U-Pb-termokronologi i rutil som ett verktyg för att kartlägga avsvalningshistoria i orogena bälten

Sammanfattning

Mineralet rutils (TiO2) användbarhet för studier om jordskorpans utveckling och tektonik blir alltmer uppenbar. Detta mineral utgör en pålitlig singel-mineral-termometer som är kapabel att bevara tempe-ratur-information även vid metamorfos vid höga och ultra-höga temperaturer. Dess halter av HFSE (High Field Strength Elements) kan användas för att klarlägga den geokemiska miljö vid vilken rutilen kristalliserade. Rutil fraktionerar uran från bly, och visar bly-diffusion vid måttliga till höga temperaturer, vilket möjliggör U-Pb-termokronologi med rutil. Användning av diffusionsprofiler i geo-termometri är en relativt välutvecklad metod, ex. för huvudelement i granat. Möjligheten att använda bly-diffusionsprofiler i rutil för att bestämma maximal metamorfostemperatur i bergarter har däremot inte undersökts tidigare.

Detta projekt syftar till att kartlägga max-temperatur, ålder och avsvalningshistoria endast med hjälp av bly-diffusionsprofiler i rutil. Principen är att välja ut stora rutil-kristaller från hög-temperatur-metamorfa bergarter som har en välkänd termal historia. Ett område som uppfyller dessa krav är den ultrahöga tryck-zonen inom det Västra gnejskomplexet i Norge. Tidigare studier har dokumenterat avsvalning från ~800 °C mellan 410 och 380 miljoner år, baserat på en lång rad mineral och isotopsystem.

Diffusionsprofiler i rutil kommer att mätas med hjälp av laser-ablation-multi-kollektor ICP-MS. I kombination med kända diffusions-koefficienter för bly i rutil kommer dessa profiler att ge troliga kristallisationstemperaturer för rutil och en avsvalningshistoria fram till blockeringstemperaturen för bly i rutil. Metoden kan enkelt utvärderas genom att jämföras med existerande regionala data. Dessutom kommer Zr i rutil analyseras med elektronmikrosond för att få ytterligare en uppskattning av rutilens kristallisations-temperatur.

Resultaten kommer att ge en mer detaljerad bild av den regionala avsvalningshistorien vid moderata temperaturer i det Västra gnejs-komplexet i Norge. Av mer fundamental betydelse är dock att bly-diffusionstermometri i rutil kommer att etablera en snabb singel-mineral-metod för att kartlägga avsvalningshistorier vid måttliga till höga temperaturer, vilken överbryggar gapet mellan hög-temperatur-metoder (ex. U-Pb-datering av zirkon och monazit) och låg-temperatur-termokronometri så som 40Ar/39Ar-termokronologi och (U-Th)/He-datering.

Projektdeltagare vid muséet

• Ellen Kooijman (projektledare)

Externa projektdeltagare

• Prof. Matthijs A. Smit, University of British Columbia, Vancouver, Kanada
  

Utvalda publikationer

• Kooijman, E., Mezger, K., Berndt, J., (2010): Constraints on the U-Pb systematics of metamorphic rutile from in situ LA-ICP-MS analysis. Earth and Planetary Science Letters 293, 321–330.
• Zack, T., Kooijman, E. (2017): Petrology and geochronology of rutile. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 83, 443-467.