Tiede lehti:
Suomen vankalla kallioperällä
on takanaan rauhaton nuoruus. Täällä on ollut valtameri, tulivuorisaaria
ja uhkeita poimuvuoria. Villit vaiheet tallentuivat kiviin geologien
tulkittaviksi.
Jääkauden
muovaaman saaristomaiseman keskellä on vaikea kuvitella, että meilläkin
on joskus ollut tulivuoria ja Himalajan tyyppisiä poimuvuoristoja.
Peruskallio
itse kuitenkin kertoo tarinaa levottomasta lapsuudestaan tropiikin
tuliperäisillä saarilla ja tyrmäävistä nuoruusvaiheistaan keskellä
mannerten kolaria.
Hurjuus näkyy rantakalliosta
Gåsgrundin
kalliosta löysin selvän merkin valtavien massojen puserruksesta:
tumman, u-kirjaimen muotoisen kiemuran, joka halkoo jään ja aaltojen
silottamaa kalliota. Geologeille se on poimu, mutkalle painunut
kivikerros ja todiste muinaisesta mannerten törmäyksestä.
Näytän valokuvaa poimusta professori
Martti Lehtiselle,
kokeneelle kivitutkijalle, joka hiljan jäi eläkkeelle Helsingin
yliopiston Geologian museon johtajan tehtävistä. Tumma osuus poimun
kyljillä on sarvivälkegneissiä. Sellaista syntyy, kun kivi muuttuu eli
metamorfoituu törmäyksen kovassa paineessa ja kuumuudessa.
Samasta
kalliosta näkyy, että ennen kuin kolari on rytännyt kivikerrokset,
meillä on sauhunnut tulivuoria. Lehtisen harjaantunut silmä nimittäin
paljastaa gneissin alkuperäksi tulivuoren purkaustuotteet: tuhkan ja
räjähtäen sinkoutuneet kivisirut. Vaaleissa raidoissa hän näkee vielä
tuhkaan sekoittunutta savea ja hiekkaa ja niiden perusteella hän arvioi
purkaustuotteiden kerrostuneen matalaan veteen.
Tumman
gneissipoimun yhteen kylkeen on tunkeutunut punertavanruskeaa
graniittia. Katsotaanpa. Gneissi oli siis muodostunut
tulivuorentuhkasta, joka on purkautunut maanpinnalle, mutta graniitin
tiedetään syntyvän syvällä maankuoressa. Kiilan tavoin tunkeutumisesta
kuitenkin näkee, että graniittijuoni on poimutusta nuorempi.
Jotta
tällainen rakenne on voinut syntyä, tuhkakerrosten on täytynyt
törmäyksessä hautautua valtavan syvälle kallioperän uumeniin. Siellä
kivet alkoivat sulaa ja syntyi graniittista magmaa, jota pursui kallion
halkeamiin. Niin saivat alkunsa Etelä-Suomen graniitit - piilossa
kilometrien syvyydessä vuoriston juuriosissa.
Miten kaikki tämä oikein tapahtui, ja kuinka graniitit päätyivät pintaan?
Suomi halkesi valtamereksiValtamerestä
se alkoi. Sellainen oli avautumassa Suomen poikki runsaat kaksi
miljardia vuotta sitten, ja tuosta tapahtumasta käynnistyi Etelä-Suomen
kallioperän kehitys. Täkäläinen vanha manner oli repeämässä, ja
kamaramme muistutti nykyistä Itä-Afrikan hautavajoaman maisemaa.
Repeily
alkoi jo noin 2,5 miljardia vuotta sitten, jolloin vanha manner
sijaitsi trooppisilla leveyksillä päiväntasaajan eteläpuolella.
Mantereen alle kertyi lämpöä, joka pani maapallon uloimman kerroksen eli
litosfäärin tässä kohdin venymään ja natisemaan liitoksissaan. Maa
järähteli, ja kun kivi lopulta antoi periksi, siihen aukesi railoja,
joihin tunkeutui magmaa. Osa siitä purkautui ulos tulivuorista, osa jäi
syvälle kallioperän onkaloihin. Maankuoren liikkeet synnyttivät
kaakkois-luoteissuuntaisia kapeita repeämäaltaita, tulevan meren
enteitä.
Vähä vähältä kuoren venytys jatkui ja vajoamalaaksot
syvenivät ja levenivät. Noin 2,1 miljardia vuotta sitten merivesi täytti
ne. Repeämäkohtaan alkoi kehittyä valtameren selänne, jossa
erkaantuvien litosfäärilaattojen väliin pulppusi magmaa ja siitä syntyi
uutta merenpohjaa.
Merenpohjaakin jäi talteenKappale
täkäläistä merenpohjaa lähes kahden miljardin vuoden takaa on jopa
säilynyt osana kallioperää Outokummussa ja Paltamon Jormualla. Tämä
Jormuan ofioliitiksi kutsuttu merenpohjan kerrostumien poikkileikkaus on
lajissaan ainutlaatuinen, sillä se on maailman vanhin täysin säilynyt
ofioliitti. Se todistaa, että maapallon litosfäärilaatat liikkuivat
ainakin jo noin varhain.
Merenpohjassa muodostui uutta kiveä
muustakin kuin magmasta. Sitä mukaa kuin mantereiden kivet rapautuivat
ja kuluivat, joet kuljettivat irronnutta ainesta valtamereen. Aikojen
kuluessa mereen kerrostuneet sedimentit tiivistyivät ja kivettyivät.
Näin syntyi
sedimenttikiviä: esimerkiksi sorasta karkearakeista konglomeraattia, hiekasta hienompijakoista hiekkakiveä ja savesta sileän näköistä savikiveä.
Etelä-Suomi oli tulivuorisaarinaValtameri
laajeni edelleen, ja sen pohjalaattojen liikkeet nostivat tuliperäisiä
saariketjuja, joiden rantoja trooppinen meri hyväili. Näiden Japania
muistuttaneiden saarten kivestä alkoi muovautua Etelä-Suomen kallioperän
päämassa.
Saarivaihe virisi, kun merenpohjalaatan vanhimmat osat
ikääntyessään jäähtyivät ja tiivistyivät ja kävivät ympäristöään
painavammiksi. Syntyi subduktio- eli alityöntövyöhykkeitä, joissa yksi
laatan osa vajosi toisen alle.
Työntö ei sujunut rauhallisesti ja
sulavasti, vaan maa järähteli ja tulivuoret purkautuivat. Kuumaan
vaippaan painuvan laatan reuna alkoi sulaa ja vapautti nousevaa
kiviainesta, joka matkallaan sulatti osittain myös yläpuolista
merenpohjan laattaa. Siitä erkani erityyppisiä kivisulia, joista
muodostui laatan alkuperäistä kiveä kevyempiä kivilajeja: toisin sanoen
syntyi kevyemmän, mantereisen kuoren paloja.
Sitkaimmat sulat jäivät magmakammioihin kuoren sisään, ja niistä muodostui
syväkiviä,
kuten dioriittia ja graniittia. Näiden kivilajien kiderakenne erottuu
paljaalla silmällä, koska kammioiden hitaan jäähtymisen ansiosta kiteet
saivat kasvaa rauhassa.
Liukkaimmat sulat purkautuivat pinnalle tulivuorten kraattereista. Näin syntyi
pintakiviä, kuten basaltteja, jotka laavan nopean jäähtymisen takia jäivät pienirakeisiksi.
Uusien
pinta- ja syväkivien muodostamat mantereiset kuorenpalat kohosivat
kevyempinä vanhaa merenpohjaa korkeammalle tulivuorisaariksi. Iäkkäimmät
meiltä löydetyt noiden tulivuorten tuottamat kivet ovat noin 1,9
miljardia vuotta vanhoja.
Helsingissä hurjia purkauksiaJälkien
perusteella tulivuorisaarilla kalliot räjähtelivät pirstaleiksi, maahan
satoi kiviä ja tuhkaa, ja ilmaan suihkusi laavaa.
Esimerkiksi
Helsingin Kaivopuiston kallion koillisreunassa konserttiyleisö voi
nykyään kaikessa rauhassa istuskella kivettyneeltä soralta näyttävän
kiven päällä. Sora ei kuitenkaan koostu mistä tahansa murskeesta, vaan
sen yli 64-milliset kivet ovat sataneet maahan tulisuihkun saattelemina
vulkaanisina pommeina.
Lisäksi laavaa purkautui mereen.
Vedenalaisesta jähmettymisestä jäi todisteeksi tyynylaavaa, jonka
rakenne nimensä mukaisesti muistuttaa tyynykasaa. Sellaista syntyy, kun
vesi jäähdyttää kivisulan pinnan niin äkkiä, ettei yhtenäistä
laavavirtaa leviä, vaan merenpohjalle tursuaa kasa pötkylöitä kuin
jättiläisen hammastahnaputkilosta. Pötkylöiden pintaan ei ehdi muodostua
kiteitä lainkaan, joten jäähtymiskuoresta tulee lasimainen kerros. Se
ja tyynyjen väliin kertynyt pehmeämpi, helpommin kuluva kivi paljastavat
muinaisen tyynylaavan muodot nykykallioissa.
Suomi kasvatti omat alpitSeuraavaksi
Suomeen nousi uhkea poimuvuoristo. Tämä tapahtui 1,9-1,8 miljardia
vuotta sitten, kun trooppiset saarikaaret kolaroivat toistensa ja vanhan
mantereen kanssa ja hitsautuivat lopulta kaikki yhteen meidän
tuntemaksemme Suomen kamaraksi.
Törmäyksiä edeltänyttä trooppista
merivaihetta kesti runsaat 200 miljoonaa vuotta. Sinä aikana
litosfäärin liikkeet kuljettivat vanhan mantereen etelästä Kauriin
kääntöpiirin tienoilta päiväntasaajan yli lähelle Kravun kääntöpiiriä.
Ajan mittaan alityöntövyöhykkeet alkoivat niellä litosfäärilaattaa
nopeammin kuin uutta merenpohjaa syntyi. Meri alkoi kutistua.
Tuliperäiset saariketjut ajautuivat kohti mannerta.
Mantereen ja
saarikaarten törmäyksessä litosfäärilaatat puskivat yhteen, mikä tuotti
hurjan paineen ja kuumuuden. Miedommissa oloissa syntyneet mineraalit
kävivät pysymättömiksi, hajosivat ja reagoivat keskenään. Syntyi
metamorfisia kiviä, kuten liuskeita ja gneissejä.
Myös
kivimassojen järjestys sekoittui perusteellisesti. Kerrostumat
pirstoutuivat, hajaantuivat ja likistyivät toisiaan vasten. Maan
pinnalla syntyneet kivet saattoivat hautautua syvälle toisten alle, niin
ettei enää ole itsestään selvää, mikä oli alun perin alla ja mikä
päällä.
Kun kerrokset puristuksessa taipuivat ja ruttaantuivat,
ne saattoivat jopa nousta pystyyn. Esimerkiksi joissakin tienvarsien
kallioleikkauksissa näkee tästä kieliviä pystyjä raitoja. Myös tiukasti
poimuttuneet kiharaiset kerrokset ovat helposti havaittavia rutistuksen
muistomerkkejä.
Valtavan törmäyksen näkyvin vaikutus oli kuitenkin koko maankuoren paikallinen paksuneminen. Se kohosi korkeuksiin.
Graniitit kypsyivät jälkilämmössä
Syvällä poimuvuoriston kätköissä muodostui valtaosa Etelä-Suomen nykyisistä graniiteista.
Niiden
syntyaikoihin, runsaat 1,8 miljardia vuotta sitten, kallioperän
rutistuminen ja kivien metamorfoosi olivat voimakkaimmillaan.
Poimuvuoriston tyviosat painuivat syvälle kuumaan vaippaan, missä ne
sulivat ja lähettivät magmaa kohoamaan kohti pintaa.
Magman nousu
ja viimeisten saariketjujen puskeminen päin mannerta nostivat
lämpötilan kuoressa niin korkeaksi, että myös vuoren uumeniin
hautautuneet savisedimenttiperäiset liuskeet ja gneissit alkoivat sulaa.
Gneisseistä
erkani noin 650 asteessa kivipuuroa, sitkasta graniittista sulaa, joka
erottui sulamattomasta osasta omiksi raidoikseen tai lähti liikkeelle ja
kertyi kiven rakoihin suoniksi, pieniksi silmiksi tai isoiksi
linsseiksi.
Syntyi graniitteja sekä migmatiitteja eli seoskiviä, jotka koostuvat vaaleasta graniittisesta ja tummasta gneissisestä osasta.
Mihin hävisi 18 kilometriä kiveä?
Samaa
vuorten kivisulasta kiteytynyttä graniittia kohtasin kesäretkellä
Gåsgrundin rantakalliolla. Tuntuu uskomattomalta, mutta runsaat 1,8
miljardia vuotta sitten auringonottokallioni piileskeli vielä 18
kilometrin syvyydessä, silloisissa sopivissa oloissa graniittien ja
migmatiittien syntymiselle. Siellä pimennossa vanhojen tulivuorten ja
vastakohonneen poimuvuoriston juuriosissa kehittyi meille tuttu
peruskallio.
Nykyisin Suomen korkokuvassa ei enää näy jälkeäkään
poimuvuoristosta. Itse asias¬sa niin on ollut jo yli puoli miljardia
vuotta: ainakin eläinkunnan aamusta eli kambrikauden alusta lähtien.
Siihen mennessä eroosio oli paljastanut graniitit, joiden harteilla
vuoret lepäsivät. Tämä tiedetään siitä, että samojen graniittien päällä
on paikoin säilynyt kerrostuneina kambrikautisia sedimenttejä. Runsaassa
miljardissa vuodessa eroosio oli höylännyt kallioperästä tuon 18
kilometriä.
Olivatko vuoremme siis kaksi kertaa Everestin
korkuisia? Eivät sentään, vaan syvät juuret nousivat ylemmäs sitä mukaa
kuin huiput kuluivat matalammiksi. Nousu johtui maankuoren pyrkimyksestä
tasapainotilaan.
Maankuori nimittäin kelluu itseään tiiviimmän
vaipan päällä vähän kuin veteen asetettu laudankappale. Kun sen päälle
pinoaa toisen laudan, tulos kyllä kelluu korkeampana mutta samalla sen
pohja alkaa uida syvemmällä. Kooste hakeutuu uuteen tasapainotilaan,
jossa uponneeseen osaan kohdistuva noste on yhtä suuri kuin koko
kappaleen paino. Kappaleissa, joiden tiheys on sama, uintisyvyys riippuu
siis paksuudesta. Niinpä jos toinen lauta taas nostetaan pois,
lautasaari madaltuu ja samalla sen juuriosien uppoama pienenee.
Kelluvan
lautapinon rakentamista ja purkamista vastaava ilmiö tapahtui Suomenkin
maankuorelle, kun se ensin törmäyksessä paksuni ja alkoi sitten
pinnastaan kulua. Vähitellen sen alaosa kohosi ja meidän tutut
graniittimme näkivät päivänvalon.
Jääkausi vain puhdisti pinnatPaljon myöhemmin jääkaudet hioivat omat merkkinsä maankuoreen. Muistan Gåsgrundin silokallion uurteet.
Olivathan
ne vaikuttavia, mutta nykyisin ne tiedetään pelkäksi pintasilaukseksi.
Geologien arvioiden mukaan jää poisti kalliosta vaivaiset seitsemän
metriä: lähinnä puhdisti rapautumispinnat. Samalla se kyllä lakaisi
peruskallion päältä lähes kaikki elämän historian arkistot, sikäli kuin
niitä oli täällä paljon ollutkaan.
Noin 10 000 vuotta sitten
vetäytyvän jäätikön alta paljastui alaston kallio, josta sen
muinaisimmat vaiheet ovat nyt vapaasti luettavissa.
Martti
Lehtinen vertaakin maankamaraamme historiankirjaan, josta on jäljellä
vain ensimmäinen ja viimeinen sivu eli kallioperä ja sen päälle viime
jäätiköitymisen jälkeen kerrostunut maaperä. Meillä on niukasti elämän
kehityksestä kertovia fossiileja, mutta sen sijaan geologimme pääsevät
perehtymään kallioperän syntyprosesseihin, jotka liki kaksi miljardia
vuotta sitten jylläsivät syvällä pinnan alla.
Eeva Mäkelä on filosofian tohtori, geologi ja vapaa toimittaja.
Kolari ruttasi mantereet
Pääteksti
kertoo Etelä- ja Länsi-Suomen kallioperästä, uudesta mantereesta, jonka
pääosa sai alkunsa valtameren tulivuorisaarina noin 1,9 miljardia
vuotta sitten.
Hajanaiset osat Pohjois- ja Itä-Suomea edustavat
puolestaan vanhaa mannerta, joka syntyi jo 3,1-2,6 miljardia vuotta
sitten eri-ikäisten mannersaarekkeiden yhdistyessä.
Sauma vanhan
ja uuden välillä kulkee osapuilleen linjalla Oulu-Joensuu, mutta vanhan
mantereen ja saariketjujen kolari ruttasi ja pirstoi kerrokset niin
pahasti, että on mahdotonta sanoa, missä vanhan valtameren rantaviiva
kulki.
Kallioperämme onkin kuin kokoamistaan odottava geologinen
palapeli: röykkiöittäin sinne tänne lennelleitä magmakerrosten ja
sedimenttipatjojen sirpaleita, joiden mineraalit ovat vielä törmäyksessä
muuttuneet toisiksi.
Lähes 150 vuotta jatkunut järjestelmällinen
kallioperäkartoitus on johdattanut suomalaisgeologit syntyhistorian
jäljille. Lisäapuna ovat olleet geofysikaaliset mittaukset, joilla on
saatu tietoa pintaa syvemmältä.
Geofysikaalisista mittauksista tarkemmin: Kurkistettin Suomen alle, Tiede 6/2005, s. 46-49, tai tiede.fi/arkisto
Miten muinaisuus tunnetaan?
-
Muinaisten mannerten
liikkeitä päätellään tutkimalla kallion magneettisia mineraaleja.
Aikanaan kivisulassa ne järjestyivät vallitsevassa magneettikentässä
kuin kompassineulat. Sulan kiteytyessä suuntaus jäi pysyväksi. Sitä
tulkitsemalla saa selville sekä magneettisten napojen suunnan
kiteytymishetkellä että leveysasteen, jolla manner sijaitsi.
-
Kallioperän tapahtumien järjestyksestä
saadaan osviittaa tarkastelemalla erilaisten kerrosten järjestystä.
Esimerkiksi poimuttuneen aineksen on täytynyt kerrostua ennen
poimutusta, ja toisten lomaan tunkeneet rakenteet ovat viimeisiä
tulokkaita.
-
Tarkkaa ajoitusta varten kiven ikä
määritetään sen sisältämien radioaktiivisten isotooppien avulla. Kun
tietyn isotoopin puoliintumisaika tunnetaan, voidaan alkuperäisen
radioaktiivisen isotoopin ja kiveen kertyneen pysyvän hajoamistuotteen
suhteesta laskea kiven ikä.
Miten leveysaste määritetään
magneettikentän voimaviivojen suunnan perusteella eli
inklinaatiokompassin toimintaperiaate: ks. Tiede 4/2008, s. 46.
Isoissa myllerryksissä laattoja syntyy ja häviää
- Maapallon jäykkä uloin kerros eli kuoren ja vaipan yläosan muodostama l
itosfääri koostuu laatoista, jotka kelluvat allaan olevassa vaipassa ja liikkuvat toistensa suhteen.
-
Merellinen kuori koostuu tiheämmästä kivestä kuin
mantereinen kuori
ja on myös ohuempi. Siksi merellinen litosfääri kelluu vaipassa
syvemmällä ja muodostaa merenpohjaa, kun paksumpi mantereinen litosfääri
kohoaa kuivaksi maaksi.
- Ajan mittaan
uusia laattoja
syntyy ja vanhoja yhdistyy tai vaippaan vajoamalla häviää. Merellistä
kuorta syntyy valtamerten keskiselänteillä vaipasta pursuavasta
magmasta. Mantereista kuorta syntyy alityöntövyöhykkeillä alas painuvan
laatan ja sen päälle kertyneiden sedimenttien sulaessa.
Laattojen
liikkeistä tarkemmin: Kohti uutta Pangaiaa, Tiede 9/2007, s. 16-21,
tai.tiede.fi/arkisto sekä nettiekstra tiede.fi/lehti/laatat
Kivi muistaa syntynsä olot.
Laattojen
törmäyksissä kivet muuttuvat, ja jälkeenpäin niistä näkee höykytyksen
määrän. Kun paine ja kuumuus lisääntyvät, mineraalit reagoivat keskenään
synnyttäen uusille oloille tyypillisiä mineraaliseurueita. Kun rutistus
heikkenee, ne eivät enää muutu.
Esimerkiksi veteen kerrostuneesta
hienorakeisesta savesta tulee ensin liuskeita ja siellä, missä paine ja
kuumuus edelleen kohoavat, lopulta gneissejä ja migmatiitteja.
Kiviä syntyy neljällä tavalla
-
Sedimenttikivet
eli kerrostuneet kivet syntyvät, kun aiempien kivien rapautumistuotteet
kasautuvat kerroksiksi, jotka tiivistyvät ja kivettyvät päällä
makaavien kerrosten painon alla. Raekoosta riippuen esimerkiksi
konglomeraatti, hiekkakivi ja savikivi.
-
Syväkivet
syntyvät hitaasti kallioperän uumenissa, missä niiden kiteillä on aikaa
kasvaa silmin näkyviksi. Esimerkiksi graniitti ja dioriitti.
-
Pintakivet
eli vulkaaniset kivet syntyvät pinnalle purkautuvasta magmasta, joka
jäähtyy niin nopeasti, että kiteet usein jäävät mikroskooppisiksi.
Esimerkiksi basaltti.
-
Metamorfiset eli
muuttuneet kivet syntyvät, kun aiemmat kivet joutuvat voimakkaaseen
puristukseen tai kuumuuteen. Esimerkiksi gneissi ja liuske.
Löydä Helsingin migmatiitit
Etelä-Suomessa
migmatiitit eli graniitin seostamat gneissit ovat hyvin yleisiä. Niitä
syntyi poimuvuoristomme juuriosien sulaessa runsaat 1,8 miljardia vuotta
sitten.
Tyypillinen migmatiitti, punertavien graniittisuonien
halkoma tumma gneissi, on helppo tunnistaa. Mutta migmatiitteja on joka
lähtöön.
Esimerkiksi vanha gneissi näkyy toisinaan riekaleina
vaalean graniitin lomassa tai sitten erottuu enää luikertavina
haamujuovina, kuten Hangon graniitissa. Hangon graniittia voi ihailla
Hangon länsisatamassa mutta myös siitä rakennetun Helsingin
rautatieaseman ulkoseinissä.
Myös raitaiseen migmatiittiin voi
tutustua Helsingin ydinkeskustassa. Sitä on käytetty esimerkiksi
Pohjois-Esplanadin jalkakäytävien ja Kampin Narinkkatorin
päällystämiseen.
Lisäksi Keisarinnankivi keskellä Kauppatoria ja Esplanadin puistossa sijaitsevan Runebergin patsaan jalusta ovat migmatiittia.
Kallioperäkohteissakin
on valinnanvaraa, onhan migmatiitti Helsingin pääkivilaji.
Kaupunkikävelyllä on helpointa suunnata Kaivopuistoon. Siellä tummassa
migmatiittigneississä erottuu selvästi vaaleanpunaisia graniittisuonia.