Late Svecofennian leucogranites of southern Finland : Chronicles of an orogenic collapse

Leucogranite magmatism occurred in southern Finland during the later stages of the Paleoproterozoic Svecofennian orogeny. The leucogranites are considered to have formed from pre-existing crustal rocks that have undergone anatexis in the extensional stage of the orogeny, following continental collision and resultant crustal thickening. The leucogranites have been studied in the field using petrographic and mineralogical methods, elemental and isotope geochemistry on whole rocks and minerals, and U-Pb geochronology. On outcrop scale, these granites typically form heterogeneous, layered, sheet-like bodies that migmatize their country rocks. All of the leucogranites are peraluminous and rich in SiO2, but otherwise display significant geochemical variation. Their Nd isotope composition ranges from fairly juvenile to very unradiogenic, and the Hf isotope composition of their zircon shows a varying degree of mixing in the source, the zircon populations becoming more heterogeneous and generally less radiogenic towards the east. The leucogranites have been dated using U-Pb isotopic analyses, utilizing thermal ionization mass spectrometry, secondary ion mass spectrometry, and laser ablation multicollector ICP mass spectrometry on zircon and monazite. The results show that the granites were emplaced between 1.85 Ga and 1.79 Ga, which is a considerably longer period than has traditionally been perceived for these rocks. The rocks tend to become younger towards the east. Single crystal data also display a wide array of inherited zircons, especially in the eastern part of the leucogranite belt. The most common inherited age groups are ~2.8 2.5 Ga, ~2.1 2.1 Ga, and ~1.9 Ga. Magmatic zircon and monazite usually record similar ages for any one sample.Thermobarometric calculations indicate that the leucogranites in the Veikkola area of southcentral Finland were formed from relatively low-temperature melts, and emplaced at 17-25 km depth, i.e. at mid-crustal level. It is likely that these conditions apply to the Svecofennian leucogranites in general. Large differences in the Hf and Nd isotope compositions, emplacement ages, and distributions of inherited zircon ages show that these granites were formed from different types of source rocks, which probably included both sedimentary and igneous rocks.

Valtaosa Suomen kallioperästä on syntynyt kahdessa eri vaiheessa: Karjalainen pääalue Itä- Pohjois-Suomessa arkeeisena aikana n. 2,8 2,5 miljardia vuotta sitten, ja Svekofenninen pääalue Länsi- ja Etelä-Suomessa varhaisproterotsooisena aikana n. 2,0 1,8 miljardia vuotta sitten. Etelä-Suomen poikki suunnilleen itä-länsisuuntaisena kulkee myöhäis-Svekofenninen leukograniittien vyöhyke. Leukograniitit ovat syntyneet vuorijononmuodostumisissa eli orogenioissa, kun mantereet törmäävät toisiin mantereisiin tai saarikaariin. Nämä samat tektoniset prosessit toimivat nykyäänkin, esimerkiksi Himalajan ylängöllä on käynnissä vastaavanlainen orogeeninen ekstensio, joka varhaisproterotsooisena aikana vallitsi Etelä-Suomessa. Tässä tutkimuksessa on selvitetty Etelä-Suomen Svekofennisen vuorijononmuodostuksen myöhäisvaiheen leukograniittien synnyn ikää, muodostumisolosuhteita ja lähtöainesta. Tutkimusmenetelminä on käytetty radioaktiivisten isotooppien hajoamisnopeuteen perustuvaa uraani lyijy -iänmääritystä, lutetium hafnium- ja samarium neodyymi-isotooppigeokemiaa, kokokivigeokemiaa ja mineraalikemiaa. Etelä-Suomen leukograniitit ovat syntyneet n. 1.85-1.79 miljardia vuotta sitten 60 miljoonan vuoden kuluessa, mikä on huomattavasti pitempi aika, kuin tähän asti on ajateltu. Tämä on myös poikkeuksellisen pitkä aika yhteen törmäysorogeniaan liittyvälle leukograniittimagmatismille, ja onkin mahdollista, että kyseessä on sarja useamman mikromantereen törmäyksiä. Joka tapauksessa leukograniitteja on muodostunut lähes koko edellä mainitun 60 miljoonan vuoden ajan, joten selvää rajaa mahdollisille eri tapahtumille ei voida vetää. Kaikki maan kuoriaines on alun perin erkaantunut sen alapuolisesta vaipasta. Samarium ja lutetium rikastuvat maankuoren muodostuessa ylävaippaan. Näiden alkuaineiden radioaktiiviset isotoopit hajoavat neodyymiksi ja hafniumiksi, joiden isotooppikoostumukset kuoressa ja vaipassa siten erkanevat toisistaan ajan myötä. Sekä neodyymi- että hafniumisotoopit viittaavat siihen, että Etelä-Suomen leukograniitit ovat syntyneet suurelta osin jo olemassa olevasta maankuoresta, jonka malli-iät ovat n. 2.0-2.1 miljardia vuotta, joskin viitteitä myös vanhemmasta kuoriaineksesta on. Mineraali- ja kokokivigeokemian perusteella nämä leukograniitit ovat syntyneet n. 17 25 kilometrin syvyydessä melko alhaisissa lämpötiloissa. Paksuuntunut maankuori on tuolloin sulanut osittain joko vaippaperäisen tai radioaktiivisten aineiden hajoamisen tuottaman lämmön johdosta. Graniittien sisältämän perityn aineksen ja koostumusvaihteluiden perusteella on ilmeistä, että osittaisten sulien lähteenä on ollut sekä sedimentti- että magmakiviä.