Detta projekt behandlar hur vatten rör sig i Gävleåsen, det vill säga åsens hydrogeologiska förhållanden. Gävle kommun tar sitt dricksvatten från Gävleåsens grundvattenmagasin. För att öka grundvattenbildningen i åsen används konstgjord infiltration av åvatten och grundvatten genom infiltrationsbassänger, infiltrationsbrunnar och en sprinkleranläggning. Projektet initierades med bakgrund att grundvattennivåerna i Gävle kommuns grundvattentäkt sjunker på grund av vattenuttaget. Syftet med projektet var att bestämma om variationer i halt löst syre, organiskt material, an- och katjoner samt stabila syre- och väteisotoper kunde användas för att förklara de hydrogeologiska förhållandena i Gävleåsen. Även storleken på flödet uppströms och nedströms om infiltrationsanläggningen samt blandningsförhållandet nedströms skulle fastställas. Tre modeller över hur flödet varierade i åsen utformades på grund av den stora osäkerhet som fanns vid uppskattning av åsens mättade hydrauliska konduktivitet som användes vid flödesberäkningarna. I den första modellen antogs att flödesmassbalansen i åsen stämde, det vill säga att flödet nedströms var en summa av flödet uppströms om och flödet från infiltrationsanläggningen. Den andra modellen byggde på att det skedde ett okänt nettoutflöde från åsen mellan flödet uppströms och flödet nedströms om infiltrationsanläggningen. Att vatten istället skulle ha tillkommit till akviferen från exempelvis Gavleån eller genom inträngning av äldre grundvatten undersöktes med den tredje modellen. Uppställning av en isotopmassbalans för de olika modellerna tydde på att alla modeller kunde vara en möjlig bild av hur flödena i Gävleåsens akvifer förhöll sig till varandra och infiltrationsflödet genom infiltrationsanläggningen. Vid beräkning av blandningsförhållandet mellan grund- och åvatten nedströms om infiltrationsanläggningen visade både syreisotopsberäkningar och beräkningar med kloridjoner att cirka 25 procent åvatten tillkommit i akviferen. De kemiska parametrarna löst syre och organiskt material visade sig inte vara lämpliga som spårämnen för att bestämma källor till ett flöde. Dock kan dessa parametrar användas för att bedöma om det skett en förändring i vattenkvaliteten.

The volcanic Island of Fogo that is situated near the end of the southern island chain in the archipelago of Cape Verde is one of the most active oceanic volcanoes in the world. The purpose of this study was to investigate temporal variations in lavas from Fogo by using whole rock major and trace elements and describe trends in magmatic differentiation, melting systematics and mantle source compositions. Further, for the first time Fogo lavas have been investigated by using 18O isotopes, to test for crustal assimilation and source variations. The time span for this study includes one sample of unknown prehistoric age and then from 1799 and onward all eruptions including the most recent in 2014-2015 are covered. The Fogo lavas are mafic, alkali rich, porphyritic, basanite-tephrites dominated by clinopyroxene phenocrysts followed by olivine and opaque phases situated within glass and microcrystalline groundmass.  Fractional crystallization and phenocryst accumulation is important mechanisms for magmatic differentiation, and the best result from fractional crystallization modelling gave a crystallizing assemblage of 20.7 % clinopyroxene, 5.4 % olivine, 4.2 % Fe-Ti oxides and 0.8 % apatite. Temporal variations in MgO content reveal a trend that change from more evolved lavas in older historic eruptions, to more primitive compositions in lavas from the middle of the 19th century, back to more evolved compositions in recent eruptions. Oxygen isotopes of glass and microcrystalline groundmass vary within a normal upper mantle range (δ18O = 5.7±0.3 ‰) which rule out any significant crustal assimilation, and the variations observed for the oxygen isotopes are probably related to source variations as there are tendencies towards covariation with source lithology proxies. Trace element ratios together with high TiO2 contents indicate that pyroxenite is an important source lithology. The Fogo lavas are highly enriched in incompatible elements and utilizing a simple batch melting model suggests ~2-4 % degree of melt for most sampled eruptions. In addition, melting is occurring at high pressures in the presence of residual garnet as the REE are fractionated. Trace element ratios of Ce/Pb and Zr/Y in Fogo lavas are consistent with mixing of a HIMU-like and an EM 1-like mantle source. There are also indications of an increasing involvement of the EM 1-like source through time. Magma mixing is indicated by petrographic observations such as complex zonation patterns and the occurrence of rounded cores in euhedral clinopyroxenes, as well as inferred from a large scatter in certain trace element ratios. / Vulkanön Fogo som ligger nära änden av den sydvästra ökedjan i Kap Verdes skärgård är en av de mest aktiva vulkanerna i världen. Syften med denna studie var att undersöka den kemiska variationen i lava från Fogo över tid och koppla variationen till olika magmatiska processer i vulkanen. Lava från Fogo har dessutom i denna studie för första gången undersökts med hjälp av syreisotoper för att testa för inblandning av material från jordskorpan samt för variationer i manteln i jordens inre där lavan bildas. Denna studie omfattar en tid som sträcker sig från ett förhistoriskt icke tidsbestämt vulkanutbrott, samt från 1799 till och med det senaste utbrottet 2014-2015. Lava från Fogo i denna studie är basisk och relativt magnesiumrik samt rik på alkaliska ämnen och har en porfyrisk textur som innebär att större mineralkorn sitter inbäddade i en finkornig grundmassa. Detta är typiskt för ytliga vulkaniska bergarter som svalnat snabbt. Mineralsammansättningen i lavan domineras av silikatmineralen pyroxen följt av olivin tillsammans med vad som troligen är järn-titan oxider. Dessa mineraler sitter i en grundmassa som består av mikroskopiska mineralkristaller och av glas. Lavan från Fogo har spårämnen som tillsammans med en hög koncentration av titandioxid påvisar att pyroxenit smält i manteln där lavan producerats, till skillnad från peridotit som är vanligare förekommande. Lavan har producerats genom smältning i manteln under relativt högt tryck vilket är typiskt för den här typen av vulkanöar och är dessutom berikad i vissa spårämnen som beror på att bara en liten andel av manteln smält när lavan bildats. En enkel smältningsmodell beräknade att ca 2-4 % smältning av manteln kunde ge de observerade koncentrationerna av spårämnen. Öarna i Kap Verdes skärgård har en geografiskt varierande geokemisk karaktär som beror på att den underliggande manteln består av skilda mantelkomponenter med olika kemisk sammansättning. I lava från den södra ökedjan dit Fogo tillhör ingår en mantelkomponent som saknas i den övriga delen av skärgården. Spårämnen i lava från denna studie överensstämmer med en blandning av dessa mantelkomponenter, dessutom verkar det förekomma en tidsmässig variation av inblandning från respektive komponent. Det finns även bevis för att olika typer av magma blandats från t.ex. mikroskopistudier av mineraltexturer. Resultatet från de analyserade syreisotoperna visar på en variation inom vad som är normalt för övre delen av manteln (5,7 ± 0,3 ‰), vilket utesluter inblandning av större mängder material från jordskorpan. Den variation av syreisotoper som förekommer i lavan beror därför förmodligen på att manteln inte är enhetlig.

This thesis focuses on frothy, felsic xenoliths called ‘xenopumice’, that were retrieved from La Palma during a 10–day field campaign in December 2018. There are only few descriptions of these frothty xenoliths, and a consensus on their origin has not yet been achieved. Furthermore, the xenopumice–bearing vents of the pre–historic eruption of Las Indias and the 1949 eruption of Cumbre Vieja have experienced explosive phreatomagmatism, implying a possible connection between the presence of xenopumice and high–energy volcanism. The sampled suite consists of 18 xenopumice specimens and one ash sample from Las Indias, 11 xenoliths and one ash sample from the 1949 eruption, as well as 8 samples of phonolitic xenoliths and one lava sample from the 1585 Jedey eruption. The mineralogy, textural features, elemental composition, and oxygen isotopes show discrepancy between the sampled xenopumices. The samples from Las Indias and two samples from the 1949 eruption are quartz bearing. These samples have furthermore a high silica content (64 to 74 SiO2 wt. %) and high oxygen isotope ratios of 11.1 to 18.3 ‰, coinciding with typical values of sedimentary rock. The remaining samples from the 1949 eruption comprise mainly feldspars, with some samples showing 120° triple junction grain boundaries. These samples have SiO2 concentrations from 50 to 64 wt. %, and oxygen isotope ratios that range from 3.4 to 11.7 ‰, which compare more closely with magmatic rather than with sedimentary protoliths. REE distribution trends display a similar compositional spectrum for all quartz bearing xenopumice samples, which are similar to average the REE content of continental crust. From these results it is proposed that the quartz bearing xenopumice are of sedimentary origin, while the feldspar–rich samples are primarily igneous rocks associated with the formation of La Palma. The frothy texture of the investigated xenopumice implies substantial degassing and expansion in the magmatic conduit of ca. 13 to 34 %. Such intense gas release may have profound effects on the eruptive mechanisms and styles, as it might increase the risk of explosive activity. For future risk assessment on La Palma and the other Canary Islands it is thus important to understand magma storage and potential interaction with surrounding bedrock, as this can cause an otherwise calm, mafic eruption to become explosive in nature. / La Palma är en c. 2 miljoner år gammal vulkanö som tillhör ökedjan Kanarieöarna. Den här studien fokuserar på felsiska, pimpstensliknande xenoliter som hämtats från La Palma. Xenolit betyder främmande sten, vilket innebär att de inte formats på samma sätt som lavan som burit dem till ytan. Hur de felsiska xenoliterna från La Palma formats och vart de kommer från, är frågor som inte besvarats förut. Förekomsten av felsiska xenoliter kan dessutom kopplas samman med utbrott av explosiv karaktär. La Palma har generellt inte explosiv vulkanism, så därför är denna koppling mycket intressant. Projektets syfte är därmed att avgöra vart xenoliterna kommer ifrån, hur de kan ha påverkat utbrottet, och om det finns en koppling mellan explosiva utbrott och formationen av felsiska xenoliter. Från analyser av xenoliternas mineralogi och kemiska sammansättning, är det tydligt att inte alla xenoliter har samma ursprung. Vissa består främst av fältspater, och har en kemisk sammansättning som mer liknar magmatisk sten. De andra proverna innehåller kvarts och har höga syreisotopvärden, vilket indikerar ett sedimentärt ursprung, då kvarts primärt inte formas genom magmatiska processer på Kanarieöarna. Den pimpstensliknande texturen hos både magmatiska och sedimentära xenoliter, indikerar att gas har bildats när xenoliterna togs upp av magman. En sådan gasbildning kan kraftigt öka trycket i magmakammaren och orsaka explosiva utbrott, vilket tyder på att förekomsten av de pimpstensliknande xenoliterna från La Palma kan ha påverkat det resulterande utbrottet. För att i framtiden bättre kunna avgöra den potentiella risken som ett utbrott utgör, måste interaktionen mellan kringliggande berg och magma studeras noggrannare.

Katla volcano, South Iceland, is a bimodal volcanic system hosting an unusual high number of silicic rocks within a basaltic rift setting. The petrogenesis of silica-rich rocks at Katla is controversial and two end-member hypotheses have been suggested. One model involves closed-system fractional crystallisation from a basaltic parental magma and the other emphasises partial melting of hydrothermally altered basaltic crust. To contribute to this debate, this study provides new δ18O data from a suite of high-silica eruptive rocks with complementary basaltic eruptive material from the Katla caldera complex. Petrographically, the rocks of this study display evidence of partial melting indicated by symplectites in xenoliths as well as variously extensive resorption features. The new δ18O data display a range of the basaltic suite between +4.3 and +8.5‰ (n=15), whereas the few intermediate samples range between +4.1 and +5.9‰ (n=3). The silicic xenoliths available in the study range between -4.9 and -2.3‰ (n=4) while the silicic eruptive material ranges between +2.7 and +6.4‰ (n=30). The dominant part of the high-silica eruptive material (97%) is considered as low-δ18O (≤5.0‰) and plots below typical MORB-type magmas (5.7‰ ±0.3). The wide range of δ18O values of the Katla silicic suite is not possible to explain by closed-system fractional crystallisation and to determine the origin of the high-silica Katla rocks, the new δ18O ratios were utilised in fractional crystallisation (FC) and assimilation and fractional crystallisation (AFC) modelling. The results indicate that a two-stage magma evolution process can explain the origin of the high-silica low-δ18O Katla rocks. The early-stage involves differentiation at deep- to mid-crustal levels by fractionation and assimilation processes involving both high and low δ18O crustal materials, allowing production of intermediate to felsic magmatic compositions. Following this deep differentiation, evolved magmas experience δ18O modification at shallow crustal levels by assimilation of low-δ18O hydrothermally altered crustal material or interaction with low-δ18O waters. Such a two-stage magma evolution process is consistent with geophysical and geobarometric studies of a two-tiered magma plumbing system beneath Katla that supports a mid- to deep-crustal basaltic magma storage system and simultaneous shallow crustal silicic magma storage. / Vulkanen Katla på södra Island är ett bimodalt vulkaniskt system med ovanligt mycket kiselrika bergarter i en basaltisk riftmiljö. De kiselrika bergarterna från Katla har ett kontroversiellt ursprung och två huvudhypoteser har blivit föreslagna. En modell innefattar fraktionerad kristallisation av en basaltisk ursprungsmagma och den andra modellen betonar rollen av partiell smältning av hydrotermiskt altererad basaltisk skorpa. Som en del i denna debatt bidrar denna studie med ny δ18O-data från en serie kiselrikt eruptivt material med komplimenterande basaltiskt eruptivt material från Katlas kalderakomplex. Det studerade materialet i denna studie påvisar tecken på partiell smältning vilket indikeras av symplektiter i xenoliter samt resorptionstecken av olika omfattning. De nya δ18O-värdena för den basaltiska serien varierar mellan +4,3 och +8,5‰ (n=15), medan de få intermediära proverna varierar mellan +4,1 och +5,9‰ (n=3). De kiselrika xenoliterna i denna studie varierar mellan 4,9 och -2,3‰ (n=4) medan det kiselrika eruptiva materialet varierar mellan +2,7 och +6,4‰ (n=30). Den största delen av det kiselrika eruptiva materialet (97%) har låga δ18O-värden (≤5,0‰) som är lägre än typisk basalt från mittoceanryggar (5,7‰ ±0,3). Det breda intervallet av δ18O-värden hos det kiselrika eruptiva materialet är inte möjligt att förklara genom fraktionerad kristallisation och för att undersöka ursprunget användes de nya δ18O-värdena i modeller för fraktionerad kristallisation (FC) samt assimilering och fraktionerad kristallisation (AFC). Resultatet indikerar att en utvecklingsprocess för magman i två steg kan förklara ursprunget av det kiselrika eruptiva materialet med låga δ18O-värden från Katla. Det tidiga skedet involverar differentiering på medeldjupa till djupa nivåer i skorpan genom fraktionerings- och assimilationsprocesser som involverar material från skorpan med både höga och låga δ18O-värden, vilket bidrar till produktion av intermediära till kiselrika magmakompositioner. Efter denna djupa differentieringsprocess genomgår utvecklade magmor en förändring i δ18O-värden högt upp i skorpan genom assimilation av hydrotermiskt altererat material med låga δ18O-värden eller genom interaktion med vatten med låga δ18O-värden. Denna tvåstegsprocess stöds av geofysiska och geobarometriska studier av ett tvådelat magmasystem under Katla vilka talar för ett medeldjupt till djupt basaltiskt magmalagringsutrymme och ett samtida grunt kiselrikt magmalagringsutrymme.

Iron is the most important metal for modern industry and Sweden is the number one iron producer in Europe. The main sources for iron ore in Sweden are the apatite-iron oxide deposits of the "Kiruna-type", named after the iconic Kiruna ore deposit in Northern Sweden. The genesis of this ore type is, however, not fully understood and various schools of thought exist, being broadly divided into "ortho-magmatic" versus the "hydrothermal replacement" approaches. This study focuses on the origin of apatite-iron oxide ore of the Grängesberg Mining District (GMD) in Central Sweden, one of the largest iron reserves in Sweden, employing oxygen and iron isotope analyses on massive, vein and disseminated GMD magnetite, quartz and meta-volcanic host rocks. As a reference, oxygen and iron isotopes of magnetites from other Swedish and international iron ores as well as from various international volcanic materials were also analysed. These additional samples included both "ortho-magmatic" and "hydrothermal" magnetites and thus represent a basis for a comparative analysis with the GMD ore. The combined data and the derived temperatures support a scenario that is consistent with the GMD apatite-iron oxides having originated dominantly (ca. 87 %) through ortho-magmatic processes with magnetite crystallisation from oxide-rich intermediate magmas and magmatic fluids at temperatures of 600 °C to 900 °C. A minor portion of the GMD magnetites (ca. 13 %), exclusively made up of vein and disseminated ore types, is in equilibrium with a high-δ18O and low-δ56Fe hydrothermal fluid at temperatures below 400 °C, indicating the existence of a hydrothermal system associated with the GMD volcano.