Microorganisms then and now / Mikro-organismit silloin ja nyt

Two billion years ago there wasn’t much life on Earth, but some simple microorganisms existed. Some of these microorganisms lived in anoxic ocean muds and got their oxygen by reducing sulfates to sulfides. Ville went to ETH Zürich with the intention to study what happened to the remains of these ancient organisms when the Duluth Complex magmas cooked their remains in black shales 1.1 billion years ago. The study is done in collaboration with Matthieu Galvez, an expert in carbon chemistry, Raman spectroscopy, and pyrolysis measurements. One of the main research questions is the role of these early ancestors in the formation of the Ni-Cu-PGE mineralizations.

But things don’t always go as planned. Due to an outburst of some modern microorganisms, Ville had to return to Finland to wait for the situation to normalize. We recommend you to take the situation seriously: avoid contacts and remember the hygiene!

Kaksi miljardi vuotta sitten maapallolla ei ollut juurikaan elämää, mutta joitakin yksinkertaisia eliöitä oli kuitenkin olemassa. Eräs varhainen elämänmuoto olivat mikro-organismit, jotka elivät merten hapettomissa mudissa ja saivat tarvitsemansa hapen pelkistämällä sulfaatteja sulfideiksi. Ville lähti ETH Zürichiin tutkiakseen mitä näiden muinaisten eliöiden jäänteille tapahtui mustaliuskeissa, kun Duluthin kompleksin magmat kuumensivat niitä 1.1 miljardia vuotta sitten. Tutkimus suoritetaan yhteistyössä Matthieu Galvezin kanssa, joka on asiantuntija hiilen kemiassa, Raman spektroskopiassa ja pyrolyysimittausten suorittamisessa. Yksi keskeisistä tutkimuskysymyksistä on näiden varhaisten esi-isiemme rooli Ni-Cu-PGE mineralisaatioiden synnyssä.

Mutta asiat eivät aina suju suunnitelman mukaisesti. Eräiden nykyisten mikro-organismien leviämisen johdosta Villen täytyi palata Suomeen odottamaan tilanteen normalisoitumista. Suosittelemme ottamaan tämän tilanteen vakavasti: välttäkää kontakteja ja muistakaa hygienia!

Ville had time to conduct preliminary Raman measurements on the black shale samples, which showed a wide structural variance of the organic material as a function of increasing contact metamorphic temperature. The detailed measurements will be conducted when the situation normalizes.

Villellä oli aikaa suorittaa alustavia Raman mittauksia mustaliuskenäytteistä, jotka osoittivat orgaanisen materiaalin laajan rakenteellisen vaihtelun kontaktimetamorfisen lämpötilan funktiona. Yksityiskohtaiset mittaukset tullaan suorittamaan, kun tilanne normalisoituu.

Matthieu Galvez inserting a sample to the pyrolysis instrument. The sample is gradually heated and the combustion products measured with a mass spectrometer. This method helps us to understand what happened to the organic matter and sulphides during contact metamorphosis.

Matthieu Galvez asettamassa näytettä pyrolyysilaitteeseen. Näyte kuumennetaan vaiheittaisesti ja palamistuotteet mitataan massaspektrometrillä. Tämä metodi auttaa meitä ymmärtämään mitä orgaaniselle ainekselle ja sulfideille tapahtui kontaktimetamorfoosin aikana.

 

PALIN welcomes Einari Suikkanen at UCSB / PALIN toivottaa Einari Suikkasen tervetulleeksi UCSB:ssa

PI and the newly hired postdoc Einari Suikkanen traveled to sunny UCSB to meet the fellow members of the MCS team and discuss on developments and future of MCS. A lot of things are happening: PC conversion is taking place as you are reading this and Monte Carlo and matrix solutions for running sets of simulations instead of manually running individual simulations has already taken place. A possibility for introducing 30 recharge events and cumulate calculator are being coded in MCS. In addition, Einari will concentrate on creating a C++ tool for visualizing MCS simulations. Public versions of all the aforementioned gadgets are expected to be published this year (maybe even this spring), so stay tuned!

PI ja projektin uusi tutkijatohtori Einari Suikkanen matkustivat aurinkoiseen UCSB:aan tapaamaan Magmakammiosimulaattori(MCS)-tiimin muita edustajia ja keskustelemaan MCS:n tulevaisuudennäkymistä. Paljon on tapahtumassa: tätä lukieassasi ohjelmiston käännös PC-alustalle on käynnissä ja ensimmäiset Monte Carlo- ja matriksisimulaatiot on jo tehty. Viimeksimainitut sovellukset sujuvoittavat MCS:n käyttöä huomattavasti siten, että on mahdollista ajaa automaattisesti lukemattomia peräkkäisiä simulaatioita. Tämä tapahtuu antamalla simulaation lähtöarvoille variaatiokertoimia ja/tai vaihteluvälejä. MCS:n sisään koodataan myös mahdollisuus sisällyttää 30 magmakammion täydennystapahtumaa ja muodostuvien kumulaattien koostumusta seuraava työkalu. Kaiken tämän lisäksi Einari kehittää C++ -kieleen perustuvaa sovellusta, jolla voi visualisoida MCS simulaatioita tulosten selventämiseksi. Avoimesti saatavilla olevat versiot kaikista edellämainituista vimpaimista julkistetaan tämän vuoden kuluessa, ehkä jo tänä keväänä, joten pysykää kuulolla!

Frank Spera, Jenna Adams, Jussi Heinonen, Wendy Bohrson on skype from Colorado School of Mines, Melissa Scruggs, and Einari Suikkanen @ UCSB. The cultivator of MCS’s brains, Guy Brown, was not included in this picture, but was also a central figure during our visit. He and Paula Antoshechkina (Caltech) are pushing MCS towards new frontiers.

The project’s first MCS modeling paper has been published / Projektin ensimmäinen MCS mallinnuspaperi on julkaistu

Two years of MCS coding and beta testing have finally paid off! We were able to use the model to decipher what happened in a magma system that crystallized 180 million years ago and is now hidden in the crust beneath continental flood basalts in Antarctica. It seems that the parental magmas of the flood basalts assimilated Archean (> 2.5 Ga) granitoid crust in deep (~10-30 km) magma chambers where wallrock was hot. In contrast, the magmas were unable to further assimilate their surroundings on their way to surface in shallow sill and dike systems with cold wallrock and their evolution was then controlled by low-pressure fractional crystallization. We are so happy about this paper and it provides a great example of how MCS can be used in petrological research. Open access version of the original publication is available here. Public version of MCS (including phase equilibria and major element, trace element, and isotope modeling) that was also used in this paper can be downloaded from here.

Kaksi vuotta Magmakammiosimulaattorin koodausta ja testausta maksoi vaivan! Käytimme mallinnustyökalua selvittämään, mitä tapahtui 180 miljoonaa vuotta sitten kiteytyneessä magmasysteemissä, joka on piilossa laakiobasalttimuodostumien alla Etelämantereella. Näyttää siltä, että basalttien kantasulat assimiloivat yli 2,5 miljardia vuotta vanhaa arkeeista graniittista kuorta syvissä (~10-30 km) magmakammioissa, missä kammioiden sivukivi oli kuumaa. Matkallaan pinnalle syöttökanavia pitkin ne eivät kuitenkaan kyenneet enää lämmittämään kylmempää sivukiveä tarpeeksi sulattaakseen sitä ja niinpä niiden matalan paineen kehitys oli fraktioivan kiteytymisen hallitsemaa. Olemme todella onnellisia tästä artikkelista ja se on hyvä esimerkki siitä, miten simulaattoria voi käyttää petrologisessa tutkimuksessa. Avoimesti saatavilla oleva alkuperäisjulkaisu löytyy täältä. MCS:n julkinen versio, jota käytettiin myös tässä tutkimuksessa, löytyy täältä.

Full reference:
Heinonen JS, Luttinen AV, Spera FJ, Bohrson WA (2019) Deep open storage and shallow closed transport system for a continental flood basalt sequence revealed with Magma Chamber Simulator. Contributions to Mineralogy and Petrology 174:87.

See you in Goldschmidt 2019

Our Palin and MCS team will be well-represented in Goldschmidt 2019 meeting (19th-23rd of August) in Barcelona, Spain. Come and meet and greet us!

Iles K & Heinonen J. Modelling Fractional Crystallisation in Lachlan Fold Belt Granites Using the Magma Chamber Simulator (Poster 53, Session 03a, Mon 19th @ 17:30–19:30)

Heinonen JS, Iles K, Heinonen A, Fred R & Virtanen V. Assimilation and its Geochemical Modeling in Magmatic Systems (Invited talk, Room 129+130, Session 06f, Tue 20th @ 10:30–10:45)

McLeod J & Bohrson W. Quantifying Magma Recharge and Assimilation at Parinacota Volcano, Northern Chile (52 ka- Recent) (Talk, Room 131+132, Session 06g, Tue 20th @ 16:00–16:15)

Fred R, Heinonen A & Heinonen J. Parental Magma Composition of the 1.64 Ga Ahvenisto Massif-Type Anorthosite, Finland (Poster 295, Session 06f, Tue 20th @ 17:30–19:30, Flash Talk Theatre 1, Thu @ 14:50–14:55)

Virtanen V, Heinonen J, Molnár F, Schmidt M & Marxer F. Investigating Formation of Ni-Cu-PGE Mineralizations by Black Shale Partial Melting Experiments (Talk, Room 131+132, Session 06l, Thu 22nd @ 9:00–9:15)

Summer field trip to SE Finland / Kesäekskursio Kaakkois-Suomeen

In the midst of hectic manuscript preparations, PI, Kieran, Riikka, Riikka’s other supervisor Aku Heinonen, and MSc student Hanna-Kaisa Ruhanen (and thousands of mosquitoes) spent two days familiarizing themselves with magmatic mixing and mingling structures and rock types related to the ~1640 Ma Ahvenisto anorthosite-mangerite-charnockite-granite (AMCG) complex. The complex has been previosuly studied by Aku and is now the study area of Riikka’s PhD work. The initial discovery of some of the interesting structures was made by Saku Vuori (Geological Survey of Finland), who was at his summer cottage to greet us and express some of his fresh ideas. Nicely organized excursion by Riikka and Aku, food for thought and stomach provided!

Riikka’s and Aku’s freshly published study on the mixing and mingling processes of Ahvenisto complex can be found from here!

Keskellä hektistä käsikirjoitusruljanssia, PI, Kieran, Riikka, Riikan toinen ohjaaja Aku Heinonen ja maisteriopiskelija Hanna-Kaisa Ruhanen (ja tuhannet hyttyset) viettivät kaksi päivää tutustuen monimuotoisiin magmaattisiin sekoittumis- ja sekaantumisrakenteisiin, jotka liittyvät Ahveniston 1640 miljoonaa vuotta vanhaan intruusiokompleksiin. Aku on aiemmin tutkinut kompleksia esim. väitöskirjaansa liittyen ja kompleksin kivisulien kehitys ja malmipotentiaali on nyt Riikan väitöskirjatyön pääaihe. Joidenkin rakenteiden alkuperäiset löydöt teki Saku Vuori (Geologian Tutkimuskeskus), joka oli meitä vastassa uusien ideoiden kera kesämökillään kompleksin vieressä. Hyvin järjestetty ekskursio Riikalta ja Akulta, saimme ravintoa mielelle ja ruumiille!

Riikan ja Akun tuoreista tuloksista Ahveniston sekoittumis- ja sekaantumisrakenteisiin liittyen voi lukea täältä!

PI speaking in Berlin / PI puhumassa Berliinissä

PI was invited to give a talk at the Department of Earth Sciences, FU Berlin, Germany, on 2nd of May. The subject of the talk was assimilation and Magma Chamber Simulator. Dr. Elis Hoffmann and his colleagues were great hosts and a lot of students also attended the lecture. Elis’s speciality are some of the earliest rocks on Earth and it is possible that Magma Chamber Simulator will be harnessed to solve some problems related to their differentiation.

In other fronts, a lot of manuscripts are being prepared so the project seems to finally be shifting to the publishing stage. More on those later!

PI kutsuttiin esitelmöimään Berliinin vapaaseen yliopistoon. Esitelmän aihe oli assimilaatio ja Magmakammiosimulaattorin käyttö sen mallinnuksessa. Dr. Elis Hoffmann ja hänen kollegansa olivat loistavia isäntiä ja myös paljon opiskelijoita osallistui luennolle. Elisin erikoisalaa ovat eräät maailman vanhimmista kivistä ja on mahdollista, että simulaattoria käytetään tulevaisuudessa niiden kehittymisen mallintamiseen.

Muuten projekti alkaa viimein siirtyä julkaisuvaiheeseen – useita käsikirjoituksia on lähetetty tai tekeillä. Näistä lisää myöhemmin!

PI and Dr. Elis Hoffmann at FU Berlin (Photo by Georg Heiss)

Ville’s popularization experiments / Villen popularisointikokeet

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.

Zooming in the melting experiments / Zoomataan sulatuskokeisiin

Ville Finally had the chance to look at his black schist experiments from Zürich in detail using the state-of-the-art field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) at the Geological Survey of Finland. FE-SEM has a resolution for identifying features in a nanometer-scale.The experiments looked promising with not only partial melt pockets, but also sulfide droplets that had been immiscible with the melt and the solid. Their preliminary qualitative compositions also revealed some interesting features! More on this later… 😉

Ville pääsi viimein yksityiskohtaisesti tarkastelemaan Zürichissa tehtyjen mustaliuskeiden sulatuskokeiden tuloksia Geologian Tutkimuskeskuksen viimeistä huutoa olevalla kenttäemissio-pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (FE-SEM). FE-SEM:in avulla voi tarkastella geologisia näytteitä nanometri-mittakaavassa (nanometri on millimetrin miljoonasosa). Näytekapseleiden poikkileikkaukset näyttivät lupaavilta, koska niistä löytyi osittain sulaneita taskuja sekä bonuksena vielä sulasta ja kivestä erottuneita sulfidipisaroita. Sulfidipisaroiden alustavat koostumukset osoittivat myös mielenkiintoisia ominaisuuksia. Näistä lisää myöhemmin… 😉

Ville at FE-SEMFE-SEM image

PALIN welcomes Kieran Iles

Kieran Iles has just started as a postdoctoral researcher in the PALIN project. He completed his PhD at the University of Melbourne in 2017. Kieran’s thesis is titled “Isotopic disequilibrium in granitic systems: the origins of heterogeneity in granites and implications for partial melting in the crust and petrogenetic models”. His current research will concentrate on studying the petrogenesis of Lachlan Fold Belt granites in Australia with strong emphasis on the utilization of energy-constrained models. His research will help PALIN project in constraining melting behaviour of various wallrock compositions and in testing the capabilities of the Magma Chamber Simulator in modeling various RAFC scenarios. He is currently signed for one year and his first month will be busy in writing a new proposal and getting acquainted to Finland and the University of Helsinki. Welcome aboard Kieran!

Kieran Iles on juuri aloittanut tutkijatohtorina PALIN-projektissa. Hän valmistui tohtoriksi Melbournen yliopistosta vuonna 2017 väitöskirjalla, joka käsittelee radiogeenisten isotooppien epätasapainoa osittaisessa sulamisessa. Hänen tutkimuksensa tulee keskittymään Lachlanin vyöhykkeen (Australia) graniittien synnyn selvittämiseen kehittämiemme termodynaamisten ja geokemiallisten mallien avulla. Tämä antaa tärkeää lisätietoa erilaisten sivukivien käyttäytymisestä osittaisessa sulamisessa ja Magmakammiosimulaattorin käytettävyydestä. Hänen pestinsä on yhdeksi vuodeksi ja siksi hän onkin heti aluksi kiireinen uusien hakemusten kirjoittamisen kanssa. Suomeen ja Helsingin yliopistoon asettuminen on kuitenkin jo hyvässä vauhdissa. Tervetuloa Kieran!

PI @ Goldschmidt 2018

PI participated in the Goldschmidt 2018 Conference that was held in Boston, United States, from 12th to 17th of August 2018, and gave a presentation about Magma Chamber Simulator and its utilization in petrological research. Many researchers were interested in the simulator and we are eager to release the updated version of the program soon, along with two technical papers. After the release, the PI will concentrate on its use in the modeling intrusive rocks. (Photo by Marie Takach)

PI osallistui Goldschmidt 2018 -kokoukseen Yhdysvaltain Bostonissa 12.-17.8.2018 ja esitelmöi Magmakammiosimulaattorista ja sen soveltamisesta petrologisessa tutkimuksessa. Monet tutkijat olivat kiinnostuneita ohjelmasta ja pyrimmekin siksi julkaisemaan päivitetyn version ohjelmasta mahdollisimman pian. Kaksi siihen liittyvää käsikirjoitusta on myös valmisteilla. Tämän urakan jälkeen PI pääsee keskittymään ohjelmiston käyttämiseen intruusioiden mallintamisessa. (Kuvan otti Marie Takach)

PI@Goldschmidt2018