Ansökan: Skorpans och övre mantelns eletriska ledningsförmåga över Kaledoniderna i Norge och Sverige och dess betydelse för geodynamiska modeller för topografiens utveckling

Tidsperiod:

1 januari 2010 – 31 december 2012

Projektledare:

Laust Pedersen

Projektdeltagare:

Toivo Korja, Christoph Hieronymus

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

1 269 000 SEK

Magnetotellurik är en djuppenetrerande geofysisk metod, som utnyttjar elektromagnetiska vågor alstrade i jonosfären när solvinden växelverkar med jordens magnetfält. Genom mätning på jordens yta av det magnetiska och det elektriska fältet kan man bestämma hur förhållandet mellan elektriska och magnetiska fälten (dvs. impedansen) avhänger av frekvensen av den inkommande vågen. Impedansen, som i allmänhet är en tensor eftersom fälten har flera komponenter, avspeglar i sin tur hur jordens elektriska ledningsförmåga varierar på djupet och i sidled. Under typiska svenska förhållanden penetrerar vågen ca 1 km ner i berget vid frekvensen 1000 Hz och 100 km ner vid frekvensen 0.001 Hz.

Den elektriska ledningsförmågan är en fundamental fysikalisk storhet som tillsammans med andra parametrar bildar utgångspunkten för de geofysiska metoderna. Ledningsförmågan är hög i metalliska ledare som sulfidmalmer och grafitiska skiffrar, men mycket lägre i vanliga bergarter vars ledningsförmåga huvudsakligen bestäms av deras innehåll av flytande faser, dvs. saltvatten och smältor.

För 15 år sedan ansågs den kristallina jordskorpan vara en i huvudsak dålig elektrisk ledare. Med utgångspunkt i mätningar på Baltiska skölden på 80- och 90-talet av ryska, svenska och finska geofysiker förändrades denna bild totalt. Nu vet vi att skölden är sammansatt av enheter med varierande ledningsförmåga och i skarven mellan enheterna finns ofta flera hundra km väl ledande zoner, som för det mesta är begränsade till den övre delen av jordskorpan, men som ibland som vid Skellefteåfältet penetrerar hela jordskorpan. Genom att jämföra med geologiska/tektoniska modeller för utvecklingen av skölden fås en klar bild av att dessa välledande zoner, som vid jordytan kännetecknas av metasedimentära bergarter anrikade med sulfider och grafiter, representerar gränser mellan plattor, som svetsades samman i tidig Proterozoisk tid. Komplexiteten i fördelningen av elektriskt ledande strukturer i den övre delen av jordskorpan och eventuellt i de ovanliggande sedimentbassängerna utgör ett stort hinder för att ta fram elektriska modeller för den djupa jordskorpan och den övre delen av manteln. Preliminära resultat indikerar att övergången mellan Prekambriska Baltiska Skölden i norr och Palaeozoikum i söder även avspeglas elektriskt på djup av flera hundra km. Baltiska Sköldens lithosfär blir markant tjockare från söder till norr med början vid Tornquist zonen i Skåne. En liknande förtunning kan härledas från seismiska observationer. Genom att modellera bägge datatyper gemensamt har vi visat att övergången huvudsakligen beror på skillnader i temperatur vid 150 km djup.

Kaledonska fjällkjedjan i Norge och Sverige bildar på likande vis en övergångszon mellan en yngre del i väster och det gamla Svekofenniska urberget i öster. I detta projekt kommer vi att utföra egna magnetotelluriska mätningar i samarbete med kollegor från Universitetet i Uleåborg. Dessa bildar tillsammans med seismologiska observationer och mätningar av tyngdfältet grunden för att studera hur den djupa strukturen av skorpan och övergången mellan litosfären och astenosfären kan kopplas till ändringar i topografien i fjällkedjan från söder i Norge, vidare till Jämtland/Tröndelag till den norra delen av Norge och Sverige. Genom att testa olika geodynamiska modeller mot de geofysiska observationerna kan vi bidra till förståelsen av hur topografien vid passiva marginer uppkommer.