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.

Kallioperämme tarina, osa 5 – Törmäyksen jäljet Suomen päälaella

Suomen kallioperän kehityshistoriasta kirjoitettaessa nostetaan usein esiin suuri mannertörmäys. Sillä viitataan tavallisesti Svekofenniseen orogeniaan, joka tapahtui noin 1900-1800 miljoonaa vuotta sitten ja jonka aikana nykyisen Etelä-Suomen alueelle kohosi korkea poimuvuoristo. Mekin olemme kirjoittaneet siitä aiemmin tässä blogissa.

Tämä ei suinkaan ollut ainoa mannertörmäys, joka on luonut ja muokannut kallioperäämme. Yksi niistä tapahtui kymmeniä miljoonia vuosia aikaisemmin Suomi-neidon päälaen seudulla.

Kuolan arkeeisen (> 2500 milj. v.) muinaismantereen törmäys Karjalan muinaismantereeseen alkoi noin 1,96 miljardia vuotta sitten. Mantereiden väliin syntyi ensin alityöntövyöhyke ja noin 1,91 miljardia vuotta sitten ne lukkiutuivat toisiinsa kiinni. Törmäyksen sauma on edelleen hyvin näkyvissä Inarin ja lähialueiden kallioperässä.

Lapin granuliittikaari koostuu hyvin korkean metamorfoosiasteen kivistä, joiden ulkonäöstä tulee usein mieleen kivettynyt marjapuuro. Ne edustavat törmäyksessä syntyneen poimuvuoriston taka-altaaseen kerrostuneita sedimenttejä ja magmakiviä. Törmäyksen aikana kivet hautautuivat syvälle, jopa 30 kilometrin syvyyteen maanpinnan alle, ja puristuivat ryttyyn.

Granuliittia Inarissa. Punertavat ”marjat” ovat granaattia, sinertävä suurempi sattuma kordieriittia.

Granuliittikaaren molemmin puolin tavataan tulivuori- ja sedimenttikivien jäänteitä. Pohjoispuolella on itse vulkaanista kaarta ja sen sedimenttejä, eteläpuolella kivilajikokoelma, jota kutsutaan geologiassa nimellä mélange (tarkoittaa ranskaksi kirjaimellisesti sekasotkua). Eteläpuolen kivet jäivät vuorijononmuodostuksessa ylityöntyneen granuliittikaaren alle ja ovat siksi voimakkaasti metamorfoituneita ja hiertyneitä.

Jos siis liikut Sodankylästä Inarin kautta Utsjoelle, matkasi kulku on kallioperägeologisesti seuraavanlainen: aloitat muinaiselta Karjalan mantereelta, ylität vulkaanisen kaarikompleksin ja saavut muinaiselle Kuolan mantereelle. Aikamoinen matkaohjelma 300 kilometrin reitille!

-> seuraava Osa 6

-> edellinen Osa 4

-> alkuun Osa 1

Granuliitit tuottivat Inarin punaiset hiekat

Inarin hiekkarannat ovat usein punasävyisiä. Joskus punertavat osueet erottuvat selkeinä raitoina hieman etäällä rantaviivasta. Nämä punaiset hiekat koostuvat suureksi osaksi granaatti-nimisestä mineraalista . Se on raskaampi mineraali kuin hiekan muut yleisemmät ja vaaleammat jyväset – kuten kvartsi tai maasälpä – ja aallot erottelevat sen hieman vaskoolin tapaan omaksi vanakseen järvien ja jokien rannoille. Toisinaan granaattiraitoja voi nähdä myös aallonmerkkien päälle muodostuneena.

Granaattihiekat ovat pääosin peräisin kivilajin nimeltä granuliitti rapautumisesta. Lapin granuliittikaari kulkee juurikin Inarin ja Ivalon poikki luode-kaakko-suunnassa. Se koostuu hyvin korkeissa lämpötiloissa (> 700 °C) syvällä kuoressa metamorfoituneista kivistä. Ne työntyivät kuoren ylempiin osiin muinaisen meren sulkeutumiseen liittyneessä ryskeessä noin kaksi miljardia vuotta sitten.

Korkean metamorfoosiasteen vuoksi granuliittien alkuperää on hankala tulkita. Sekavaan ja huonosti paljastuneeseen vyöhykkeeseen kuuluu kuitenkin todennäköisesti hyvin moninainen kirjo alkuperältään magmaattisia ja sedimenttikiviä. Granaatti on kuitenkin viihtynyt näissä olosuhteissa hyvin, ja sitä esiintyy paikoin granuliitissa kuin puolukoita marjapuurossa.

Epilogi:
Geologiassa on paljon käytössä ”gran”-etuliitteisiä termejä, jotka helposti saavat niihin tottumattoman kuuntelijan sekaisin. Ne kaikki liittyvät etymologisesti latinan jyvää tai raetta tarkoittavaan sanaan ”granum”. Käydäänpä niistä muutama yleisimmistä läpi:

Granaatti = monimuotoinen kuutiollisten silikaattimineraalien ryhmä. Yleisimmin gneisseissä ja granuliiteissa esiintyvä granaatti on almandiinia, joka on väriltään punainen.

Granuliitti = raitainen ja gneissimäinen, metamorfinen kivilaji, joka on syntynyt korkeassa lämpötilassa (> 700 °C) ja kohtalaisessa tai korkeassa paineessa (2–14 kbar, vastaa noin 5–40 km syvyyttä). Granuliitissa on usein granaattia.

Graniitti = yleinen syvällä kuoressa magmasta kiteytynyt kivi eli syväkivi, jonka päämineraalit ovat maasälpä ja kvartsi. Graniitissakin voi joskus esiintyä granaattia.

P.S. Lisää asiaa granaattihiekoista ja granaatista yleisemminkin löydät Vihreäkiven arvoitus -blogista!

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.