Bergarter fra mantelen kan binde millioner av tonn med karbondioksid ved reaksjon med væsker. På øyen Leka i Nord-Trøndelag kan vi observere resultatet, et naturlig laboratorium hvor de kjemiske reaksjonene er ‘fryst’ inn i bergartene.
|
Anders Bjerga er stipendiat i geokjemi ved Institutt for energiteknikk på Kjeller.
Under mastergraden ved Senter for geobiologi ved Universitetet i Bergen arbeidet han med reaksjoner mellom vann og bergarter fra mantelen.
Her er hans bidrag til vår formidlingskonkurranse.
|
Væsker og gasser er blant de viktigste pådriverne for geologiske prosesser som kan føre til fysiske og kjemiske endringer i bergarter.
Reaksjoner mellom mantelbergarter og væsker og gasser som inneholder CO2 fører til dannelsen av bergarter bestående av stabile karbonatmineraler. Disse bergartene kan gi oss mye informasjon om den geologiske historien og de prosessene som påvirker jordskorpen.
Havbunn på land
Figur 1: Mantelbergarter fra Leka. Den karakteristiske gul-brune fargen kommer fra forvitring av mineralet olivin.
I mantelen finner vi det største volumet av bergarter på jorden. Den dominerende bergarten her er rik i magnesium og kalles for peridotitt.
Siden denne bergarten primært finnes i mantelen er den i stor grad utilgjengelig for undersøkelser. Heldigvis for geologene, kan vi enkelte steder finne deler av havbunnskorpen og den øvre delen av mantelen som har blitt skjøvet opp på kontinentene under kollisjon mellom tektoniske plater.
Disse kalles ofiolittkomplekser. Fordi vi her kan studere bergarter som opprinnelig kommer fra mantelen, er disse er viktige brikker i vår forståelse av jordens historie og utvikling.
Skandinavias best bevarte ofiolittkompleks finner vi på øyen Leka i Nord-Trøndelag (Figur 1). Bergartene på Leka ble dannet for omkring 497 millioner år siden på havbunnen av det som kalles for Iapetushavet.
Under dannelsen av den kaledonske fjellkjeden, som et resultat av kollisjonen mellom de to store kontinentene Laurentia og Baltika, ble bergartene skjøvet opp på den baltiske kontinentalsokkelen.
Reaksjoner mellom bergarter og væsker
Som en respons på forandringer i fysiske og kjemiske forhold endres bergarter ved en prosess som kalles metamorfose. Metamorfe prosesser skjer vanligvis over millioner av år, langt nede i jordskorpen.
Noen få steder kan vi studere aktive metamorfe prosesser, nærmere bestemt i soner hvor varmt vann strømmer gjennom bergarter. Slike soner finner vi blant annet på Island og New Zealand.
Figur 2: Reaksjon mellom CO2-førende væsker og mantelbergarten peridotitt fører til dannelsen av nye typer bergarter. Disse inneholder karbonatmineraler som har CO2 bundet i krystallstrukturen.
På Leka kan vi studere bergarter som ble dannet ved metamorfose i soner hvor varme væsker reagerte med den opprinnelige bergarten for flere millioner år siden. Disse reaksjonene førte til dannelsen av nye mineraler og bergarter (Figur 2).
Ved å studere disse bergartene kan vi få en innsikt de kjemiske reaksjonene i moderne systemer hvor varmt vann strømmer igjennom bergarter, for eksempel på havbunnen.
Videre kan vi bruke den kjemiske sammensetningen til bergartene til å si noe om hvilke temperatur og trykkforhold bergartene ble dannet under, i tillegg til den kjemiske sammensetningen på den infiltrerende væsken.
Disse faktorene er viktige blant annet for å forstå hvordan man kan lagre antropogen CO2 i denne typen bergarter.
Isotoper, feltobservasjoner og en geologisk historie
Under reaksjoner mellom væsker og bergarter kan bergartens kjemi endre seg avhengig av væskens sammensetning og temperatur.
Geokjemiske undersøkelser av de metamorfiserte bergartene på Leka (Figur 2) viser at væskene som har strømmet igjennom bergartene stammer ifra bergarter med opphav i mantelen.
Kombinasjonen av kjemiske data og feltobservasjoner viser at dannelsen av bergartene er et resultat av strømning av væsker som stammer fra mantelbergarter dypere ned i ofiolittkomplekset.
Figur 3: Slik ser en mulig modell for dannelsen av de karbonatbærende bergartene vist i Figur 2 ut.
Man tenker seg at det i et sent stadium under dannelsen av den norske fjellkjeden slik vi kjenner den i dag oppstod et hull i skorpen (et såkalt pull-apart basseng) som et resultat av bevegelse i jordskorpen.
Da bergartene på Leka sank inn i dette hullet, ble mantlebergartene som befant seg dypere i ofiolittkomplekset varmet opp (Figur 3).
Den økende temperaturen førte til at de vannholdige mineralene i mantelbergartene ikke lengre var stabile og da de ble brutt ned frigjorde de væsker. Disse væskene steg så opp mot overflaten i permeable soner og reagerte med bergartene nærmere overflaten (Figur 3).
Dette funnet er overraskende fordi tidligere undersøkelser av Leka Ofiolittkompleks har indikert at reaksjonene mellom mantelbergartene og væsker kan ha skjedd på havbunnen før bergartene ble skjøvet opp på kontinentet.
Denne nylig publiserte studien viser hvor viktig det er å kombinere flere typer data sammen med grundige feltobservasjoner for lese av en historie i stein.
Referanse
Bjerga, A., Konopásek, J., Pedersen, R.B. (2015): Talc-carbonate alteration of ultramafic rocks within the Leka Ophiolite Complex, Central Norway. Lithos 227, 21-36.
