GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS M 19/3813/2002/1 Inari Ivalonjoki, Kolmosenkoski Kari A. Kinnunen Espoo

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS M 19/3813/2002/1 Inari Ivalonjoki, Kolmosenkoski Kari A. Kinnunen Espoo Ivalojoen Kolmosenkoskelta imurikaivumenetelmällä löydetyn Lapin toiseksi suurimman platinahipun (1,6 g) tutkimus näytettä tuhoamattomilla menetelmillä Kari A. Kinnunen

2 1 Suurista hipuista teetetään Kivimuseoon kopiot ja tutkimustulokset arkistoidaan. Johdanto Suurin Lapista tähän mennessä löydetty platinahippu painaa 13,39 g. Se löytyi vuonna 1898 Ivalojoen Kultalasta. Löytäjä on tuntematon. Tämä ennätyshippu kuuluu GTK:n kassakaapissa säilytettävään Lapin hippujen kokoelmaan. Tässä raportissa kuvattava ja analysoitu platinahippu saatiin tutkittavaksi Per-Olof Janssonilta. Hän on ensimmäisenä aloittanut sukeltamalla tehtävän imurikaivuun Lapissa 1960-luvulla. Hippu on löytynyt läheltä alussa mainitun suurimman platinahipun löytöpaikkaa Kolmosenkoskelta. Hippu on tiettävästi toiseksi suurin Lapista löydetty platinahippu ja suurin imurikaivurimenetelmällä sukeltamalla löydetty. Lapin suurikokoisia platinahippuja ei ole tätä ennen tutkittu nykyaikaisin laboratoriomenetelmin. Lapin kullanhuuhdonta-alueiden mikroskooppisia platinapitoisia metallihippuja sitä vastoin on tutkittu varsinkin Lemmenjoen alueelta tarkasti (Törnroos ja Vuorelainen 1987). Tämän tutkimuksen tarkoituksena on ollut alustavasti selvittää eroavatko kookkaat platinahiput joiltakin ominaisuuksiltaan mikroskooppisista hipuista. Kysymyksellä on merkitystä myös malminetsinnän kannalta, sillä maailmalla on viime vuosina esitetty arveluja siitä, että suurehkot platinakasaumat olisivat peräisin toisen tyyppisistä esiintymistä kuin pienemmät. Eräs mahdollinen selitysmalli on se, että isot platinahiput olisivat lähtöisin hydrotermisesti muokkautuneista emäksisistä tai ultraemäksisistä kivilajeista ja/tai niitä leikkaavista kvartsijuonista. Tämän mallin mukaisesti syntyneiden hippujen pitäisi olla koostumukseltaan erityisen platinarikkaita platinan ja palladiumin lejeerinkejä. Hippu tutkittiin käyttäen näytettä tuhoamattomia menetelmiä, joita on kehitetty kallisarvoisten kultahippujen tutkimukseen (Kinnunen ym. 1997). Digitaalikuvaus ja kuvien tulkinta kuva-analyysiohjelmilla (Image Tool 2.02) muodosti osan hipun dokumentointia. Tämän lisäksi tehtiin kirjallisuusetsintää suurimmista tunnetuista platinahipuista. Tämä sen tähden, että Lapin

3 2 platinahiput osattaisiin sijoittaa oikeisiin mittasuhteisiin mahdollista tulevaisuuden kaupallista hyödyntämistä varten. Hipun löytöpaikka ja löytötapa Platinahipun löytöpaikka oli Inarin kunnassa Ivalojoki ja siinä Kolmosenkoski, joka sijaitsee noin 2 km Kultalasta Ivalojoen alajuoksulla. Hippu löydettiin imurikaivumenetelmällä joen pohjasta. Imurikaivuuta tehtiin Janssonin mukaan noin 1,5 km matkalla, joten hipun aivan tarkkaa löytöpaikkaa ei kyetty enää määrittämään (Kuva 1). Janssonin kertoman mukaan kultaa saatiin tältä paikalta lähinnä joenpohjan kallionkoloista ja halkeamista. Maa-aines irrotettiin sukeltamalla, niin että joen pohjaa kaavittiin puukon kärjellä ja käyttämällä sniffler-laittetta. Aines imettiin letkulla pinnalle rännitystä varten. Janssonin mukaan kallionrakojen sedimenttiaines oli köyhtynyt hienoaineksesta, mutta kuitenkin se oli niin tiukkaan iskostunutta että sen irroittamiseen tarvittiin puukkoa tai muuta työkalua. Jansson mainitsi mielenkiintoisena yksityiskohtana, että he olivat havainneet joen pohjalla sukeltaessaan sellaisten hippujen taipuneen, jotka sojottivat rakotäytteestä osittain ulos. Parhaimmat kultapitoisuudet olivat Janssonin mukaan nimenomaan joen pohjan halkeamien täytteissä. Platinahippu löytyi kultahippujen seasta (Kuva 2). Kuva 1. Per-Olof Jansson osoittaa platinahipun löytöpaikkaa Ivalojoen Kultalasta alajuoksulle päin GTK:n Kivimuseossa keväällä Taulun kartta on yhdistelmä alueen korkokuvasta ja kultavaltauksista. Sen on työstänyt Pentti Karhunen. Kuva: Kari A. Kinnunen.

4 3 Kuva 2. Per-Olof Janssonin Ivalojoen Kolmosenkoskelta imurikaivuulla löytämiä suurimpia hippuja. Suurin kultahippu 26 x 13 x 7 mm (18,11 g), toiseksi suurin 16 x 16 x 5 mm (7,78 g) ja pienemmät yhteensä 4,4 g. Platinahippu oikeassa alakulmassa. Kuva: Kari A. Kinnunen. Platinahipun löytötiedot Karttalehti: Koordinaatit: X 7600,17 Y 480,88 Löytöajankohta: 1968 Löytäjä: Per Olof Jansson Löytöympäristö: Ivalojoen pohjan kallionkolojen raskasmineraaleista rikastunut maa-aines Hipun fysikaaliset ominaisuudet Kuvat: 3 ja 4 Läpimitat: 8,9 x 7,2 x 2,9 mm Paino: 1,563 g (mittaus Tuula Laine) Tilavuus: 0,089 (mittaus Tuula Laine) Ominaispaino: 17,71 kolmen määrityksen keskiarvo (mittaus Tuula Laine) Väri: vaalean keskiharmaa N 6 (Munsellin väriasteikolla). Myös kuvaanalyysillä sävyjakaumista kalibroiduista digitaalikuvista määritetyt keskimääräiset RGB-arvot R 89 G 89 B 89 osoittavat värin täysin harmaaksi ilman mitään havaittavia värisävyjä. Muoto: pyöristynyt levymäinen hippu

5 4 Kuva 3. Janssonin platinahipun yläpinta. Hippu voimakkaasti kulmiltaan pyöristynyt. Kolot ovat platinaa kallioperässä ympäröineiden pois rapautuneiden mineraalien jälkiä. Hipun läpimitta 8,9 mm. Kuva: Kari A. Kinnunen. Kuva 4. Janssonin platinahipun alapinta. Hipun läpimitta 8,9 mm. Kuva: Kari A. Kinnunen.

6 5 Hipun kemiallinen koostumus Hippu analysoitiin GTK:ssa SEM-Edax analytiikalla. Kolmen eri paikoista valitun analyysipisteen keskiarvo platinan ja raudan suhteen pelkästään esitettynä on: Pt 91,67%, Fe 8,33% summa 100 paino %. Kemiallisen koostumuksen vaihtelu oli vähäistä, sillä platinapitoisuudet vaihtelivat rajoissa 91,13 92,15 paino % (mittaukset Heli Lallukka). Hipun muiden metallien analysoimiseksi sitä analysoitiin korkeammalla vakuumilla ja käyttäen pidennettyä mittausaikaa. Näin kyettiin määrittämään myös kuparin ja nikkelin pitoisuudet. Rhodiumia ja platinaa ei kuitenkaan kyetty riittävällä tarkkuudella määrittämään. Hipun kemiallisen koostumuksen lopullisen määrityksen teki Bo Johanson SEM-Edax laitteistolla hipun pinnan eri osista. Keskiarvot vaihtelivat merkittävästi kuparin osalta: Pt 92,88 92,37 Fe 6,71 7,78 Cu 0,49 0,01 Ni 0,25 0,16 Summa 100,00 100,00 Hipun pintarakenne Platinahipun pintarakennetta tutkittiin stereomikroskoopilla ja pyyhkäisyelektronimikroskoopillla (SEM). Menetelmänä käytettiin SEM kuvien kuvankäsittelyä rakenteiden korostamiseksi ja mittaukset tehtiin Image Tool kuva-analyysiohjelmalla. Lisäksi käytettiin samaa näytteiden preparointimenetelmää kuin kultahippuihin eli asetaattikalvon valmistusta platinahipun pinnasta optista mikroskopiaa varten. Hipun pinnan mikrorakenne eroaa Lapin kultahippujen pintarakenteesta (Kinnunen 1996, Kinnunen ym. 1997) ja tämä selittyy materiaalieroilla. Platinarautalejeeringit ovat hieman kovempia ja vähemmän plastisia kuin kultahippujen kulta. Merkittävin ero oli siinä, että platinahipun pinnasta puuttuivat kultahipuille luonteenomaiset mikrokiteet. Primaarikolot olivat Janssonin hipun pinnan luonteenomainen piirre (Kuva 5). Ne osoittavat hipun alkuperäksi kallion eikä sedimentin, sillä ne ovat platinaa ympäröineiden mineraalien painaumia, tavallaan valoksia. Painaumat ovat hienorakeisten omamuotoisten mineraalien jälkiä. Mekaaniset vastaavat painaumakolot olivat pieniä ja harvinaisia, vaikka kultahipuissa ne ovat yleisiä. Luonnon mikrouurteet esiintyivät platinahipussa usein samansuuntaisten uurteiden ryhminä (Kuva 6), piirre jota ei ole Lapin kultahipuissa havaittu. Platinahipun reunaosissa oli myös ristikkäisiä uurreryhmiä.

7 6 Kuva 5. Primaarikolot Janssonin platinahipun pinnassa ovat sen tunnusomainen pintarakenne. Kuva-alan leveys vastaa 4 mm. Stereomikroskooppikuva. Kuva: Kari A. Kinnunen. Kuva 6. Mikrouurteet ovat tyypillisiä pintarakenteita Janssonin platinahipun pyöristyneissä kulmissa. Asetaattikalvonäyte läpikulkevassa valossa kuvattuna. Kuva-alan leveys vastaa 0,3 mm. Kuva: Kari A. Kinnunen.

8 7 Platinahipun koloissa havaittava tumma aines (Kuva 5) analysoitiin SEM-Edax menetelmällä (mittaus Heli Lallukka). Platinan ohella analyysi osoitti koloaineksen koostuvan etupäässä kloorista, raudasta, piistä, natriumista, alumiinista ja kalsiumista. Platinapitoisuus selittyy sillä, että elektronisuihkun kolon pohjan platinasta herättämä röntgensäteily pääsee tunkeutumaan aineksen lävitse. Muuten aines on tulkittavissa hienojakoiseksi sedimentti- ja saostumamateriaaliksi kuten tutkituissa kookkaissa kultahipuissa on koloista havaittu. Platinahipun koloaineksen korkea kloori- ja natriummäärä puolestaan selittynee sillä, että hippua on kosketeltu käsin vuosien kuluessa lukuisia kertoja. Hien ja ihorasvan aiheuttama kontaminaatio on todennäköisin selitys näiden alkuaineiden korkeille pitoisuuksille. Hipun aikaisemmasta käsittelystä Jansson kertoi, että hän on kuumentanut platinahippua punahehkuun sen löydettyään. Kuumentaminen on ollut tyypillinen keino kuivata loppuaines ennen kullan erottamista. Platinamineraaleille kuten sperryliitille menettely on ollut tuhoisaa tieteelliseltä kannalta, koska ne ovat näin mineralogisesti muuttuneet. Platinoidilejeeringit eivät kuitenkaan muutu tällaisissa lämpötiloissa. Janssonin mukaan hippu ei mitenkään ulkonäöltään muuttunut kuumennuksessa. Jos kysymyksessä olisi alun perin ollut sperryliittirae, joka kuumennuksessa olisi muuntunut platinaksi muiden ainesosien haihtuessa pois, muutos olisi ollut helposti havaittavissa. Näin ollen voidaan päätellä että tämä platinahippu on tältä osin alkuperäisessä kunnossaan. Tulkintaa Kemiallisen koostumuksen perusteella Janssonin hippu on rautapitoista platinaa (ferroan platinum). Tarkasti ottaen spesiestä ei kuitenkaan kyetä määrittämään pelkästään kemiallisen koostumuksen perusteella, sillä rautapitoisen platinan erottaminen isoferroplatinasta vaatisi myös rakennetietojen selvittämistä (vrt. Cabri ja Feather 1975). Koostumukseltaan Janssonin hippu vastaa eräitä Törnroosin ja Vuorelaisen (1987) Miessijoelta aiemmin tutkimia mikroskooppisia platinahippuja. Janssonin hipun platinapitoisuus on hyvin korkea mikroskooppisten Pt-Fe hippujen platinapitoisuuteen verrattuna. Analyysipisteet ovat hipun pinnasta, joten on mahdollista että hipun sisäosa voi erota platinapitoisuutensa osalta. Uusimpien tutkimusten mukaan, joita on tehty Etelä-Afrikan Bushveld kompleksin alluviaalisista PGM rakeista, rautapitoisten platinahippujen pinnassa on usein Pt(Fe,Cu,Ni) kerros (Oberthur ym. 2002). Tämä kerros voi Bushveldin tutkijoiden mukaan olla muuttumiskerros kuten kultahipuista on havaittu. Janssonin hipun pinnan kemiallinen koostumus on juuri tämän mallin mukainen. Lapin kullanhuuhdonta-alueiden mikroskooppisia platinaryhmän alkuaineiden (PGE) muodostamia mineraaleja on tutkittu parisen kymmentä vuotta erittäin laajasta aineistosta, joka koostui peräti noin PGE rakeesta. Aineiston kokosi kullankaivajilta ja mineraaliharrastajilta edesmennyt mineralogi Yrjö

9 8 Vuorelainen 1980-luvulla. Aineistosta on julkaistu mm. kaksi seikkaperäistä yhteenvetoa: Törnroos ja Vuorelainen (1987) ja Törnroos, Johanson & Kojonen (1996). Yrjö Vuorelainen pyysi kullankaivajilta ja mineraaliharrastajilta lainaksi hienorakeisia upakultanäytteitä. Hän etsi niistä eläkkeellä ollessaan kotonaan pienessä kotilaboratoriossaan Outokummulta käyttöönsä saamallaan vanhalla stereomikroskoopilla platinamineraaleja kultahippujen ja muiden raskasmineraalien joukosta. Ragnar Törnroos analysoi Yrjö Vuorelaisen löydökset Geologian tutkimuskeskuksen mikroanalysaattorilla. Yrjö Vuorelaisen tutkimusaineisto oli kerätty seuraavilta henkilöiltä: Aarne Alhonen, Toivo Heino, Per-Olof Jansson, Erkki Kallioniemi, Pekka Kiviluoto, Lasse Kock, Heikki Koivisto, Heikki Korhonen, Yrjö Korhonen, Erkki Kreivi, Seppo Mauno, Risto Mäläskä, Pertti Nummela, Heikki Pihlajamäki, Ville Saarinen, Pekka Salonen, ja Marjut ja Risto Telilä. Yrjö Vuorelaisen keräämän mikroskooppisten platinoidirakeiden aineiston perusteella (yhteensä noin raetta) Lapin kullanhuuhdonta-alueiden platinaryhmän alkuaineita sisältävät rakeet Lemmenjoen ja Ivalojoen alueella koostuvat noin 95 prosenttisesti sperryliittirakeista. Tämän jälkeen lukuisimmat platinaryhmän mineraalit ovat isoferroplatina, braggiitti, cooperiitti, lauriitti ja vasta tämän jälkeen platina (Taulukko 1 julkaisussa Törnroos ym. 1996). Platinapitoisia mineraalien spesiesten lukumäärä on yhteensä nelisenkymmentä, joista kymmenkunta on yhä nimeämättömiä rakennetietojen puuttumisen takia. Hieman erilaisia tuloksia on esitetty Miessin platinoideista Kari Merenluodon valtaukselta vuosilta 1989 ja 1990 GTK:hon tutkittavaksi saadusta raskasmineraalifraktiosta (Johanson ja Pakkanen 1990). Tutkimuksen tekijät pikkasivat raskasmineraalirikasteista rakeita, joita tutkittiin elektronimikroanalysaattorin energiadispersiivisellä spektrometrillä (EDS). Yhteensä rakeita tutkittiin 32 kpl. Rakeiden lukumääräosuuksien mukaan laskettuna niistä oli 41% Pt, As rakeita (sperryliitti), 34% Pt-Fe lejeerinkiä ja loput 25% rakeista koostuivat Pt, Pd, Au, Cu, Os, Ir, Ru elementtien lejeeringeistä ja yhdestä Pt, Pd, S rakeesta. Platinoidimineraalien suhteellisilla osuuksilla on huomattava ero Vuorelaisen-Törnroosin ja Johansonin- Pakkasen tulosten välillä. Johansonin ja Pakkasen aineisto on luonnollisesti lukumäärältään vähäinen, mutta joka tapauksessa lienee selvää että sperryliitin määrä ei ole läheskään niin suuri kuin aikaisemmin on kuviteltu. Lapin PGE-parageneesien tulkintaa Isoferroplatinan huomattava osuus platinoidirakeista viittaa ainakin niiden osalta magmaattiseen PGE-mineralisaatioon eikä hydrotermiseen. Tämä tulkinta nojautuu Augen ym. (2002) mineraaliparageneettisiin tutkimuksiin Intian Orissan magmaattisista ja hydrotermisistä PGE-mineralisaatioista. Myös kaikkein yleisimmän PGE-mineraalin, sperryliitin, kidemuodosta voidaan päätellä sen emäkivilajin tyyppiä. Koivisto ym. (1980) ovat tutkineet Miessijoen ja Sotajoen alluviaalisten sperryliittien kidemuotoja. He totesivat, että Miessijoella sperryliitit (0,1 0,4 mm) ovat tavanomaisimmin kuutioita ja

10 9 oktaedreja ja vielä yleisimmin näiden kahden morfologian yhdistelmiä. Tällainen vaihteleva morfologia viittaa Shedovin ym. (2002) keräämän kirjallisuusdatan mukaan sperryliittien hydrotermiseen alkuperään. Isoferroplatinan ja sperryliitin osalta tulkinta on siten ristiriitainen tai sitten ne voivat kummatkin olla lähtöisin omasta erillisestä emäkivilajistaan. Tähän viittaa myös platina-rauta lejeerinkien erittäin vähäinen palladiumpitoisuus. Hydrotermisessä platinassa palladiumin osuuden pitäisi nimittäin olla korkea. Arvioita löydön merkityksestä Platinahippuja on löytynyt Lapista vähän. Selityksenä on metallisen platinan vähäisyys kultaan verrattuna granuliittikaaren kivilajeissa ja moreenissa. Isohkojen platinahippujen äärimmäiseen harvinaisuuteen lienee muitakin syitä. Platinahiput näet muistuttavat eräitä Lapin rännitysupien raskasmineraaleja kuten hematiittia ja pyriittiä. Platinahippujen hyvin pieni löytömäärä voi osittain selittyä sillä, että niitä on pidetty tällaisina melko tavallisina mineraaleina. Platinoidipitoisten rakeiden väri vaihtelee harmaasta kellertävän harmaaseen eikä kidemuotokaan tavallisesti auta tunnistusta, koska rakeet ovat mekaanisesti ainakin jossain määrin pyöristyneitä. Ainut yksinkertainen tuntomerkki on erittäin korkea ominaispaino, mutta sen arviointi ilman laboratoriolaitteita on pienistä rakeista lähes mahdotonta. Voidaan olettaa, että suurin Lapista raportoitu platinahippu (13,4 g) on lähellä alueen suurimpia mahdollisia. Tällöin suurimmat Lapista tavatut platinahiput ovat yli kertaluokan pienempiä kuin suurimmat sieltä tavatut kultahiput (noin 400 g). Näin on Lapissa ja myös kaiketi maailmanlaajuisesti. Suurin tunnettu platinahippu painoi 9,635 kg. Se löydettiin Uralilta Venäjältä vuonna Hippu on sulatettu pian löytymisensä jälkeen. Tiettävästi suurin olemassa oleva platinahippu on nimeltään Uralin Jättiläinen, ja se painaa 7,860 kg. Sekin on löydetty Uralilta ja se on näytteillä Moskovan Kremlissä. Kolmanneksi suurin platinahippu painaa 6,2 kg ja on mitoiltaan 12 x 10 x 8 cm. Venäläinen prinssi Anatoli Nikolajevich Demidov lahjoitti sen vuonna 1859 Wienin Luonnonhistorialliselle museolle, jossa hippu yhä on vitriinissä museon palatsimaisissa tiloissa. Vastaavasti suurin tunnettu kultahippu Australiasta painoi lähes kertaluokan enemmän eli noin 71 kg. Kirjallisuus Auge, T., Bailly, L., Cocherie, A., Genna, A., Guerrot, C., Lerouge, C., Mukherjee, M.M. ja Patra, R.N. (2002) Magmatic and hydrothermal platinumgroup element mineralization in the Baula Area, Orissa, India. 9 th International Platinum Symposium, July 21-25, 2002, Billings, Montana, USA, ei sivunumeroita, yht. 4 s.

11 10 Cabri, L.J. ja Feather, C.E. (1975) Platinum-iron alloys: a nomenclature based on study of natural and synthetic alloys. Canadian Mineralogist 13, JERNSTRÖM, A. M.: Material till finska Lappmarkens geologi. 1. Utsjoki och Enare Lappmarker. - Dissert u. Bidrag till kännedom af Finlands natur och folk Tafel. 1 Karte. S Johanson, Bo ja Pakkanen, Lassi (1990) Lemmenjoen alueen Miessijoen platinahippujen mikroanalysaattoritutkimuksen tulokset. Liite 1 raportissa: Rapakallio- ja moreeninäytteenoton jalometallitulokset Inarin Naukussuon alueella vuonna 1991, Pekka Nurmi, Pekka Huhta ja Pertti Hakala, Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti M19/3812/-91/1, 16 s. ja 22 liitettä. Kinnunen, Kari A. (1996) Classification scheme for surface textures of gold nuggets from Finnish Lapland. Bulletin of the Geological Society of Finland 68, Part 2, Kinnunen, Kari A.; Johanson, Bo; Terho, Mauri; Puranen, Risto Nondestructive analysis of morphology, chemical composition and physical properties of large gold nuggets from Finnish Lapland. In: Autio, S. (ed.) Geological Survey of Finland, Current Research Geological Survey of Finland. Special Paper 23, Koivisto, H., Vuorelainen, Y. ja Sahama, Th.G. (1980) Alluvial sperrylite from Finnish Lapland. Mineralogical Record 11 (5), Oberthur, T., Melcher, F., Gast, L., Wöhrl, C. ja Lodziak, J. (2002) Detrital platinum-group minerals (PGM) in Rivers of the Bushveld Complex, South Africa A reconnaissance study. 9 th International Platinum Symposium, July 21-25, 2002, Billings, Montana, USA, ei sivunumerointia, yht. 4 s. Shedov, G.I., Nekos, V.V. ja Uimanov, A.M. (2002) The post-magmatic genesis of sperrylite from some gold placers in south part of Krasnoyarsk Region (Russia). 9 th International Platinum Symposium, July 21-25, 2002, Billings, Montana, USA, ei sivunumerointia, yht. 4 s. Törnroos, R. ja Vuorelainen, Y. (1987) Platinum-group metals and their alloys in nuggets from alluvial deposits in Finnish Lapland. Lithos 20, Törnroos, Ragnar; Johanson, Bo; Kojonen, Kari Alluvial nuggets of platinum-group minerals and alloys from Finnish Lapland. In: IGCP project 336 symposium in Rovaniemi, Finland, August 21-23, 1996 : program and abstracts. Turun yliopiston geologian ja mineralogian osaston julkaisuja 38,