Vannet som strømmer gjennom fjellene

Bleking av mørke bergarter i Dronning Maud Land illustrerer utbredelsen og betydningen av væskestrøm i grunnfjellet.

I januar og februar vil fire norske geologer blogge på geoforskning.no om forskningen og opplevelsene fra Jordas sydspiss – Antarktis. Formålet med ekspedisjonen er blant annet å undersøke den geologiske historien til en del av en «norsk» fjellkjede i Dronning Maud Land.

Mørk charnokitt i Vedkosten, Hochlinfjella, – den spesielle forvitringen av denne bergartstypen former spisse pinakler og nunatakker. Alle foto: Ane K. Engvik

Studiene av væsketransport i berggrunnen i Dronning Maud Land viser at væsker forårsaker oppsprekking og kan strømme gjennom krystalline bergarter.

De påvirker store bergartsvolum og kan ha regional utbredelse. Omvandling i dypet av jordskorpen danner nye mineraler, ny struktur og nye bergarter med forandret kjemi.

Dette igjen kan forandre de fysiske egenskapene til berggrunn og påvirke geodynamiske prosesser.

Geologisk feltarbeid i Dronning Maud Land – mørk charnokitt blekes langs årer gjennom berget. Personen nederst til venstre viser størrelsen på fjellet.

Spisse nunatakker

I de sentrale delene av Dronning Maud Land består store volum av fjellene som stikker opp av isen av charnokittiske bergarter.

Charnokitt er en bergart med granittisk sammensetning og som inneholder ortopyroksen. Det er en «tørr» bergart, krystallisert uten vann i mineralene, og ved høy temperatur.

Charnokitt er typisk mørk i fargen, overraskende nok er det den friske feltspaten som er hovedårsak til den dype brune fargen.

Avfarging som tykk halo langs en tynn aplittåre.

Fargeforandring fryder

De såkalt tørre og mørke bergartene vil lett omvandles. Omvandling rundt intrusive ganger, årer og xenolitter trer markert fram i de godt blottlagte nunatakkene.

Omvandlingen kommer tydelig fram som blekede soner i den mørke brune charnokitten. Fargeforandringen er forårsaket av at de opprinnelig friske, klare og mørke feltspatkrystallene – påvirket av væskeinfiltrasjon – sprekker opp, fylles med bitte små mineralinneslutninger og væske-porer¹.

Samtidig blir ortopyroksenen, som karakteriserer charnokitter, omvandlet til det vannbærende mineralet biotitt.

Vannet som strømmer gjennom fjellene…

Væsker som strømmer

Vi befinner oss på flere kilometers dyp i jordskorpa. Selv ved høye temperaturer forårsaker stort væsketrykk oppsprekking av de krystalline bergartene.

Væskene strømmer gjennom tynne sprekker, noen fylt med smelte som størkner som aplitter eller pegmatitter. Akkompagnert med mikro-oppsprekking strømmer væskene ut i sidebergarten og omvandler de tørre charnokittiske bergartene.

Mikroskopbilde av et stort feltspatkorn. Mikrooppsprekkingen forårsaket av væsketrykket fører til blekingen av berggrunnen.

Omvandlingssonene rundt årene viser en dybde på infiltrasjonen i flere størrelsesordner i forhold til åretykkelsen.

I tillegg er omvandlingen tydelig rundt store xenolitter som har blitt inkorporert i charnokittene.

De varme intrusjonene har ført til dehydrering av gneisene, og væskene har strømmet ut i smelten. Stedvis er prosessene gjennomgripende og omvandler store bergartsvolum. Avfargingen av den mørke berggrunnen er registrert langs 100 kilometer av fjellkjeden i Dronning Maud Land.

Væskeinneslutninger av vann i en prøve fra de avfargede delene av fjellet².

Ved å studere væskeinneslutninger i mineralkornene kan vi finne svaret på sammensetningen av fluidene – hovedsakelig vann og CO2, men spor av nitrogen er også tilstede².

Væskesammensetningen og feltrelasjonene viser at det har opphav som sen-magmatiske infiltrasjoner, og som dehydrering av skorpen charnokittene intruderte i.

Spøta i Hochlinfjella viser en mørk tørr olivin-granitt, mens en hydrert biotitt-granitt utgjør den største lysere delen av fjellmassivet.

¹ Engvik, A.K., Bertram, A., Kalthoff, J., Stöckhert, B., Austrheim, H. & Elvevold, S. (2005). Magma-driven hydraulic fracturing and infiltration of fluids into the damaged host rock, an example from Dronning Maud Land, Antarctica. Journal of Structural Geology, 27, 839-854.

² Engvik, A.K. & Stöckhert, B (2007). The inclusion record of fluid evolution, crack healing and trapping from a heterogenous system during rapid cooling of pegmatitic veins (Dronning Maud Land; Antartctica). Geofluids, 7, 171-185.