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.