Category Archives: samples

Microorganisms then and now / Mikro-organismit silloin ja nyt

Posted on by
Reply

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.

 

Zooming in the melting experiments / Zoomataan sulatuskokeisiin

Posted on by
2

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

Melting rocks / Kiviä sulattamassa

Posted on by
Reply

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.

Black schist / Mustaa liusketta

Posted on by
Reply

We have now thoroughly examined thin sections of certain wallrocks of the Duluth complex, including black schists, banded iron formations, and granitoids. Thin sections are extremely useful in identifying minerals and understanding their relationships, although with fine-grained and black black schists these kind of examinations can sometimes be challenging (as you can see from the pictures). With the help of transmitted and reflective light microscopy, we were able to characterize our samples relatively well, however, and now we can proceed to the next step: melting them! We are especially looking forward to melt black schist, which is one of the main sources for sulfur in the Ni-Cu(-PGE) mineralized parts of the Duluth complex. Stay tuned…
—
Olemme nyt tutkineet tarkkaan ohuthieitä Duluthin kompleksin sivukivistä, joihin kuuluu mustaliuskeita, raitaisia rautamuodostumia ja granitoideja. Ohuthieet ovat erittäin hyödyllisiä mineraalien tunnistamiseen ja niiden välisten suhteiden ymmärtämiseen, joskin hienorakeisten ja mustien mustaliuskeiden kanssa tällainen tutkimus voi olla myös haastavaa (kuten kuvista näkyy). Ala- ja ylävalomikroskopian avulla saimme kuitenkin suhteellisen selkeän kuvan näytteistämme ja nyt voimme jatkaa seuraavaan vaiheeseen: näytteiden sulattamiseen! Odotamme erityisesti mustaliuskeen sulattamista, sillä se on yksi rikin päälähteistä Duluthin kompleksin Ni-Cu(-PGE) mineralisoituneissa osissa. Pysykää kuulolla…

Ever imagined what a black schist looks like under a microscope? Well, as the name already suggests, it looks quite black. Still, some silicates can be identified in plane polarized light (above; bright grains are quartz, feldspars, and micas). In reflected light (below), the sulphides (tiny individual yellowish grains) and graphite (greenish clusters) that are opaque in the transmitted light pop out nicely. The photos are from the same view. Scale bar is 200 micrometers, i.e., 0.2 mm.
—
Oletko koskaan miettinyt miltä mustaliuske näyttää mikroskoopilla katsottuna? Kuten nimikin jo antaa ymmärtää, se näyttää lähinnä mustalta. Silti tasopolaroidussa valossa voi tunnistaa joitain silikaatteja (yllä; kirkkaat rakeet kvartsia, maasälpiä ja kiilteitä). Sulfidit (pienet yksittäiset kellertävät rakeet) ja grafiitti (vihertävät klusterit), jotka ovat tasopolaroidussa valossa opaakkeja, tulevat hyvin esiin ylävalossa (alla). Kuvat on otettu täysin samasta kohdasta. Mittakaavapalkki on 200 mikrometriä eli 0.2 mm.

Visit to Duluth / Vierailu Duluthiin

Posted on by
Reply

PI and Ferenc Molnár traveled to Duluth, MN, to view the outcrops and drill cores from the Duluth Igneous Complex, sample wallrocks (metasedimentary rocks and granitoids) for the melting experiments, and meet people who are the experts on the geology of the complex. The visit was very successful and crucial for the development of ideas and future research. The PI sincerely acknowledges the hospitality and help of the staff of the Natural Resources Research Institute, University of Minnesota Duluth, and Drill Core Library of the Minnesota Department of Natural Resources in Hibbing!
—
PI ja Ferenc Molnár matkustivat Duluthiin, Minnesotaan, katsomaan Duluthin magmaattisen kompleksin kairasydämiä ja paljastumia, ottamaan näytteitä kompleksin sivukivistä (metasedimenttikiviä ja granitoideja) sulatuskokeita varten, ja tapamaan henkilöitä, jotka ovat alueen geologian asiantuntijoita. Vierailu oli erittäin onnistunut ja korvaamaton projektin tulevaa tutkimusta ajatellen. PI haluaa lämpimästi kiittää NRRI:n ja Hibbingin kairasydänkirjaston henkilökuntaa vieraanvaraisuudesta ja avusta!

PI at NRRI

Ferenc Molnár in the Drill Core Library

Drill cores of the metasedimentary rocks of the Paleoproterozoic Virginia formation from the footwall of the Duluth Igneous Complex

Stephen Monson Geerts (NRRI), Ferenc Molnár, and Dean Peterson (NRRI) standing on top of Midcontinent Rift flood basalts, the extrusive equivalents of the Duluth Igneous Complex

Same gang on an Archean granitoid outcrop in the footwall of the Duluth Igneous Complex

Magmatic sorting/layering in a feeder dike (Nickel Lake Macrodike) of the Duluth Igneous Complex

First geochemical analyses completed / Ensimmäiset geokemialliset analyysit ovat valmistuneet

Posted on by
Reply

XRF (left) and ICP-MS (right) equipment at WSU. Charles Knaack and Scott Boroughs (from left to right next to the ICP-MS) are responsible for running the lab and have years of experience in producing quality results.

The first geochemical analyses of the Antarctic intrusions have been completed in Washington State University (Peter Hooper GeoAnalytical Lab)! The previously powdered rock samples were analyzed with X-ray fluorescence (XRF) for major elements and some trace elements and with inductively couple plasma-mass spectrometry (ICP-MS) for trace elements that are found in lesser quantities, even less than one part per million (ppm). The trace elements (for example, rare-earth elements) are especially important for our research, since many of them do not feel comfortable in the lattice of minerals that crystallize from magmas, but rather stay in the liquid phase. This means that they also get enriched in partial melts of the wallrocks of large magma bodies. When such partial melts, enriched in incompatible trace elements, have been mixed in to the magma chamber, the effect and amount of mixing can be estimated by analyzing these elements from different parts of the crystallized intrusion. Now we may start interpreting!

—

Ensimmäiset geokemialliset analyysitulokset Antarktiksen intruusioista ovat valmistuneet Washingtonin osavaltionyliopistossa (Peter Hooper GeoAnalytical Lab)! Röntgenfluoresenssiin perustuvalla laitteella (XRF) analysoitiin aiemmin jauhettujen kivinäytteiden pääalkuainekoostumukset ja myös muutamia hivenalkuaineita. Induktiivisesti kytketty plasma-massaspektrometrilla (ICP-MS) mitattiin joitakin hivenalkuaineita vielä tarkemmin, jopa kymmenesmiljoonasosan tarkkuudella. Nämä hivenalkuaineet (esim. harvinaiset maa-alkuaineet) ovat erittäin tärkeitä projektin kannalta, sillä niistä moni ei sopeudu kivisulista kiteytyviin mineraaleihin vaan viihtyvät paremmin itse sulassa. Tällöin ne rikastuvat mm. intruusioiden sivukivien osittaisiin suliin. Kun tällaiset sopeutumattomista hivenalkuaineista rikastuneet sulat sekoittuvat magmasäiliöön, sekoittumisen vaikutusta ja määrää voidaan arvioida juuri mittaamalla näiden alkuaineiden pitoisuuksia kiteytyneen intruusion eri osista. Analyysitulosten tulkinta alkakoon!

From rocks to powder / Kivistä pölyksi

Posted on by
Reply

Visit to WSU GeoAnalytical Lab in early April 2017

In order to analyze rocks chemically, the samples first have to be crushed to chips with a jaw crusher and then further milled to fine homogeneous powder using a vibrating swing mill. The PI visited Washington State University’s Peter Hooper GeoAnalytical Lab in Pullman WA, in which he had analyzed dozens of samples from his previous projects. The PI was kindly assisted and instructed by PhD candidate Ashley Steiner (below) and technician Luke Steenberg (above). A few Antarctic gabbro and wallrock basalt samples were powdered and split to two aliquots. The other one will be analyzed for major and trace elements in WSU and the other one will be sent to Jackson School of Geosciences, University of Texas, for Nd isotopic analysis. More on these later!

—

Jotta kiviä voidaan analysoida kemiallisesti, näytteet täytyy ensin murskata siruiksi leukamurskaimella ja tämän jälkeen jauhaa jauheeksi tärisevällä swing-myllyllä. PI vieraili laboratoriossa Pullmanissa (Washington State University’s Peter Hooper GeoAnalytical Lab), johon hän on lähettänyt runsaasti näytteitä myös aikaisemmissa projekteissaan. PI:n apuna ja ohjaajina olivat väitöskirjaopiskelija Ashely Steiner (alla) ja teknikko Luke Steenberg (yllä). Muutama näyte Antarktiksen intruusioista ja niiden basalttisista sivukivistä jauhettiin ja jauheet jaettiin näytekohtaisesti kahteen eri näytepurkkiin. Toinen analysoidaan pää- ja hivenalkuaineiden osalta Pullmanissa ja toinen lähetetään Teksasiin (Jackson School of Geosciences, University of Texas) neodyymi-isotooppianalyyseja varten. Näistä lisää myöhemmin!

Antarctic samples retrieved / Etelämantereen näytteet kaivettu

Posted on by
Reply

PI and Arto Luttinen spent most of yesterday finding the samples related to the Antarctic intrusions (Muren and Utpostane, Vestfjella) from the geological collections of the Finnish Museum of Natural History (Luomus) in the basement of the Kumpula campus. PI also got a load of thin sections from him. There has been quite a lot of work done on the chemistry and mineral composition of the intrusions by Mika Räisänen and Saku Vuori (both today working at the Geological Survey of Finland), but we concentrated on finding samples related to the intrusive contacts with the basaltic wallrocks. We were fortunate enough to recover everything we wanted. It was not too easy, however, because many of the samples have been collected already 20 years ago and have changed their resting place for several times! Happy holidays to everyone!

—

PI ja Arto Luttinen viettivät suuren osan eilisestä päivästä etsiessään näytteitä Antarktiksen intruusioista Luonnontieteellisen keskumuseon eli Luomuksen geologisista kokoelmista Kumpulan kampuksen kellarissa. PI sai myös haltuunsa runsaasti ohuthieitä. Mika Räisänen ja Saku Vuori (jotka työskentelevät tätä nykyä Geologian tutkimuskeskuksella) ovat aikoinaan keränneet mittavan näyteaineiston intruusioista gradu- ja väitöskirjatöitään varten. Me keskityimme etsimään näytteitä, jotka liittyvät intruusioiden reunavyöhykkeisiin ja basalttisiin sivukiviin. Olimme onnekkaita ja lopulta löysimme kaiken, mitä halusimme. Helppoa se ei kuitenkaan ollut, sillä monet näytteistä on kerätty yli 20 vuotta sitten ja sen jälkeen vaihtaneen leposijaansa monta kertaa! Hyviä lomia kaikille!

antarcticsamples

From top left corner, clockwise: 1) Thin sections from Muren and Utpostane. 2) Arto Luttinen searching through boxes containing the milled rock powders of the samples. 3) Retrieved rocks, chips, and powders to be used for additional goechemical studies! 4) Muren (right) and Utpostane (far back) at Vestfjella, western Dronning Maud Land, Antarctica (photo taken by J. Heinonen in 2007).

Thin sections! / Ohuthieitä!

Posted on by
Reply

I just picked up the first batch of thin sections on Duluth and Portimo complexes yesterday. Thanks to Ferenc Molnár from GTK for providing them. Looking good!

Thin sections are 0.03 mm “thick” (thinner than your hair) slices from rocks that you can view under a polarizing microscope. The polarized light goes through the different minerals. Different minerals refract this light in different ways, making it possible to identify them and study the textures of the rocks in much more detail. More on these later!

—

Ensimmäinen satsi ohuthieitä Dulthin ja Portimon intruusiokomplekseista on noudettu. Kiitokset Geologian tutkimuskeskuksen Ferenc Molnárille, hyvältä näyttää!

Ohuthieet ovat 0.03 mm “paksuja” (ohuempia kuin hiuksesi) leikkeitä kivistä. Niitä tarkastellaan polarisaatiomikroskoopilla. Polarisoitu valo johdetaan kivisiivun läpi, jolloin eri mineraalit taittavat valoa eri tavoilla. Näin niitä on paljon helpompi tunnistaa ja analysoida kuin käsinäytteessä. Näistä lisää myöhemmin!

thinsections