Re-Os isotoopit ja rautaoksidimineraalien koostumus mafis-ultramafisissa Ni-Cu-PGE esiintymissä Itä- ja Pohjois-Suomessa

Maapallon vaipasta peräisin oleva mafis-ultramafinen magma ja siitä syntyneet intrusiiviset ja ekstrusiiviset kivet (kuten komatiitit, pikriitit ja basaltit) ovat tärkeitä isäntäkiviä magmaattisille Ni-Cu-PGE-malmeille. Nämä malmit sisältävät nikkeliä, kuparia, kobolttia ja platinaryhmän metalleja, jotka ovat tärkeitä alkuaineita modernille, hiilineutraaliuteen pyrkivälle yhteiskunnalle. Esimerkiksi sähköautojen ja katalysaattoreiden määrän noustessa näiden metallien tarve on lisääntymässä kasvavalla vauhdilla.

Tämä väitöskirja perustuu neljään tutkimusartikkeliin ja on jaettu kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa käsitellään Pohjois- ja Itä-Suomessa esiintyvien magmaattisten Ni-Cu-PGE-esiintymien Re-Os-isotooppikoostumuksia ja toisessa osassa näiden esiintymien rautaoksidien hivenalkuainekoostumuksia. Tulosten mukaan saatiin seuraavia Re-Os-ikämäärityksiä Ni-Cu-PGE-esiintymille: Ruossakeron Ni-(Cu)-esiintymä on iältään arkeeinen. Tulppion duniitille määritettiin TRD-malli-ikä 2680 ± 88 Ma, joka on sen minimi-ikä. Tainiovaaran Ni-(Cu-PGE)-esiintymälle määritettiin Re-Os-isokrooni-ikä 2753 ± 47 Ma. Sakatin Cu-Ni-PGE-esiintymälle saatiin Re-Os-ikämääritys 2063 ± 35 Ma ja Lomalammen PGE-(Ni-Cu)-esiintymälle 2058 ± 93 Ma. Tutkittujen arkeeisten ja paleoproterotsooisten esiintymien kromiittien initiaalinen Os-isotooppikoostumus on lähellä kondriittista, joka kertoo sen, että osmium on suurelta osin peräisin vaipan lähteestä, jolla on kondriittinen Re-Os-isotooppievoluutio. Yleisesti kromiitin koostumuksen perusteella näyttää siltä, että kontaminoituminen radiogeenisellä osmiumilla ei näy kromiittien koostumuksessa, mutta kuitenkin kaksi kromiittinäytettä Lomalammen ja Tainiovaaran esiintymistä antavat kohtalaisen positiivisen initiaali gamma-Os-arvon, joka indikoi mahdollista kontaminoitumista radiogeenisellä osmiumilla. Sulfidi- ja magnetiittiseparaatit Sakatin esiintymästä ovat radiogeenisiä, mikä viittaa kontaminoitumiseen kuorellisella materiaalilla. Suurin osa Sakatin esiintymästä analysoiduista kromiittiseparaateista on isotooppikoostumukseltaan kondriittisia, kun taas sulfidien gamma-Os-arvot ovat ei-kondriittisia. Tämä voisi johtua siitä, että magman kyllästyminen sulfidisulasta tapahtui kromiitin kiteytymisen jälkeen. Tämä tutkimus osoitti, että Re-Os-isotooppeja voidaan käyttää Ni-Cu-PGE-esiintymien ikämääritysiin, osmiumin lähteen tutkimiseen ja myöskin kontaminaation ja post-magmaattisten prosessien tutkimiseen.

Väitöskirjan toisessa osassa tutkittiin rautaoksidien hivenalkuainekoostumuksia seuraavista esiintymistä: Ruossakeron Ni-(Cu)-esiintymä, Tulppion duniitti ja siihen liittyvä Ni-PGE-mineralisaatio, Hietaharjun, Vaaran ja Tainiovaaran Ni-(Cu-PGE)-esiintymät ja Lomalammen PGE-(Ni-Cu)-esiintymä. Pääalkuainekoostumuksen mukaan massiivisten sulfidinäytteiden rautaoksidit olivat magnetiittia ja Cr-magnetiittia. Tutkittujen rautaoksidien hivenalkuainekoostumus vaihteli kahdesta kolmeen kertaluokkaan, mikä kuvastaa alkuperäisten silikaatti- ja/tai sulfidisulien koostumusta, joista nämä rautaoksidit ovat kiteytyneet. Magnetiittien Mg-pitoisuus oli alhaisin massiivisissa sulfidinäytteissä, mikä voi olla diagnostinen piirre rautaoksideille, jotka ovat kiteytyneet yhdessä monosulfidisen kiinteän liuoksen (MSS) kanssa tämän mikrosysteemin ollessa eristyksissä Mg-rikkaasta silikaattisulasta. Tutkimuksissa tuli myös ilmi, että keskimääräinen magnetiitin Ni-pitoisuus on lähestulkoon suoraan verrannollinen esiintymän keskimääräiseen Ni-tenoriin (100 % sulfidiksi laskettuna). Tämä havaittiin alkuperältään magmaattisissa ja myös post-magmaattisissa magnetiiteissa, kuten sulfidien hapettumisen kautta syntyneissä magnetiiteissa. Tutkimukset osoittivat myös, että magnetiitin koostumuksesta johdettuja diskriminaatiodiagrammeja ja sulfidisulkeumien esiintymistä magnetiiteissa (erityisesti Ni-sulfidit ja/tai PGE-sulkeumat) voidaan käyttää Ni-Cu-PGE malmien etsinnässä. Erityisesti tätä menetelmää voisi hyödyntää malminetsinnässä Fennoskandiassa ja muilla jäätiköityneillä alueilla; moreenin raskasmineraalifraktioista erotetun magnetiitin hivenalkuainekoostumuksen perusteella voitaisiin arvioida, onko magnetiitti peräisin Ni-Cu-PGE esiintymästä.