Experimental zircon alteration and baddeleyite formation in silica saturated systems : implications for dating hydrothermal events

Sammanfattning: Populärvetenskaplig sammanfattning: Åldersbestämning av fluidrelaterade händelser. Zirkon och baddeleyit är mineral som kan användas för att åldersbestämma bergarter genom radiometriska metoder. När mineralen bildas bygger de in uran i sin struktur, men inte bly. Eftersom uran är radioaktivt och sönderfaller till bly över tiden kan en bergarts ålder bestämmas genom att mäta halten av uran och bly. Det är sedan tidigare möjligt att åldersbestämma många processer, såsom bildning eller tryck- och temperaturdriven omvandling (metamorfos) av bergarter. Fluidrelaterad (metamorfa vätskor) omvandling av bergarter har dock ännu inte åldersbestämts med hjälp av uranblygeokronologi. Datering av dessa händelser är intressanta ur ett antal synvinklar. Många förekomster och guldmalmer (och andra malmer) har bildats genom fluidrelaterade processer. Vidare kan det vara av intresse att förstå hur fluider rör sig i jordskorpan vid studier av säkerhet för slutförvaring av uttjänt kärnbränsle. Zirkon är ett mineral som bildas när det finns överskott på kisel i magman, medan baddeleyit bildas när det är underskott på kisel. Om en kiselomättad bergart i ett senare skede utsätts för kiselmättade förhållanden, t.ex. vid metamorfos, kommer baddeleyite att reagera med det nu tillgängliga kislet för att bilda zirkon. Vice versa bör också zirkon brytas ned till baddeleyit vid kiselomättade förhållanden. Således bör inte baddeleyit kunna existera vid kiselmättade förhållanden. Trots detta har baddeleyit hittats inuti zirkon i kiselmättade bergarter från t.ex. sydvästra Grönland. Detta tros vara till följd av fluidrelaterad omvandling av zirkon. För att utreda hur omvandling av zirkon till baddeleyit kan ske har en serie experiment utförts. Dessa är utformade att efterlikna en fluidrelaterad händelse genom att det experimentella systemet innehåller vatten och zirkon samt ett reaktionsämne, i detta fall kalciumhydroxid eller kalciumklorid. Experimenten utfördes både som kiselmättade system genom att kiseldioxid tillsattes och kiselomättade system samt vid två olika tryck- och temperaturförhållanden, ett som motsvarar de vid jordskorpans botten och ett som motsvarar de vid mitten av jordskorpan. Samtliga kiselomättade experiment medförde omvandling till baddeleyit, vilket var väntat. Dessutom återfanns att zirkon omvandlats till baddeleyit i några fall där kiselmättade system använts, där baddeleyit teoretiskt sätt inte ska vara stabilt. I de fall baddeleyite påträffas var kalciumhalten i systemet högre än kiselhalten, medan vice versa är gällande i de experiment som inte gav baddeleyit. Sammanfattningsvis fastslås att baddeleyit görs stabilt genom att mängden fritt och reagerbart kisel i systemet minskas, vilket medför att det från början kiselmättade systemet under experimentets gång blir kiselomättat. Eftersom baddeleyit kan användas för åldersbestämning bör också denna nybildade baddeleyit kunna åldersbestämmas och att denna ålder representerar tidpunkten för den fluidrelaterade händelse som orsakade omvandlingen av zirkon till baddeleyit.