Category Archives: publications

Copper moves readily in fluids around magmatic intrusions / Kupari lähtee herkästi kuumien liuosten kyytiin magmaintruusioiden ympärillä

Posted on by

Ville Virtanen’s resilient experimental work at ETH Zürich got the crown it deserves. Our study on the mobility of S and Cu in fluids forming in heated black shale and in magmatic assimilation has been published in Nature Communications and is freely available online:
Virtanen VJ, Heinonen JS, Molnár F, Schmidt MW, Marxer F, Skyttä P, Kueter N & Moslova K (2021) Fluids as primary carriers of sulphur and copper in magmatic assimilation. Nature Communications 12: 6609.

We had a very different idea of research when we were planning the experiments, but then something unexpected happened: copper had been lost from the sulphides and seemed to have traveled with the reduced fluid forming in the black shale! Such fluids may form and may have formed economically valuable copper sulphide deposits this way, for example in the 1.1 Ga Duluth complex in Minnesota, USA. This is a great example of how basic research functions – many important discoveries are made by accident. Nature finds it way…

This is the last update to this blog and we thank all the visitors! Although the project now officially closes, there are still many manuscripts that are being reviewed or in preparation that bear the fruits of PALIN. These will be updated to the publication log after acceptance so you can still check them from there! All the best and cheers!

—

Ville Virtasen periksiantamaton kokeellinen työ Sveitsin valtiollisessa teknillisessä korkeakoulussa (ETH Zürich) sai ansaitsemansa kruunun. Tutkimuksemme rikin ja kuparin liikkumisesta lämmitetyssä mustaliuskeessa muodostuvissa kuumissa liuoksissa ja magmaattisessa assimilaatiossa on julkaistu sarjassa Nature Communications ja on avoimesti saatavilla:
Virtanen VJ, Heinonen JS, Molnár F, Schmidt MW, Marxer F, Skyttä P, Kueter N & Moslova K (2021) Fluids as primary carriers of sulphur and copper in magmatic assimilation. Nature Communications 12: 6609.

Meillä oli hyvin erilainen tutkimusidea kokeita suunnitellessamme, mutta sitten kokeissa tapahtuikin jotain odottamatonta: kupari oli hävinnyt mustaliuskeen sulfidimineraaleista ja oli nähtävästi matkannut lämmitetyssä näytteessä muodostuneiden pelkistyneiden kuumien liuosten mukana. Kupari ja rikki voivat näistä liuoksista saostuessaan muodostaan taloudellisesti merkittäviä mineralisaatioita ja näin on todennäköisesti tapahtunutkin esimerkiksi 1,1 miljardia vuotta vanhassa Duluthin magmaattisessa kompleksissa, joka sijaitsee Yhdysvaltain Minnesotassa. Tämä on upea esimerkki siitä, miten perustutkimus toimii ja miksi se on tärkeää – monet merkittävät tieteelliset löydöt tehdään vahingossa ja sattumalta, kun tutkitaan tai kokeillaan jotain mielenkiintoista. Luonto löytää polkunsa…

Tämä on tämän blogin viimeinen päivitys ja kiitämme kaikkia vierailijoita! Vaikka projekti nyt virallisesti päättyykin, on vielä monia PALINin hedelmiä kantavia käsikirjoituksia arviossa ja tekeillä. Näitä tullaan vielä hyväksymisen jälkeen päivittämään jonkin aikaa projektin julkaisuluetteloon, joten voit tarkastaa viimeisimmän tilanteen sieltä. Kaikkea hyvää ja näkemisiin!

Hungry magmas in the lower crust / Nälkäiset kivisulat alakuoressa

Posted on by

Extremely schematic presentation of hot primitive magmas heating and assimilating crustal materials.
—
Erittäin luonnosmainen kuva, jossa primitiiviset kivisulat kuumentavat ympäröivää kuorta ja assimiloivat sitä sisuksiinsa.

It is common that simple geochemical models for basaltic and more primitive magmas suggest assimilation of tens of weight percent of crustal materials. But what are the thermodynamic limits for assimilation in such systems? The MCS team of the PALIN project pursued to answer this question using the Magma Chamber Simulator. In the simulations, diverse primitive magmas assimilate progressive partial melts of preheated lower, middle, and upper crust in amounts allowed by thermodynamics.

Our results indicate that it is difficult for any common primitive magma to assimilate more than 20–30 wt% of upper or middle crust before evolving to compositions typical for intermediate or felsic rocks. On the other hand, some very primitive magmas have thermodynamic potential to assimilate as much as their own mass (59–102 wt%) of lower crust and retain a basaltic composition. This implies that large part of the mass of some primitive magma systems may consist of partially melted and assimilated lower crustal material that they devoured.

Our study has been accepted to Geology and is freely available online:
Heinonen JS, Spera FJ, Bohrson WA – Thermodynamic limits for assimilation of silicate crust in primitive magmas. Geology (2021)

Stay tuned – more news to follow when the project is nearing its end!

—

Monien hyvin yksinkertaistettujen kemiallisten mallien mukaan basalttiset ja niitä primitiivisemmät vaippaperäiset kivisulat ovat assimiloineet kymmeniä painoprosentteja kuorellisia materiaaleja. Mutta mitkä ovat termodynaamiset rajat assimilaatiolle tällaisissa systeemeissä? PALIN-projektissa selvitettiin asiaa Magmakammiosimulaattorin avulla. Simulaatioissa erilaiset primitiiset kivisulat assimiloivat kuumenevaa ja osittain sulavaa kuorta termodynamiikan lakien sallimissa määrin.

Tulostemme mukaan tavalliselle primitiiviselle kivisulalle on vaikeaa assimiloida yli 20-30 painoprosenttia ylä- tai keskikuorta ennen kuin sulien koostumukset eivät enää ole primitiivisiä vaan enemmänkin graniittien koostumuksia muistuttavia. Alakuoren olosuhteissa tilanne muuttuu – joillain hyvin primitiivisillä kivisulilla on potentiaalia assimiloida jopa oman painonsa verran (59-102 painoprosenttia) ympäröivää alakuorta ja silti pysyä koostumukseltaan basalttisina. Tämä viittaa siihen, että suuri osa joidenkin primitiivisten magmasysteemeiden massasta voi olla peräisin osittain sulaneesta alakuoresta, jota ne ahmivat sisuksiinsa.

Tutkimuksemme on hyväksytty julkaistavaksi Geology-sarjassa ja on jo avoimesti saatavilla sähköisenä:
Heinonen JS, Spera FJ, Bohrson WA – Thermodynamic limits for assimilation of silicate crust in primitive magmas. Geology (2021)

Pysykää kuulolla – lisää uutisia tulossa, kun projekti lähenee loppuaan!

Book on Crustal Magmatic System Evolution / Kirja magmaattisten systeemien kehityksestä kuoressa

Posted on by

We are pleased to announce that the AGU Book “Crustal Magmatic System Evolution: Anatomy, Architecture, and Physico-Chemical Processes” has finally been published. The PALIN project took part in writing one of the Chapters called “From Binary Mixing to Magma Chamber Simulator: Geochemical Modeling of Assimilation in Magmatic Systems” (open access pre-print available from here). In the Chapter, we review and revise the concept of magmatic assimilation and discuss how it has been modeled in the past and how it is modeled today. Get your copy!

—

Iloksemme ilmoitamme, että Amerikan Geofysikaalisen Seuran kirja “Crustal Magmatic System Evolution: Anatomy, Architecture, and Physico-Chemical Processes” on viimein julkaistu. PALIN-projektin jäsenet olivat mukana kirjoittamassa siihen lukua “From Binary Mixing to Magma Chamber Simulator: Geochemical Modeling of Assimilation in Magmatic Systems” (koevedos on avoimesti saatavilla täältä). Luvussa käymme läpi ja päivitämme magmaattisen assimilaation konseptin ja kerromme, kuinka sitä on mallinnettu menneisyydessä ja kuinka sitä mallinnetaan nykyään. Hanki itsellesi tai lahjaksi!

New paper on modeling of Antarctic gabbros / Uusi artikkeli Antarktiksen gabrojen mallinnuksesta

Posted on by

We used the Magma Chamber Simulator and other thermodynamic and geochemical tools to model the magmatic evolution of two ~180 Ma gabbroic dikes at Muren, western Dronning Maud Land, Antarctica. They show very unusual characteristics, which include increasing εNd towards the contact with the basalts. This can be explained by a two-stage process: 1) The parental magmas first assimilated Archean TTG crust at depth to acquire the negative εNd recorded by the dike interiors and then 2) assimilated and reacted with the more depleted mantle-derived basalts closer to the surface. In other words, the parental magmas had Archean TTG as the main course and basalt for dessert. Our study thus shows that primitive magmas can be very “hungry”, meaning that they have very high potential for assimilating surrounding rocks when the conditions are just right! The publication is open access in Contributions to Mineralogy and Petrology.

—

Käytimme Magmakammiosimulaattoria ja muita termodynaamisia ja geokemiallisia työkaluja mallintamaan kahden 180 miljoonaa vuotta vanhan juonimaisen gabrointruusion kehitystä. Nämä juonet löytyvät Murenilta, läntiseltä Kuningatar Maudin maalta, Etelämantereelta. Juonet ovat hyvin epätavallisia, sillä niiden isotooppikoostumus on enemmän vaippaperäistä, mitä lähempää kontaktia ympäröivän kuoren kanssa näyte on kerätty. Yleensä tilanne on päinvastoin. Tämän erikoisuuden voi kuitenkin selittää kaksivaiheisella prosessilla. Ensin intruusioiden kantamagmat assimiloivat hyvin vanhaa graniittista ainesta syvällä kuoressa ja saivat täten juonen keskiosien tallentaman “kuorimaisen” koostumuksen. Tämän jälkeen ne assimiloivat ylempänä kuoressa vaippaperäisiä basaltteja, joiden kanssa ne ovat tälläkin hetkellä kontaktissa. Voisi siis todeta, että intruusioiden kantamagmat “söivät” ikivanhaa arkeeista kuorta pääruoaksi ja vaippaperäisiä basaltteja jälkiruoaksi. Tutkimuksemme mukaan primitiiviset magmat voivat siis olla hyvin nälkäisiä, jos olosuhteet ovat kohdallaan! Julkaisu on avoimesti saatavilla Contributions to Mineralogy and Petrology -julkaisusarjasta.

The origin of A-type ferroan granites studied using the Magma Chamber Simulator / A-tyypin rautaisten graniittien alkuperää selvitettiin Magmakammiosimulaattorilla

Posted on by

A-type ferroan granites are found in various tectonic settings, but their origin is a mystery: 1) partial melts of silicate crust, 2) derivatives of fractionation of mantle-derived basaltic magmas, or 3) derivatives of assimilation of silicate crust by fractionating basaltic magmas? This mystery was studied in a recent paper accepted to Gechemistry (open access) with the help of Magma Chamber Simulator. The study was led by Kimmo Kärenlampi, who is a doctoral student at the University of Oulu, and also involved the PI. Our results highlight the importance of option 3 in the petrogenesis of A-type granite magmas and support the general perception that these magmas become more peraluminous by assimilation. They further suggest that variable fractionation paths of the parental basaltic magmas upon the onset of assimilation may explain the diverse A-type intermediate to felsic igneous rocks with varying alkalinity and aluminosity that are often observed emplaced closely in time and space within the same igneous complex.
—
A-tyypin rautapitoisia graniitteja löytyy erilaisista tektonisista ympäristöistä, mutta niiden alkuperä on mysteeri: ovatko ne 1) silikaattisen kuoren osittaissulia, 2) vaipasta peräisin olevista basalttisista sulista fraktioivan kiteytymisen kautta kehittyneitä, vai 3) seurausta silikaattisen kuoren assimilaatiosta fraktioituvissa basalttisissa sulissa? Tätä mysteeriä selvitettiin juuri Geochemistry-lehteen hyväksytyssä artikkelissa (avoimesti saatavilla) Magmakammiosimulaattorin avulla. Tutkimusta johti Kimmo Kärenlampi, joka on tohtorikoulutettava Oulun yliopistosta, ja myös PI oli siinä mukana. Tuloksemme painottavat vaihtoehdon 3 tärkeyttä A-tyypin graniittisten magmojen synnyssä ja kehityksessä ja osoittavat miten esimerkiksi sulan suhteellinen alumiinipitoisuus muuttuu assimilaation myötä. Lisäksi mallit osoittavat, miten erilaiset fraktioivan kiteytymisen ja assimilaation kehityskulut voivat selittää laajan skaalan erilaisia A-tyypin kiviä, joita usein löydetään ajallisesti ja paikallisesti toisiinsa sidottuina.

Magma Chamber Simulator on PC and three publications / Magmakammiosimulaattorin PC-versio ja kolme julkaisua

Posted on by

Huge things happening this year! Magma Chamber Simulator is now available on PC and there are two recent publications (here and here) about the software and one on the history of modeling assimilation in magmatic systems. The latter will be included as a chapter in an upcoming AGU book “Crustal Magmatic System Evolution: Anatomy, Architecture and Physico-Chemical Processes”. Make sure to check the papers out and run your own simulations!
—
Suuria asioita tapahtuu tänä vuonna! Magmakammiosimulaattori on nyt saatavilla PC:lle ja olemme julkaisseet kaksi tutkimusta itse ohjelmasta (täällä ja täällä) ja yhden magmaattisen assimilaation mallinnuksen historiasta. Jälkimmäinen tulee olemaan kappale AGU:n kirjassa “Crustal Magmatic System Evolution: Anatomy, Architecture and Physico-Chemical Processes”. Tsekkaa julkaisut ja aja omat simulaatiosi!

Special issue of Mineralium Deposita on mineral deposits of Finland / Mineralium Deposita -julkaisusarjan erikoisnumero Suomen mineraaliesiintymistä

Posted on by

Special issue on the current developments of economic geology research in Finland has been published in Mineralium Deposita. The special issue also includes input from the PALIN team: the first article from the PhD project of MSc Ville Järvinen, downloadable open access from here. In the article, the parental magma composition (MgO = 14-15 wt.%) of the 2.44 Ga Näränkävaara layered intrusion in Finland was estimated with the help of a previously unidentified marginal series gabbronorite and some thermodynamic modeling. The stratigraphy of the intrusion was updated and the formation of the related uneconomic PGE reef evaluated. Sulfide saturation in the intrusion was induced by fractional crystallization, but the reef-forming process was probably interrupted by the influx of a PGE-depleted recharge magma that may also have inhibited further sulfide saturation.
—
Kotimaiseen taloudellisen geologian tutkimukseen keskittyvä erikoisnumero on julkaistu Mineralium Deposita -julkaisusarjassa. Erikoisnumeroon sisältyy myös PALIN-tiimin saavutuksia: FM Ville Järvisen väitöskirjaprojektin ensimmäinen julkaisu, joka on avoimesti ladattavissa. Julkaisussa Näränkävaaran 2,44 miljardia vuotta vanhan kerrosintruusion kantasulan koostumus (MgO-pitoisuus n. 14-15 painoprosenttia) arvioitiin aiemmin tuntemattoman reunasarjan gabroidisen kiven ja termodynaamisen mallinnuksen avulla. Intruusion stratigrafia päivitettiin ja platinaryhmän alkuaineista (PGE) rikastuneen riutan syntyä arvioitiin. Intruusion kylläisyys sulfidimineraaleista saavutettiin kiteytymisen kautta, mutta PGE-riutan muodostumisen katkaisi todennäköisesti uusi PGE-köyhä ja koostumuksensa puolesta sulfidien kylläisyyteen negatiivisesti vaikuttanut magmapulssi.

Monzodioritic melts revealed by petrological modeling / Monzodioriittiset sulat paljastuivat petrologisella mallinnuksella

Posted on by

Anorthositic and monzodioritic rocks are found in relation to the 1.6 billion-year-old anorogenic rapakivi granites of southeastern Finland. Using geochemistry and petrological modeling tools, we showed that the monzodioritic rocks closely represent melt compositions while the anorthositic rocks are fractionates from such melts. Furthermore, the individual monzodioritic residual melt batches crystallized in-situ and in equilibrium, which resulted in low Mg-numbers of the mafic minerals. Some of the monzodioritic melts also mixed and mingled with granitic magmas. The monzodioritic rocks show petrological and geochemical characteristics akin to corresponding rock types in other similar suites, and the model described could be applicable elsewhere.

Original open access article published in Contributions to Mineralogy and Petrology can be downloaded from here.

More publications to be announced soon from the project!

—

Suomen 1,6 miljardia vuotta vanhoihin rapakivigraniittialueisiin liittyy hyvin erikoisia suureksi osaksi plagioklaasimaasälvästä muodostuneita anortosiittisia kiviä ja niiden sekalaisia ja paikoin vieläkin erikoisempia seuralaisia, kuten monzodioriitteja. Osoitimme Riikan ja Akun kanssa petrologisia mallinnustyökaluja apuna käyttäen, että eräät näistä seuralaiskivistä edustavat sulakoostumuksia, joista maasälpärikkaat kivet ovat muodostuneet juuri plagioklaasikiteiden erkaantumisen ja pakkautumisen myötä. Löydöllämme on merkitystä näiden malmikriittisten kivien kehityksen tutkimuksessa globaalisti. Syvällä kiteytyneistä kiviseurueista ei usein helpolla löydy sulakoostumuksia!

Alkuperäinen avoimesti saatavilla oleva artikkeli julkaistiin Contributions to Mineralogy and Petrology -sarjassa ja on saatavilla täältä.

Projektilta tulossa lisää julkaisuja piakkoin!

Ville’s popularization experiments / Villen popularisointikokeet

Posted on by

Ville was invited to give a talk in the yearly meeting of the Geological Society of Finland on Thursday 7th of February 2019. It was the first occassion were the experimental immiscible black schist sulfide melts were introduced publicly, but certainly not the last… Ville also recently published a short review on some modern methods of experimental petrology in the society’s Geologi-magazine. You can read it here (summary and figure captions in English).
—
Ville kutsuttiin pitämään esitelmä tutkmuksistaan Suomen Geologisen Seuran vuosikokoukseen 7.2.2019. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun mustaliuskeen kokeelliset sulfidisulat esiteltiin yleisölle, mutta ei varmastikaan viimeinen… Ville on myös kirjoittanut katsauksen kokeellisesta petrologiasta Geologi-lehteen. Se on luettavissa täältä.

Magma Chamber Simulator is online / Magmakammiosimulaattori on verkossa

Posted on by

Magma Chamber Simulator is online at http://mcs.geol.ucsb.edu/about! Includes download and detailed instructions on how to prepare the input file, use the program, and read the output. In terms of geochemistry, the current version models major elements and mineral chemistry. A version including trace elements and radiogenic isotopes is upcoming!
—
Magmakammiosimulaattori on nyt verkossa: http://mcs.geol.ucsb.edu/about. Mukana lataustiedosto ja yksityiskohtaiset ohjeet input-tiedoston valmistamiseen, ohjelman käyttöön ja output-tiedoston lukemiseen. Nykyinen versio käsittelee pääalkuaineita ja mineraalikemiaa. Versio, johon kuuluvat hivenalkuaineet ja radiogeeniset isotoopit on tekeillä!