Tulivuoret - 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 3 – Kerrosintruusiot

Pääosa arkeeisesta kallioperästämme oli arkeeisen eonin loppuun (2,5 miljardia vuotta sitten) mennessä kerääntynyt yhdeksi mantereeksi. Pian proterotsooisen eonin alussa, noin 2,44 miljardia vuotta sitten, manner alkoi kuitenkin repeillä ja repeämiin työntyi maapallon vaipasta hyvin kuumia kivisulia.

Kuoren heikkousvyöhykkeisiin syntyi suuria magmasäiliöitä, jotka täyttyivät kivisulista. Kivisulista kiteytyvät mineraalit erottuivat erillisiksi kerroksiksi, joista muodostui karkearakeisia syväkiviä. Niitä kutsutaan kerrosintruusioiksi. Alun perin kuoren sisällä muodostuneita kerroksia voi nykyään havaita kalliopaljastumissa.

Penikoiden kerrosintruusion ”magmakerroksia”. Reiät ovat näytteenottoa varten geologin käsikairalla tekemiä.

On mahdollista, että repeäminen liittyi planetaarisen mittakaavan mullistuksiin. Maapallon syvyyksistä, ehkä jopa vaipan ja ytimen rajapinnalta 2900 kilometrin syvyydeltä asti, kohonneet kuumat vaipan nousuvirtaukset kohtasivat arkeeisen muinaismantereemme ja se alkoi hajota. Manner ei kuitenkaan revennyt kokonaan, mutta yrityksestä jäi muistoksi repeämiin syntyneet kerrosintruusiot.

2,44 miljardia vuotta sitten tapahtuneella mineraalien erkaantumisella on ollut myös taloudellinen merkitys. Kemin Elijärven kaivos on vuodesta 1968 louhinut Kemin intruusion kromiitista (FeCr₂O₄) koostuvaa kerrosta muun muassa ruostumattoman teräksen raaka-aineeksi.

-> seuraava Osa 4

-> edellinen Osa 2

-> 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

Kallioperämme tarina, osa 1 – Suuri jakolinja

Karkeasti Raahesta Tohmajärvelle kulkee geologinen raja, joka jakaa kallioperämme perustan kahteen osaan. Pohjoinen puoli koostuu suurelta osin ikivanhoista arkeeisista (> 2,5 miljardia vuotta) gneisseistä ja graniiteista. Eteläinen puolisko on vähintään 500 miljoonaa vuotta nuorempaa.

Kumpikaan puolisko ei suinkaan ole niin yksinkertainen kuin yllä oleva suurpiirteinen kartta antaa ymmärtää. Ne koostuvat useissa eri kehitysvaiheissa syntyneistä magma-, sedimentti- ja metamorfisista kivistä. Lisäksi arkeeisen puoliskon päällä ja sisällä on myös sitä paljon nuorempia muodostumia.

Toistaiseksi vanhin löydetty arkeeinen kivemme on Pudasjärven Siurualta. Kiven muodostumisikä on noin 3,5 miljardia vuotta ja siitä löydetty vanhin yksittäinen kide on iältään noin 3,7 miljardia vuotta. Jos maapallon ikä käsitettäisiin vuorokautena, kello näytti kiteen kiteytyessä seitsemäntoista yli neljä aamuyöllä. Elettiin maapallon lapsuutta.

Siuruan gneissin syntyresepti oli todennäköisesti seuraavanlainen: Aivan aluksi tuotetaan tulivuoritoiminnan kautta basalttista laavakiveä. Se kyllästetään vedellä ja kuumilla liuoksilla ja haudataan syvälle maankuoreen. Tämän jälkeen basalttinen kivi sulatetaan osittain. Muodostuneet sulat kerätään yhteen ja ne jähmettyvät hiljalleen uudeksi kiveksi. Myöhemmissä myllerryksissä kivi vielä kiinteässä tilassa muuttaa muotoaan ja uudelleenkiteytyy. Lopputuloksena on voimakkaasti muuntunut ja suuntautunut karkearakeinen kivi, gneissi. Armotonta menoa suorastaan – ja aikaakin reseptin toteuttamiseen tarvitaan!

Pohjois- ja Itä-Suomen ikivanhoista alueista alkaa kallioperämme tarina, jonka käymme pääpiirteissään läpi tässä nyt alkavassa blogisarjassa, joka raottaa tulevan kirjamme taustatarinaa. Mukana on jo tuttuja paikkoja, mutta myös uusia tuttavuuksia!

Maapallon arkeeisen (>2,5 miljardia vuotta) kallioperän alueet. Lähde täällä.

-> seuraava Osa 2

Kiven iän selvittämisestä lyijyttömään bensiiniin

Mitä hyötyä on ikivanhojen kivien tutkimisesta? Tämä kysymys tulee toisinaan vastaan, ja lähtökohta kysymykselle on ymmärrettävä. Voi olla vaikea nähdä suoraa yhteyttä miljardeja vuosia vanhan kivimöykyn ja nykyisen yhteiskuntamme välillä.

Suuri osa maapallomme luonnonvaroista kuitenkin liittyy muinaisiin kiviin, ja usein tulivuoriperäisiin sellaisiin. Niiden perustutkimus voi myös johtaa yllättäviin tapahtumaketjuihin, jotka vaikuttavat suoraan arkeemme. Näin oli myös seuraavassa tapauksessa.

Kiven ikämääritys voidaan tehdä esimerkiksi radioaktiiviseen hajoamiseen perustuvalla uraani-lyijy-menetelmällä. Ensimmäiset tarkat uraani-lyijy-ajoitukset kivistä tehtiin 1950-luvulla Yhdysvalloissa. Aluksi geokemisti Clair C. Pattersonin (1922-1995) tekemissä analyyseissa oli koko ajan pientä epätarkkuutta: lyijyä ei millään saanut analysoitua täysin luotettavasti. Patterson oivalsi, että lyijyä, myrkyllistä raskasmetallia, oli ylen määrin kaikkialla ympäristössä. Hän päätti eristää laboratorionsa tarkasti ulkomaailmasta ja analyysit alkoivat sujua.

Myöhemmin Patterson alkoi kollegoineen tutkia lyijyn yleisyyttä ja tuoda aihetta esille yhteiskunnalliseen keskusteluun. Tutkimus ja valistustyö johtivat lopulta lyijyttömän bensiinin kehittämiseen ja sitä kautta lyijypäästöjen ja -myrkytysten merkittävään vähenemiseen. Tätä ennen Patterson oli vuonna 1956 julkaissut ensimmäisen meteoriittien U-Pb-ajoitukseen perustuvan arvion maapallon iästä: 4,55 ± 0,07 miljardia vuotta.

Tällaiset tapahtumaketjut ovat perustutkimuksen suola – esimerkiksi sähköä, puhelinta tai tietokonetta ei olisi keksitty ilman ympäröivästä maailmasta kiinnostuneiden ihmisten yllättäviä löytöjä. Kun tutkijat saavat vapaasti kokeilla aiemmin tuntemattomia asioita, syntyy uutta tietoa. Soveltava tutkimus ei yksin tähän kykene, sillä se hyödyntää suurelta osin jo olemassa olevaa tietoa. Jos tietäisimme aina etukäteen, mihin tutkimuksemme johtavat, ei tutkimuksella olisi mitään virkaa.

Tästä syystä myös geologinen perustutkimus on ollut ja on edelleen tärkeää. Tulevaisuudessa geotieteet ovat vieläpä erityisasemassa, kun erilaisiin haasteisiin etsitään ratkaisuja. Näihin kuuluuu esimerkiksi sen lyijyttömän bensiinin korvaaminen vähäpäästöisemmillä energialähteillä.

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.).

Blogi hiljenee talvikaudeksi

Kesä ja syksy ovat olleet antoisia ja kirjan kirjoitustyö on edennyt hyvin. Materiaalista ei todellakaan ole pulaa! Projektistamme on tehty vuoden mittaan myös useita lehtiartikkeleita. Artikkelit ovat maksumuurien takana, mutta löydät linkit juttuihin blogitekstin lopusta.

Tämä on viimeinen blogiteksti ennen ensi kevättä. Kirjan toinen kirjoittaja, Jussi Heinonen, lähtee nimittäin avustamaan Helsingin yliopiston Luonnontieteellisen keskusmuseon eli Luomuksen geologisissa tutkimuksissa Etelämantereelle. Matkan vaiheita voit seurata Ilmatieteen laitoksen sivuilta. Jussin ollessa Etelämantereella Elina Lehtonen keskittyy työstämään ja hiomaan tähän mennessä luonnosteltuja lukuja eteenpäin.

Hyvää joulua ja uutta vuotta! Pysytään lämpiminä ja palataan asiaan ensi vuonna.

Kirjaprojektistamme poikineet lehtijutut:

Nokian Uutiset 26.5.2022: Tiesitkö, että Nokialla on vielä jälkiä muinaisista tulivuorista? – Näillä ohjeilla löydät paikat itse

Turun Sanomat 6.6.2022: Maskun päällä oli aikoinaan 20 kilometriä korkea vuoristo, jonka jäänteitä tullaan nyt tutkimaan kaikkialta maailmasta – paikalla saattoi sijaita myös tulivuori (Tähän meitä ei haastateltu suoraan, sillä olimme itse estyneitä opastamaan toimittajaa paikan päällä. Alun perin meille tulleen haastattelupyynnön välitimme tuntemallemme paikalliselle asiantuntijalle.)

Etelä-Saimaa 25.7.2022: Suurin osa Lappeenrannasta lepää muinaisen supertulivuoren päällä

Lieksan Lehti 18.10.2022: Tunnelmia Kolilta 2,3 miljardin vuoden takaa – ”uskomattomat tarinat ovat työmme keskiössä”

Lapin Kansa 21.10.2022: Suomen nuorimmat tulivuoret ovat sijainneet Lapissa
(ilmestyi vain painettuna)

Kainuun Sanomat (Kainari) 22.10.2022: Jormualla on maailman vanhinta merenpohjaa ja merellisiä laattoja – Milloin ikä selvisi ja mitä muinainen kallioperä kertoo?

Nuorimmat Suomen kallioperässä möyrineet magmat

Suomen kallioperä on pääosin ikivanhaa, yli miljardin vuoden ikäistä. Tätä nuorempiä sedimenttikiviä löytyy pieninä esiintyminä muun muassa Käsivarresta, Oulun seudulta sekä Satakunnasta ja Lauhanvuorelta.

Mutta mitkä ovat Suomen nuorimmat magmasta eli kivisulasta kiteytyneet kivet? Niitä ovat esimerkiksi kimberliitit, joita löytyy timantteja 600 miljoonaa vuotta sitten kuljettaneista purkauspiipuista. Tämän lisäksi meillä on kaksi pientä magmakiviesiintymää, jotka ovat vielä tätäkin nuorempia. Kuusamon Iivaaran ja Savukosken Soklin pyöreät intruusiot ovat iältään 360-380 miljoonaa vuotta. Ne kiteytyivät devonikaudella, jolloin ensimmäiset sammakkoeläimet astelivat kuivalle maalle.

Iivaaralta nimensä saanutta kivilajia, ijoliittia, vaaran huipulla. Se sisältää Suomen kallioperässä harvinaisia mineraaleja, kuten nefeliiniä (vaalea maasälvänsijainen) ja egiriiniaugiittia (tumma pyrokseeni).

Iivaaran ja Soklin intruusiot ovat molemmat koostumukseltaan epätavallisia. Ne liittyvät laaja-alaisempaan magmaattisen vyöhykkeeseen, josta suurin osa sijaitsee Venäjällä. Intruusioiden magmat syntyivät, kun maapallon vaipassa tapahtui hyvin vähäistä osittaista sulamista. Tällöin magmoihin rikastui paljon harvinaisia alkuaineita, jotka ovat esimerkiksi Soklissa jo pitkään kiinnostaneet malminetsijöitä. Soklin tutkimukset ovat nyt käynnissä kotimaisin voimin.

Soklin karbonatiitti ei ole paljastuneena, mutta maankamaran korkean kalkkipitoisuuden voi havaita Itä-Lapille poikkeuksellisen rehevästä kasvillisuudesta.

Soklin karbonatiitin rapautumiskuorta tutkimuskuopan pohjalla.

Soklin karbonatiittia halkaistussa kairasydämessä.

Soklin kaltaisiin niin kutsuttuihin karbonatiittisiin magmoihin liittyy nykymaapallon erikoisin tulivuori, Ol Doinyo Lengai Tansaniassa. Sen laava virtaa kuin kuravesi ja muuttuu kiteytyessään mustasta valkoiseksi. Karbonatiittinen magma muistuttaa kemialliselta koostumukseltaan sedimenttistä kalkkikiveä.

Iivaaran ja Soklin jälkeen pieniä määriä kivisulaa on syntynyt esimerkiksi maanjäristyksissä ja Lappajärven meteoriitti-impaktin yhteydessä. Suurimman osan monisoluisen ja monimutkaisen elämän kehityksen ajasta kallioperämme on kuitenkin saanut olla rauhassa!

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

Kuumien magmojen kerroksia Etelä-Lapissa ja Pohjois-Pohjanmaalla

Kivissä näkyvät kerrokset ovat useimmiten syntyneet sedimentteihin tai muihin pinnalla syntyneisiin muodostumiin. Kerroksia voi kuitenkin muodostua myös maankuoren uumenissa.

Noin 2,5–2,4 miljardia vuotta sitten nykyään Suomen geologisen ytimen muodostava muinaismanner repeili aivan kuten itäinen Afrikka tällä hetkellä. Näihin repeämiin tunkeutui vaipasta kuumia kivisulia, joista osa purkautui maanpinnalle ja osa jähmettyi maankuoreen magmakammioiksi.

Magmakammiot muodostavat parisataa kilometriä pitkän epäjatkuvan ketjun Pohjanlahden perukoilta Kuusamoon. Suurten magmakammioiden jäähtyminen kesti pitkään, ja niissä kiteytyneillä mineraaleilla oli siten aikaa erottua omiksi kerroksikseen kammioiden sisällä.

Yleensä mineraalit ovat kivisulaa raskaampia ja painuvat kammioiden pohjalle. Kiteiden erkaantuessa myös jäljelle jääneiden kivisulien koostumus muuttuu. Tätä kutsutaan fraktioivaksi kiteytymiseksi, ja se on planeettamme tärkein kivisulien koostumusta muuttava tekijä.

Suomessa retkeilijä voi nykyään astella näiden suurten magmakammioiden raunioilla. Oikeassa paikassa voi nähdä edelleen magmasta kiteytyneiden mineraalien muodostamat kerrokset. Niitä kävimme ihailemassa esimerkiksi Ala-Penikalla ja Paasivaaralla Simossa sekä Näränkävaaralla Kuusamossa. Paasivaaralla kerrokset ovat paljastuneet ja rapautuneet siten, että niiden päällä voi loikoilla. Loikoilleissa voi miettiä niiden aikoinaan muodostuneen yli 1200-asteisesta kidepuurosta.