Kuukausi: heinäkuu 2024

Rakoja ja kuumia liuoksia

Kallioperän haurasta deformaatiota tapahtuu maankuoressa keskimäärin alle 20 kilometrin syvyydellä. Tällöin kiviaines rakoilee ja siirrostuu, eikä taipuile ja poimutu, kuten syvemmällä maapallon sisuksissa.

Kuoren syvyyksissä raot ja siirrokset ovat erilaisten kuumien liuosten eli hydrotermisten fluidien kulkukanavia. Fluideista voi saostua rakoihin mineraaleja, joista yleisin on piidioksidista koostuva kvartsi. Kvartsisuonia on monessa paikkaa Suomen kallioperässä ja siitä irronneissa kivissä. Ne erottuvat usein selkeästi, koska ne kestävät rapautumista (sekä fysikaalista kulutusta että happamia pintavesiä) hyvin ja jäävät siksi koholle kalliossa. Ne ovat usein myös muusta kalliosta hyvin erottuvaa puhtaanvalkoista kvartsia, jota voidaan kutsua myös maito- tai lumikvartsiksi. Valkoinen väri johtuu kvartsin sisältämistä pienistä fluidisulkeumista, joissa valo siroaa.

Koholla olevia kvartsisuonia tummassa kalliossa. Kuvan vasemmasta alakulmasta kohti oikeaa yläkulmaa suuntautuvat suonet ja siten rakosuunnat ovat todennäköisesti nuorimpia. Ne leikkaavat terävästi muita suonia ja niiden suunnassa on tapahtunut vanhempien suonien siirrostumista.

Muita yleisiä hydrotermisiä rakomineraaleja ovat maasälvät, kiilteet, zeoliitit, erilaiset sulfidit sekä epidootti. Näistä viimeisin kiinnittää pistaasinvihreällä värillään usein kiviä tutkivan huomion. Lapin maaperästä löytyvät kultahiput ovat nekin todennäköisesti peräisin rapautuneista suoniverkostoista, joissa liikkui kultaa ja muita metalleja. Niiden emäkallio on edelleen löytämättä – lieneeköhän rapautunut kokonaan pois?

Pääosin epidootista koostuva suoni hiotussa graniittisessa kivessä. Suonen leveys 1,5 cm.

Joskus hydrotermisia suonia esiintyy kivessä eri suunnissa ja ne leikkaavat toisiaan. Tämä kertoo jännityskentän muutoksista. Jos rakoihin liittyy myös siirrostumista, on suhteellisen helppoa tulkita suonien ja niiden syntyyn liittyneiden jännityskenttien suhteellisia ikiä. Rakomineraaleja ajoittamalla voidaan selvittää myös niiden absoluuttisia ikiä. Tällä voi olla suurta merkitystä esimerkiksi malminetsinnässä tai rakennusgeologiassa.

Raontäytteet ovat myös geoestetiikkaa. Tässä pienessä kivessä näkyy monia eri rakosuuntia ja kiven läpikotaista murtumista eli breksioitumista. Suurimman raon auetessa tai vähän sen jälkeen on tapahtunut myös sivuttaissiirtymää (kuvaajasta katsoen oikeakätistä, valkoiset nuolet). Hiertorakoja syntyy noin 30 asteen kulmassa pääjännityskenttään nähden (keltaiset nuolet).

Jos kallioperän raot ovat suuria tai epätasaisia siten, että niihin muodostuu paljon tyhjää tilaa, voi fluideista kiteytyä rakoihin hyvin omamuotoisia kiteitä. Näin ovat syntyneet muun muassa Lapin kuuluisat ametistit. Vastaavia omamuotoisia kiteitä tavataan myös graniitti-intruusioiden ja niihin liittyvien pegmatiittien onteloista, jotka ovat magmasta sen kiteytymisen loppuvaiheessa erkaantuneiden fluidien muodostamia. Näin on syntynyt muun muassa Suomen tunnetuin hiomaton jalokivi, Elli-berylli.

Pyhä-Luoston kvartsiittikallioiden suuriin rakoihin kiteytynyttä ametistia on nähtävillä muun muassa Rovaniemen Arktikumissa. Suurimmat kiteet ovat läpimitaltaan yli 10 cm. Ametisti on kvartsin värimuunnos, joka saa värinsä kvartsin kidehilassa epäpuhtautena olevasta raudasta. Maailman tunnetuimmat ametistit tulevat Etelä-Amerikasta, missä niitä löytyy kiteytyneenä paksujen laakiobasalttipatjojen kaasuonteloihin.

Kun rakoja syntyy samanaikaisesti magmaattisen aktiivisuuden kanssa, niihin voi tunkeutua myös kivisulaa. Tällaisia selkeästi magmaattisia raontäytteitä kutsutaan juoniksi, ja ne voivat olla jopa kymmeniä metrejä leveitä. Tällaiset juonet ovat toimineet monien Suomen muinaisten tulivuorten syöttökanavina!

Hajarakeita ja porfyroblasteja

Usein tulee vastaan kiviä, joissa jotkin mineraalirakeet ovat suurempia kuin toiset – ja monesti tämä ero voi olla hyvinkin merkittävä. Käymme tässä läpi kaksi keskeisintä tällaisia tekstuureita tuottavaa prosessia: magmasta kiteytyvät hajarakeet ja metamorfoosissa kiteytyvät porfyroblastit.

Hajarakeita tavataan kaikissa magmasta kiteytymällä syntyneissä kivilajeissa: syväkivissä, puolipinnallisissa kivissä ja vulkaanisissa kivissä.

Vulkaanisissa ja puolipinnallisissa kivissä hajarakeet esiintyvät usein hyvin hienorakeisen perusmassan ympäröimänä. Tämä on osoitus siitä, että magman kiteytyminen on tapahtunut kahdessa vaiheessa. Hajarakeita muodostavat mineraalit ovat ehtineet alkaa kiteytyä jo kuoren uumenissa olevassa magmasäiliössä, kunnes kivisula on tempautunut kuoren ylempiin osiin tai maanpinnalle. Kylmemmässä ympäristössä jäljellä ollut kivisula voi jähmettyä heti vulkaaniseksi lasiksi tai kiteytyä nopeasti hyvin hienorakeiseksi perusmassaksi hajarakeiden ympärille. Räjähdyspurkauksessa kerrostuneet kidetuffit edustavat hajarakeiden ja hienojakoisen vulkaanisen tuhkan sekoitusta.

Kvartsi-maasälpäporfyyri on yksi tavallisimmista Suomessa tavattavista porfyyrisista kivilajeista. Se on alkuperältään joko puolipinnallinen tai vulkaaninen magmakivi. Kivilajin nimi paljastaa tekstuurin ja hajarakeita muodostavat mineraalit (tässä harmaat ovat kvartsia ja vaaleanpunertavat maasälpää). Jos kvartsia ei esiinny hajarakeina, kyseessä on maasälpäporfyyri. Näytteen leveys noin 10 cm.
Plagioklaasiporfyriitti Lappeenrannan Taalikkalasta. Mitä eroa on porfyriitilla ja porfyyrilla? ”Porfyyrit” ovat vaaleita koostumukseltaan graniittia vastaavia ja ”porfyriitit” tummia koostumukseltaan basalttia vastaavia puolipinnallisia kivilajeja.

Hajarakeita esiintyy myös syväkivissä, jotka edustavat syvällä kuoressa kiteytyneitä magmasäiliöitä. Niissä mineraalien raekoko liittyy muun muassa kiteytymisjärjestykseen, mineraalin kykyyn muodostaa kiteytymisytimiä (nukleoituminen) ja kiteiden kasvunopeuteen. Esimerkiksi alkalimaasälpä ei nukleoidu helposti, mutta kasvaa verrattaen nopeasti. Tämä voi olla keskeinen syy siihen, että alkalimaasälpä esiintyy usein graniiteissa hajarakeina.

Porfyyrista graniittia Tampereen seudulta. Hajarakeet ovat alkalimaasälpää.

—

Porfyroblastit kiteytyvät metamorfoosissa, jolloin kivien sisältämät alkuaineet järjestäytyvät uudelleen vastaamaan muuttuneita lämpötila- ja paineolosuhteita. Yksi yleisimmistä porfyroblasteina esiintyvistä mineraaleista on viininpunainen granaatti.

Omamuotoisia almandiinigranaatista koostuvia porfyroblasteja Kalvolan Nappikallion metavulkaniitissa. Irrallisen kiteen halkaisija on 2,5 cm.

Porfyroblastit kasvavat omamuotoisiksi, etenkin jos niitä ympäröivä muu kiviaines on helposti muovautuvaa. Granaatin lisäksi tavallisia porfyroblasteja ovat stauroliitti, kordieriitti, sarvivälke (ja muut amfibolit) sekä alumiinisilikaattipolymorfit andalusiitti, kyaniitti ja sillimaniitti. Viimeksi mainittujen kemiallinen kaava on sama Al2SiO5, mutta niiden kidemuoto on erilainen ja ne kiteytyvät erilaisissa olosuhteissa. Porfyroblasteja tunnistamalla voidaan siten arvioida myös kiven kokeman metamorfoosin voimakkuutta.

Stauroliittiporfyroblasteja itäsuomalaisessa kiilleliuskeessa (Tohmajärven Kirkkoniemi). Suurimman kiteen pituus on 4 cm.

Miten hajarakeet ja porfyroblastit voi erottaa toisistaan? Hajarakeet liittyvät magmakiviin, ja useimmiten ne ovat jakautuneet kivessä melko tasaisesti. Magmakivet ovat usein muutenkin tekstuuriltaan tasalaatuisia. Porfyroblastit syntyvät metamorfisiin kiviin, ja niiden jakauma kivessä voi olla hyvinkin epätasainen. Niiden isäntäkivistä löytyy usein myös muita metamorfisille kiville tunnusomaisia piirteitä kuten poimutusta tai liuskeisuutta. Tunnistamista voi hankaloittaa se, jos hajarakeita sisältävä magmakivi on metamorfoitunut. Mitkä rakeet ovat alkuperäisiä hajarakeita ja mitkä metamorfoosissa syntyneitä porfyroblasteja? Tämä ei aina ole selvää, kuten uraliittiporfyriitin tapauksessa.

Magma- ja metamorfisten kivien lisäksi myös epäkypsissä sedimenttikivissä voi esiintyä matriksista erottuvia suuria rakeita. Ne ovat rapautuneiden kivilajien kappaleita, jotka ovat usein pyöristyneitä ja koostuvat harvoin vain yhdestä mineraalista.

”Uraliittiporfyriitti” on Suomessa hyvin yleinen metamorfinen vulkaaninen tai puolipinnallinen ja koostumukseltaan basalttia vastaava kivilaji. Uralitisoituminen on alkuperäisen pyrokseenin metamorfista korvautumista sarvivälkkeellä tai muilla amfiboleilla (tummat rakeet). Joskus alkuperäiset hajarakeet kasvavat suuremmiksi, kun niiden reunoille kiteytyy uutta amfibolia metamorfoosissa. Tällöin hajarakeen ja porfyroblastin raja hämärtyy. Joskus näissä kivissä näkyy amfiboleja myös suurina tikkumaisina kiteinä – ne ovat kokonaan metamorfoosissa syntyneitä porfyroblasteja.