Show summary
Caldera-forming eruptions are extremely dangerous and disruptive volcanic phenomena that are still poorly understood; eroded calderas provide unique insight into some of the eruption and collapse mechanisms that cannot be studied in younger volcanic systems or during active eruptions. The Permian Oslo Rift has several eroded calderas with preserved ignimbrite deposits that hold a lot of information about the caldera-forming events. Still, these deposits are poorly studied using modern petrographic and geochemical methods. This Master's thesis focuses on the Drammen Caldera, known to host ignimbrite deposits. These ignimbrites can give insight into the caldera-forming eruptions of the Drammen Volcano. To unravel the evolution of the Drammen Caldera, I have used field mapping, optical and scanning electron microscopy, bulk-rock geochemistry, and oxygen isotope analysis of quartz phenocrysts to understand the ignimbrites and related deposits better. In this thesis, I show that at least 450 metres of ignimbrite stratigraphy and related deposits are preserved in the Drammen Caldera. This stratigraphy is divided into the high- to moderate-grade Lian ignimbrite and the Sørumlia Succession. The Sørumlia Succession is further divided into seven units -- five moderate- to low-grade ignimbrite units, one ashfall deposit, and one lahar deposit. The ignimbrites have juvenile fragments welded to fiamme and heterogeneous lithologies as accessory lithics. The ignimbrite deposits have experienced extensive alteration; nevertheless, primary volcanic textures are preserved. The ignimbrites have a rhyolitic composition and were sourced from the porphyritic Drammen granite following the crystallisation of the coarse-grained Drammen granite. The Drammen Volcano had at least two eruptive periods -- the first formed the ∼312 m thick Lian ignimbrite during a piston collapse, whereas in the second eruptive period, the ∼140 m thick Sørumlia Succession was deposited during at least four explosive eruptions while the caldera experienced a piecemeal collapse. Oxygen isotope ratios in primary quartz phenocrysts in ignimbrite matrix suggest that the magma reservoir experienced assimilation of surrounding high-δ18O Cambrosilurian sedimentary rocks. This assimilation resulted in high-δ18O melt values, calculated to 7.3 ± 0.2‰ and 7.7 ± 0.2‰ relative to VSMOW based on the quartz phenocrysts in the Lian ignimbrite and one of the ignimbrites in the Sørumlia Succession, respectively. CL intensity zonations in quartz phenocrysts suggest that the magma reservoir had several smaller mafic recharges during quartz growth, increasing the melt temperature and resulting in higher Ti concentrations in the growing quartz. Moreover, quartz phenocrysts in the ignimbrite matrix show four fracture generations, indicating fracturing pre-, syn-, and post-deposition, as well as post-lithification. This thesis shows that ignimbrites in the Oslo Rift, as well as other Permian ignimbrites, can preserve much information despite alteration and are worth revisiting for detailed studies. The Drammen Volcano erupted in a time period with extensive explosive volcanism globally, which possibly was an important driver of the late Paleozoic Ice Age (LPIA, ∼360–260 Ma). Further studies and remapping of Oslo Rift ignimbrites are thus important to improve our understanding of explosive silicic volcanism during the Oslo Rift evolution and its impact on the global climate. - - - Vulkanutbrudd knytta til kalderadannende prosesser er ekstremt farlige og ødeleggende. Eroderte kalderaer gir en mulighet til å få innsikt i utbrudds- og kollapsmekanismer som ikke kan studeres under aktive utbrudd og i yngre vulkanske systemer. Den permiske Osloriften har flere eroderte kalderaer med bevarte ignimbrittavsetninger som har lagra mye informasjon om de kalderadannende utbrudda. Disse avsetningene er lite studert med moderne petrografiske og geokjemiske metoder. Denne masteroppgava fokuserer på Drammenskalderaen med ignimbrittblotninger som har vært kjent i flere tiår, men disse avsetningene er fortsatt ikke er studert i detalj. Ignimbrittene kan fortelle om de kalderadannende vulkanutbrudda til Drammensvulkanen. For å forstå utviklinga til kalderaen, har jeg kartlagt berggrunnnen, gjort optisk og sveipelektronmikroskopi, analysert geokjemien i relevante bergartsenheter og analysert okygenisotoper i kvartsfenokrystaller. I denne oppgava viser jeg at minst 450 meter med ignimbrittstratigrafi og relaterte avsetninger er bevart i Drammenskalderaen. Stratigrafien er delt inn i Lianignimbritten og Sørumliasuksesjonen, hvor Sørumliasuksesjonen videre er delt inn i sju enheter -- fem ignimbrittenheter, en askeavsetning og en laharavsetning. Ignimbrittavsetningene har primære magmatiske fragmenter som er sammensveisa til fiamme og litiske klaster med varierte litologipopulasjoner. Sjøl om ignimbrittavsettningene har gjennomgått omdanning, er flere primære vulkanske teksturer fortsatt bevart. Ignimbrittene har en ryolittisk sammensetning. Kilden til ignimbrittutbrudda var den porfyriske Drammensgranitten som er yngre enn den grovkorna Drammensgranitten. Drammensvulkanen hadde minst to utbruddsperioder -- den første avsatte den ∼312 m tjukke Lianignimbritten, mens den andre utbruddsperioden avsatte den ∼140 m tjukke Sørumliasuksesjonen gjennom minst fire eksplosive utbrudd. Oksygenisotopforholdet i primære kvartsfenokrystaller i ignimbrittmatriksen tyder på at kambrosiluriske sedimentære bergarter med høye δ18O verdier blei assimilert i magmakammeret før kvartskrystallene begynte å vokse. Denne assimilasjonen resulterte i høye δ18O-smelteverdier utregna til 7.3 ± 0.2‰ og 7.7 ± 0.2‰ relativt til VSMOW basert på kvartsfenokrystaller i henholdsvis Lianignimbritten og en av ignimbrittene i Sørumliasuksesjonen. CL-intensitetssoneringer i kvartsfenokrystallene indikerer at magmakammeret blei fylt på underveis i kvartsveksten av flere små mengder med mafisk smelte. Dette førte til økt temperatur, noe som videre ga en høyere Ti-konsentrasjon i de voksende kvartskrystallene. Kvartsfenokrystallene har også fire generasjoner med sprekker som indikerer oppsprekking før, under og etter ignimbrittavsetninga og etter litifisering. Denne masteroppgava viser at ignimbritter i Osloriften har mye informasjon lagra i seg til tross for seinere omdanning. Drammensvulkanen hadde utbrudda sine i en periode med utbredt eksplosiv vulkanisme globalt. Denne utbredte vulkanske aktiviteten kan ha vært viktig for å opprettholde den sen-paleozoiske istida (∼360–260 Ma). Liknende framtidige detaljerte ignimbrittstudier i andre Osloriftkalderaer vil bidra til å øke forståelsen vår av den eksplosive vulkanismen under utviklinga av Osloriften, og potensielt hvordan denne vulkanske aktiviteten påvirka det globale klimaet.
