MAgma PLays with sedimEntary rockS - Element exchange between magma, sedimentary host-rocks and environment

Hvis du ble fortalt at for flere millioner år siden kunne enorme vulkaner potensielt forårsake utryddelse av både land- og marine dyre- og plantearter, hvor ville du lete etter bevis på denne hendelsen? Tallrike ledetråder finnes i de sedimentære bergartene, som omslutter fossiler av utdødde arter og bærer bevis på store kjemiske endringer i atmosfæren og biosfære i tider med dype globale kriser. Visjonen til MAPLES -prosjektet (MAgma PLays with sEdimentary rockS) finansiert av Norsk forskningsråd og ledet av PI Dr. Sara Callegaro, er å lete etter spor av denne hendelsen i gamle magmatiske bergarter, eller i kontaktsonen med omliggende sedimenter. Prosjektet er strukturert rundt tre tilfeller, der magmaer trengte inn sedimentære bergarter av forskjellige sammensetninger; (1) som evaporitter: bergarter produsert ved inndampning av gamle hav eller innsjøer og nå rike på sulfat- og karbonatmineraler; (2) klastiske sedimenter: bergarter som ligner strandsand, dominert av kvarts og andre silikatmineraler; og (3) skifer: bergarter rik på organisk materiale og potensielt petroleum. I løpet av det første året av MAPLES konsentrerte arbeidsgruppen seg om studiet av en type magmatiske gangbergarter (kalt siller) som har trengt inn i evaporitter i Tunguska -bassenget (Sibir, Russland) og i skifer i Amazonas -bassenget (Brasil). Vi har demonstrert at sillene fra Tunguska er geokjemisk korrelert og samtidige med lavalag i Sibir, kalt Den store magmatiske provinsen i Sibir. Disse er ansvarlig for den alvorligste masseutryddelsen i jordens geologisk sett nyere historie, for rundt 252 millioner år siden (slutten av paleozoikum). Disse sillbergartene viser termisk og kjemisk interaksjon med de omkringliggende evaporittene. Vi vil jobbe videre med å studere hvordan og hvor mye klor og svovel som ble mobilisert og frigitt til atmosfæren under denne vulkanske hendelsenTil sammenlikning trengte sillbergarter fra Amazonas -bassenget (201 millioner år gamle, slutten av triasperioden) inni skifere. Postdoktor Manfredo Capriolo fant at disse sillbergartene inneholder små væskeinneslutninger av metan inne i kvartskrystaller. Metan ble også frigitt til atmosfæren, og er en veldig kraftig drivhusgass. Metans betydning i den sen-triassiske krisen har tidligere vært teoretisk postulert og demonstrert av numeriske modeller, men dette er første gang metan blir funnet direkte i sillbergarter fra sen trias. Disse magmaene vekselvirket termisk og kjemisk med de omkringliggende sedimentære bergartene som var rike på organisk materiale, og produserte metan fra det organiske innholdet. Er dette noe som skjer regelmessig når magma trenger inn i skifer? Vi vil prøve å se etter lignende inneslutninger i bergarter fra Oslo Rift (Galleøya) og fra Karoo -bassenget (Sør -Afrika). Det er to viktige meldinger som vi bidra med fra denne forskningen. Den første er at noen ganger må du fokusere på svært små og tilsynelatende uvesentlige detaljer for å forstå årsakene til svært store (til og med globale!) hendelser. Det andre er som den siste IPCC -rapporten om klima påpeker, endrer menneskeskapte klimagassutslipp dramatisk sammensetningen av atmosfæren vår. Det som skjedde på slutten av paleozoikum eller på slutten av Trias, er farlig likt det som skjer i dag, og studiet av disse tidligere vulkanske hendelsene kan hjelpe oss med å forutsi de risikofylte konsekvensene av menneskelig innvirkning på jordens klima og økosystemer.

-

The intrusive parts of Large Igneous Provinces (LIPs), huge magmatic episodes from the geologic past, have been shown to contribute enormously to the gas budgets that such events emit to the atmosphere, and hence on their impact on the global climate. At the roots of LIPs, we find large sill intrusions, a stack of nearly horizontal magmatic bodies, feeding the eruptions. Sills interact over a vast area with host sedimentary rocks in volcanic basins and generate a number of gas species and trace metals, which are released into the atmosphere by venting and explosive episodes. Current estimates of gas and toxic elements released from these dynamic systems are based solely on the metamorphism affecting the host-rocks, without any quantification of ‘within-sill’ reactions that occur in the magma bodies themselves. Can such reactions inside the cooling and crystallizing magma add further to the gas loads, or can they conversely result, even locally, in sinks, trapping gas and metal species within the system? MAPLES addresses this knowledge shortfall, through a focused geochemical and petrologic study of the processes occurring within the magmatic system. To provide a balanced understanding, MAPLES targets three host-rock lithologies: sills in evaporites and carbonates (Obj.1), in clastic lithologies (Obj.2), and sill-petroleum systems (Obj.3). After focusing on the reactions and their scales occurring in the intrusions within each lithology, a synthesis will be obtained by a balanced evaluation and comparison of the end-member scenarios (Obj.4). MAPLES will improve our understanding of the processes occurring during LIP emplacement. Also, MAPLES will clarify the boundaries between melt-stage and sub-solidus processes of sill-sediment interaction, defining new geochemical tracers to detect and quantify these interactions. LIP-related severe forcing on the atmosphere is the best analog case-study for the changes we are witnessing in the Anthropocene.