Fargelegger landet på nytt

The bedrock over large parts of southern Norway consists of the remains of a mountain range that has long since eroded down. The spectacular landscape has disappeared with «weather and wind». It’s just the roots left. In everyday geological talk, we talk about the Svekonorvegian mountain range that was formed about 1000 million years ago.

In a recent article in the journal Terra Nova, we advocate a radical re-interpretation of the tectonic environment this mountain range represents. While it was previously thought that we were dealing with a Himalayan-type collision, we now believe it is an Andean-type subduction.

 Prolonged subduction

Granites and granitic gneisses formed between 1500 and 1000 million years ago make up the majority of the bedrock in southern Norway. These are the remains of the Svekonorvegian mountain range.

The traditional interpretation of this ancient mountain range is that the rocks were deformed for approx. 1050 to 1000 million years ago in a collision between the continents Baltica, Laurentia (North America) and Amazonia (South America). Together they formed a Himalayan-like mountain range, the Svekonorvegian mountain range, which was an important component in the formation of the late Proto-Zero (late primeval) supercontinent Rodinia.

When the compression slowed down and gravity took over, the mountain range collapsed, according to prevailing theory. This in turn led to extensive post-orogenic magmatism 1000 to 920 million years ago, i.a. with intrusion of the Iddefjord granite and Egersundan orthosites. [ 1 ]

Extensive mapping, new geochronological data and geochemical surveys, carried out by the Norwegian Geological Survey (NGU) with contributions from several partners, have now led to a radical re-interpretation of the tectonic processes behind the mountain range formation and the subsequent magmatism.

The new ideas do not require a collision with an unknown continent. Instead, we believe there was a long-term subduction of seabed crust outside the southwestern margin of Baltica (present-day southern Norway).

1. Tidlig magmatisme

(1050–1020 millioner år siden)

Flere forskere ved NGU har drevet detaljert berggrunnskartlegging i Rogaland og Vest-Agder gjennom de siste ti årene. Hovedformålet har vært å produsere et kartgrunnlag for forvaltning av pukkressurser, en industri som eksporterer for over fire milliarder kroner fra Rogaland alene.

Kartleggingen har avslørt et tidligere ukjent magmatisk belte – Sirdalbeltet – som er opptil 50 km bredt og 200 km langt, og som strekker seg fra Mandal i sørøst til Haugesund i nordvest (se geologisk kart).

Sirdalbeltet består i all hovedsak av granitter, og uran-bly-dateringer viser at bergartene ble dannet i løpet av 30 millioner år, for 1050 til 1020 millioner år siden. Granittene har en kalk-alkalin sammensetning, og isotopdata indikerer at de i hovedsak er dannet fra mantelmateriale, iblandet noen titalls prosent eldre kontinentalskorpe.

Dette er karakteristika som minner om de vi finner i batolitter langs aktive kontinentalmarginer, der havbunnsskorpe subduseresunder kontinentalskorpe. Det klassiske eksempelet er Andesfjellene langs vestkysten av Sør-Amerika. Der dukker Stillehavsplaten under det søramerikanske kontinentet.

Årsaken til at det oppstår magmatisk aktivitet i slike områder er at den subduserte havbunnsskorpen tørker ut etter hvert som temperaturen øker på vei ned i mantelen. Det frigjorte vannet stiger opp i den overliggende mantelkilen og forårsaker oppsmelting av denne (se tektonisk modell, A).

Den tradisjonelle tolkningen av den svekonorvegiske fjellkjededannelsen vil ha denne magmatismen til å være et resultat av kollisjon, høygrads metamorfose med delvis oppsmelting i en fortykket kontinentalskorpe, og tilhørende magmatisk aktivitet. Tilgjengelige data viser imidlertid at magmatismen startet minst 15, og kanskje så mye som 40–50, millioner år før metamorfosen, noe som gjør en slik tolkning vanskelig.

2. Senere metamorfose

(1020–990 millioner år siden)

For ca. 1020 millioner år siden opphørte magmatismen, og vi kjenner ikke til at det ble dannet nye bergarter i perioden for mellom 1020 og 990 millioner år siden. Derimot ble allerede eksisterende bergarter i Rogaland sterkt deformert og omdannet, lokalt ved temperaturer opptil 1000 °C på dyp som tilsvarer midtre skorpe, eller ca. 20 km.

Indikasjoner på så høye temperaturer finner vi ikke på tilsvarende dyp i kollisjonssoner, og de minner derfor mer om prosesser relatert til subduksjon av havbunnsskorpe. Havbunnsskorpe er vanligvis tynn og består av tung basalt, noe som gjør at den synker raskt ned i Jordas indre. Dette kan skape et drag i den overliggende kontinentalskorpen og forårsake en strekning som gjør det mulig for varmt mantelmateriale (>1000 °C) å stige opp og tilføre varme (se tektonisk modell, A).

Brorparten av dagens subduksjonssoner er under slik strekning. Noen steder er havbunnsskorpen tykkere enn normalt, slik som for eksempel på Island eller Hawaii, og danner såkalte oseanske platåer.

På grunn av tykkelsen har slike platåer større oppdrift enn normal havbunnsskorpe. De subduseres derfor med lavere subduksjonsvinkel—det vi kaller flat subduksjon (se tektonisk modell, B). Dette gir en situasjon analog til å forsøke å skyve et teppe inn under et annet teppe, noe som fører til kompresjon og folding av det øverste teppet (kontinentalskorpen). Flat subduksjon har også den effekten at mantelkilen, selve kilden til magmaene, blir borte.

Denne prosessen, med oppvarming etterfulgt av kompresjon, ser ut til å kunne forklare den observerte metamorfosen bedre enn en kollisjon.

3. Post-orogen magmatisme

(990–920 millioner år siden)

For ca. 990 millioner år siden fikk vi igjen granittisk magmatisme. Magmatismen varte i 70 millioner år fram til for 920 millioner år siden.

Denne magmatismen kalles gjerne ”post-orogen” fordi den ser ut til å ha etterfulgt fjellkjededannelsen (orogenesen). Granittene finnes som isolerte kropper spredt over hele Den svekonorvegiske provinsen (rød farge på kartet).

Magmatismen kulminerte med dannelsen av Egersundanortosittene i Rogaland for 930 millioner år siden og Iddefjordgranitten i Østfold (Gustav Vigelands favorittstein) for 925 millioner år siden.

De post-orogene granittene har en annen sammensetning enn de som utgjør Sirdalbeltet. De er karakterisert av blant annet høyt jerninnhold, og dette er typisk for granitter dannet i tektoniske miljø preget av ekstensjon (strekning).

Denne magmatismen blir tradisjonelt forklart med at det først skjedde en skorpefortykning under den svekonorvegiske fjellkjededannelsen, slik man har fått i Himalaya der skorpen er omtrent dobbelt så tykk som normalt. Metamorfose av de dypeste delene av denne fortykkede kontinentalskorpen skulle da ha dannet blant annet eklogitt. Eklogitt er en tung bergart, og en nedre skorpe bestående av eklogitt vil bli så tung at den synker ned i mantelen i en prosess som kalles delaminering. Dette blir omtrent som når vasstrukkent tømmer synker i en innsjø etter å ha holdt seg flytende på overflaten en stund. Kald nedre skorpe blir da erstattet av varm mantel som strømmer til fra sidene og varmer og smelter gjenværende nedre skorpe.

To problemer med denne tolkningen er for det første at det er vanskelig å finne bevis for en signifikant skorpefortykning i Sør-Norge, og for det andre at delaminering er en relativt rask prosess som neppe kan forklare over 70 millioner år med tilsynelatende kontinuerlig magmatisme.

Vår alternative tolkning av den post-orogene magmatismen et at den representerer en retur til normal subduksjon etter at det oseanske platået passerte gjennom subduksjonssonen (se den tektonisk modellen, C). Strekning av den overliggende kontinentalskorpen kan forklare både sammensetning, geografisk fordeling og tidsperioden for den post-orogene magmatismen.

Rogalandsregionen gjennomgikk høytemperatur svekonorvegisk metamorfose i perioden 1020–990 millioner år siden, og uttørking av kontinentalskorpen i forbindelse med metamorfosen kan forklare dannelsen av Egersundanortosittene, som krever en tørr utgangsbergart.

Rodinia – litt mer komplisert

Den baltiske marginen korreleres vanligvis med den nordamerikanske marginen fordi de ser ut til å ha hatt en veldig lik geologisk utvikling fra minst to milliarder år siden og fram til svekonorvegisk tid. Utviklingen ser ut til å representere en langlevd Andes-type margin som førte til kraftig vekst av de to kontinentene. Marginen tolkes tradisjonelt til å ha vært aktiv fram til kollisjonen med et tredje kontinent, Amazonia, som dannet en fjellkjede nært sentrum for superkontinentet Rodinia.

Våre tolkninger impliserer imidlertid at den baltiske marginen fortsatt var aktiv gjennom svekonorvegisk tid, og at vårt syn på den baltiske–laurentiske marginen som en aktiv margin som terminerte på grunn av kollisjon med Amazonia er for enkel.

Dersom vi ser på mange av dagens kontinentalmarginer av samme lengde (>5000 km) åpenbares en tilsvarende kompleksitet. Et godt eksempel er den sørlige marginen til Asia, som går fra en kollisjonsmargin i Himalaya til en aktiv subduksjonsmargin vestover til Makran (Iran og Pakistan) og østover til Indonesia (Java dyphavsgrøft).

Det er ingen grunn til å anta at proterozoiske kontinentalmarginer var noe enklere enn dagens.

Slektskap med de største

Europas eneste molybdengruve i drift ligger ved Knaben i Vest-Agder, og forekomsten er den største av mange i Vest-Agder og Rogaland (se det geologiske kartet). Vår nye kartlegging viser at disse forekomstene er nært knyttet til Sirdalbeltet geografisk og antakelig genetisk, selv om dette gjenstår å bevise.

Flere av verdens største molybdenforekomster (og kobberforekomster) ligger i Andesfjellene, og de er dannet som et resultat av subduksjon av Stillehavsplaten under Sør-Amerika. Dette er det samme tektoniske miljøet som vi mener Sirdalbeltet representerer (se tektonisk modell, A og B), men det gjenstår fortsatt mye arbeid før vi kan påstå at vi fullt ut skjønner den magmatiske utviklingen av dette beltet, hvorfor bare deler av beltet ser ut til å ha molybdenforekomster, og om det er et potensial for å finne hittil ukjente forekomster.

Dette arbeidet fungerer også motsatt vei: Dersom vi forstår dannelsen av forekomstene bedre, vil dette gi oss en pekepinn om det tektoniske miljøet de ble dannet i.

Nye tanker – mer arbeid

Vi er nå i gang med å utarbeide planer for videre arbeid på Sør-Vestlandet for å forsøke å besvare noen av de spørsmålene vi har reist.

Men vi har allerede ny kunnskap som snur opp-ned på hvordan vi ser for oss den geologiske utviklingen i Sør-Norge. Dette er ikke bare akademisk spennende. Det åpner også for nytenkning rundt mulige mineralressurser.

Etter hvert må vi nok også innse at det geologiske norgeskartet trenger litt oppfrisking. En oppdatering av kapitlene om prekambrium i «Landet blir til»[2]kan også bli nødvendig.