U-Pb geochronology of tectonothermal events related to the Rodinia and Gondwana supercontinents -observations from Antarctica and Baltica

Abstract

This thesis presents data from two areas, Dronning Maud Land, Antarctica, and the Scandinavian Caledonides, Baltica. In addition, a comparative geochronological study is presented. The bedrock of Dronning Maud Land (DML) is dominated by migmatitic gneisses and post-tectonic intrusions. A migmatitic gneiss at Jutulsessen nunataks, Gjelsvikfjella, has a protolith age of 1163 ± 6 Ma and a migmatisation age of 504 ± 6 Ma. The ages of post-tectonic rocks range from 486 ± 6 Ma to 521 ± 4 Ma. The youngest age represents intrusion of granitic/pegmatitic dykes and fluids. Sm-Nd model ages for the Mesoproterozoic migmatitic gneiss in Jutulsessen vary between 1390 and 1770 Ma while the post-tectonic rocks have model ages between 970 and 2200 Ma. The age of the protolith and the model ages are in accordance with a Mesoproterozoic correlation between Dronning Maud Land and the Natal Province in South Africa made by earlier authors. Consequently, it is suggested that the investigated area in DML was a part of the Kalahari (Kaapvaal) Carton since Mesoproterozoic time. The regional migmatisation and the post-tectonic intrusions are all in accordance with a post-collision collapse. It is suggested that the post-collision event is caused by the collision between the Kalahari craton and the combined block of East Antarctica and Australia, and that it completed the assembly of Gondwana. By investigating the Seve-Kalak Nappe Complex in the Scandinavian Caledonides, Baltica, it is possible to reconstruct the pre-Caledonian margin of Baltoscandia. The intrusion age of a granite–gabbro complex, hosted by mainly sedimentary migmatites and augen gneisses, has been determined to 845 ± 14 Ma. Analyses from zircon cores indicate Paleoproterozoic (1778 ± 11 Ma) and Archaean protolith ages. Bimodal magmatism of this age is not found within the Baltic shield but the age pattern allows correlations within the Seve-Kalak Nappe Complex 300km to the north. It is suggested that the bimodal magmatic complex intruded into a sedimentary basin in a continental rift setting, but that rifting was not successful. When analysing U-rich zircons from DML with the SIMS technique, reversed discordant analyses are often obtained. In order to reveal the character of these zircons the very same zircon crystals were analysed by ID-TIMS. The results show that the reverse discordance is an artefact of the SIMS analytical procedure, probably caused by a difference in the sputtering and ionizing behaviour of U-rich zircons versus that of the U-poor zircon standard. In such cases it is thus important to put more emphasis of the 207Pb/206Pb ages, which are not dependent on these differences.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Denna avhandling presenterar data från två olika geografiska områden, Dronning Maud land, Antarktis, och den Skandinaviska fjällkedjan som befinner sig på den Baltiska kontinentalplattan. Dessutom presenteras en jämförande studie mellan två metoder att datera bergarter.



Berggrunden i Dronning Maud Land domineras dels av migmatiserade bergarter, dels av post-tektoniska intrusioner. Ursprungsåldern på den migmatitisk gnejen från nunatakerna Jutulsessen, Gjelsvikfjella, har daterats till 1163 ± 6 miljoner år medan, migmatiseringen är daterad till 504 ± 6 miljoner år. Det vill säga att bergarten bildades för 1163 miljoner år sedan och att den blev partiellt uppsmält för 504 miljoner år sedan. Åldrarna på de daterade post-tektoniska intrusionerna i Dronning Maud Land varierar mellan 486 ± 6 miljoner år och 521 ± 4 miljoner år, där de yngsta åldrarna representeras av granitiska/pegmatitiska gångintrusioner och omvandlingar av berget p.g.a. fluider.



Sm-Nd modellåldrarna för den migmatitiska gnejsen i Jutulsessen varierar mellan 1390 och 1770 miljoner år. De post-tektoniska bergarterna har modellåldrar mellan 970 och 2200 miljoner år. En modellålder anger tidpunkten för när materialet i bergarten skildes från manteln, förutsatt att de antaganden som är gjorda i modellen är uppfyllda.



Ursprungsåldern (1163 miljoner år) tillsammans med modellåldrarna är i samstämmighet med en korrelation mellan Dronning Maud Land och Natal Provinsen i Sydafrika vid denna tid, vilket har föreslagits av tidigare författare. Följaktligen föreslås att Dronning Maud Land blev en del av den sydafrikanska plattan för ca 1200 miljoner år sedan.



Den regionala migmatiseringen tillsammans med de post-tektoniska intrusionerna tyder på att området har varit utsatt för en kontinent-kontinent kollision med efterföljande kollaps. Här föreslås att kollisionen skedde mellan den Antarktiska plattan och den sydafrikanska plattan. Det förslås också att superkontinenten Gondwana i och med denna kollision var färdigbildad.



Seve-Kalak skollan i den Skandinaviska fjällkedjan innehåller bergarter som har transporteras från den Baltiska kontinentkanten till där det ligger i dag. De har transporterades dit under den kaledonska bergskedjebildningen för ca 420 miljoner år sedan. Så, genom att undersöka Seve-Kalak skollan kan man återskapa hur den Baltoskandiska kontinentkanten såg ut innan fjällkedjan bildades. Detta är viktigt för att kunna göra plattektoniska rekonstruktioner för tiden innan den Skandinaviska bergskedjan bildades.



För 845 ± 14 miljoner år sedan intruderade ett granit-gabbro komplex in i en sedimentär sekvens. Analys av zirkonkärnor från graniten antyder att urspungsåldern för materialet i berget är Paleoproterozoiskt (1778 ±11 miljoner år gammalt) och Arkeiskt (> 2600 Ma). Intrusioner liknande detta granit-gabbro komplex med denna intusionsålder är inte känd från den Baltiska skölden, men det är möjligt att korrelera komplexet med liknande komplex inom Seve-Kalak skollan men ca 300 km norrut. Det förslås här att komplexet intruderade in i en sedimentär sekvens bildad i en kontinental sprickzon men att uppsprickningen inte fullföljdes med ocean bottenspridning vid den tidpunkten. Detta innebär att en betydande del av den pre-kaledonska Baltoskandiska kontinentkanten var inblandad i kontinental sprickbildning för ca 850 miljoner år sedan.



När uranrika zirkoner från Dronning Maud Land analyserades med SIMS teknik hände det ofta att analyserna blev reversed diskordanta. För att utreda varför dessa zirkoner gav reverst diskordanta resultat, omanalyserades samma zirkoner med ID-TIMS tekniken. För att kunna tolka datan på ett korrekt sätt och därigenom få en korrekt ålder är det är mycket viktigt att förstå varför analyserna var reverst diskordanta. Resultatet visar att de reverst diskordanta analyserna är en effekt av SIMS tekniken, antagligen orsakad av de fysiska olikheterna mellan den analyserade uranrika zirkonen och den uranfattiga standard zirkonen. Detta orsakar fel i kalibreringen mellan bly och uran koncentrationerna. Vid de tillfällen man får reverst diskordanta resultat vid SIMS analyser är det viktigt att andvänd sig av 207Pb/206Pb åldrarna, istället för 238U/206Pb, vilka inte påverkas av denna kalibrering.

• author: Paulsson, Oskar
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Cornell, David
• organization: Lithosphere and Biosphere Science
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Geology
• keywords: klimatologi, pedology, climatology, Fysisk geografi, geomorfologi, marklära, kartografi, geomorphology, Physical geography, Gondwana, Rodinia, Antarctica, Baltica, Dronning Maud Land, cartography
• in: Litholund theses
• issue: 2
• pages: 25 pages
• defense location: Hörsal 111, Geocentrum bygnad 1
• defense date: 2003-09-19 10:15:00
• ISSN: 1651-6648
• ISBN: 91-86746-49-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Paulsson, O. and Andréasson, P.-G., 2002. Attempted break-up of Rodinia at 850 Ma: geochronological evidence from the Seve-Kalak Superterrane, Scandinavian Caledonides. Journal of the Geological Society, London, 159: 751-761. Article: Paulsson, O. and Austrheim, H., 2003. A geochronological and geochemical study of rocks from Gjelsvikfjella, Dronning Maud Land, Antarctica -Implications for Mesoproterozoic correlations and assembly of Gondwana. Precambrian research, 125(1-2): 113-138. Article: Paulsson, O., Austrheim, H., Corfu, F., Johansson, L. and Krylov, D., In manuscript. Post magmatic rock-fluid interaction -Geochronological and geochemical evidence from Dronning Maud Land, Antarctica. Article: Paulsson, O. and Corfu, F., In manuscript. A comparative study of Ionprobe and ID-TIMS analysis on high U zircons -Evidence from Dronning Maud Land, Antarctica.
• id: cd5a55f6-ecc1-47a2-b626-328d185db553 (old id 466050)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:37:17
• date last changed: 2018-11-21 20:42:50