Mantle- and crust-derived magmatism in the southern Fennoscandian Shield at c. 1.8 Ga; evidence from geochemistry, isotopes and geochronology

Geokemi och isotopsammansättningarna hos ca 1,8 Ga (miljarder år) gamla mafiska bergartsintrusioner studerades i två huvudområden: i) Transskandinaviska magmatiska bältet (TMB) i Bergslagen, Småland och Blekinge, södra Sverige, inklusive några prov från det ca 1,87 Ga gamla Hedesunda-komplexet i östra Bergslagen, samt ii) mindre, postkollisionala komplex i södra Finland och ryska Karelen. I det senare fallet var även tillhörande granitoider inkluderade i studierna. TMB-bergarterna skiljer sig avsevärt i utvecklingsgrad och omfattar sammansättningsmässigt bergarter från ultramafiter till kvartsdioriter. Dessa bergarters geokemi är kännetecknande för kontinentala öbågar. För sydligaste TMB och Hedesunda antyder geokemin en något mera oceanisk öbågekaraktär. Tillsammans med tidigare data antyder de av Rutanen analyserade Nd- och Sr-isotopförhållanden för TMB en ’milt utarmad’ mantelsammansättning. De mafiska bergarterna i södra Finland och ryska Karelen varierar från ultramafiska till monzodioritiska, men med avsevärt högre alkalihalter jämfört med TMB. Källan för all den studerade mafiska magmatismen kan beskrivas som en utarmad mantel som i varierande grad påverkats av fluider och smältor ur subducerande litosfärplattor. Geokemin antyder infiltrering och påverkning av H2O-dominerande fluider i övre manteln för TMB. Den mafiska ca 1,8 Ga gamla magmatismen österut avspeglar en ökande påverkan av sedimentderiverade karbonatfluider och smältor inom allt djupare mantelområden. Denna subduktionsrelaterade mantelanrikning skedde under den föregående öbågeutvecklingen i södra delarna av Finland och Sverige, samt ryska Karelen. Geokemin för en grupp granitoider, associerade med de ca 1,8 Ga gamla intrusionerna i södra Finland visar både vulkanisk öbåge och synkollisional granitoidkaraktär. Denna grupp har ett blandat magmatiskt och sedimentärt Svekofenniskt ursprung, vilket kan antas p.g.a. deras Nd- och Sr-isotopförhållanden. En annan grupp av granitoider ligger geokemiskt mellan vulkanisk öbåge- och intraplatt-granitoider, och har magmatiskt ursprung. Geokemin och isotoperna hos dessa intrusioner kan förklaras med hybridisering mellan de kraftigt anrikade, mantelderiverade magmorna, och granitmagmor från den äldre skorpan. Den ca 1,8 Ga gamla TMB-magmatismen i Sverige skedde vid sammanslutning av kontinentalrandbågar, med kontinuerlig subduktion mot öster i Bergslagen, och mot norr i de sydligare delarna. Samtidigt i öster intruderade de postkollisionala intrusionerna i skorpan omedelbart efter kollisionen med den Volgo-Sarmatiska kontinenten från sydost. Denna invecklade paleotektoniska konfiguration orsakade en tektonisk regim där litosfäriska mantelkällor levererade de starkt anrikade magmorna, vilkas uppstigning troligen möjliggjordes av djupgående postkollisionala skjuvzoner. Intrusionerna orsakade uppsmältning av den omgivande skorpan, vilket framkallade den associerade granitoidmagmatismen.

Geochemistry and water quality of Lake Qarun, Egypt

Water geochemistry is a very important tool for studying the water quality in a given area. Geology and climate are the major natural factors controlling the chemistry of most natural waters. Anthropogenic impacts are the secondary sources of contamination in natural waters. This study presents the first integrative approach to the geochemistry and water quality of surface waters and Lake Qarun in the Fayoum catchment, Egypt. Moreover, geochemical modeling of Lake Qarun was firstly presented. The Nile River is the main source of water to the Fayoum watershed. To investigate the quality and geochemistry of this water, water samples from irrigation canals, drains and Lake Qarun were collected during the period 2010‒2013 from the whole Fayoum drainage basin to address the major processes and factors governing the evolution of water chemistry in the investigation area. About 34 physicochemical quality parameters, including major ions, oxygen isotopes, trace elements, nutrients and microbiological parameters were investigated in the water samples. Multivariable statistical analysis was used to interpret the interrelationship between the different studied parameters. Geochemical modeling of Lake Qarun was carried out using Hardie and Eugster’s evolutionary model and a model simulated by PHREEQC software. The crystallization sequence during evaporation of Lake Qarun brine was also studied using a Jänecke phase diagram involving the system Na‒K‒Mg‒ Cl‒SO4‒H2O. The results show that the chemistry of surface water in the Fayoum catchment evolves from Ca- Mg-HCO3 at the head waters to Ca‒Mg‒Cl‒SO4 and eventually to Na‒Cl downstream and at Lake Qarun. The main processes behind the high levels of Na, SO4 and Cl in downstream waters and in Lake Qarun are dissolution of evaporites from Fayoum soils followed by evapoconcentration. This was confirmed by binary plots between the different ions, Piper plot, Gibb’s plot and δ18O results. The modeled data proved that Lake Qarun brine evolves from drainage waters via an evaporation‒crystallization process. Through the precipitation of calcite and gypsum, the solution should reach the final composition "Na–Mg–SO4–Cl". As simulated by PHREEQC, further evaporation of lake brine can drive halite to precipitate in the final stages of evaporation. Significantly, the crystallization sequence during evaporation of the lake brine at the concentration ponds of the Egyptian Salts and Minerals Company (EMISAL) reflected the findings from both Hardie and Eugster’s evolutionary model and the PHREEQC simulated model. After crystallization of halite at the EMISAL ponds, the crystallization sequence during evaporation of the residual brine (bittern) was investigated using a Jänecke phase diagram at 35 °C. This diagram was more useful than PHREEQC for predicting the evaporation path especially in the case of this highly concentrated brine (bittern). The predicted crystallization path using a Jänecke phase diagram at 35 °C showed that halite, hexahydrite, kainite and kieserite should appear during bittern evaporation. Yet the actual crystallized mineral salts were only halite and hexahydrite. The absence of kainite was due to its metastability while the absence of kieserite was due to opposed relative humidity. The presence of a specific MgSO4.nH2O phase in ancient evaporite deposits can be used as a paleoclimatic indicator. Evaluation of surface water quality for agricultural purposes shows that some irrigation waters and all drainage waters have high salinities and therefore cannot be used for irrigation. Waters from irrigation canals used as a drinking water supply show higher concentrations of Al and suffer from high levels of total coliform (TC), fecal coliform (FC) and fecal streptococcus (FS). These waters cannot be used for drinking or agricultural purposes without treatment, because of their high health risk. Therefore it is crucial that environmental protection agencies and the media increase public awareness of this issue, especially in rural areas.