Ansökan: Fysiska egenskaper i bergarter: en koppling mellan geologi och geofysik i centrala Skanderna

Tidsperiod:

1 januari 2013 – 31 december 2016

Projektledare:

Bjarne Almqvist

Projektdeltagare:

Christopher Juhlin, Jean-Pierre Burg, Sandra Piazolo, David G. Gee

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

3 750 000 SEK

Enligt plattektonikens teori så består jordens översta lager av den yttre kalla och stela litosfären och den underliggande hetare och mjukare astenosfären. Litosfären är indelad i tektoniska plattor, som kontinuerligt rör sig över den heta och duktila astenosfären, vilket förklarar fenomenet kontinentaldrift. När två av dessa litosfäriska plattor kolliderar bildas en subduktionszon, där en av plattorna drivs under den andra, ner i jordens mantel. Subduktionszoner är bland de mest dynamiska system på vår jord, och bidrar till både formeringen av de höga berg som återfinns i Himalaya, men också djuphavsgravar som Marianergraven. Dessutom är majoriteten av jordbävningar och aktiva vulkanerer lokaliserade i områden där subduktion är aktiv. Bildandet av bergskedjor, även kallat orogenes, är en viktig del av subduktionssystemet. Genom att studera bergskedjor och de bergarter som formas i sammanband med orogenes leder det oss till att bättre förstå jorden plattektonik. Skanderna, den bergskedja som sträcker sig parallelt längs den Skandinaviska halvön är en utmärkt region för att studera bergskedjebildning. Denna bergskedja bildades för cirka 400 miljoner år sedan, när kontinentalplattorna Laurentia och Baltika kolliderade. Skanderna var en del av Kaledonska orogenesen, vars storlek var likt den i Himalaya. Extrem deformation i Skanderna bidrog till förskjutning av bergarter flera hundra kilometer över den Baltiska berggrunden. Idag har man till exempel funnit delar of Laurentia (nuvarande den Nordamerikanska kontinenten) i Skandinavien. Detta fenomen var känt redan för hundratjugo år sedan, men den extrema förskjutningen är fortfarande ett pussel där alla bitarna inte är lagda. De höga tryck och temperaturer som bildas i subduktionszoner vid orogenes är en viktig faktor. Dessutom så utsöndrar den neddrivna tektoniska plattan vätskor, eftersom den delvis utgjort havets botten innan själva kollisionen av kontinenterna ägde rum, som agerar likt lubrikanter för de bergarter som drivs genom extrusion ut ur subduktionszonen och in i bergskedjan. Bergarter som drivs ut ur subduktionzonen på detta sätt har ett duktilt beteende. Men i stort sett saknar vi direkta observationer av den deformation som pågår på djupet i dagens subduktionszoner och aktiva orogeneser (till exempel Taiwan). Geofysik bidrar med de metoder vi har att forska omkring jordens inre uppbyggnad, speciellt på de djup som vi fysiskt inte kan nå. Men geofysikens fjärranalys kan ofta tolkas på fler än ett sätt, vilket leder till oklarhet i tydningen. Det är därför nödvändigt att förstå vad som bidrar till geofysiska signaler. Över 300 miljoner år av erosion i Skanderna har bidragit till att de djupare nivåerna av bergen nu är exponerade på jordens yta. Detta innebär att vi har tillgång till de bergarter som bildades djupt i jordskorpan vid Kaledonska orogenesen. Bergsbyggnad och kontinental kollision är storskaliga begrepp, men deformationsprocesser pågår också på mindre skala. De små mineraler som utgör bergarterna omvandlas på mikroskopisk nivå när bergarter deformeras. Summan av de små beståndsdelar i bergarter (utgjorda av mineraler, porer och porvätskor) bidrar till den geofysiska signalen. Om vi därför har kännedom hur de mikroskopiska beståndsdelarna ger upphov till fysiska egenskaper i bergarter, så kan det hjälpa oss att tyda den geofysiska fjärranalysen. I detta projekt har vi därför valt att studera bergarter i mellersta Sverige (Åre, Jämtland), som är väl exponerade på jordytan. Med hjälp av laboratorieexperiment och modern mikroskopi kan vi forska hur dessa bergarter och mineraler formas medan orogenes pågår, och hur dess fysiska förmågor influerar geofysiska mätningar. Laboratorieexperiment kan på så sätt jämföras med geofysiska mätningar. Med en sådan integrerad metodologi är målet att bättre förstå de duktila deformations processer som äger rum i jordens mellersta och nedre skorpa. Denna vetskap leder i sin tur till en ökad förståelse för hur jordens litos