Hyperextension in magma-poor and magma-rich domains along the pre-Caledonian passive margin of Baltica

Passive kontinentalmarginer oppstår når kontinenter brytes opp og driver fra hverandre ved havbunnsspredning i starten av en såkalt Wilson-syklus. En Wilson-syklus forklarer hvordan fjellkjeder dannes ved åpning og lukking av store verdenshav. I dette prosjektet har vi arbeidet med å dokumentere og forstå dannelsen av den gamle kontinentalmargin der restene finnes bevart langs den Kaledonske fjellkjeden i Skandinavia. Disse kan studeres i en lengde av mer enn 1800 km langs fjellkjeden. Tilsvarende moderne kontinentalmarginer finnes i dag for eksempel langs Norskehavet og Atlanterhavet, men disse er dekket av store havdyp og yngre lag av både sedimenter og lava. De kan derfor ikke studeres ved direkte observasjon av bergartene som finnes der, unntatt ved boring. Ellers er man avhengig av å studere den indre strukturen ved seismiske eller andre geofysiske metoder. I Kaledonidene er restene av den gamle kontinentalmarginen som ble dannet da superkontinentet Rodinia ble brutt opp delvis godt bevart. Flere steder er dype og velbevarte snitt ned under overflaten av den datidens kontinentalmargin blottlagt på grunn av fjellkjededannelse og langvarig erosjon. Denne fossile kontinentalmarginen langs det gamle kontinentet Baltica og Proto-Atlanterhavet, også kalt Iapetushavet, oppsto for ca. 600 millioner år siden. Da brøt superkontinentet Rodinia opp, og delene drev fra hverandre ved riftdannelse og havbunnsspredning. Da utviklet den passive marginen seg i løpet av tiden fra riftdannelsen til Kaledonidene ble dannet ved kontinent-kontinent kollisjonen for 420 millioner år siden. Denne fjellkjededannelsen markerte slutten av den Wilson-syklusen som ga opphav til Kaledonidene i Skandinavia, Øst-Grønland og i Storbritannia og Irland. Undersøkelsene i prosjektet vårt viser at kontinentalmarginen langs Iapetushavet i Skandinavia (datidens Baltica) besto av både magma-rike og magma-fattige segmenter. I tillegg fantes større og mindre blokker av kontinental skorpe adskilt av dype bassenger med en jordskorpe som var en overgang mellom ekte havbunn og ekte kontinental skorpe. Flere av de store skyvedekkene av pre-kambriske bergarter i Skandinavia, blant annet Jotundekket har sitt opphav i denne oppbrutte og fortynnete kontinentalskorpen. Noe av jordskorpen langs kontinentalmarginen av Baltica ble strukket så mye at mantelbergartene under ble blottlagt på havbunnen. De ble utsatt for erosjon og sterk omvandling ved at havvannet trengte ned i mantelen. Vi fikk dannet sedimenter med opphav i mantelen. Mantelbergartene ble videre omdannet til både serpentinitter og kleberstein ved at vannet trengte inn i bergartene og reagerte med de tørre mineralene i den. Områder der jordskorpen ble stukket til tynnere enn 10 km ble utsatt for hyperekstensjon. I andre områder steg varmesøyler opp gjennom mantelen og ga opphav til svære volumer av magma. Ny kartlegging samt dateringer og geokjemiske undersøkelser fra områder med store innslag av magmatiske bergarter viser at disse er dannet fra en Stor eruptivprovins (Large Igneous Province, forkortet LIP). Disse bergart-smeltene var alt overveiende basalt, og danner i dag svære gangintrusjoner av basalt. Vi har navngitt denne store eruptiv provinsen (LIP) det Skandinaviske Gangkomplekset (SDC). Oppvarmingen knyttet til denne veldig intense men relativt kortvarige (~605±10 millioner år) magmadannelsen svekket jordskorpen slik at Iapetushavet og kontinentalmarginen langs Baltica etter hvert ble dannet. Resultatene av prosjektet bidrar i første rekke til å forstå utviklingen av de dyptliggende deler av dagens kontinentalmarginer. Videre har prosjektet også vist at strukturen og formen på langs og på tvers av kontinentalmarginen slik den ble utviklet i de innledende fasene av Wilson-syklusen senere kontrollerte både struktur og hendelsesforløp ved kontinent-kontinent kollisjonen som skjedde ved slutten av den denne Wilson-syklusen, og som resulterte i dannelsen av Kaledonidene i Skandinavia og Øst-Grønland. En viktig komponent i prosjektet ved siden av vitenskapelige resultater i form av presentasjoner og publisering har vært utdanning av Master- og PhD studenter. Vi har samarbeidet studenter og forskere fra Norge, Tyskland, Frankrike, Brasil og Danmark. Prosjektet har også bidratt til utadrettet virksomhet, blant annet ved produksjon av en video serie om Wilson-syklus, som for øyeblikket er under redigering, og som vil ble gjort tilgjengelig for undervisning og allmenheten i 2020 via Youtube kanalen fra CEED våren 2020.

1) New understanding of the structure along and across strike of the Pre-Caledonian margin of Baltica 2) Results from the project funding published in articles (#11) ans several (#3) in prep for highly-ranked international journals. 3) Geoscientists educated: 3 Master Sci, 1 PhD and 1 Postdoc. 4) Postdoc J. Jakob, starts as permanent Reseracher at the Norwegian Geological Survey, spring 2020. 5) PhD candidate, Dr H.J. Kjøll starts as Postdoc at the Dept. Geosciences UiO, 2020. 6) Results from the project presented in number (>50) of presentations, many invited/keynotes, at international/national symposia and meetings. 7) The project group are invited members of a specialists working-group, "ImaginRifting" from more than 10 nations, working to understand rifting processes and architectures

Distal portions and highly extended passive continental margins are frontiers for petroleum exploration and for understanding the ocean continent transition. These cannot be easily studied by direct field observations except within orogenic belts, where parts of such margins have been exposed by orogenic collision and exhumation. The best know examples are from the European Alps and the Pyrenees. Recently, members of this project research group have suggested that large parts of the the Scandinavian Caledonides have many characteristics which point to an origin in a hyperextended margin similar to the present-day examples, and those recently described from the Alps. The most characteristic feature of hyperextension is that continental crust locally is thinned to the extreme so that the mantle is exhumed to- or close to the syn-extensional surface. In this process, mantle peridotites are strongly affected by extensional deformation, and subjected to direct contact with seawater and syn- to post-rift sediments. Hence, mantle culminations may undergo hydration, brecciation and carbonatization. Diapiric rise of serpentinites, formation of soap-stones and talc-schists as well as development of ophiocalcites may be associated with a mature stage or early contraction. Mantle- rocks may also be reworked as serpentine conglomerate and sandstone. Several of these features have already been identified in the Caledonides of Scandinavia. In addition this orogen also preserves a unique transition from a magma-poor in the South to a magma-rich segment in the North. The magma-rich northern segment has unique exposures and an intensity of the magmatism is similar to a LIP. The project will describe the nature of the segmentations as well as investigate the role of the large volumes of magma in the continental break-up. This project will establish the Scandinavian example as an analogue for modern margins available for direct observation, particularly of the deeper parts of margins.