Blogg: Belyser utviklingen av berggrunnen i Skandinavia

Image
Fjellet Hornelen på Vestlandet
Området rundt det ikoniske fjellet Hornelen på Vestlandet illustrerer ulike aspekter av en Wilson-syklus: I forgrunnen ser vi bergarten eklogitt, som ble dannet for rundt 400 millioner år siden på over 65 kilometers dyp, da den kaledonske fjellkjeden var på sitt høyeste. De mørke, vegetasjonskledte bergartene på nedre del av Hornelen består av en enorm skjærsone, som transporterte eklogitten nærmere overflaten da den kaledonske fjellkjeden gikk til grunne. Konglomeratene, som bygger den lyse toppveggen, ble avsatt i et stort sedimentasjonsbasseng under nedbrytningen av fjellkjeden. Foto: Deta Gasser

Norges berggrunn er fortsatt dårlig kartlagt. Den skjuler ukjente bergarter, som kan inneholde ettertraktede mineraler og sjeldne metaller, eller bergarter som kan være en fare under utbygging av infrastruktur. Kartlegging, sammen med forskning på hvordan berggrunnen er blitt til, kan gi oss bedre verktøy for å forvalte Norges berggrunn.

The Journal of the Geological Society of London har nylig gitt ut en samling med ti nye forskningsartikler under tittelen «The Caledonian Wilson Cycle». Undertegnede forskere ved NGU har vært redaktører for samlingen, som dekker ulike aspekter ved utviklingen av berggrunnen i Skandinavia, de britiske øyene og Grønland - den såkalte «kaledonske Wilson-syklusen».

I en oversiktsartikkel oppsummerer vi dagens kunnskap – hva vet vi, og hva vet vi ennå ikke om hvordan berggrunnen på begge sidene av Atlanterhavet er blitt til?

Hva er en Wilson-syklus?

Hva er egentlig den kaledonske Wilson-syklusen, og hvorfor er den viktig for forståelsen av blant annet Norges berggrunn?

John Tuzo Wilson (1908-1993) var en kanadisk geolog og geofysiker, og en av pionerne som utviklet teorien om platetektonikk. Han var en av de første som i 1960-årene beskrev den platetektoniske syklusen der store kontinent brytes opp, havbasseng dannes, og så lukkes igjen, etterfulgt av kollisjon mellom kontinenter, som fører til dannelsen av store fjellkjeder og nye store kontinent.

Fjellkjedene slipes ned og kontinentet brytes opp på nytt – en ny syklus er i gang. Denne utviklingen har på 1970-tallet fått navnet Wilson-syklus, til ære for de banebrytende ideene til John Tuzo Wilson.

Image
Illustrasjon av syklusene
Bildet viser utviklingen av to Wilson-sykluser i Atlanterhavsområdet: Først ute var den kaledonske Wilson-syklus, som førte til dannelsen av Iapetushavet mellom kontinentene Laurentia og Baltika, og så dannelsen av den kaledonske fjellkjeden da dette havet ble lukket. Så begynte den nord-atlantiske Wilson-syklusen, med åpningen av Atlanterhavet. «Ma» står for millioner år tilbake i tid. Figuren er modifisert fra et utkast av Christian Tegner.

Begge sider av Atlanterhavet

En stor inspirasjon for formuleringen av Wilson-syklusen fant Tuzo Wilson i berggrunnen på begge sider av Atlanterhavet. I Skandinavia, de britiske øyene, Øst-Grønland og langs østkysten av Nord-Amerika har geologer kartlagt skyvedekker med opphav i en felles, storskala fjellkjede, den kaledonske fjellkjeden, oppkalt etter det romerske navnet for Skottland; Caledonia.

I skyvedekkene finnes det fossiler med vidt forskjellig opprinnelse, som viser at det i tidlig paleozoisk tid fantes et havbasseng mellom to kontinenter som kalles Baltika og Laurentia. I en viktig artikkel fra 1966 spør Tuzo Wilson derfor «did the Atlantic close and then re-open?» hvor han postulerer at det fantes et proto-atlantisk osean, altså et havbasseng eldre enn selve Atlanterhavet, som skilte kontinentene Baltika og Laurentia i tidlig paleozoisk tid.

Dette havet ble seinere kalt Iapetushavet av Garland og Hayer i 1972, etter Iapetus, faren til kjempen Atlas i gresk mytologi. Åpningen og lukkingen av dette havbassenget, som førte til dannelsen av den kaledonske fjellkjeden da Baltika og Laurentia kolliderte, regnes i dag som et av de best kjente eksemplene av en Wilson-syklus.

Så hvilke faser bestod den av?

Image
Bilde av fossiler
Bilde av fossile brachiopoder, funnet i omtrent 465 millioner år gamle kalksteiner i Hølonda-området i Trøndelag. Sammensetningen av ulike arter tyder på at de levde i Iapetushavet utenfor det laurentiske kontinentet, flere tusen kilometer unna det baltiske kontinentet. Det var funnet av slike skapninger som førte til at Tuzo Wilson foreslo eksistensen av Iapetushavet. Foto: Hans Arne Nakrem

Fra Rodinia til Iapetushavet

En Wilson-syklus begynner med oppsprekkingen av et stort kontinent, gjerne langs eksisterende svakhetssoner, slik som tidligere fjellkjeder. Men hvordan så det ut, kontinentet som sprakk opp og førte til dannelsen av Iapetushavet? Det er mye fra den tidlige kaledonske Wilson-syklusen som vi ikke vet ennå. I klassiske paleogeografiske modeller for den tidlige neoproterozoiske tiden, for ca. 1000-700 millioner år siden, er kontinentene Baltika og Laurentia, sammen med kontinentet Amazonia, samlet i et stort superkontinent, som har fått navnet Rodinia.

Men hvordan var disse kontinentene plassert i forhold til hverandre, lå de sammen i det hele tatt, og foregikk det ekstensjon eller kollisjon mellom dem? Dette er store spørsmål som diskuteres fortsatt blant forskerne, og det finnes svært ulike platetektoniske modeller for denne tiden, som tyder på at vi fortsatt har for lite kunnskap og data fra denne viktige tiden i jordas historie.

Image
Illustrasjon av platetektoniske modeller
Ulike platetektoniske modeller som viser begynnelsen av Wilson-syklusen – vi vet rett og slett ikke hvordan verden så ut for rundt 1000 millioner år siden. Fra Gasser et al. (2024)

Åpning og lukking

Forskningen viser at Iapetushavet antakeligvis bestod av flere ulike oseaniske basseng, som åpnet seg i senneoproterosoisk til kambrisk tid. Overgangene mellom kontinental og oseanisk skorpe varierte langs havbassengene – i noen områder foregikk strekningen uten magmatisme, mens det i andre områder strømmet ut store mengder basaltisk magma på havbunnen.

Restene av denne magmatismen finnes i dag spredt i mange skyvedekker på begge sidene av Atlanterhavet, og blir brukt til å rekonstruere det som kalles «Central Iapetus Magmatic Province (CIMP)».

Image
Fjellet favorittkammen
Ved fjellet Favorittkammen i Sarek nasjonalpark i Nord-Sverige er 610 millioner år gamle basaltiske ganger fra oppsprekkingen av Iapetushavet synlige i en over 200 meter høy, vertikal vegg. Mellom de svarte basaltgangene ser en lyse, kvartsittiske avsetningsbergarter der lagningen står nesten vertikalt. Bildet er tatt mot vest. Foto: Hans-Jørgen Kjøll


Lukkingen av Iapetushavet vet vi heller ikke alt om. Lukking av havbassenger foregår langs såkalte subduksjonssoner, der en oseanisk plate synker under en annen oseanisk eller en kontinental plate. Vi vet at det antakelig fantes flere subduksjonssoner i Iapetushavet som var aktive fra ca. 500 millioner år og framover, men hvor eksakt de lå, i hvilken retning de helte, hvor lenge de var aktive og når de kolliderte med hverandre, vet vi faktisk ikke.

Også her diskuterer forskerne ulike modeller, og det trengs flere undersøkelser av både bergartene som ble subdusert og bergartene som bygde opp de overliggende platene.

Kollisjon og kollaps

For rundt 450-400 millioner år siden kolliderte kontinentene Laurentia og Baltika, og deler av Baltika ble presset ned til stort dyp – i dag kan vi finne bergarter som ble presset ned til minst 90 kilometer langs kysten av dagens Vest-Norge!

At de nå finnes igjen ved jordas overflate, skyldes at fjellkjeden som oppstod under kollisjonen på et tidspunkt kollapset under sin egen vekt, en hendelse som tok flere millioner år … Kontinentene sklei litt fra hverandre igjen, noe som førte til at høytrykksbergartene kom nærmere overflaten, og at det ble avsatt store mengder sediment i grabenstrukturer på overflaten, slik som konglomeratene på toppen av fjellet Hornelen. Strekningen mellom kontinentene fortsatte, skorpetykkelsen avtok, og på et tidspunkt begynte en ny Wilson-syklus, som endte opp i åpningen av Atlanterhavet …

Image
Eklogitt
Spektakulær rød-grønn eklogitt, som ble dannet på stort dyp mens de kaledonske fjellene var på sitt høyeste. Fra Verpeneset i Vestland. Foto: Deta Gasser

Forskningsartiklene i den tematiske samlingen dekker ulike aspekt av alle fasene av Wilson-syklusen, og peker på nye funn og fortsatt åpne spørsmål som må undersøkes nærmere i framtiden.

Mineralressurser og samfunnssikkerhet

Rundt 72 prosent av Norges berggrunn består av bergarter dannet eller omdannet i de ulike fasene av den kaledonske Wilson-syklusen. Forståelse av prosessene knyttet til denne er grunnleggende for å forstå den kjemiske sammensetningen og mineralressurspotensialet i berggrunnen.

Mange mineralforekomster er for eksempel knyttet til åpningen og lukkingen av Iapetushavet, og hvis vi forstår bedre i hvilke tektoniske miljø de ulike bergartene fra Iapetushavet er blitt dannet, er det lettere å forutsi mulige områder med mineraliseringspotensiale.

De ulike tektoniske hendelsene i løpet av både den kaledonske og den nord-atlantiske Wilson-syklusen har også dannet dyptgripende svakhetssoner i berggrunnen i ulike områder, og en forståelse av disse vil bidra til bedre å kunne håndtere utfordringer knyttet til bygging av infrastruktur eller håndtering av geofarer - som jordskjelv og fjellskred - langs slike soner.

Det trengs mer kartlegging

48 prosent av Norges berggrunn er ennå ikke kartlagt i målestokk 1:50 000, og det finnes dermed store muligheter for å avdekke ukjente bergarter og flere detaljer rundt utviklingen av den kaledonske Wilson-syklusen.

Det trengs fortsatt grundig kartlegging i felt, kombinert med avanserte forskningsmetoder, for å øke vår forståelse av prosessene knyttet til den kaledonske Wilson-syklusen. Vitenskapelige forskningsartikler, sammen med bedre og mer detaljerte berggrunnskart, er nøkkelen for en bedre forståelse, og dermed en bedre forvaltning, av Norges berggrunn.

(Forfatter Deta Gasser er også tilknyttet Høgskulen på Vestlandet som førsteamanuensis).

Referanser:

Gasser, D., Majka, J., Jakob, J., Barnes, Ch. J. (2024) A review of the Caledonian Wilson cycle from a North Atlantic Perspective. Journal of the Geological Society of London, https://doi.org/10.1144/jgs2023-211 | Vol. 181 | 2024 | jgs2023-211

Harland, W. B., Gayer, R. A. (1972) The Arctic Caledonides and earlier Oceans. Geological Magazine, 109, 289-384.

Wilzon, J. T. (1966) Did the Atlantic close and then re-open? Nature, 211, 676-681

Image
Utsnitt av berggrunnskartet til NGU.