purkauskivi - SUOMEN MUINAISET TULIVUORET

Kallioperämme tarina, osa 4 – Repeilyä ja kaikkea muutakin

Arkeeisen muinaismantereemme repeily ei suinkaan päättynyt 2,5-2,4 miljardia vuotta vanhoihin kerrosintruusioihin. Tämän jälkeenkin, aikavälillä 2,4-2,1 miljardia vuotta sitten, manner repeili useita kertoja ja useissa eri vaiheissa. Repeämisten aikana kivisulat sekä kiteytyivät maankuoren sisässä intruusioiksi (myös rakoihin juonikiviksi) että purkautuivat maanpinnalle muodostaen tulivuoria. Näitä paikoin todella hyvin säilyneitä tulivuorikiviä kävimme viime kesänä tarkastelemassa esimerkiksi Sallan alueella.

Mannerrepeämän tulivuoriperäistä kiveä (breksioitunut laavavirta) Sallassa

Tulivuoriperäisten kivien muodostumisen lisäksi repeämäaltaisiin ja arkeeisen mantereen reunustalle kerrostui sedimenttejä. Altaiden kvartsihiekoista muuntui ajan ja geologisten prosessien myötä kestäviä kvartsiitteja, jotka muodostavat nykyään monen laskettelukeskuksen perustan. Matalassa meressä viihtyivät sinilevät, joiden yhdyskuntien muodostamat stromatoliitit edustavat vanhimpia elämän merkkejä kallioperässämme.

Kivet eivät suinkaan ole alkuperäisillä paikoillaan, vaan niitä lytättiin ja poimutettiin myöhemmissä mannertörmäyksissä ja vuorijonopoimutuksissa. Osa Lapin tulivuoriperäisistä kivistä liittyy myös tällaisiin törmäysympäristöihin. Näistä lisää sarjan seuraavassa osassa!

-> seuraava Osa 5

-> edellinen Osa 3

-> alkuun Osa 1

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

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.

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!

Missä ympäristöissä tulivuoria esiintyy? Osa 2/3

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. Toisena esittelyssä subduktio- eli alityöntövyöhyke!

Alityöntövyöhykkeillä kivikehän laatat törmäävät ja raskaampi työntyy toisen alle vaippakerrokseen. Yksi yleinen virheellinen käsitys alityöntövyöhykkeisiin liittyen on, että kivisulien muodostuminen olisi laattojen välisen kitkalämmön aiheuttamaa. Syy on kuitenkin paljon yllättävämpi – nimittäin merivesi! Alityöntyvään mereiseen laattaan sitoutunut merivesi vapautuu sukeltavasta laatasta sen yläpuolelle vaipan kuumaan kiviainekseen. Vesi on tehokas agentti rikkomaan vaipan sisältämien mineraalien sidoksia ja vaipan sulamispiste alenee, joka johtaa kivisulan ja lopulta tulivuorien muodostumiseen.

Alityöntövyöhykeiden tulivuoret, kuten Tyynenmeren tulirenkaalla, ovat siis meriveden geologisen kierrätyksen seurausta! Niiden suuret vesipitoisuudet osaltaan edesauttavat niiden purkautumista räjähtämällä, kun kivisulaan sitoutunut vesi ja muut volatiilit komponentit erottuvat ja laajenevat kuumiksi kaasuiksi kivisulan kohotessa kohti maanpintaa.

Suomessa on säilynyt useiden eri alityöntövyöhykkeiden tulivuorten räjähdyspurkausten jäänteitä. Valtaosa niistä keskittyy eteläiseen Suomeen ja ne liittyvät 1,9-1,8 miljardia vuotta sitten tapahtuneeseen suureen mannertörmäykseen. Esimerkkejä löytyy niin pääkaupunkiseudulta, Pirkanmaalta (kuva Ylöjärveltä), Turun seudulta kuin Pohjanmaaltakin.

Vihreäkivet ovat muistoja tulivuorista

Jos olet kiinnittänyt asiaan huomiota, olet varmaan törmännyt tummanpuhuviin mutta samalla hieman vihertäviin kiviin joskus ulkoillessasi. Niitä löytyy paikoin kallioista sekä lohkareina mannerjäätikön kerrostamista moreeneista.

Vihertävät tummat hienorakeiset kivet ovat ehkä maallikollekin selkeimmin tunnistettavia muinaisia tulivuoriperäisiä kiviä. Niistä voi löytyä monenlaisia rakenteita, jotka kertovat niiden vulkaanisesta ympäristöstä (katso kuva).

Kotimaista kallioperäämme on sen verran höykytelty vuosimiljardien aikana, että mustien basalttisten kivien alkuperäinen mineraalikoostumus on muuntunut. Esimerkiksi sellaiset mineraalit kuten epidootti, kloriitti ja erilaiset amfibolit antavat vihreäkivelle sille ominaisen värin. Ne kasvavat kuoreen hautautuneeseen vulkaaniseen kiveen muutaman sadan asteen lämpötilassa ja noin 10-20 kilometrin syvyydessä. Näitä paistumisolosuhteita kutsutaankin ”vihreäliuskefasieksen” olosuhteiksi.

Suomesta löytyy kymmeniä graniittisten kivien väliin puristettuja vihreäkivivyöhykkeitä, joilla tulemme vierailemaan projektin aikana. Ne ovat kotimaisen geologian ja muinaisen tulivuoritoiminnan kuumia pisteitä!

**Vihreäkiviä vasemmalta ylhäältä myötäpäivään**: Veteen purkautuneita tyynylaavamuodostumia Kajaanin Jormuassa; Räjähdyspurkauksessa syntynyttä heittelekiveä irtolohkareessa Helsingin Ullanlinnassa; Veteen kerrostunutta tuhka-ainesta irtolohkareessa Helsingin Uutelassa; Laavakiveä Kuhmon vihreäkivivyöhykkeellä.

Kevään tulivuoriavaus Vuosaaressa

Ensimmäinen ulkokeikka talven jälkeen ja suuntana Uutelan ulkoilualue Helsingin Vuosaaressa. Tällä alueella on parhaita paikkoja bongailla tulivuoriperäisiä kiviä pääkaupunkiseudulla. Kaikkea muutakin mielenkiintoista löytyy.

Skatanniemen itäpuolen kalliopaljastumilla on alun perin veteen kerrostuneita kivettyneitä sedimenttikerroksia. Niiden välissä on kidetuffi, joka koostuu tulivuoren räjähdyspurkauksessa kerrostuneista kiteistä ja tuhkasta. Se erottuu karkearakeisempana välikerroksena hienorakeisemman sedimenttiaineksen seasta ja siinä on kulmikkaita tummia sarvivälkekiteitä. Sen ikä on noin 1,9 miljardia vuotta ja synty-ympäristö alityöntövyohyke, geologisesti hieman kuten Indonesian tulivuorikaari nykyään.

Filbunkenin entinen luoto, joka kohoaa nyt kalliona Aurinkolahden uimarannan keskellä, koostuu myös vulkaanisista kivistä, vaikka siinä ei niin selkeästi olekaan vulkaanisia rakenteita nähtävillä. Se on mannerjäätikön tulosuunnasta (~pohjoinen) silottama ”valaanselkä”, jonka suojapuolelta (~etelä) mannerjäätikkö lohkoi paloja vietäväkseen. Kallion uurteissa näkyy ainakin kaksi hieman toisistaan poikkeavaa eri-ikäistä kulkusuuntaa. Käypä katsomassa löydätkö ne!

Uutelassa opetetaan myös Helsingin yliopiston geotieteiden kandiopiskelijoille geologista kartoitusta. Geotieteiden kandiohjelma kasvatti tänä keväänä suhteessa eniten hakijamääränsä Helsingin yliopiston koulutusohjelmista. Upea saavutus!

Tänne palaamme vielä uudestaan, kunhan lumet vielä vähän enemmän sulavat. Tiedossa muun muassa veden alle purkautuneita tyynylaavoja! Kypsyipä kallioilla käyskennellessä ajatus Vuosaaren tulivuorioppaan kirjoittamisesta ihan erillisenä teoksenaan. Olisiko kiinnostusta?