Sylvia letar ursprunget till den äldsta jordskorpan

2016-03-02

Sylvia hämtar stenprover på Island. Foto: Steffi Burchardt

Hur bildades den första kontinentala jordskorpan? Det är en fråga som har gäckat geologer i flera decennier. Det är också en av de frågeställningar som Sylvia Berg har angripit i sin doktorsavhandling som hon nyligen framgångsrikt försvarade vid Institutionen för geovetenskaper.

Det har länge varit känt att den kontinentala jordskorpan huvudsakligen bildas vid subduktionszoner, men denna modell kan inte förklara den allra äldsta jordskorpan som bildades innan de plattektoniska rörelserna startade. Med andra ord, hur är det möjligt att bilda stora mängder kiselrika bergarter i en annars kiselfattig miljö? För att besvara den frågan begav sig Sylvia Berg till Island, närmare bestämt till Borgarfjörður Eystri på nordöstra Island.

- Island är speciellt eftersom det på många sätt påminner om de geologiska förhållanden som vi tror rådde under hadeikum för cirka 4 miljarder år sedan, berättar Sylvia.

Island är uppbyggt av huvudsakligen basaltisk, alltså kiselfattig, lava, vilket är samma typ av bergart som dominerade på vår planet innan den kontinentala jordskorpan började bildas. Området kring Borgarfjörður Eystri utmärker sig från resten av Island eftersom det här även finns stora mängder kiselrika bergarter, som ligger insprängt mitt i all basalt.

- Det är möjligt att bildningen av de kiselrika bergarterna i Borgarfjörður Eystri är en modern motsvarighet till hur den allra tidigaste kontinentala jordskorpan bildades för ca 4 miljarder år sedan, säger Sylvia. I min avhandling visar vi hur de kiselrika ryoliterna har bildats genom partiell uppsmältning av äldre basalter som omvandlats kraftigt i hydrotermala system. Genom att analysera syreisotopsammansättningen i bergarternas ingående mineral kan vi visa att så mycket som 30 % uppsmält hydrotermalt omvandlad basalt behövs för att bilda dessa ryoliter.

De vackra ryoliterna i Borgarfjörður Eystri. Foto: Sylvia Berg

I sin forskning har Sylvia även daterat utbrotten av de kiselrika ryoliterna genom att kolla på det radioaktiva sönderfallet av uran till bly.

- Uran hittar vi i mineralet zirkon, förklarar Sylvia. Zirkoner fungerar som tidtagarur i bergarterna, och med hjälp av dessa har vi kunnat fastställa att bildningen av de kiselrika ryoliterna skedde förhållandevis snabbt, faktiskt under mindre än två miljoner år! Det kanske låter som en lång tid, men det är väldigt snabbt i detta geologiska perspektiv. Vi har med andra ord visat att det är möjligt att bilda stora volymer kiselrika bergarter i en basaltisk miljö på kort tid utan hjälp av tektonisk subduktion, vilket är precis vad som behövs för att förklara den allra första kontinentala jordskorpan! För att testa om våra isländska zirkoner kan ha bildats på samma sätt som de hadeiska zirkonerna analyserade vi även spårämnen i zirkonerna, som t.ex. titan. Koncentrationen av spårämnen skiljer sig markant från den isländska normen, men matchar däremot ganska precis vad vi ser i hadeiska zirkoner.

Förutom Sylvias forskning på Island så har hon även jobbat med 3D-tomografisk rekonstruktion av xenoliter från kanarieön El Hierro.

3D-tomografi av en sedimentär xenolit från El Hierro

- De här vulkaniska fragmenten kommer ifrån ett utbrott i havet utanför El Hierro i oktober 2011, säger Sylvia. Det här var ett väldigt speciellt utbrott, där vulkaniska bomber flöt upp till havsytan samtidigt som havet bubblade som en jacuzzi!

Xenoliterna kommer ifrån tidiga sedimentära avlagringar under den vulkaniska ön som plockades upp av den heta magman på vägen upp genom jordskorpan. När de blöta sedimenten hettas upp frigörs dess gaser och bildar bubbelfyllda smältor som expanderar kraftigt. De ursprungliga sedimenten ombildas till porösa fragment som liknar ett uppblåst, gasfyllt skum, vilket i sin tur fungerar som en flytväst för lavan. Det förklarar hur de vulkaniska bomberna kan flyta upp till havsytan.

- 3D-tomografin av xenoliterna visar att en betydande mängd sedimentära vätskor förgasades och frigjordes från sedimenten, och tillförsel av dessa gaser till magman kan ha omfattande konsekvenser för magmans fysikaliska egenskaper. Vi vet redan att gasrika magmor ger mer explosiva utbrott, så kanske kan de integrerade sedimenten fungera som en tändhatt som ger magman en sista knuff på väg upp till jordytan.

Sylvias avhandling, som innehåller sju artiklar, finns tillgänglig på universitetsbiblioteket, och sammanfattningen går att ladda ned via denna länk.

Sylvias forskning utfördes inom forskningsprogrammet för mineralogi, petrologi och tektonik, och finansierades av Nordvulk, Vetenskapsrådet, Kungliga vetenskapsakademien och MEMOVOLC.

/Börje Dahrén