Denna sida hanterar geologin kring Dannemora gruvor där det finns en järnmalmsgruva. Det finns bevis för att utvinning av järn här så långt tillbaka som på medeltiden^[1]. På denna plats finns det flertal intressanta lokaler (ställen) som ur ett geologiskt perspektiv uppvisar en våldsam vulkanisk historia med lugna perioder mellan utbrotten. Inom Dannemora bys domäner visades dessa intressanta lokaler upp för en internationell publik 2008 i då en exkursion genomfördes i samband med IGC33 (International Geological Congress 33).

REGION BERGSLAGEN

Bergslagsregionen utgör en komponent i ett plattektoniskt kollage som kallas den paleoproterozoiska Svekofenniska (Svekokarelska) orogenesen (figur 1) [3][4][5]. Bergslagens landavgränsningar är åt alla håll definierade av deformationszoner: Gävle-Rättvikzonen i norr [6][7][8], Protoginzonen i väster och Loftahammar-Linköpingszonen [9] i söder. Avgränsningen i norr sammanfaller med ett metamorft hopp [10], med högre metamorf grad norr om zonen. Den har föreslagits representera en stortektonisk domän eller terränggräns [5][8].

Den metamorfa graden i de västra delarna av Bergslagen från grönskiffer till amfibolitfacies och i de södra delarna från amfibolit- till granulitfacies [2][12]. Datering av metamorfa påväxter på magmatiska zirkoner från norra delarna av regionen tyder på två metamorfa episoder vid 1,87 Ga och 1,80 Ga [11][15].

Allen m. fl. [14] föreslog att Bergslagens vulkaniska bergarter bildades under en intensiv vulkanisk fas och en påföljande avtagande fas. Under den första fasen, som var väldigt aktiv, karaktäriseras av stora kalderabildande vulkanutbrott, som visar sig i mäktiga pyroklastiska avsättningar. Den senare fasen karakteriseras av inte fullt så mäktiga pyroklastiska avsättningar tillsammans med biogenakalkstenar, vilket syns i förekomsten av stromatoliter.

DANNEMORA

Dannemoraformationen är indelad i ett undre och ett övre led, varav den senare är indelad i subenhet 1 och 2. Det lägre ledet, som utgörs av ignimbriter och har tolkats korrelerad med den intensiva vulkaniska fasen [14] och saknar kända mineraliseringar. Det övre ledet består av omlagrade vulkaniklastiska bergarter och underordnat av kalksten. Avsättning av övre ledet kan vara korrelerad med den avtagande vulkaniska fasen. Värdbergarten till järnmalmen är huvudsakligen dolomitisk kalksten och underordnat skarnomvandlade vulkaniter [14].

Formationens pyroklastiska ursprung visar sig till exempel i att bergarterna innehåller omvandlade före detta glasiga fragment, pimpstenar och fragmenterade kvarts- och plagioklaskristaller. Den stora mäktigheten på varje enskilt pyroklastiskt lager tyder på att formationen avsattes i en sänka med avgränsningar i flera riktningar dvs. en kaldera. Pyroklastiska flöden som avsätts under hög temperatur kan innehålla sfäruliter dvs. klot av omkristalliserade glasfragment. Förekomst av spridda sfäruliter och frånvaron av hett kompakterade pimpstenar (italienska: fiamme) i det undre ledet tyder på att det avsattes i en delvis het miljö medan primära, nu sericitersatta, glasfragment i det övre ledet tyder på att avsättningsmiljön var relativt sval.

Normalgraderade lager av ask-siltsten med vattenflyktstrukturer (engelska: fluid-escape structures) tyder på att de avsattes i vatten i den östra delen av fönstret. I Bennbo, i fönstrets centrala delar, finns välbevarade erosionskanaler och korsskiktning som bevisar de vulkaniska utbrottsprodukterna avsättes i grundare vatten, ovanför stormvågbasen.

Lager [16] föreslog att de välbevarade bergarterna i Dannemora var påverkad av temperaturer som motsvarade lägre grönskifferfacies. Dahlin & Sjöström [18] visade emellertid att den metamorfa graden varit övre grönskifferfacies.

Diabasgångar, med bredd från några centimetrar upp till 1,5 meter, påträffas i nästan varje häll. Gångarna har en mineralsammansättning som är typisk för grönskifferfacies dvs. amfibol (tremolit-aktinolit), klorit, epidot och plagioklas med varierande grad av saussuritisering. Den kemiska sammansättningen och isotopkaraktären hos dessa gångbergarter visar att de är relaterade till ultramafiska till mafiska intrusiva bergarter i Bergslagens östra del [19].

Veck i mesoskala (F1) kan härledas från relationen mellan lagring och tektonik foliation. Veck i mesoskala såsom Dannemora- och Bennbosynklinalerna har definierats genom skiftning den av stratigrafisk föryngringsriktningen i sedimentära strukturer som krosskiktning och erosionskanaler [17]. Dessa F1-veck, med åt öster svagt tiltade axialplan, är sedan överpräglade av F2-veck med nord-västligt stupande veckaxlar och branta axialplan.

En skjuvzon, Österbybruk Deformationszon (ÖDZ; figur 2), där östra sidan rört sig uppåt i förhållande till västra sidan, skär igenom det östra veckbenet på Dannemorasynklinalen [18]. Zonen har återaktiverats under spröd-plastiska till spröda förhållanden [20] [21] och har blivit identifierad på djupet genom reflektionssesmiska undersökningar [22]. Persson & Sjöström (2003) [20] föreslog att den plastiska episoden av ÖDZ representerar en veckad förgrening (engelska splay) av Singö skjuvzon (SSZ; figur 1).

PYROKLASTISKA TEXTURER

Med en metamorf grad på övre grönskifferfacies i Dannemoraområdet vilket är lägre än den generella i Bergslagen, finns ovanligt välbevarade pyroklastiska texturer och sedimentära strukturer.

I magmakammare under en vulkan finns det en smälta med kristaller och lösta gaser. Gaserna förblir lösta till det djup i jordskorpan där trycket på magman är tillräckligt lågt så att gasen börjar bilda bubblor. Det kan liknas med en läskflaska; när korken är påskruvad syns inga bubblor, det är för att läsken är under ett tillräckligt högt tryck så att koldioxiden förblir löst i vätskan. När korken skruvas av syns, att det finns gas i vätskan genom att det bildas bubblor som stiger uppåt i flaskan. Men det som till exempel skiljer läsken från magman är att den senare är mycket viskösare (dvs. mer trögflytande) än läsken. Det innebär att gasen frigörs långsamt och den största delen gas blir "fångad" i magman. Gasen expanderar ändå successivt då trycket på magman minskar, vilket är samma sak som att den rör sig uppåt i magmakammarsystemet under vulkanen. Under ett vulkanutbrott expanderar gasen okontrollerat, vilket leder att den uppåtströmmande magman till stor del slits sönder till så små fragment att de knappt går att se med blotta ögat.

Vid ett vulkanutbrott bildas en askpelare som strömmar upp ut vulkanöppningen. Under utbrottet kan askpelaren kollapsa varpå askan faller ned och bildar pyroklastiska flöden. Flödena är som laviner av upp till 900°C[23] varm aska för felsiska utbrott och andra fragment som kan rusa fram i flera hundra kilometer i timmen. Flödena styrs av topografin och blir således koncentrerade till sänkor i terrängen. När dessa flöden kommer till ro kallas avsättningen ignimbrit.

Det finns tydliga bevis i både mikro- och makroskala på att bergarterna i Dannemoraformationen är av pyroklastiskt ursprung. De texturer som kommer att beskrivas här är pimpstenar, fiamme, sfäruliter, glasfragment och pisoliter.

FIAMME

De relativt svaga pimpstenarna kan med lätthet kompakteras på flera sätt. När det sker kallas dom fiamme, vilket är italienska för flamma. Fiamme är en icke-genetisk term och kan beskrivas som flammor eller utdragna linser

Kompakteringen är ett resultat av plastisk deformation, dvs. tillplattning och sintring (engelska welding) av heta glasiga fragment i avsättningar från pyroklastiska flöden. Dock kan orsaken till kompaktion av pimpstenar i gamla bergarter likt de i Dannemora vara svår att avgöra eftersom fiamme även kan bildas genom diagenetisk kompaktion och tektoniskt tillplattning. Dock kan tillplattningens ursprung härledas genom att titta på ändarna på fiamme. Hett kompakterade ändar dvs. primärt deformerade i den pyroklastiska avsättningen, har flikiga ändar medan diagenetiskt och tektoniskt deformerade fiamme har ändar som är hoptryckta likt kilar.

De fiamme som påträffas i Dannemora skvallrar om den tektoniska historien. I vänstra fotot i figur 4 kan två deformationsepisoder identifieras. Den första tektoniska deformationen resulterade i tillplattning med en utsträckning horisontellt i fotot. Den andra episoden ledde till fiammens krusiga utseende så kallad krenulation. Fotot visar också att det var stor vinkel mellan kompaktionsriktningarna under de tektoniska deformationsepisoderna, vilket även kan ses på mesoskala (se ovan).

SEDIMENTÄRA STRUKTURER

Störda sedimentära skikt, erosionskanaler och korsskiktning är alla indikationer på att avsättningsdjupet varierade då de vulkaniska askorna sedimenterade. Förekomst av stromatoliter indikerar att det förekom relativt lugna vulkaniska perioder då de inte kan växa om det är för mycket aska i vattenpelaren som hindrar solljuset att nå ner till dem och därigenom fotosyntesen.

Den här kallade primära deformation syftar på att den sker långt innan sedimenten förstenas till bergarter och därefter utsatta för regional (sekundär) tektonisk deformation.

När den vulkaniska askan som regnat ner i vatten börjar askpartiklarna, beroende av storlek och form, att sjunka till botten olika fort; de större partiklarna sjunker fortare och hamnar underst. De finare och ofta plattare partiklarna dalar långsammare i vattenpelaren och hamnar således överst. Gradering på detta vis med större sandpartiklar i botten och finare lerpartiklar på toppen kallas normalgradering. De översta partiklarna kan pga. deras form och storlek bilda ett tätt lager. När mer sediment/aska överlagrar de befintliga lagren så ökar vikten på dem. Då vattnet i sedimenten ”stängts in” under ett övre tätt skikt bestående av lerpartiklar så byggs det upp ett tryck i det undre lagret. När hela avsättningen störs t ex vid ett jordskalv i samband med vulkanutbrott, så skakar hela sedimentpacken. Då kan det övre skiktet brista och vattnet strömmar då upp i ovanliggande lager. Förloppet resulterar i och bevaras som en vattenflyktstruktur (se figur 8).

Koordinater till den daterade hällen och pisolithällen: https://maps.app.goo.gl/tJSxY7TZHm5qENbS7

SEDIMENTDEFORMATION

Cirka två kilometer väster om Dannemora gruva ligger Bennbo (figur 2). Där finns det en cirka 60–70 meter lång sektion i ost-västlig riktning av vulkanosedimentära bergarter som uppvisar flera bevis på att vattendjupet fluktuerade över tid för cirka 1,9 Ga sedan. Det finns olika orsaker till varierande vattendjup. Ett stort inflöde av vulkanaska som fyller upp bassängen så att vattendjupet minskar och slutligen blir negativt dvs. så att vulkanaskan exponeras ovanför vattenytan för väder och vind. En annan anledning kan vara att underlaget hävs/sjunker i samband med vulkanutbrott [29]. Dock är den vertikala rörelsen sällan mer än en meter [30].

Figur 9C visar en omlagrad vulkanosedimentär sekvens där det syns horisontell lagring (förstärkt med blå linjer) som innehåller vita pimpstensfragment (svarta pilar) och en erosionskanal (beigea området överst). De horisontella lagren kan indikera avsättningsytor eller att avlagringarna blivit omarbetade av vågor, i detta fall är tolkningen det senare. Att avlagringarna varit exponerade för väder och vind ses i den erosionskanal som skurit sig ner i de då horisontellt avlagrade avsättningen. Erosionskanalen har sedan blivit fylld med beige ask-siltsten. Även en erosionskanal kan tjäna som uppåtstruktur. Då den konkava formen på erosionskanalen är nedåt i fotot så är bevisligen uppåt i stratigrafin är även uppåt i fotot. Det går även med lite god vilja att finna normalgradering i dessa lager (syns dock ej i fotot).

Koordinater hit är: https://maps.app.goo.gl/93VbtMzkZ5gF8DPh9

PETROLOGI

När en bergmassa utsätts för temperaturer som överstiger dess smältpunkt bildas magma. Eftersom bergarter oftast består av flera olika mineral, som har olika smältpunkt, börjar först uppsmältningen i de delar som har lägst smältpunkt s.k. partiell uppsmältning.

Granitoider är mineralogiskt bergarter som enligt Streckeisen [34] innehåller 20-60% kvarts och resten plagioklas och kalifältspat samt underordnande mängder glimmer och amfibol. Eftersom granitoider huvudsakligen består av fältspater och kvarts benämnas dessa som felsiska bergarter. Inom felsiska bergarter återfinns bergartsledet ryolit/aplit/granit. Ett annat bergartsled är basalt/diabas/gabbro som huvudsakligen utgörs av mörka mineral såsom kalciumrik plagioklas, amfibol och pyroxen, och kallas för mafiska bergarter. Det ska nämnas att det även finns intermediära bergarter mellan dessa två bergartsled.

Den mineralogiska sammansättningen på en partiellt uppsmält basalt återges i den s.k. Bowens reaktionsserie. Den visar egentligen avsvalningen av en basaltisk magma, men om det omvända händelseförloppet med ökande temperatur iakttas kan partiell uppsmältning illustreras. Det första som då går i smälta är kalifältspat, muskovit och kvarts, vilket är huvudbeståndsdelarna i en granit. Så beroende av graden av uppsmältning så kan granit bildas.

Extensiva dvs. isärdragande krafter som verkar på en bergmassa kan ge upphov till sprickbildning. Om dessa sprickor bildas i närheten av en magmakammare kan magma leta sig fram i sprickorna och fylla ut dessa. Då magman har stelnat (kristalliserat) till en bergart kallas det en gångbergart. Beroende på magmans kemiska sammansättning och slutliga kornstorleken namnges dessa gångar på olika sätt. Om en basaltisk magma bildat en gångbergart kallas den för diabas. I fallet granitisk magma kallas gångarna apliter (fin- och jämnkorniga, ofta smala) eller pegmatitiska (grov- och ojämnkorniga, ofta breda).

Diabaser i Dannemora

De rikligt förekommande, ställvis strökornsförande, mörkgröna gångarna i Dannemoraområdet kallas för diabaser. Den mineralogiska sammansättning i dem är typiska för grönskifferfacies med huvudsakligen gröna mineral såsom amfibol (generellt aktinolit-tremolit), epidot, klorit men även biotit, kalcit m fl. Gångarnas bredd varierar från några decimeter till metrar och saknar märkbar påverkan av vare sig sidoberget eller någon avkylningszon i gången. Bevis för att diabaserna ställvis innehållit strökorn finns idag endast bevarat som vittringsgropar på vittrad yta, men är uppenbart då en färsk yta tas fram. Två exempel på diabaser i vulkaniter visas i figur 10 (Diabasen i figur 10A: https://maps.app.goo.gl/a64SbkxX82UVpk4F7 och i figur 10B:

https://maps.app.goo.gl/78G4HYdqhE5SMsMz5).

Genom att plotta olika kombinationer av grundämnen i diagram, går det att få en indikation om bergarternas tidiga historia och ursprung. Dock gäller dessa diagram oftast för ej omvandlade bergarter. Spårämnen, exempelvis sällsynta jordartsmetaller eller HFSE (engelska: high field strength elements), är generellt immobila vid omvandling. Om dessa grundämnen kombineras i rätt diagram går även omvandlade bergarters tektoniska miljö att härledas. Dahlin m fl [35] gjorde en undersökning av geokemi och isotoper av Sr och Nd från diabasgångarna i Dannemora. Här följer en sammanfattning av spårämnesdiagrammen som redovisas i figur 11A-C: gångarnas magmor var kalk-alkalina, vilket är signifikativt för subduktionszoner, och magmorna bildades i en blandad miljö av subduktionszon och kontinental vulkanisk zon. Allen [14] föreslog att en modern analogi för hur Bergslagen bildats är Taupō Volcanic Zone i Nya Zeeland. Den blandade tektoniska signaturen indikerar att magmorna har erfarit flera episoder av anrikning och utarmning av olika grundämnen, genom processer som skedde i mantelns övre del men även vid senare omvandling under metamorfosen.

Ett flertal av de bergartsbildande grundämnena t ex kalium, natrium, kalcium, magnesium, kisel, järn kan vara mobila under metamorfos, vilket innebär att de kan bli anrikade eller urlakade genom olika omvandlingsprocesser efter att bergarterna bildats. Därför bör diagram med dessa grundämnen användas med försiktighet då de kan visa på en annan geokemisk signatur än den ursprungliga. Däremot kan diagrammen med dessa grundämnen med fördel visa om bergarterna är omvandlade eller ej.

För att få en indikation huruvida bergarterna i Dannemora är omvandlade eller ej, kan ett diagram som togs fram av Hughes [40] användas. I diagrammet där alkalierna natrium och kalium plottas mot varandra visas ett fält med magmatisk sammansättning (figur 11D). Om analyserna plottar utanför detta fält tolkas bergarterna som omvandlade. Då samtliga analyser förutom en plottar utanför magmatisk sammansättning, så tolkas gångarna i Dannemora vara omvandlade. Att kalium är anrikad relativt natrium, vilket inte är kompatibelt med magmatisk sammansättning för mafiska bergarter, indikerar att gångarna har erfarit en post-magmatisk så kallad alkalimetasomatos.

För att dechiffrera fraktioneringstrender från andra trender kan grundämnen som är inkompatibla plottas mot varandra vilket ska ge en linjär trend med positiv lutning. Om inkompatibla grundämnen plottas mot kompatibla så ger det också en linjär trend men med negativ lutning.

Dahlin m fl [35] gjorde en undersökning av geokemi och isotopförhållanden i diabaserna i Dannemora. En brant minskning av kompatibla grundämnen, såsom MgO och Cr, med ökande fraktionering tolkas som kristallisation av mafiska mineral såsom olivin, pyroxen och kromit. Däremot finns det ingen tydlig negativ korrelation mellan inkompatibla grundämnen som Nb mot kompatibla som MgO eller Cr. Därför tolkas inte de linjära trenderna mellan inkompatibla grundämnen såsom Nb mot Ce, Zr, Y och Yb som differentieringstrender. Trenderna är istället tolkade som en effekt av blandning mellan åtminstone två magmor med liknande huvudelement; en som hade relativt låg mängd inkompatibla spårämnen och den andra med relativt hög mängd inkompatibla element. Fraktionering syns tydligast i plottar med kompatibla element som MgO mot Cr eller Co. Magmablandning syns tydligast i plottar mellan immobila och inkompatibla element såsom Nb mot Ce, Hf eller Zr, där magman hade olika sammansättning och elementkoncentrationen utvecklades med en lite inflytande av fraktionering. Genom detta resonemang visar det sig att de flesta inkompatibla element primärt inte är kontrollerade av fraktionering utan av blandning av två eller flera magmor. Den fraktioneringskontrollerade ökningen av inkompatibla grundämnen var begränsad då magmareservoaren förblev i flytande fas så rådde troligen en jämvikt mellan smälta och kristaller annars skulle gångarna varit mer fraktionerade. De olika gångarna representerar då olika blandningssammansättningar mellan dessa magmor.

Både Nd och Sm uppvisar relativt god linjär passning när de plottas mot Nb, vilket indikerar att de var immobila och att isotopsystemet Sm-Nd är trovärdigt. Isotopsammansättning i en magma är inte påverkad av fraktionering utan bara av blandning av olika magmor och assimilering av sidoberg. En snabb transport genom den kontinentala skorpan är tydlig i den generellt basaltiska geokemiska signaturen på gångarna. I själva intrusionsskedet befann sig den Svekofenniska orogenesen i en extensionsfas som bidrog till sprickbildning som var förutsättningen för bildandet av gångarna.

XXXX

TERMER

Följande sektion beskriver de fackord som använads i texten.

Vulkanologi och stratigrafi

Metamorfos och strukturgeologi

Mineralogi

Zirkon

Accessoriskt mineral som förekommer i magmatiska och därav deriverade bergarter som kan användas för datering av bergarter. Accessorisk betyder att mineralet vanligast förekommer i ringa mängder, i förhållande till bergartsbildande mineral, men som är viktigt för t ex datering av magmatiska bergarter eller för härledning av källor till sedimentära bergarter. Sekundära påväxter på zirkoner, som bildades under metamorfa förhållanden, kan användas för att datera metamorfa episoder.

Jag har erhållit ackrediteringar för min expertis och yrkeskunnande. Processen involverade utbildning, erfarenhet och godkända examinationer.