Då fanns ett Hallands Himalaya

Den sydvästsvenska berggrunden har genomgått dramatiska förändringar. Vi har nu bevis för att den har varit en del av en hög bergskedja av Himalayas dignitet. Hur kan vi då veta något om en 970 miljoner år gammal och nu helt nederoderad bergskedja? Jo, det går att finna spår i berggrunden. Ett av de bästa bevisen utgörs av en bergart som heter eklogit. Denna bergart är sällsynt, även i Halland, men den är iögonfallande (bild 2). Till största delen består eklogit av två färgstarka mineral: röd granat och en speciell variant av ljusgrön s k klinopyroxen, rik på natrium och aluminium. Bergarten eklogit bildas under alldeles speciella omständigheter genom omvandling av andra bergarter. Det kan endast ske vid extremt högt tryck, dvs på mycket stora djup under jordytan. Generellt krävs ett tryck på minst 15 kilobar, vilket motsvarar ett djup av 55 kilometer, eller mer. Men normalt är den kontinentala jordskorpan inte tjockare än 35 kilometer. Alltså förstår vi att det rör sig om djup och tryck som inte vanligtvis råder i jordskorpan. För att bilda eklogit behövs sådana kraftfulla processer som att jordens kontinenter kolliderar (se rutan på sidan 41). Vid dessa kollisioner tvingas den ena kontinentens kant ner under den andra kontinenten. Jordskorpan pressas samman och förtjockas. En sådan situation finner vi i Himalaya i dag, där den indiska plattan kolliderar med den eurasiska (bild 3). Men hur kommer bergarten eklogit från djupen upp till jordytan? Ända sedan den finske geologen Pentti Eskola på 1920-talet bevisade att eklogit endast bildas på mycket stora djup har detta varit ett debattämne. Fortlöpande publiceras vetenskapliga artiklar som behandlar problemet. Geologerna är dock överens om att upplyftningen måste gå snabbt upp till ett djup av 10-20 kilometer, med en hastighet av minst 10 millimeter per år. Eklogiterna omvandlas annars vidare till andra bergarter innan de når ytan. Forskningen har lett fram till en rad modeller som föreslår olika förlopp. Om man skärskådar dem kan man se att de består av kombinationer av samma processer. Antingen handlar det om krafter som aktivt skjuter upp eklogitförande berggrund genom ovanliggande berggrund, eller om krafter som på olika sätt tunnar ut berggrunden. Kontinentalskorpan har lägre densitet än både oceanbottenskorpan och den litosfäriska manteln (se rutan här intill). Det ger kontinentalskorpan god flytförmåga. Jämför med vad som händer om du försöker trycka ner en uppblåst badboll under vatten! Ju djupare ner du försöker trycka bollen, med desto större kraft vill den upp. Denna kraft spelar en viktig roll när nedpressad jordskorpa lyfts upp.När bergskedjan har börjat resa sig påverkas den av två kraftfulla processer vid jordytan, förkastningsrörelser och erosion. På så sätt skalas de översta lagren av, vilket bidrar till att den nyss förtjockade jordskorpan börjar tunnas ut. Bryts sönder och pressas uppLåt oss se på två olika modeller som på var sitt sätt förklarar hur det kan gå till då kontinentalskorpa med eklogit lyfts upp mot jordens yta. Den första baserar sig på ett experiment som en grupp forskare gjorde i Frankrike 1995. Experimentet efterliknar vad som sker i jordskorpan när en kontinent pressas ner under en annan.Litosfären, som består av jordskorpan och den översta delen av jordmanteln, tillverkades av kompositmaterial med plastiska egenskaper och byggdes upp i tre lager. Den övre jordskorpan och den litosfäriska delen av manteln (bild 4) bestod av ett något starkare och styvare material än det mellanliggande skiktet. Detta mellanliggande skikt, den understa delen av jordskorpan, är litosfärens mest plastiska del.Den flytande astenosfären, som litosfären glider på, bestod i experimentet av vatten.I experimentet drevs kollisionen mellan plattorna från sidan av en kolv. Dessutom verkar tyngdkraften och gör att den litosfäriska manteln strävar efter att sjunka eftersom den är något tyngre än astenosfären. I början pressades litosfärens alla lager ner i astenosfären. I ett visst skede bröts övre delen av jordskorpan av ungefär där den böjde ner mot underjorden och började därefter tränga upp mot ytan. Varför? Jo, på grund av sin flytkraft. Denna flytkraft ökar successivt under processen i takt med att jordskorpan pressas allt längre ner. Den avbrutna delen av jordskorpan rör sig således tillbaka upp till ytan medan kvarvarande litosfärisk mantel och vidhängande mindre mängd jordskorpa fortsätter att skjutas ned. Under experimentets gång efterliknade forskarna erosionens inverkan på processen genom att skrapa bort det material som tornade upp sig över markytan där den avbrutna jordskorpan trycktes upp. Det bortskrapade materialet fick ”sedimentera” på ömse sidor av ”bergskedjan”. Experimentet illustrerar elegant hur eklogitförande jordskorpa kan lyftas upp på ett relativt tidigt stadium av en kollision.Lossnar och sjunker nerEn annan, alternativ modell stöds av geologiska mätresultat som rapporterades under 1990-talet från bergskedjor över hela världen. I denna modell, kollapsmodellen (bild 5), spelar gravitationen en viktig roll. Modellen har sitt ursprung i beräkningar av värmefördelning och hållfasthet i jordskorpan. Också denna modell är tilltalande eftersom den förklarar flera fenomen som är vanliga i bergskedjor, som att jordskorpan sträckts i horisontalled, att djupt nedpressad berggrund lyfts upp och att höga värmeflöden och uppstigande smältor förekommer.Där två kontinentalplattor kolliderar trycks jordskorpan ihop och förtjockas. Även den litosfäriska delen av manteln förtjockas. Eftersom denna är både kallare och tyngre än den underliggande astenosfären dras hela bergskedjan ner. Så länge den tunga litosfäriska manteln finns kvar undertill kan en bergskedja inte resa sig högre än 3 kilometer, enligt geofysiska beräkningar.I takt med att den tunga litosfäriska manteln förtjockas blir situationen alltmer instabil. Slutligen lossnar en del och sjunker ner i astenosfären. Då får kontinentalskorpan ovanför en dramatiskt ökad flytkraft. När bergskedjan lyfts upp börjar den sprida sig i sidled under sin egen vikt – man säger att den kollapsar. Den starka upplyftningen leder också till ökad erosion. Sträckning i horisontalled och erosion verkar båda för att förtunna jordskorpan och på så sätt avlasta den djupt liggande skorpan och lyfta den till ytligare nivåer. Under bergskedjan där litosfäriskt mantelmaterial försvunnit flödar nu hett mantelmaterial upp. Detta ger upphov till att bergskedjans understa delar smälter och till ett allmänt ökat värmeflöde i den ovanliggande jordskorpan. Datering med uranklockaLåt oss nu återvända till Halland och de geologiska data som talar för en liknande utveckling där! Att där finns eklogiter är i sig självt ett prima bevis för att berggrunden har varit med om en kollision mellan två kontinenter. Men vi har dessutom kunnat bestämma när eklogiterna bildades. Detta har varit möjligt tack vare zirkon, ett mineral som hyser en geologisk klocka. Inuti zirkonkristallerna finns nämligen små mängder uran. Detta grundämne är radioaktivt och faller med tiden sönder i serier av isotoper och bildar bly som slutprodukt. Genom att mäta förhållandet mellan några speciella isotoper av uran och bly i kristallerna går det att bestämma zirkonkristallernas ålder. Om man ska datera en geologisk händelse med hjälp av zirkon gäller det alltså att hitta zirkonkorn som har bildats vid just detta tillfälle. I de halländska eklogiterna går det att finna sådana korn inne i granaterna. När granaten har vuxit till i storlek har zirkonkristaller fångats och blivit överväxta av granaten. Kristallerna är bara några tiondels millimeter långa (bild 2), men det räcker som material för dateringen.Enligt uranklockan bildades eklogiterna för 972 miljoner år sedan med en osäkerhet på ±14 miljoner år. Våra resultat blev något av en vetenskaplig sensation eftersom det finns få ställen på jorden med så gamla eklogiter. Nya konstellationerEklogiterna i Halland utgör ett bevis för en kollision av Himalayatyp, men det finns fler ledtrådar till hur det gick till när den eklogitförande berggrunden lyftes upp mot jordytan. Genom att undersöka sammansättningen av en rad olika mineral i berggrunden kan vi få reda på bergets historia. Vilka mineral som är stabila i en bergart bestäms nämligen av trycket och temperaturen. Genom experiment och termodynamiska beräkningar vet vi att olika konstellationer av samexisterande mineral är stabila under bestämda tryck- och temperaturintervall. När tryck och temperatur förändras, t ex i samband med rörelser i jordskorpan, kan mineralen ändra sammansättning, brytas ner och nya mineral kan skapas. Ett stort avsnitt av berggrunden, från Skåne i söder till Boråstrakten i norr, har utsatts för tryck runt 10,5 kilobar och temperaturer på 770 grader. Här är eklogitmineral inte längre stabila utan nya mineralkonstellationer har bildats. Frusna mineralreaktioner i eklogiterna (bild 7) utgör bevis för att berggrunden lyftes från ett djup av minst 55 kilometer eller mer (där trycket är minst 15 kilobar, dvs ett tryck som tillåter att eklogiter bildas) upp till 35-40 kilometers djup (där trycket är ca 10,5 kilobar). Till följd av den höga temperaturen har bergarter av granitisk sammansättning börjat smälta vilket syns som ådror i berggrunden (bild 6).Bergets struktur visar hur den heta och plastiska berggrunden samtidigt har rört sig och sträckts ut. Bergarterna har ofta deformerats asymmetriskt (bild 8) på ett sätt som visar att de utsattes för östligt riktade skjuvrörelser samtidigt som de lyftes upp. Vår forskargrupp lyckades åldersbestämma smältor, som hör samman med rörelserna, till 969±11 miljoner år.Den sista ledtråden är smältor som har bildats på ännu djupare nivåer och som letat sig uppåt genom jordskorpan. Smältorna fyller ut sprickor, stelnar och bildar skivformade kroppar eller gångar, bl a av granit. Dessa graniter har vi åldersbestämt till 955±7 miljoner år, en ålder som sätter en nedre gräns för rörelser och plastisk sträckning. De beskrivna händelserna har alltså skett inom en relativt kort tidsperiod, från 972±14 till 955±7 miljoner år. Men går det att avgöra vilken av de två modellerna som gäller för Hallands Himalaya? Lyftes den eklogitförande berggrunden upp genom att pressas upp mellan de två aktivt kolliderande plattorna, eller skedde det genom att hela jordskorpan lyftes upp och sträcktes ut (”kollapsade”) efter att litosfären förlorat en del av sin tunga mantel?Det finns anledning att tro att båda processerna har verkat. Det faktum att eklogiterna är rumsligt begränsade till ett segment i berggrunden och att det saknas eklogiter i både över- och underliggande enheter är ett starkt argument för att eklogiterna har skjutits upp genom berggrunden. De höga temperaturerna under transporten mot ytan, och i synnerhet alla smältor som har trängt upp i sprickor, är argument för den andra modellen. Förutom alla granitgångar finns en samtida generation av s k diabaser som löper ända från Blekinge i söder till Dalarna i norr, vilket är ett ytterligare stöd för den senare modellen.På kollisionskurs med AmerikaLåt oss slutligen sätta våra observationer i ett sammanhang där vi betraktar hela jorden. Rekonstruktioner av kontinentalplattornas lägen under tidsperioden 1 000 till 700 miljoner år före nutid (se rutan här intill) visar att Skandinavien befann sig nära Nordamerika. Då fanns det gott om områden där det pågick bergskedjebildande processer, men vi ser bara rötterna av dessa bergskedjor i dag. Man har sedan tidigare känt till att det finns distinkta rörelsezoner av ungefär denna ålder i sydvästra Sverige. Men förekomsten av eklogiter mellan dessa rörelsezoner har förändrat bilden av berggrundens utvecklingshistoria: vi måste nu räkna med ett Himalaya i sydvästra Skandinavien vid den här tidpunkten.