Luonnon jalokivitehtaat

Miten kivissä olevat suuret ja kauniit mineraalikiteet muodostuvat? Joskus kiteet näyttävät niin upeilta ja niiden särmät niin säännönmukaisilta, että voi olla vaikea kuvitella niiden syntyneen luonnollisesti. Totuus on kuitenkin taas tarua ihmeellisempää.

Kiteet kasvavat suuriksi ja omamuotoisiksi (kidepinnat selvästi näkyvissä), jos ne saavat kasvaa rauhassa eli jos kiteytymisolosuhteet pysyvät pitkään vakaina. Vakaissa olosuhteissa alkuaineilla on aikaa löytää oma paikkansa muodostuvien mineraalien kidehilassa. Olosuhteiden lisäksi myös kivisulan koostumus ja ominaisuudet vaikuttavat asiaan. Jos kivisula on hyvin juoksevaa, eli sillä on alhainen viskositeetti, alkuaineet liikkuvat vapaammin, joka sekin edesauttaa suurien kiteiden kasvua. Tämän vuoksi runsaasti vettä sisältävistä kivisulista ja liuoksista kiteytyvät mineraalit ovat usein suuria.

Pegmatiitit, eli hyvin kookkaista mineraaleista koostuvat magmakivet, ovat kivisulien viimeisenä jähmettyviä taskuja. Niihin on rikastunut paljon harvinaisia alkuaineita ja molekyylejä, jotka eivät ole kelvanneet aikaisemmin sulasta kiteytyneille mineraaleille. Pegmatiittisulissa on usein runsaasti esimerkiksi vettä, fluoria ja klooria, jotka kaikki alentavat kivisulan viskositeettia. Muita harvinaisia pegmatiitteihin rikastuneita alkuaineita ovat muun muassa boori, beryllium, litium, rubidium ja torium. Pegmatiiteista löydetäänkin usein näitä harvinaisia alkuaineita sisältävien mineraalien suuria ja kauniita kiteitä, ja ne ovat merkittäviä kohteita geologeille ja alan harrastajille.

Kävimme geologi ja tutkija Henrik Kalliomäen kanssa tutustumassa Someron ja Tammelan alueen pegmatiittiesiintymiin. Vierailemillamme kohteilla oli muun muassa heksagonisen muotoista berylliä ja mustia, tikkumaisia turmaliinikiteitä. Suurimmat turmaliineista olivat poikkileikkaukseltaan ruokalautasen kokoisia! Näistä pegmatiiteista tavataan myös litiumia paljon sisältäviä mineraaleja, jotka kiinnostavat akkumineraalien etsijöitä.

On vaikea valita, mitä ja minkä esiintymän kiteitä kuvaisi lähikuviin kirjaa varten – yliopiston kokoelmissa on nimittäin valinnanvaraa. Onko ehdotuksia?

Lappeenrannan Taalikkalan megaksenoliitti

Ksenoliitti on kiinteä kappale kiveä, joka on irronnut ja joutunut magmasäiliöön sen ulkoseinämästä. Megaksenoliitti on nimensä mukaisesti valtava sellainen!

1,6 miljardia vuotta sitten Etelä-Suomen kuoren pintaosissa muhi kivisulia. Aikaa myöten nämä kivisulat jähmettyivät ja muodostivat laajoja rapakivigraniitteja.

Viipurin suuren rapakivigraniittiyksikön sisältä Lappeenrannan Taalikkalasta löytyy valtava, kivisulaan uponnut ja siellä kyljelleen kääntynyt ksenoliitti (yllä). Sen läpimitta on useita kilometrejä, ja ison kokonsa vuoksi sitä kutsutaan myös megaksenoliitiksi.

Taalikkalan ksenoliitti koostuu monesta eri kivilajista. Sen kerrosjärjestyksessä alimpana ovat rapakiveä vanhemmat, suureen mannertörmäykseen liittyvät, suurikiteiset graniittiset kivet (yllä).

Niiden päällä on paikoin hiekka- ja sorakerrostumista muodostuneita sedimenttikiviä, jotka ovat uudelleenkiteytyneet kvartsiiteiksi. Seuraavana on basalttisia laavoja, joissa tavataan suuria plagioklaasikiteitä ja niiden kasaumia (yllä).

Ylimpänä on kilometrin paksuudelta ilmassa lentäneistä kiteistä ja tuhkasta koostuvia räjähdyspurkauskerrostumia (yllä)!

Räjähdyspurkaukset on aiheuttanut sitkas graniittinen magma, joka vastaa koostumukseltaan rapakivigraniitteja. Viipurin rapakivigraniitti oli siis osa vulkaanista systeemiä, jonka vanhimpia kerroksia se lohkoi sisäänsä! Purkauskerrostumat ovat samanlaisia kuin nykyisen Pohjois-Amerikan Yellowstonen supertulivuoreen liittyvät.

Meillä on siis mahdollisesti muinaisen supertulivuoren jäänteitä omassa kallioperässämme! Sampo Harju tutki niitä gradussaan ja oli meillä oppaana seudulla pari päivää. Tästä ainutlaatuisesta tarinasta tulee varmasti yksi kirjan keskeisiä lukuja.

Palataan itse rapakivigraniittiin vielä myöhemmin, mutta nyt hiljennytään pariksi viikoksi keskikesän viettoon.

Rytinää ja ratinaa Tampereen seudulla

Jumankauta juu nääs päivää!

Tampereen liuskevyöhyke (merkitty pääosin vihreällä oheiseen kallioperäkarttaan) ulottuu Kankaanpäästä Luhangan tienoille. Leveimmillään se on Oriveden, Tampereen ja Ylöjärven alueilla. Se koostuu muinaisen tulivuorikaaren raunioista. Noin 1,9 miljardia vuotta sitten Tampereen ympäristö muistutti geologialtaan nykyistä Japania, jossa alityöntövyöhykkeen päälle muodostuu tulivuorten ketju. Purkauskerrostumat pusertuivat myöhemmin kapeiksi vöiksi mannertörmäyksen myllerryksessä.

Tampereen liuskevyöhyke lyö aina ällikällä – niin taaskin. Kallioperän muodostumat eivät nimittäin ole muuntuneet tai poimuttuneet liiaksi, vaan alkuperäiset rakenteet ovat paikoin säilyneet käsittämättömän hyvin. On kidetuffeja, magman ja sedimentin kontaktirakenteita ja vulkaanisista heitteleistä koostuvia kerroksia. Kirsikkana kakun päällä ovat vielä tulivuoriperäisestä aineksesta virtaavassa vedessä kerrostuneet konglomeraatit – niiden äärellä voisi melkein kuvitella poimivansa pyöristyneitä purkauskivien klasteja käsiinsä, jos ne eivät olisi kivessä tiukasti kiinni!

Näillä alueilla Helsingin yliopiston Geotieteiden ja maantieteen laitoksen opiskelijat tekevät geologisia kartoitusharjoituksia. Joka vuosi kallioperäkartoituskurssilla löytyy aina jotain uutta ja mielenkiintoista.

Kyllä lähtee!

Näytekuvaukset käyntiin

Helsingin yliopiston Geotieteiden ja maantieteen osaston kellarissa kairasydänvarasto muuttui valokuvausstudioksi, kun yliopistonlehtori Aku Heinonen otti ohjat käsiinsä. Mukana auttamassa oli myös Verna Uotila.

Lopputulokset olivat huimaavan hienoja, laitetaan yksi makupala niistä tähän näytille. Loput kuvat tulet löytämään valmiista teoksesta! 😉

Nuorimmat hiekkakivemme

Pohjanlahden reunamilla on muutamia paikkoja, joissa on paljastuneena Suomessa verrattain nuoria hiekkakiviä. Näitä on muun muassa Satakunnassa, Oulun seudulla (Muhos ja Hailuoto) sekä Kilpisjärvellä. Ne kertovat 1,8 miljardia vuotta sitten kohonneen poimuvuoriston eroosiosta ja Suomen maankamaran tasoittumisesta.

Hautavajoamiin kerrostuneiden hiekkakivien tarkkoja kerrostumisikiä on hankala määrittää. Niiden sisältämät mineraalirakeet nimittäin tallentavat sedimentin lähtöaineksen – eli erilaisten metamorfisten ja magmakivien ikiä. Nämä iät antavat sedimenttikivelle vain sen vanhimman mahdollisen iän (sedimentti ei voi olla vanhempaa kuin sen lähtöaines). Ikähaarukan nuorin mahdollinen ikä saadaan ajoittamalla sedimenttikiveä leikkaavia muita kivilajeja.

Harjavallan voimalaitoksen ohijuoksutuskanavassa upeasti paljastunut Satakunnan hiekkakivi on tulkittu kerrostuneen pääosin 1,6-1,3 miljardia vuotta sitten. Sen mineraaliaines on peräisin poimuvuoriston rippeistä.

Yksi nuorimmista hiekkakivistämme on kivijatoiksi pilkkoutunut Lauhanvuoren hiekkakivi. Siitä tunnetaan nivelmatojen fossilisoituneita ryömimisjälkiä. Sen ikänä on yleisesti pidetty ”vain” noin 600 miljoonaa vuotta, vaikka nuorempikin ikä on mahdollinen. Kivessä näkyvät ristikerrosrakenteet ovat virtaavan veden aiheuttamia.

Suuri osa poimuvuoriston jäänteistä kerrostuneista sedimenttikivistä on hautautunut Pohjanlahden syvyyksiin tai kulunut kokonaan pois. Kosmiset törmäykset survoivat niitä kuitenkin myös aiheuttamiensa impaktirakenteiden sisään. Näistä lisää myöhemmin!

Maskun Rivieran mikstuurat

Sukelletaan vaihteeksi tulivuorten paukkeesta ja hornankattiloista poimuvuoriston syvyyksiin. Noin 1,8 miljardia vuotta sitten Suomessa kohosi Himalajan kaltainen mannertörmäyksessä syntynyt poimuvuoristo. Sen uumeniin (jopa ~20 km syvyydelle, paine 600 MPa) poimuttuneet sedimentti- ja vulkaaniset kivet alkoivat altistua korkeille lämpötiloille (jopa 800 celsiusastetta). Se oli monelle kivelle liikaa ja ne alkoivat sulaa.

Varsinais-Suomessa sijaitsevalla Maskun Rivieralla on upeasti paljastuneena tällaisia osin sulasta ja osin tummasta sulamattomasta jäännöksestä muodostuneita kiviä. Näitä kutsutaan migmatiiteiksi eli seoskiviksi. Tämän lisäksi Maskun migmatiitit ovat vuoriston sisällä kauniisti poimuttuneet ja hiertyneet. Kallioiden rakenteita voisi ihastella tuntikausia (kuten teimmekin). Alkuperäisen kiven eli protoliitin piirteitä ei näin voimakkaasti muokkautuneista ja muuntuneista kivistä enää tunnista.

Näillä paljastumilla ovat ulkoilijat ja auringonottajat voineet historian saatossa ihmetellä useita kansainvälisesti tunnettuja geologeja. Heitä kallioilla kierrättänyt Turun yliopiston lehtori Markku Väisänen antoi meillekin hyvän opastuksen.

Åvan hornankattila

Tiesitkö, että yhden Suomen kuuluisimman magmaintruusion jäljet voi erottaa satelliittikuvasta tai kartasta! Ahvenanmaahan kuuluvat Bolmön, Åvan ja Storskäretin saaret sekä lukuisat pienemmät saaret ja luodot muodostavat Brändön kunnassa hämmästyttävän pyöreän rakenteen. Mistä tämä johtuu?

1,76 miljardia vuotta sitten kuoren sisuksissa miljoonia vuosia muhinut kidepuuro tunkeutui väkivalloin kohti kuoren ylempiä osia. Tämä tapahtui geologisesti yllättäen ja nopeasti – tutkimusten mukaan jopa alle tunnissa! Kuori pirstaloitui sekä kehämäisesti että säteittäin, ja kivisulat tunkeutuivat muodostuneisiin halkeamiin. Syntynyt jälki kuoren horisontaalilla leikkauspinnalla on kuin joku olisi heittänyt kiven ikkunaan.

Koostumukseltaan graniittinen kivisula asettui kuoressa pääosin rakenteen keskelle ja kehämäisiin vyöhykkeisiin. Piitä vähemmän sisältävät sulat työntyivät myös säteitteisiin halkeamiin, ja ne erottuvat nyt tummina jähmettyneinä juonina saariston kallioissa. Intruusion keskiosista löytyy magman yläpuolella olleen vanhemman migmatiittisen kuoren pirstoutuneita kappaleita, jotka putosivat kivisulan sekaan. Näin syntyi Åvan rengasintruusio – hurjaa menoa Ahvenanmaalla!

Åvan oppaanamme toimi sitä tutkinut Åbo Akademin geologian ja mineralogian professori Olav Eklund. Nyt on kuitenkin parempi siirtyä toistaiseksi turvaan mantereen puolelle… vai mitäs siellä odottaakaan?

Kääpiön pengertie

Kun paksut basalttiset laavavirrat jäähtyvät ja jähmettyvät, ne myös kutistuvat. Tällöin laavapatjaan muodostuu kuusikulmaisia jäähtymisrakoja. Kuusikulmainen rakenne toistuu monessa muussakin luonnon teoksessa, kuten jäkälissä ja hunajakennoissa. Syy tähän on se, että rakenteella on pieni kehän ja pinta-alan suhde ja se on siten energiakulutukseltaan edullinen.

Yksi tunnetuimmista kuusikulmaisia laavapatjan jäähtymispilareita sisältävistä paikoista on Pohjois-Irlannissa sijaitseva ”Giant’s Causeway” eli vapaasti suomennettuna ”Jättiläisen pengertie”. Nämä laavapilarit syntyivät noin 50 miljoonaa vuotta sitten laajojen basalttilaakioiden jäähtyessä.

Enklingen saarelta Ahvenanmaalta löytyy kotimainen versio, joka on noin 1,9 miljardia vuotta vanha. Sille ovat alueella kartoittaneet turkulaiset geologit antaneet nimen ”Midget’s Causeway” eli ”Kääpiön pengertie”. Nimi on sopiva, kun paljastumaa vertaa tunnetumpaan serkkuunsa. Jäähtymisrakenne on todennäköisesti säilynyt kallioperän poimun taivevyöhykkeen sisällä, jossa kiven muokkautuminen ei ole ollut niin voimakasta.

Oli aluksi vaikea uskoa, että tällaista rakennetta löytyisi Suomesta, mutta sen omin silmin nähtyämme on vaikea keksiä sille muutakaan selitystä. Mitä kaikkea uskomatonta kallioperämme kätkeekään sisäänsä!

Magma kohtasi märän sedimentin

Mitä tapahtuu, kun kuuma kivisula kohtaa vetisen sedimentin? Lopputulos on nähtävissä Enklingen saaren kallioissa: kivisula säikähtää ja pilkkoutuu pallosiksi tai epämääräisiksi klönteiksi sedimentin sekaan. Näin syntynyttä kiviainesta kutsutaan ”peperiitiksi”. Tämä läpikotaisin kivettynyt peperiitti muodostui tulivuoren rinteillä 1,9 miljardia vuotta sitten. Pääsimme tutustumaan siihen Åbo Akademin ja Turun yliopiston geologisen kenttäkurssin vieraina.

Pyöreitä kivilajipallosia sisältäviä kerrostumia voi syntyä monilla muillakin tavoilla. Esimerkiksi agglomeraatit ovat syntyneet räjähdyspurkauksessa ilmaan lentäneistä vulkaanisista pommeista. Konglomeraatit koostuvat vuolaasti virtaavan veden tai aallokon seurauksena kerrostuneista kivilajipallosista. Näitä ei ole aina geologinkaan helppoa erottaa toisistaan, varsinkaan ikivanhoista muodostumista.

Yksi asia on kuitenkin varma: jos näet pallosista koostuvia kiviä, ne ovat saaneet alkuunsa varsin suuren energian tapahtumissa!

Missä ympäristöissä tulivuoria esiintyy? Osa 3/3

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. Kolmantena ja viimeisenä esittelyssä laatansisäiset tulivuoret!

Valtameren keskiselänteillä laatat erkanevat ja alityöntövyöhykkeillä törmäävät johtaen eri syistä tulivuoritoimintaan. Miksi tulivuoria löytyy myös laattojen keskeltä, kuten Havaijilta, Yellowstonesta tai Itä-Afrikasta? Tämä ei olekaan helppo kysymys vastata, sillä syitä voi olla hyvin monia! Itä-Afrikan hautavajoamassa Afrikka aloittelee repeämistään ja vaippa sulaa paineen alenemisen seurauksena kuten keskiselänteilläkin. Havaijin ja Yellowstonen alapuolella on vaipan kuuma piste ja siksi kivisulan tuotto on niin suurta.

Kuumien pisteiden todennäköisimpänä syynä pidetään epätavallisen kuumaa vaipan nousuvirtausta, vaipan pluumia. Se voi olla lähtöisin miltei 3000 kilometrin syvyydeltä maapallon ytimen rajapinnalta asti. Laatansisäisen vulkanismin syntyyn voivat myös vaikuttaa ”helposti” sulavat ainekset, kuten vaippaan uponneet kuoren kappaleet. Islannissa kuuma piste on valtameren keskiselänteen alla ja siksi siellä keskiselänne on merenpinnan yläpuolelle paljastunut ja tulivuoret hyvin aktiivisia.

Laatansisäiset tulivuoret ovat hyvin moninainen ryhmä riippuen sulavasta aineksesta ja paikallisen kuoren koostumuksesta. Kaikkea löytyy aina erikoisista Itä-Afrikan karbonatiittitulivuorista Havaijin basalttisiin kilpitulivuoriin ja Yellowstonen sitkaaseen supertulivuoreen. Usko tai älä, mutta kaikille näille mainituille löytyvät vastineet myös Suomen kallioperästä: vastaavina esimerkkeinä Sokli, Kittilän vulkaniitit (kuva, harja mittakaavana) ja Viipurin rapakivibatoliitti! Näistä kuulette vielä…