laavaa - SUOMEN MUINAISET TULIVUORET

Kallioperämme tarina, osa 2 – Vihreäkivivyöhykkeet

Yli 2,5 miljardia vuotta vanhaan arkeeiseen kallioperäämme ei ainoastaan kuulu gneissejä ja granitoideja. Niiden väliin on puristuneena muinaisia sedimentti- ja vulkaanisia kiviä. Näitä muodostumia kutsutaan vihreäkivivyöhykkeiksi. Muodostumien vulkaaniset kivet ovat saaneet vihreän värinsä metamorfoosin seurauksena.

Arkeeisten vihreäkivivyöhykkeiden syntyyn liittyy vielä monia avoimia kysymyksiä. Vihreäkivivyöhykkeiden kiviä on voinut syntyä keskenään hyvin erilaisissa geologisissa ympäristöissä, ja yksittäisen vyöhykkeen sisälläkin voi olla erilaisia kehitysvaiheita. Esimerkiksi Elinan väitöstutkimuksen yhteydessä tehdyissä uraani-lyijy-ajoituksissa selvisi, että Suomen vihreäkivivyöhykkeiden kehitys on ollut monivaiheista.

Vyöhykkeiden tulkintaan oman haasteensa tuo se, että syntynsä jälkeen kiviä on rytistetty vuorijononpoimutuksessa kasaan, ja ne ovat usein hyvin voimakkaasti muokkautuneita. Paikoin on kuitenkin myös säilynyt alkuperäisiä rakenteita – näin on esimerkiksi Kuhmon vihreäkivivyöhykkeellä. Valtaosa vihreäkivivyöhykkeissä säilyneistä tulivuorisyntyisistä kivistä näyttää purkautuneen veden alle.

Karikkeen alta kurkistaa vihreä kivi, joka on vihreäkivi.

On myös vielä epäselvää, kuinka paljon arkeeisena ajanjaksona muodostuneita tulivuoria voi yleensä verrata nykypäivän tulivuoriin. Esimerkiksi maapallon sisukset olivat tuolloin jopa parisataa astetta kuumemmat kuin nykyään. Lisäksi nykyisiin tulivuoriympäristöihin vaikuttava laattatektoniikka ei tuolloin ollut vielä toiminnassa tai se oli hyvin erilaista. Vanhimpien tulivuorisyntyisten kivien tutkiminen ei ole yksinkertaista!

-> seuraava Osa 3

-> edellinen Osa 1

Tulivuorten jälkiä Etelämantereella ja Suomessa

Hei kaikki! Helmikuun alussa Jussi kotiutui onnellisesti Etelämantereelta. Tutkimusmatka oli erittäin onnistunut ja sen vaiheista voit lukea lisää Ilmatieteen laitoksen verkkosivuilta.

Suomen etelämannertutkimusaseman, Aboan, kotivuori koostuu valtavien laakiobasalttipurkausten raunioista. Ne syntyivät Afrikan ja Etelämantereen maamassojen väliseen repeämään dinosaurusten hallitsemalla jurakaudella 180 miljoonaa vuotta sitten. Silloin Afrikka ja Etelämanner olivat vielä osa Gondwana-supermannerta.

Kallioperän tutkimisessa on etunsa: samankaltaisissa prosesseissa syntyneet kivet muistuttavat toisiaan niin Suomessa, tropiikissa kuin Etelämantereellakin. Kirjaprojektia varten tehtyjen kenttäretkiemme aikana vierailimme kotimaisten tulivuorten jäänteillä. Samanlaisia vulkaanisia rakenteita pilkistää mannerjäätikön lomasta 15 000 kilometrin päässä kotoa. Parin miljardin vuoden ikäerokaan ei haittaa. Tässä teille muutamia parhaita paloja!

Mineraaliaineksella täyttyneitä laavapatjan kaasurakkuloita eli ”manteleita” Etelämantereelta (ikä n. 180 milj. v.) ja Sallasta (ikä n. 2500-2400 milj. v.). Valtaosa kaasurakkuloista kertyy laavan pintaosiin jäähtymiskuoren alle. Etelämantereen lohkareessa, joka on ohuen laavapatjan poikkileikkaus, näkyy myös laavapatjan pohjaosaa. Siinä rakkulat ovat piippumaisia.

Basalttisessa laavassa kelluneita ”plagioklaasikukkasia” eli maasälpähajarakeiden kasaumia Etelämantereelta (ikä n. 180 milj. v.) ja Lappeenrannan Taalikkalasta (ikä n. 1600 milj. v.).

Mineraaliaineksella täyttyneitä laavapatjan rakkulasylintereitä Etelämantereelta (ikä n. 180 milj. v.) ja Sallasta (ikä n. 2500-2400 milj. v.). Rakkulasylinterit syntyvät paksun laavapatjan jähmettymisen loppuvaiheessa, kun vapautuneet kaasut ja jäljellä olevat jäännössulat kerääntyvät yhteen laavan sisällä.

Kallioperän halkeamaan tunkeutuneesta kivisulasta kiteytynyt basalttinen juonikivi Etelämantereelta (ikä n. 180 milj. v.) ja Inkoon Kopparnäsistä (ikä n. 1500 milj. v.).

Sallan sykähdyttävät vulkaniitit

Salla vei sydämemme. Siellä on eräitä Suomen parhaiten säilyneitä tulivuoriperäisiä kiviä. Ne syntyivät laajoihin muinaismantereen repeämävyöhykkeisiin 2,5-2,4 miljardia vuotta sitten, suunnilleen samaan aikaan kerrosintruusioiden kanssa. Oppaanamme meillä oli alueella paljon työskennellyt geologi Tuomo Manninen. Hän tiesi näyttää meille parhaat paikat muun muassa Murtovaaralla, Kalliovaaralla ja Känespellalla.

Tuomo kertoi brasilialaisista geologeista, jotka olivat aikoinaan hänen kanssaan ekskursiolla Sallan seudulla:
”He eivät meinanneet uskoa, että Suomesta löytyy tällaisia kiviä.”
Halusimme varmistaa, mitä hän tarkoitti ja kysyimme:
”Niin, siis eivät uskoneet näitä rakenteita, että ovat vulkaanisia?”
”Ei”, Tuomo vastasi, ja jatkoi: ”Se oli heille selvää. He eivät vain uskoneet, että ne voivat olla näin vanhoja.”

Niin ne kuitenkin ovat – metamorfoituneet alhaisessa asteessa, mutta säästyneet syrjässä myöhempien mannertörmäysten suuremmilta muokkauksilta. Se siitä. Muutamia kuvia todisteeksi alle:

Hohkakivikappaleista koostuva purkauskivi

Kuumaan kidetuhkakerrostumaan muodostunut ja mineraaliaineksella täyttynyt ontelo (litofyysi)

Vulkaaninen laavabreksia eli rikkoutunut ja jauhautunut laavavirta

Mineraaliaineksella täyttyneitä kaasurakkuloita eli manteleita laavapatjassa

Suomen vanhimpia vulkaniitteja Kuhmossa

Suomen vanhimmat tulivuorisyntyiset kivet löytyvät Itä- ja Pohjois-Suomesta. Ne muodostuivat maapallon varhaisvaiheessa, ajanjaksona, jota kutsutaan arkeeiseksi eoniksi. Arkeeinen eoni alkoi noin 4 miljardia ja päättyi 2,5 miljardia vuotta sitten.

Arkeeiset vulkaniitit esiintyvät kallioperässämme vihreäkivinä. Vihreäkivet ovat alhaisessa metamorfisessa asteessa muuntuneita vulkaanisia kiviä, jotka ovat tätä nykyä usein väriltään vihreitä. Vihreäkivet esiintyvät usein linttaan rytättyinä, kapeina alueina arkeeisten gneissien ja graniittisten kivien välissä. Näitä alueita kutsutaan vihreäkivivyöhykkeiksi. Vihreäkivivyöhykkeet ovat syntyneet monivaiheisesti ja niiden kaikkein vanhimmat osat ovat iältään 2,94 miljardia vuotta. Tämä ikä on mitattu Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeeltä.

Ryttäyksestä huolimatta alkuperäiset vulkaaniset rakenteet ovat paikoin erinomaisesti säilyneitä. Näin on myös Kuhmon vihreäkivivyöhykkeen Pahakankaalla ja Siivikkovaaralla, jossa vulkaanisten kivien ikä on noin 2,79–2,80 miljardia vuotta. Alueelta löytyy esimerkiksi:

Monipuolinen valikoima merenpohjaan purkautuneita tyynylaavoja.

Mantelikiviä, joissa muinaisen laavapatjan kaasurakkulat ovat täyttyneet valkoisella kvartsilla.

Hyaloklastiitti, joka kertoo laavan kohtaamisesta veden kanssa. Kohtaaminen on ollut väkivaltaisempi kuin tyynylaavojen kohdalla: laava on pirstaloitunut ja jauhautunut pieniksi kappaleiksi.

Spinifex-tekstuuria, jossa alun perin oliviinia olleet kiteet muodostavat tikkumaisia kasaumia. Tämä tekstuuri on tyypillinen erittäin kuumille laavoille (jopa yli 1600 C!), joita ei nykyisellä maapallolla esiinny.

Sattasvaaran rinteiden vedenalaiset laavat

Sattasvaara on kaunis, harmaa ja 360 metrin korkeuteen kohoava nyppylä noin 20 kilometriä pohjoiseen Sodankylästä. Sen rinteillä on paljastuneena merenpohjaan purkautuneiden laavojen ja muiden purkauskivien kivettyneitä jäänteitä. Vierailimme paikan päällä heinäkuussa ja ehdimme retkellämme nähdä tyynylaavan tyynyn ja laavapatjan rakoilua, jotka Geologian tutkimuskeskuksen tutkijat meille ystävällisesti vinkkasivat. Sattasvaaran purkauskivet ovat kiteytyneet yli kaksi miljardia vuotta sitten hyvin kuumista kivisulista. Sellaisia ei niistä ajoista jäähtyneen nyky-maapallon pinnalla enää tavata.

Sattasvaara muistuttaa ulkomuodoltaan rapautunutta tulivuorta ja onpa sitä sellaiseksi ehdotettukin – kraatereineen kaikkineen. Samoin kuin muutkin Suomen samanikäiset vulkaaniset muodostumat, myös Sattasvaaran kerrostumat ovat kuitenkin hautauduttuaan paistuneet ja taipuilleet kilometrien syvyydellä kuoressa. Ne ovat siis uudelleenkiteytyneitä eli metamorfoituneita ja niitä tulisi siksi kutsua metavulkaniiteiksi. Lisäksi Sattasvaaran muodostumaa ympäröivät ja leikkaavat graniittiset kivet, jotka ovat nekin syntyneet syvällä kuoressa. Tulivuorten pinnanmuodot eivät selviä kuoren syvyyksiin ja takaisin pinnalle tällaisessa höykytyksessä.

Muutama kilometri Sattasvaarasta koilliseen sijaitsee sitä ulkomuodoltaan muistuttava Kannusvaara. Se koostuu kvartsiitista eli metamorfoituneesta hiekkakivestä. Lapin vaarat ja tunturit ovatkin tulivuorten sijaan jään ja veden aiheuttaman eroosion muokkaamia poimuvuoriston jäännöksiä. Ne koostuvat erilaisista kivilajeista – pääosin rapautumista hyvin kestävästä kvartsiitista – ja ovat saaneet nykyiset muotonsa ja korkeuseronsa viimeiset pari miljoonaa vuotta vallinneena jääkausiaikana. Miljardien vuosien takaiset pinnanmuodot ja tulivuoret ovat jo aikapäiviä sitten hävinneet.

Vaikka Sattasvaara ei ole nykypäiviin saakka säilynyt varsinainen tulivuori, on sen rinteillä näkyvissä poikkeuksellisen hyvin säilyneitä esimerkkejä muinaisista purkauskivistä. Suosittelemme paikalla vierailua kaikille! Tarkkana on kuitenkin syytä olla, jotta erottaa vulkaaniset rakenteet jäkäläisen rakkakivikon seasta.

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.

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…

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. Korkeassa paineessa 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!