Missä ympäristöissä tulivuoria esiintyy? Osa 2/3

Minkälaisissa ympäristöissä muinaiset vulkaaniset kivemme ovat muodostuneet? Planeettamme nykyiset tulivuoria ruokkivat geologiset ympäristöt voidaan karkeasti jakaa kolmeen ryhmään. Nämä ovat relevantteja myös valtaosalle Suomen tulivuorikivistä. Toisena esittelyssä subduktio- eli alityöntövyöhyke!

Alityöntövyöhykkeillä kivikehän laatat törmäävät ja raskaampi työntyy toisen alle vaippakerrokseen. Yksi yleinen virheellinen käsitys alityöntövyöhykkeisiin liittyen on, että kivisulien muodostuminen olisi laattojen välisen kitkalämmön aiheuttamaa. Syy on kuitenkin paljon yllättävämpi – nimittäin merivesi! Alityöntyvään mereiseen laattaan sitoutunut merivesi vapautuu sukeltavasta laatasta sen yläpuolelle vaipan kuumaan kiviainekseen. Vesi on tehokas agentti rikkomaan vaipan sisältämien mineraalien sidoksia ja vaipan sulamispiste alenee, joka johtaa kivisulan ja lopulta tulivuorien muodostumiseen.

Alityöntövyöhykeiden tulivuoret, kuten Tyynenmeren tulirenkaalla, ovat siis meriveden geologisen kierrätyksen seurausta! Niiden suuret vesipitoisuudet osaltaan edesauttavat niiden purkautumista räjähtämällä, kun kivisulaan sitoutunut vesi ja muut volatiilit komponentit erottuvat ja laajenevat kuumiksi kaasuiksi kivisulan kohotessa kohti maanpintaa.

Suomessa on säilynyt useiden eri alityöntövyöhykkeiden tulivuorten räjähdyspurkausten jäänteitä. Valtaosa niistä keskittyy eteläiseen Suomeen ja ne liittyvät 1,9-1,8 miljardia vuotta sitten tapahtuneeseen suureen mannertörmäykseen. Esimerkkejä löytyy niin pääkaupunkiseudulta, Pirkanmaalta (kuva Ylöjärveltä), Turun seudulta kuin Pohjanmaaltakin.

Missä ympäristöissä tulivuoria esiintyy? Osa 1/3

Minkälaisissa ympäristöissä muinaiset vulkaaniset kivemme ovat muodostuneet? Planeettamme nykyiset tulivuoria ruokkivat geologiset ympäristöt voidaan karkeasti jakaa kolmeen ryhmään. Nämä ovat relevantteja myös valtaosalle Suomen tulivuorikivistä. Ensimmäisenä esittelyssä valtameren keskiselänne!

Valtameren keskiselänne sijaitsee kilometrien syvyydellä valtameren pohjassa. Sitä pitkin menee kahden merellisen litosfäärilaatan raja. Laatat erkanevat toisistaan, jolloin laattojen väliseen saumaan muodostuu repeämävyöhyke. Tässä repeämässä maapallon kuuma vaippakerros pääsee kohoamaan, työntäen ylös myös laattojen saumakohtaa. Tämän vuoksi keskiselänne muistuttaakin merenalaista vuoristoa, vaikka laatat eivät siinä törmääkään toisiaan vasten.

Kuuman vaippakerroksen kohotessa ylöspäin siihen kohdistuva paine alenee. Kovassa painessa kivet tykkäävät pysyä kiinteinä, mutta alhainen paine suosii kivisulan muodostumista kunhan vain lämpötila pysyy tarpeeksi korkeana – kyse on ilmiöstä nimeltä dekompressiosulaminen. Paineen aleneminen saa siis aikaan osittaista sulamista vaipassa, jonka lämpötila keskiselänteen alla on yli 1000 C. Näin muodostuvat sulat pyrkivät kohti maan pintaa ja purkautuvat repeämistä tyynylaavoina valtameren pohjalle. Tällaisia purkauksia on tätä lukiessasi kymmenittäin ellei sadoittain käynnissä ympäri maailmaa!

Yksi tunnetuimmista keskiselänteen kaltaisessa ympäristöissä syntyneistä Suomen geologisista muodostumista on Jormuan ofioliitti, johon kuuluu myös tyynylaavoja (kuva). Mutta mikä kumma on ofioliitti? Tästä lisää myöhemmin!

Lisää maapallon kehärakenteesta

Palataan vielä tämä postauksen ajaksi maapallon sisuksiin. Mitä ovat maapallon eri kehät ytimestä ylöspäin ja miten ne suhteutuvat toisiinsa? Näistäkin esiintyy paljon sekaannusta.

Maapallon pinnalla törmäilevät laatat eivät koostu kuoresta vaan niihin kuuluu siis myös jähmeä osa vaippaa. Niitä yhdessä kutsutaan litosfääriksi. Kuoren ja litosfäärivaipan ero on koostumuksellinen – kuoressa on paljon graniittisia piirikkaita aineksia. Litosfäärin alla on astenosfääri, jonka alaraja on epäselvä. Astenosfäärissä esiintyy magman muodostumista ja se on helpommin muovautuva kuin litosfääri. Mesosfääri onkin sitten taas kokonaan kiinteää erittäin hitaasti virtaavaa kiveä. Tämä jako on siis kiviaineksen käyttäytymiseen liittyvä.

Maanjäristysaaltojen etenemistä mittaamalla maapallon sisuksista on saatu selville rajapintoja, jotka liittyvät korkeassa paineissa tapahtuviin mineraalien muutoksiin. Näiden perusteella vaippa voidaan vaihtoehtoisesti jakaa ylävaippaan, vaihettumisvyöhykkeeseen, alavaippaan sekä alavaipan pohjalla olevaan kaoottiseen ydinvalliin. Etenkin 660 km rajapinta on merkittävä: sen läpi nousuvirtausten on vaikea kohota ja alas painuvien laattojen vaikea sukeltaa. Vaihettumisvyöhykkeellä onkin jumissa kaikenlaista sotkua laatoista, merivedestä ja timanteista lähtien.

Suurin sekaannuksen aiheuttaja on kivikehä. Kivikehää voisi luontaisesti pitää litosfäärin synonyyminä. Mutta koko vaippahan on valtaosin kiinteää kiveä sinne ytimen rajapinnalle asti! Tulisiko kivikehää siis kuitenkin käyttää synonyyminä kuorelle ja koko vaipalle, jotka ovat nestemäisen ulkoytimen yläpuolella? Sekaannuksen aiheuttava litosfääri sai nimensä silloin, kun sen alapuolella vielä ajateltiin olevan vain magmaa tai kaasuja. Nimitys jäi elämään, vaikka kiviaineksen havaittiin myöhemmin jatkuvan maapallon sisuksissa myös litosfäärin alapuolella. Tästä kömmähdyksestä täällä kivikehän pinnalla edelleen siis sekaannumme.

Näistäkin aiheista voit lukea lisää Geologi-lehteen kirjoittamastamme artikkelista ”Kehäpäätelmiä – maapallon sisäosien rakenne ja suomenkielinen nimistö”.

Mitä on pääsiäismunamme sisällä?

Seuraa korjaus yhteen geologian ehkä yleisimmistä väärinkäsityksistä: maapallon kuori EI kellu sulan vaipan päällä! Kuoresta ja vaipan jäykästä yläosasta koostuvien kiinteiden litosfäärilaattojen lisäksi myös sen alla oleva vaippa on nimittäin miltei kokonaan kiinteää kivistä ainesta. Se virtaa kyllä, mutta hyvin hyvin hitaasti ja jähmeästi vuosimiljoonien aikana – kuin vuoriston uumenissa poimuttuvat kivikerrokset.

Pääsiäismunamme on siis suurimmaksi osaksi kiinteä. Kivisulaa esiintyy merkittäviä määriä vaipan yläosissa oikeastaan vain siellä, missä esiintyy tulivuoritoimintaa. Ainoa kokonaan sula kerros maapallomme sisällä on ulkoydin. Kananmunavertaus maapallon rakenteesta on siis hieman ontuva – ehkä se on pikemminkin keitetty sellainen kuin raaka.

Muista kuvassa mainituista maapallon sisäosien omituisuuksista voit lukea lisää Geologi-lehteen kirjoittamastamme artikkelista ”Kehäpäätelmiä – maapallon sisäosien rakenne ja suomenkielinen nimistö”.

Vihreäkivet ovat muistoja tulivuorista

Jos olet kiinnittänyt asiaan huomiota, olet varmaan törmännyt tummanpuhuviin mutta samalla hieman vihertäviin kiviin joskus ulkoillessasi. Niitä löytyy paikoin kallioista sekä lohkareina mannerjäätikön kerrostamista moreeneista.

Vihertävät tummat hienorakeiset kivet ovat ehkä maallikollekin selkeimmin tunnistettavia muinaisia tulivuoriperäisiä kiviä. Niistä voi löytyä monenlaisia rakenteita, jotka kertovat niiden vulkaanisesta ympäristöstä (katso kuva).

Kotimaista kallioperäämme on sen verran höykytelty vuosimiljardien aikana, että mustien basalttisten kivien alkuperäinen mineraalikoostumus on muuntunut. Esimerkiksi sellaiset mineraalit kuten epidootti, kloriitti ja erilaiset amfibolit antavat vihreäkivelle sille ominaisen värin. Ne kasvavat kuoreen hautautuneeseen vulkaaniseen kiveen muutaman sadan asteen lämpötilassa ja noin 10-20 kilometrin syvyydessä. Näitä paistumisolosuhteita kutsutaankin ”vihreäliuskefasieksen” olosuhteiksi.

Suomesta löytyy kymmeniä graniittisten kivien väliin puristettuja vihreäkivivyöhykkeitä, joilla tulemme vierailemaan projektin aikana. Ne ovat kotimaisen geologian ja muinaisen tulivuoritoiminnan kuumia pisteitä!

Vihreäkiviä vasemmalta ylhäältä myötäpäivään: Veteen purkautuneita tyynylaavamuodostumia Kajaanin Jormuassa; Räjähdyspurkauksessa syntynyttä heittelekiveä irtolohkareessa Helsingin Ullanlinnassa; Veteen kerrostunutta tuhka-ainesta irtolohkareessa Helsingin Uutelassa; Laavakiveä Kuhmon vihreäkivivyöhykkeellä.

Kevään tulivuoriavaus Vuosaaressa

Ensimmäinen ulkokeikka talven jälkeen ja suuntana Uutelan ulkoilualue Helsingin Vuosaaressa. Tällä alueella on parhaita paikkoja bongailla tulivuoriperäisiä kiviä pääkaupunkiseudulla. Kaikkea muutakin mielenkiintoista löytyy.

Skatanniemen itäpuolen kalliopaljastumilla on alun perin veteen kerrostuneita kivettyneitä sedimenttikerroksia. Niiden välissä on kidetuffi, joka koostuu tulivuoren räjähdyspurkauksessa kerrostuneista kiteistä ja tuhkasta. Se erottuu karkearakeisempana välikerroksena hienorakeisemman sedimenttiaineksen seasta ja siinä on kulmikkaita tummia sarvivälkekiteitä. Sen ikä on noin 1,9 miljardia vuotta ja synty-ympäristö alityöntövyohyke, geologisesti hieman kuten Indonesian tulivuorikaari nykyään.

Filbunkenin entinen luoto, joka kohoaa nyt kalliona Aurinkolahden uimarannan keskellä, koostuu myös vulkaanisista kivistä, vaikka siinä ei niin selkeästi olekaan vulkaanisia rakenteita nähtävillä. Se on mannerjäätikön tulosuunnasta (~pohjoinen) silottama ”valaanselkä”, jonka suojapuolelta (~etelä) mannerjäätikkö lohkoi paloja vietäväkseen. Kallion uurteissa näkyy ainakin kaksi hieman toisistaan poikkeavaa eri-ikäistä kulkusuuntaa. Käypä katsomassa löydätkö ne!

Uutelassa opetetaan myös Helsingin yliopiston geotieteiden kandiopiskelijoille geologista kartoitusta. Geotieteiden kandiohjelma kasvatti tänä keväänä suhteessa eniten hakijamääränsä Helsingin yliopiston koulutusohjelmista. Upea saavutus!

Tänne palaamme vielä uudestaan, kunhan lumet vielä vähän enemmän sulavat. Tiedossa muun muassa veden alle purkautuneita tyynylaavoja! Kypsyipä kallioilla käyskennellessä ajatus Vuosaaren tulivuorioppaan kirjoittamisesta ihan erillisenä teoksenaan. Olisiko kiinnostusta?