SODANKYLÄN KVARTSITÄHTIKIVEN TUNNISTAMINEN JA LABORATORIOTUTKIMUKSET

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Malmiosasto M19/3712/97/ Sodankylä Kari A. Kinnunen ja Risto Vartiainen SODANKYLÄN KVARTSITÄHTIKIVEN TUNNISTAMINEN JA LABORATORIOTUTKIMUKSET

2 1 Johdanto Kvartsista tunnetaan jopa parisataa muunnosta, joista osalla on käyttöä koruteollisuudessa, teollisuusmineraalina ja kokoelmakivinä. Suomesta tunnetaan vasta parikymmentä kvartsimuunnosta. Joillakin kvartsimuunnoksilla on merkittävää geologista tulkinta-arvoa, sillä eräät muunnokset vaativat tarkkaan rajatut syntyolosuhteet. Suomen Lapista on löydetty runsaasti kvartsimuunnoksia. Tunnetuin lienee Kittilän punainen jaspis (Kinnunen 1982). Kärkkäinen ja Virkkunen (1983) mainitsevat Sodankylän ympäristöstä mm. aventuriinikvartsin, keltakvartsin ja mustan jaspiksen. Luoston Pelkosenniemen ametistiesiintymä (Lehtinen 1991, Vartiainen 1995) sijaitsee myös tällä alueella. Alueen ruhjeinen kallioperä näyttääkin olleen otollinen kasvualusta erilaisille kvartsityypeille. Muita Lapista tavattuja kvartsimuunnoksia ovat aurinkokvartsi (keltakvartsi), ruskakvartsi, kalsedoni, kvartsiini, opaali, vuorikide, lumikvartsi ja savukvartsi. Kalsedonia, kvartsiinia ja opaalia lukuun ottamatta (Kinnunen ym. 1985) näistä ei ole julkaistu tarkempia kuvauksia. Tässä raportissa kuvattu Sodankylästä Geologian tutkimuskeskukselle Rovaniemelle lähetetty kansannäyte on osoittautunut Suomessa aikaisemmin tuntemattomaksi kvartsimuunnokseksi, kvartsitähdeksi (Kuva 1). Näyte on kappale lohkareesta (Kuva 2), ja se koostuu ruskeankeltaisista pallomaisista kvartsitähdistä, jotka muodostavat tiiviin yhteenkasvettuneen massan. Koska näyte on mineralogisesti mielenkiintoinen, se kuvataan tässä raportissa laboratoriotutkimusten perusteella yksityiskohtaisesti. Huokoisuutensa takia kivi ei sovellu perinteiseen korukäyttöön mutta sille löytynee käyttöä keräilykivenä.

3 2 Kuva 1. Sodankylän kvartsitähtilohkareen murtopinnan rakenne. Kivi pyrkii lohkeamaan kvartsikiteiden rajapintoja myöten, jolloin kiteytymisrakenne tulee korostuneesti näkyville. Kuva-alan koko 4,6 mm x 3,1 mm.

4 3 Kuva 2. Kvartsitähtilohkareen suurin jäljellä oleva kappale. Heikosti pyöristyneet kohdat ovat alkuperäistä ulkopintaa. Mittarahan alla tummaa jäkälää. Lohkareen läpimitta on 24 cm.

5 4 Sveitsiläinen jalokivitutkija, professori Eduard Gübelin on ehdottanut tällaiselle kvartsimuunnokselle nimitystä kvartsitähti, (Rykart 1989). Tämä siitä syystä, että aikaisemmin käytetty nimitys tähtikvartsi oikeastaan tarkoittaa optisesti syntyvää tähtimäistä valoilmiötä pyörtöhiotun kvartsin pinnassa samoin kuin mm. tähtirubiineissa ja tähtisafiireissa. Varsinaiseen jalokivien tähti-ilmiöön ovat siis syynä neulamaiset mineraalisulkeumat tai ontelot eikä niinkään monikiteisten yhteenkasvettumien mikrorakenne. Kvartsitähdet mainitaan ensimmäisen kerran jo 1884 saksalaisen Tschermakin julkaisussa, jossa kuvataan mainittuja muodostumia Starkenbachista Böömistä. Lohkare Kosti Kauppinen Sodankylästä toimitti näytteen Risto Vartiaiselle, GTK:n Rovaniemen aluetoimistoon. Kauppisen kertoman mukaan kivi oli löytynyt jo Ajoskus Oletettavasti samasta kivestä on lähetetty näyte Rovaniemen GTK:n aluetoimistoon jo vuonna 1986 Malmimanian aikoihin. Lähettäjänä on tuolloin ollut Juha Siivola ja kivi on tulkittu vastauskirjeessä rapautuneeksi kvartsiitiksi, mikä kansannäytetoiminnan silloiset kiireet tietäen on täysin ymmärrettävää. Näytteet ovat lohkareesta, jonka löytöpaikka on Sodankylän Jeesiön Suvantokumpu Virttiövaaran koillispuolella. Karttalehti on , koordinaatit X= ja Y= Lohkareen paino oli alkuaan n. 15 kg. Lohkareen päällä ei ollut minkäänlaista sammalta mutta kuitenkin vähän jäkälää. Juha Siivolan lähetteessä mainitaan, että Alohkare on kaivettu maan eli se on ilmeisesti ollut vain osittain näkyvissä. Vuonna 1997 lohkareesta oli jäljellä enää n. 30 cm x 20 cm x 20 cm kappale (Kuva 2). Tämän kappaleen ulkosivujen jäänteet ovat osittain pyöristyneitä.

6 5 Kuva 3. Lohkareen löytöpaikan geologinen kartta Nikulan (1985) ja hänen siteeraamansa M. Lehtosen henkilökohtaisen tiedonannon mukaan. Lohkareen löytöpaikka on merkitty karttaan tähdellä. Aineksen jääkautinen kulkeutumissuunta on osoitettu nuolella Salosen (1985) kokoamien havaintojen mukaisesti.

7 6 Muut Suvantokummun alueen lohkareet ovat lähinnä erityyppisiä vulkaniitteja. Lähistöllä ei ole kalliopaljastumia. Lohkareen löytöpaikan lounaispuolella sijaitsevassa Virttiövaarassa on laaja, lähes aventuriiniluokan fuksiittikvartsiittiesiintymä (Kärkkäinen ja Virkkunen 1983). Pääasiallisin lohkareiden kuljetussuunta alueella on 310 Salosen (1985) kokoamien havaintojen mukaan. Lohkareen löytöpaikka sijaitsee noin km etelään jäänjakaja-alueesta, joten kuljetusmatkat ovat jääneet verraten lyhyiksi. Kallioperäkartan mukaan (Nikula 1985, Lehtonen ym. 1984) lohkareen todennäköisen tulosektorin alueella yleisimmät kivilajit on hapan ja emäksinen vulkaniitti, jossa on kvartsiittia välikerroksina (Kuva 3). Lisäksi vulkaniiteissa esiintyy gabroa. Aluetta halkovat 300 suuntaiset ruhjevyöhykkeet, joihin kvartsitähtikivi synnyltään voi liittyä. Mineraalikoostumus Sodankylän näytteiden mineraalikoostumus on GTK:n Rovaniemen aluetoimistossa ajetun röntgendiffraktiomäärityksen perusteella pääosiltaan matalakvartsia (alfakvartsi). Mikroskooppisesti tunnistettuna kivi sisältää kvartsin lisäksi hematiittia ja pieniä kristalliitteja, jotka aiheuttavat sen kellertävän värisävyn. Kristalliitit ovat sauvamaisia ja heikosti anisotrooppisia. Ne ovat liian pienikokoisia ja harvoin hieen pintaan puhkeavia, jotta niitä kyettäisiin tunnistamaan mikroanalysaattorilla. Optisesti tunnistettuna ne todennäköisimmin ovat goethiittia. Näytteissä esiintyy lisäksi kolloformisia ruskehtavia alueita, jotka optisesti tunnistettuna ovat limoniittia. Nämä kohdat ovat kuitenkin läpikotaisin kvartsiutuneita. Näkyvän valon fluoresenssissa (suodinmenetelmä) kristalliitit ja kolloformiset alueet antavat raudalle tunnusomaisen rubiininpunaisen värireaktion. Näyte koostuu siis pääasiallisesti kvartsista ja vähäisestä määrästä ilmeisesti lähes yksinomaan raudan mineraaleja ja mineraloideja (amorfisia tyyppejä).

8 7 Primaarirakenteet Ohuthietarkastelun perusteella näytteissä on säilynyt primaarirakenteita rautamineraalien alueellisen jakauman muodossa (Kuva 4). Tähtimäisesti kasvanut kvartsi on läpikotaisin silisifioinut kiven mutta säilyttänyt kumminkin primaarirakenteita hyvin. Pigmenttimineraalit ovat jääneet melko tasaisesti sulkeumiksi kvartsiin ja vain tähtien ydinosa on sulkeumatonta kirkasta kvartsia. Primaarirakenteissa näkyy kerroksellisuus ja sen suuntaiset kolloformiset pyörylät. Rakenne muistuttaa rautasaostumaa. Rakenne voi kuitenkin myös olla syrjäytymällä syntynyt. Eräs mahdollisuus olisi silisifoitunut kerroksellinen rautakarbonaattisaostuma, jolloin rautamineraalien sijainti yhä ilmentäisi karbonaattikiven primaarirakenteita. Kvartsitähdet Näytteiden kvartsitähdet ovat pallomaisia raekasaumia ja vaihtelevat läpimitaltaan 0,5 ja 3,2 mm välillä. Yleisin läpimitta on välillä 1,1-1,4 mm (Kuva 5). Tähdet rakentuvat poikkileikkauksesta laskettuna keskimäärin noin kymmenestä kideyksilöstä. Koko pallon kideyksilöiden lukumääräksi voi arvioida noin pari-kolmekymmentä. Yksittäisten kvartsikiteiden c-akseli on pallon säteen suunnassa. Kiteet ovat kiilamaisia pallon ytimestä sen ulkolaitaan. Kiteiden loppupäässä ovat kvartsin romboedripinnat. Tasaiset prismapinnat ovat yleensä kehittymättä kvartsikiteiden toisiaan rajoittaneen kasvun takia. Yksittäisissä kvartsikiteissä ovat kehittyneet kummankin pään romboedripinnat eli ne ovat ns. bipyramidaalisia (kaksipäisiä) kvartsikiteitä. Eräät onteloihin rajoittuvat kvartsikiteet osoittavat, että kvartsi on habitustyypiltään prismaattista (vrt. Mullis 1991). Kvartsikiteiden kasvusuunta palloissa on määritettävissä mikrorakenteiden

9 8 Kuva 4. Diaskannerikuva kvartsitähtikivestä valmistetusta ohuthieestä. Yksittäisten kvartsitähtien ytimet näkyvät kuvassa kirkkaina pisteinä. Hieen koko mm 29 x 24 mm.

10 Kuva 5. Kvartsitähtipallosten läpimitan jakauma. Mitattu kiven murtopinnalta. 9

11 10 perusteella. Kvartsikiteet rajoittavat toistensa kasvua kasvusuunnassa ja lopputuloksena vain muutama oikeassa suunnassa sijaitseva kide pääsee kasvamaan loppuun saakka. Näistä rakenteista tulkittuna pallomaiset kvartsitähdet ovat kasvaneet ytimestä ulospäin. Kvartsitähtipalloilla on säännöllisesti vyöhykkeinen rakenne (Kuva 6), joka koostuu kolmesta osasta (Kuva 7). Pallojen ydin koostuu mikrokiteisestä kvartsikidemassasta ja hematiittikiteistä. Pallojen ytimen kvatsikideyksilöiden lukumäärä vaihtelee välillä kpl. Bipyramidaalisten mikrokvartsikiteiden pituussuunnalla (c-akseli) ei ole havaittavaa suuntautuneisuuta. Hieistä tämä ydinosa on yleensä irronnut hieentekovaiheessa. Seuraava kehä koostuu kirkkaasta, sulkeumavapaasta kvartsista. Kirkkaassa kvartsissa on satunnaisesti erittäin pieniä primaareja fluidisulkeumia (yksifaasisia?). Pallojen uloin kehä koostuu kristalliittisulkeumien (goethiitti?) ruskeaksi värjäämästä kvartsista. Onkaloihin rajoittuvien pallojen kvartsikiteiden päässä on joskus ns. haamurakenne (phantom crystals). Kirkas kvartsikuori peittää niissä ruskeaa sisävyöhykettä. Onkalot Tähtikivessä on runsaasti koloja. Ne ovat pieniä kideonkaloita, joita peittävät omamuotoiset kvartsikiteet. Kolojen läpimitta vaihtelee suuresti millimetrin kymmenesosista aina pariin senttimetriin. Yleisin koko on noin 1 mm. Kolot haittaavat kiven kiilloitusta jos impregnointia ei käytetä.

12 11 Kuva 6. Polarisaatiomikroskooppikuva sirkulaaritekniikalla toteutettuna lohkareen kvartsitähtien mikrorakenteesta. Kuva-alan pituus 1,8 mm.

13 Kuva 7. Kvartsitähtipallon läpileikkaus kaaviomaisena piirroksena. 12

14 13 Kivilajimääritys Primäärirakenteiden jatkuminen yhtenäisinä kvartsitähtien kideyksilöiden lävitse osoittaa kvartsiaineksen silisifikaatiolla syntyneeksi. Silisifioitunut aines on voinut olla kovettumaton saostuma/sedimentti tai se on voinut olla esim. kalkkikiveä kuten edellä selostettiin. Kiveä ei kuitenkaan voi kutsua keltaiseksi jaspikseksi, sillä sen kvartsi ei ole mikrokiteistä kuten jaspiksessa. Petrograafisesti oikea nimitys olisi jasperoidi, jolla ymmärretään hydrotermisten liuosten silisifioimia erilaisia kivilajeja (Lovering 1981). Kvartsitähtikivi tai lyhyesti tähtikivi voisivat myös sille sopia. Tulosten tulkintaa Kuten alussa todettiin Suomesta ei ole aikaisempia havaintoja tähtimäisesti kiteytyneestä kvartsista lukuun ottamatta mikroskooppisia, tähtirakenteisia kvartsipallosia, jotka ovat yleisiä mm. sertissä. Lapista niitä on kuvattu Kittilän jaspiksesta (Kinnunen 1982). Näitä rakenteita pidettiin ennen mikrofossiileina mutta Kittilän jaspiksessa ne voitiin tulkita epäorgaanisiksi kiteytymisrakenteiksi. Tämä tulkinta on vakiintunut myöhemmissä tutkimuksissa. Makroskooppisista kvartsitähdistä ei siis ole ollut Suomesta havaintoja ja muualtakin niitä on niukasti. Rykartin (1989) mukaan kvartsitähtikiveä on tavattu Sveitsistä (Adorf ja Göpfersgrün löytöpaikat) ja 4 cm läpimittaisia tähtiä Tsekin Böömistä. Mullis (1982) on tutkinut Alppien kalliorakojen ja kalkkikivien onkaloiden kvartsitähtimuodostusta neljästä löytöpaikasta Sveitsistä ja Gran Canarian basaltista. Hän on havainnut ytimen yleensä koostuvan säteettäiskuituisesta kvartsiinista. Päinvastoin kuin tavallisessa kalsedonissa, kvartsiinissa kvartsin c- akseli on pituusakselin suunnassa. Tämä on Mullisin (1982) mukaan mahdollistanut tähtiosien kvartsikiteiden kasvun kvartsiinivaiheen jälkeen. Tähtimäisten kvartsikideyksilöiden

15 14 kiteytymiskeskuksina ovat toimineet kvartsiinikuitujen päät. Sodankylän kvartsitähdissä ydin sitä vastoin koostuu mikrokiteisestä suuntaukseltaan järjestäytymättömästä kvartsikiteiden massasta. Mullisin (1982) esittämä malli näyttäisi kuitenkin toteutuvan myös siinä eli kvartsin kiteytymiskeskuksina olisivat toimineet optiselta suuntaukseltaan soveliaat mikrokidekvartsin yksilöt. Mikroskooppisten kvartsitähtien (sferuliittien) syntyä on kyetty jäljittelemään laboratoriossa (Oehler 1976). Näissä kokeissa on kvartsitähtiä saatu kiteytymään C lämpötilassa ja 3 kb paineessa kuumennusajan vaihdellessa välillä tuntia. Sunagawan (1981) tutkimusten perusteella mineraalin tähtimäinen kasvutapa edellyttää liuoksen voimakasta ylikyllästyneisyyttä piin suhteen ja nopeaa kasvuvauhtia. Tähän johtaa luonnossa useita reittejä, jotka edellyttävät runsasta vedenkiertoa, piin alkuperälähdettä ja mikroympäristöllisiä muutoksia piin saostumiseksi kvartsina. Mullis (1991) on päätellyt Alppien kvartsikiteistä tekemiensä fluidisulkeumatutkimusten perusteella, että kvartsitähtimuodostus on syntynyt alle 200 C ja alle 1200 barin TP olosuhteissa. Kvartsijuonien ja -syrjäytymien kiteytymisrakenteita on tutkittu erityisesti kullanetsintään liittyen Australiassa (Dowling ja Morrison 1989, Vearncombe 1993). Näiden tutkimusten mukaan kvartsin rakenteet ilmentävät mineralisaation syntysyvyyttä. Kvartsin tähtimäinen kasvutapa ilmentäisi kiteytymistä kuoren ylimmissä osissa avoimiin fluiditäytteisiin tiloihin ja fluidin painetta, joka olisi ollut lähellä hydrostaattista. Tällaisten mineraalimuodostumien esiintyminen kilpialueella viittaa vahvasti siihen, että nämä kiteymät olisivat huomattavasti nuorempia kuin alueellismetamorfoosin ikä tällä alueella.

16 15 Kirjallisuus Dowling, K. ja Morrison, G. (1989) Applications of quartz textures to the classification of gold deposits using North Queensland examples. Economic Geology, Monograph, 6, Kinnunen, K.A. (1982) Primary sedimentary features in Kittilä jasper, Finnish Lapland. Bulletin of the Geological Society of Finland 54 (1-2), Kinnunen, K.A., Tynni, R., Hokkanen, K. ja Taavitsainen, J.-P. (1985) Flint raw materials of prehistoric Finland: Rock types, surface textures and microfossils. Geological Survey of Finland, Bulletin 334, 59 s. ja 40 kuvataulua. Kärkkäinen, N. ja Virkkunen, M. (1983) Korukivet ja niiden esiintyminen Lapissa. Geologian tutkimuslaitos, Tutkimusraportti 62, 27 s. Lehtinen, M.(1991) Lapin ametisti. Luonnontieteellinen keskumuseo, Vuosikirja 1991, Lehtonen, M., Manninen, T., Rastas, P., Väänänen, J., Roos, S.I. ja Pelkonen, R. (1984) Geological map of Central Lapland. 1 : Geological Survey of Finland. Lovering, T.G.(1981) Jasperoid float and stream cobbles as tools in geochemical exploration for hydrothermal ore deposits. Journal of Geochemical Exploration 14, Mullis, J. (1982) Sternquarz. Schweizer Strahler 6, Mullis, J. (1991) Bergkristall. Schweizer Strahler 9 (3), Nikula, R. (1985) Sodankylän Virttiö- ja Värttiövaaran metasedimenttien paleosedimentaatioympäristö. Pro gradu, Oulun yliopisto. 109 s. Oehler, J.H. (1976) Hydrothermal crystallization of silica gel. Geological Society of America Bulletin 87, Rykart, R. (1989) Quarz-Monographie. Ott Verlag, Thun, 413 p. Salonen, V.-P. (1985) Havaintoja Skandinavian mannerjäätikön toiminnasta Suomessa. Lohkareprojektin loppuraportti, Osa 3, Turun yliopisto, Maaperägeologian osasto, 121 s.

17 16 Sunagawa, I. (1981) Characteristics of crystal growth in nature as seen from the morphology of mineral crystals. Bulletin Mineralogie 104, Vartiainen, R. (1995) Luoston ametisti elää ja kukoistaa. Kivi 13, Vearncombe, J.R. (1993) Quartz vein morphology and implications for formation depth and classification of Archaean gold-vein deposits. Ore Geology Review 8,