL sensitivity were demonstrated to be correlated with changes in sediment source areas characterized by contrasting conditions related to the residence time that quartz grains spend on the Earths surface. Low-sensitivity quartz is associated with orogenic source areas experiencing rapid exhumation and denudation, whereas quartz exhibiting higher sensitivity is correlated with stable cratonic source areas. Finally, the highest-sensitivity quartz is linked to the recycling of sedimentary rocks that exhibit enhanced quartz OSL sensitivity. These observations allow for the construction of a hypothetical frame that serves as a basis for using the quartz luminescence sensitivity as a provenance tracer not only on quaternary and modern sediments but also in ancient basin-fill sequences.

Nos últimos anos, a luminescência do quartzo surgiu como uma ferramenta potencial para a análise da proveniência, particularmente através da aplicação da sensibilidade da luminescência opticamente estimulada (OSL). Embora a sensibilidade OSL em cristais de quartzo de rochas ígneas e metamórficas seja tipicamente baixa, descobertas anteriores indicam que a sensibilidade OSL pode variar dentro de cinco ordens de magnitude em sedimentos quaternários. Estas observações implicam que a sensibilização do quartzo, em ambientes naturais, ocorre numa determinada fase entre as áreas fonte dos sedimentos e os locais de deposição. Experimentos laboratoriais já demonstraram que a sensibilização da componente rápida OSL do quartzo pode ser provocada por ciclos de irradiação-esvazeamento ou por aquecimento a temperaturas superiores a 300 °C. Estes mecanismos de sensibilização podem ser provocados por processos superficiais que expõem os grãos de quartzo à radiação ionizante e à luz solar ou a temperaturas elevadas, incluindo o retrabalhamento de sedimentos, a mistura de solos e os incêndios florestais. Assim, quanto maior for o tempo de permanência dos sedimentos na superfície terrestre, maior será a probabilidade desses grãos sofrerem sensibilização através de processos superficiais. Desta forma, a permanência prolongada dos sedimentos à superfície aumenta as oportunidades de os grãos de quartzo sofrerem irradiação natural, esvazeamento por exposição à luz solar e aquecimento, aumentando a probabilidade de sensibilização. Esta hipótese estabelece uma ligação entre a sensibilidade OSL do quartzo e os processos superficiais que ocorrem principalmente nas áreas fonte, permitindo, em última análise, o rastreio da proveniência de sedimentos erodidos de determinadas áreas fonte caracterizadas por uma combinação específica de rochas fonte e processos superficiais A sensibilidade OSL tem sido efetivamente utilizada para a análise da proveniência em depósitos modernos, mas a sua aplicação em sequências antigas de de bacias tem sido limitada. Esta dissertação visa colmatar esta lacuna, investigando a sensibilidade OSL de grãos de areia de quartzo puro extraídos de arenitos de uma secção crustal exumada com cerca de 10 km de espessura dos Andes do Norte, na Cordilheira Oriental da Colômbia, bem como de uma das suas bacias adjacentes. A secção estudada abrange rochas de todo o éon Fanerozoico, as quais têm uma história de proveniência sedimentar bem estabelecida, determinada através de vários métodos, incluindo termocronologia de baixa temperatura, geocronologia detrítica, e petrografia de arenito. Este conjunto de informações fornece uma base sólida para estabelecer uma prova de conceito para a aplicabilidade da sensibilidade OSL do quartzo como um traçador de proveniência sedimentar. Para tal, neste trabalho a sensibilidade OSL medida em arenitos da Cordilheira Oriental Colombiana é comparada com proxies como a geocronologia U-Pb de zircão detrítico e a petrografia de arenitos. Aqui, foram testados dois cenários diferentes dentro da mesma bacia nos Andes do Norte. Em primeiro lugar, demonstrou-se que as mudanças na sensibilidade OSL do quartzo estão correlacionadas com mudanças nas áreas fonte dos sedimentos, caracterizadas por condições contrastantes relacionadas com o tempo de residência que os grãos de quartzo passam na superfície da Terra. O quartzo de baixa sensibilidade está associado a áreas fontes orogénica com rápida exumação e denudação, enquanto o quartzo com maior sensibilidade está correlacionado com áreas fontes cratónicas estáveis. Por fim, o quartzo de maior sensibilidade está associado à reciclagem de rochas sedimentares que apresentam uma sensibilidade OSL do quartzo mais elevada. Estas observações permitem a construção de um quadro hipotético que serve de base à utilização da sensibilidade da luminescência do quartzo como traçador de proveniência, não só em sedimentos quaternários e modernos, mas também em sequências antigas de bacias.