Tag Archives: experimental

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!

Melting rocks / Kiviä sulattamassa

Posted on by

The first set of melting experiments on the wallrocks of the Duluth intrusive complex have been completed by Ville! The experiments were conducted at ETH Zürich using special pressurized furnaces. In the experiments we emplaced gold-palladium capsules (with a diameter of 2.3 to 3.0 mm and length of 6-10mm) containing black schist powder to the furnace, which was then melted in the desired run conditions that ranged from 700 to 1100°C and from 1 to 2 kbar (roughly corresponding to depth of 4 to 8 km in Earth’s crust in contact with hot mafic magma). Next we are going to use electron microprobe to analyze chemical compositions of the melts and crystals that formed in different conditions. We will also see if we achieved chemical equilibrium in our experiments. It will be interesting to see, how black schist behaved in such harsh conditions!
—
Ensimmäiset sulatuskokeet Duluthin magmakivikompleksin sivukiville on nyt tehty Villen toimesta! Kokeet suoritettiin ETH Zürichissä käyttämällä tarkoitukseen sopivia paineistettuja erikoisuuneja. Kokeissa laitoimme mustaliuskejauhetta uuniin kulta-palladium –kapseleissa (ympärysmitta 2,3–3,0 mm ja pituus 6–10 mm) ja sulatimme sitä halutuissa olosuhteissa eli 700-1100°C lämpötilassa ja 1-2 kbar:n paineessa (joka vastaa karkeasti arvioiden 4-8 km:n syvyyttä maan kuoressa kuuman mafisen magmasäiliön läheisyydessä). Seuraavaksi aiomme analysoida eri olosuhteissa syntyneiden sulien ja mineraalien kemialliset koostumukset käyttämällä elektronimikroproobia. Samalla näemme saavutimmeko kemiallisen tasapainotilan kokeissamme. On mielenkiintoista nähdä, miten mustaliuske on käyttäytynyt sille näin ikävissä olosuhteissa!

A gold-palladium capsule with black schist powder inside. The ends of the capsule have been welded shut.
—
Kulta-palladium –kapseli, jonka sisällä on mustaliuskejauhetta. Kapselin päädyt on hitsattu umpeen.

A special pressurized furnace also known as “cold-seal”. The sample capsule is inside pressurized metal rod that is partly visible and partly inside the big cylindrical furnace. Argon gas is pumped into the rod to reach pressures up to 2 kbar. The visible end of the rod is in room temperature, whereas the temperature inside the furnace is up to 1200°C. The lever can be used to turn the whole apparatus in vertical position to drop the sample capsule to the cold end of the rod in order to quench the possible melt in the capsule.
—
Paineistettu erikoisuuni, nk. ”cold-seal”. Näytekapseli on paineistetun metalliputken sisällä. Putken toinen pää on näkyvissä ja toinen ison sylinterimäisen uunin sisällä. Putkeen pumpataan argon-kaasua, mikä voi aiheuttaa jopa 2 kbar:n paineen. Putken näkyvä pää on koko ajan huoneen lämpötilassa, mutta uunin sisässä olevan osan lämpötila voi olla jopa 1200°C. Koko laite voidaan kääntää pystyasentoon edessä näkyvän vivun avulla, jolloin näytekapseli putoaa putken kylmään päähän ja mahdollinen kapselin sisältämä sulafaasi jähmettyy.

Visit to the ETHZ labs / Vierailu ETHZ:n laboratorioihin

Posted on by
Prof. Max Schmidt and laboratory equipment of the Department of Earth Sciences, ETHZ

Prof. Max Schmidt and laboratory equipment of the Department of Earth Sciences, ETHZ

PI was hosted by project collaborator prof. Max Schmidt at the Department of Earth Sciences, Swiss Federal Insitute of Techonology in Zürich (ETHZ), and got to see the experimental laboratory used in this project for the first time. With these instruments, it is possible to subject small rock powder samples to crustal pressures and magmatic temperatures, and study what happens to the sample under different conditions.

For those visiting Zürich, I would strongly recommend seeing the wonderful state-of-the art geoscientific exhibition of the Earth Science Research and Information Centre located in the same building and pictured below.

—

PI oli projektin yhteistyökumppanin professori Max Schmidtin vieraana Zürichissa (Department of Earth Sciences, Swiss Federal Insitute of Techonology in Zürich) ja sai ensimmäisen kosketuksen kokeelliseen laitteistoon, jota hyödynnetään projektissa. Näillä laitteilla pieniä kivipulverinäytteitä on mahdollista asettaa paineisiin ja lämpötiloihin, jotka vallitsevat syvällä kuoressa magmakammioissa ja niiden läheisyydessä, ja siten tutkia niiden käyttäytymistä näissä olosuhteissa.

Jos joskus käytte Zürichissa, niin suosittelen vierailemista juuri uusitussa geotieteellisessä näyttelyssä Earth Science Research and Information Center-instituution aulassa. Se sijaitsee samassa rakennuksessa kuin kokeellisen petrologian laboratoriot.

Earth science exhibtion at the Earth Science Research and Information Centre, Zürich

Earth science exhibtion at the Earth Science Research and Information Centre, Zürich