Evolution of the Svecofennian Bedrock in Southern Finland - Spatial and temporal changes in the mantle-derived magmatism and mantle-crust interaction - Kara, Jaakko (fi=Turun yliopisto|en=University of Turku|, 2021)
The Svecofennian orogen in the central Fennoscandian Shield was formed between 1.96–1.77 Ga. This study focuses on characterizing the temporal and spatial changes of the mantle derived and related magmas in southern Finland during the early stages (1.92–1.86 Ga) of the orogeny. The findings are further used to create a magmatic evolution model for the early Svecofennian orogen in southern Finland. Based on the on their age, geochemical features and Sm-Nd and zircon Lu-Hf isotope signature this work provides a classification of the early orogenic intrusives into six categories: (i) 1.89 Ga rift-related rocks, 1.89–1.87 Ga arc-related (ii) mafic and (iii) felsic rocks, 1.86 Ga within-plate-type rock association including (iv) high-Nb gabbros (HNB), (v) high-Mg gabbros (HMG) and (vi) adakite-lite rocks. The 1.89 Ga rocks show E-MORB type geochemistry suggesting a rift-related setting in a forearc region. The 1.89–1.87 Ga arc-related rocks are the most abundant and carry distinctive subduction-related signatures. The rare association of the 1.86 Ga igneous rocks are characterized followingly: the HNB show OIB-type geochemical features, positive initial εNd value, and near-chondritic initial zircon εHf values; the HMG showhigh MgO, Cr and Ni contents, positive εNd, and positive zircon εHf values, and adakite-like rocks show slight enrichment in Sr and La, relative depletion in some HFSEs, positive εNd value, and chondritic to negative zircon εHf values. Lower crustal (rutile-bearing) garnet pyroxenites, i.e., arclogites, are suggested to be the source of the HNB rocks. In contrast, subduction-modified mantle peridotite is the source for the HMG rocks, and a mafic lower crustal source is suggested for the adakite-like rocks. In this work, I suggest that arc magmatism prevailed during contractional stages of the orogeny, whereas the extensional stages were characterised by MORB/withinplate type magmatism. The timing, compositional and isotopic changes of earlyorogenic magmatism are broadly compatible with intervals of contraction and extension, i.e., tectonic switching model and may provide a perspective to rapid build-up of Paleoproterozoic crust. In addition, I suggest a model of formation, delamination and partial melting of arclogites to describe the evolution and shift from ~1.88 Ga arc magmatism to the 1.86 Ga within-plate type magmatism. The rutile-bearing arclogites were formed during 1.89–1.87 Ga arc magmatism followed by the arclogite delamination and partial melting during extension of the thickened Svecofennian crust at 1.86 Ga. This model explains the features of the rare 1.86 Ga magmatic association as well as the extremely thick crust and the high velocity lower crust encountered in the central Fennoscandian Shield and possibly in other Paleoproterozoic orogens.

Fennoskandian kilven keskiosassa sijaitseva Etelä-Suomen kallioperä syntyi Svekofennisen vuorijonon poimutuksen eli orogenian aikana 1.96–1.77 miljardia vuotta sitten. Tämä tutkimus keskittyy orogenian alkuvaiheessa syntyneiden, 1.92–1.86 miljardia vuotta vanhojen, vaippaperäisten magmojen luonnehdintaan sekä vaipan ja kuoren vuorovaikutuksen tutkimiseen. Näiden perusteella luon magmatismia ja sen alueellista sekä ajallista muutosta kuvaavan mallin Etelä-Suomesta. Magmakivet luokiteltiin niiden (i) kiteytymisiän, (ii) kemiallisen koostumuksen ja (iii) Sm-Nd ja zirkonien Lu-Hf isotooppikoostumuksen perusteella seuraaviin luokkiin: 1.89 miljardia vuotta vanhat kuoren repeytymiseen liittyvät kivet, 1.89–1.87 miljardia vuotta vanhat vulkaanisen kaaren kivet, 1.86 miljardia vuotta vanhat kuoren sisäisen magmatismin kivet, sisältäen korkean Nd-pitoisuuden gabbroja (HNB), korkean Mg-pitoisuuden gabbroja (HMG) ja adakiittisia kiviä. 1.89 miljardia vuotta vanhat kuoren repeytymiseen liittyvät kivet sisältävät E-MORBtyyppisen geokemiallisen koostumuksen ja ehdotan niiden syntyneen kaaren edustaaltaan repeämisen seurauksena. 1.89–1.87 miljardia vuotta vanhat vulkaanisen kaaren kivet ovat selkeästi yleisimpiä ja ne sisältävät selkeän subduktiovyöhykkeen sormenjäljen. Harvinaista 1.86 miljardia vuotta vanhaa magmakiviseuruetta voidaan luonnehtia seuraavasti: HNB-kivet sisältävät OIB-tyyppisen geokemiallisen koostumuksen, positiivisen εNd-arvon ja kondriittisen zirkonien εHf-arvot; HMGkivet sisältävät korkean MgO-, Cr- ja Ni-pitoisuuden, korkean εNd-arvon ja positiiviset zirkonien εHf-arvot; adakiittiset kivet ovat rikastuneita Sr:in ja La:in ja köyhtyneet HFSE-alkuaineista, sisältävät positiivisen εNd-arvon ja hieman negatiiviset zirkonien εHf-arvot. HNB-kivet ovat syntyneet arclogiittien, eli alakuoren rutiilipitoisten granaatti-pyrokseniittikumulaattien osittaissulamisen seurauksena. HMG-kivet ovat syntyneet subduktion rikastaman peridotiitin (ylävaippa) osittaissulamisesta, kun taas adakiittisten kivien lähde on mafinen alakuori. Tulosten perusteella orogenian puristusvaiheessa (kuoren paksuuntuminen) kaarityyppinen magmatismi vallitsee, kun taas ekstension aikana E-MORB/kuoren sisäinen magmatismi on vallitseva tyyppi. Kivien kiteytymisiät sekä koostumuksellinen syklinen vaihtelu vastaa hyvin niin sanottua tectonic switching mallia, jossa kuoren puristus/lyhentyminen ja ekstensio vaihtelevat. Tämä voi tarjota uuden mekanismin nopealle kuoren kasvulle Paleoproterotsooisella ajalla. Lisäksi malli tiheän arclogiittikerroksen muodostumisesta, hajoamisesta ja osittaissulamisesta selittää muutoksen 1.88 miljardia vuotta vanhasta kaarityypin magmatismista 1.86 miljardin vuoden ikäiseen kuoren sisäiseen magmatismiin. Mallissa rutiilipitoinen arclogiittikerros muodostui 1.89–1.87 miljardia vuotta sitten yleisen kaarityyppisen magmatismin seurauksena. Tätä seurasi tiheän arclogiittikerroksen osittainen vajoaminen ylävaippaan paksuuntuneen kuoren ekstension aikana ja arclogiittien osittaissulamista. Tämä malli selittää harvinaisen 1.86 miljardia vuotta vanhan kivilajiassosiaation geokemialliset piirteet, kuoren paksuuntumisen mekanismin sekä suuren tiheyden omaavan alakuoren syntymisen Fennoskandian kilven alueella sekä mahdollisesti muissa Paleoproterotsooisissa orogenioissa.