Kraton

Et kraton^[1] (Gresk kratos; «styrke»), ofte synonymt med et grunnfjellsskjold, er en gammel og stabil del av en tektonisk plate med mer eller mindre upåvirket grunnfjell som har overlevd sammenslåingen og splittelsen av kontinenter og superkontinenter i minst 500 millioner år. Kratonene er fra prekambrium - det vil si at de yngre er fra proterozoikum (proterozoikum + kraton = proton) og dermed mer enn 542 millioner år gamle, de eldre er fra arkeikum (arkeikum + kraton = arkon) og dermed mer enn 2,5 milliarder år gamle,^[2] med inntil 3,8 milliarder år gamle bergarter.

Kratoner betegner hele grunnfjellskroppen, hvorav den overflatiske (synlige, eksponerte) delen av kratonet kalles skjold (grunnfjellsskjold), mens de deler av kratonet som ligger under overflaten og er dekket med yngre sedimenter eller skyvedekker, kalles for plattform.

Innenfor nordamerikansk geologi deler man gjerne kratoner inn i provinser, som er geografiske avgrensede områder med lik geologisk sammensetning og struktur, eksempelvis et foldebelte eller et basseng. Begrepet «provins» er mindre brukt i europeisk geologi, og har også andre betydninger som gir opphav til begrepsforveksling.

Kratoner består typisk av arkaisk krystallinsk grunnfjell av lett felsisk, magmatisk bergart, slik som granitt. De har en tykk skorpe og dype røtter som strekker seg inn i mantelen, med en dybde på inntil 250 km ^[3] – mer enn det dobbelte av jordskorpens vanlige tykkelse (30-100 km). Kratoner består ofte av både et overflatisk skjold og en plattform som er dekket av sedimenter eller skyvedekker. Plattformer har ofte blitt dannet ved at kratonet har tiltet litt eller blitt delvis oversvømmet på grunn av havnivåstigning, og sedimentære lag har blitt avsatt på den del av kratonet som har ligget under vann. Et godt eksempel på dette er Nord-Europa med Danmark, nordlige Polen og Baltikum ned til Ukraina, hvor det østeuropeiske kraton er dekket med proterozoiske sedimenter som er 1,88 milliarder år gamle – en milliard år yngre enn selve kratonet. I Nord-Amerika er tilsvarende det canadiske skjoldet dekket av sedimenter i Midtvesten av USA helt ned til Mexicogulfen.

Begrepet kraton stammer fra den tyske geologen L. Kober, som i 1921 lanserte begrepet «Kratogen» sammensatt av kratos og orogen, altså «stabilt fjell» (derav orogen og orogenese, dvs fjellkjede og fjellkjededanning). Senere ble benevnelsen forkortet til «kraton».

Mens jordskorpen normalt utgjør 30-100 km av litosfæren, er kratoner minst dobbelt så tykke – inntil 200-250 km inklusive en «rot» nedover i astenosfæren. ^{[4] [5]} Til tross for at kratoner er kaldere enn havbunnsskorpe og mantel, og dermed skulle ha større tetthet, synker de likevel ikke ned i mantelen. Dette paradokset forklares ofte med at kratonets forventede større tetthet motvirkes gjennom en kjemisk avgivelse av masse i form av hovedsakelig jern og aluminium - men studier av kratoner i Afrika gir resultater med økende tetthet i dybden, noe som bringer tvil rundt denne teorien.^[6] Det er også gjort studier som antyder at kratonene faktisk har større tetthet enn havbunnsskorpen og mantelen omkring dem, og at kratonene derfor har en overflate som er 300-1500 meter nedsunket.^[7]

Tatt i betraktning at det skjer en stadig drift av mantelmasse oppover og utveksling av masse mellom mantel og jordskorpe, er det vanskelig å forklare hvordan kratonene evner å forbli stabile gjennom milliarder av år, tilsynelatende upåvirket av disse mantelbevegelsene.^[8]

Kratoner består ofte av basalt nederst og granitt og andre arkeiske bergarter høyere oppe. Noen ganger bringes flytende peridotitt opp fra mantelen og størkner i kratonen til en sterk bergart som har mindre fuktighet og mer magnesium enn nede i mantelen (hvor jerninnhold dominerer).^[9] Vulkanrør i kratoner kan også bringe opp en magmatisk peridotitt som kalles kimberlitt, og som kan inneholde diamanter.

I kratoner og kontinentalskorpen ellers dominerer aluminium framfor magnesium, derav betegnelsen SiAl for kontinentalskorpe og SiMa for magnesiumrik («mafisk») havbunnsskorpe. En annen bergart som stammer fra omdanning av basalt-holdige dyplag på inntil 150 km eller mer er eklogitt. Den kan stamme fra dyptliggende, tidligere havbunnsskorpe som har sunket ned under kratonen for noen milliarder år siden, ned til dype lag med kimberlitt- og diamantforekomster. Dere nede holdt de seg inntil en dypvulkansk bevegelse brakte dem til overflaten. Eklogitt har dermed en sammensetning som minner om havbunnskorpe.

Kratoner begynte å dannes av arkaisk stein i eonet arkeikum for 4,5 – 2,5 milliarder år siden. Eksempler er det baltiske skjold i Skandinavia og Slave-, Abitibi- og Nain-skjoldene i Canada og på Grønland. På grunn av høyere nivå av radioaktive isotoper tidlig i jordens historie, var mantelens temperatur langt høyere – med mer vulkanisme, varmeflekker og sirkulasjon med nedsynking av den begrensede jordskorpen som fantes. Det fantes neppe store kontinenter. Det ble dannet havbunnsskorpe som var tykkere enn dagens, og det antas at kratonenes dypere røtter består av rester av denne urgamle, tyngre havbunnsskorpen som stabiliserer kratonene og gjør dem mindre utsatt for foranding eller nedbrytning som følge av kollisjoner.

Det eksisterer minst tre teorier for hvordan kratoner ble dannet:

1. Nedkjøling av smeltemasser som steg opp fra mantelen.
2. Opphoping av nedsunket havbunnsskorpe som bar et tynnere kratonlag.
3. Sammenstøt mellom små øyer og kratoner som dannet større kratoner.

Muligens har alle tre prosesser vært i funksjon samtidig, eller på ulike steder. Eksempelvis hevdes det at det nordamerikanske kratonet ble dannet gjennom kollisjon av seks mindre plater for om lag 2 milliarder år siden, og eretter vokste i størrelse gjennom dannelse av ny kontinentskorpe nedenfra for om lag 1.8 milliarder år siden.^[10]

I tidlig og midlere arkeikum fantes det fortsatt ingen store kontinenter eller kratoner, siden de ikke rakk å nedkjøles og stabiliseres i denne perioden med intens geologisk aktivitet. Protokontinentene var felsiske, det vil si rike på feltspat og silisium med typisk danning av granitt i perioden. Anslagsvis 10-40 % av dagens jordskorpe ble dannet i arkeikum, men bare 7 % av dagens kratoner utgjøres av arkeisk steinmasse i dag.

De første kontinentene stammer fra arkeikum, men hoveddelen av kratonene og plattformene i dagens grunnfjellsprovinser stammer fra proterozoikum for 2,5 – 1,0 milliarder år siden. Gode eksempler er de mange kratonene i Afrika og Sør-Amerika, som alle er mer enn 1,3 milliarder år gamle (meso-proterozoikum).

Listen nedenfor oppgir kjente kratoner på jordkloden, med angivelse av hvilket urkontinent de tilhørte, omtrentlig alder for dannelsen, og lokasjon med dagens kontinent- eller statsnavn.

• Avigad, Dov og Gvirtzman, Zohar (2009). «Late Neoproterozoic rise and fall of the northern Arabian–Nubian shield: The role of lithospheric mantle delamination and subsequent thermal subsidence» (PDF). Technophysics. doi:10.1016/j.tecto.2009.04.018. Arkivert fra originalen (PDF) 9. april 2011. CS1-vedlikehold: Flere navn: forfatterliste (link) Arkivert 9. april 2011 hos Wayback Machine.
• Dayton, Gene (2006): Geological Evolution of Australia - Sr. Lecturer, Geography, School of Humanities, Central Queensland University, Australia
• Grotzinger, John P.; Jordan, Thomas H. (4. februar 2010). Understanding Earth (sjette utg.). W. H. Freeman. ISBN 978-1429219518. 
• Hamilton, Warren B. (1999): «How did the Archean Earth Lose Heat?», i: Department of Geophysics, Colorado School of Mines, Journal of Conference Abstracts. Nr 4, utgave 1. Symposium A08, Early Evolution of the Continental Crust.

• Hamilton, Warren B. (1998). «Archean magmatism and deformation were not products of plate tectonics» (PDF). Precambrian Research. 91 (1-2): 143–179. doi:10.1016/S0301-9268(98)00042-4. ^{[død lenke]}

• Petit, Charles (18. desember 2010). «Continental Hearts - Science News». Science News. Society for Science & the Public. s. 22–26. ISSN 0036-8423. Besøkt 8. januar 2011. 
• Stanley, Steven M. (1999). Earth System History. New York: W.H. Freeman and Company. s. 297–302. ISBN 0-7167-2882-6. 

• Smithsonian. «The Dynamic Earth @ National Museum of Natural History». Smithsonian National Museum of Natural History. Arkivert fra originalen 6. mars 2005. Besøkt 9. januar 2011. 
• Cratons – New Geology, USA.