GEOLOGIAN PERUSTEET Marja Liisa Räisänen Kainuun ELY-keskus, ympäristönsuojelu marja-liisa.raisanen@ely-keskus.fi 040 5344631
Jäätiköityneen alueen maan rakenne Kiteisen kallion päälle on kerrostunut jääkauden aikana ja jään sulamisvaiheen irtomaalajeja Ylinnä on jääkauden jälkeen (postglasiaali) syntyneitä maalajeja kuten turve, järvi- ja jokisedimentit Ei-jäätiköityneen maan rakenne Kallion päällä irtomaa on kalliosta irtoamalla ja rapautumalla syntynyt Tai kalliota peittää veden ja tuulen kasaamia sedimenttejä
Irtomaan synty, kulkeutuminen, kerrostuminen Kivet, Mineraalit Kerrostunut järveen Kerrostunut jokiin Kerrostunut mereen Lakustrinen sedimentti Fluviaalinen sedimentti (alluviaalinen) Mariininen sedimentti Kolluviaalinen sedimentti synty in situ Residuaali pohjamaa Jäätikön kuljettama Jäätikön kerrostama Glasiaalisedimentti: moreeni Tuulen kuljettama Glasifluviaalinen Glasilakustrinen Glasimariininen sedimentti Eolinen sedimentti
Aineen suuri kiertokulku (geologiset prosessit) Teoksesta (toim. Lehtinen ym. 1998) Suomen kallioperä
Teoksesta (toim. M. Koivisto, 2004) Jääkaudet
Kallioperä, kivilajiryhmät Kallioperä koostuu kivilajeista, jotka puolestaan koostuvat mineraaleista Kallioperä on ollut ja on jatkuvasti kehitystilassa (hidas aineiden kiertokulku) Magmakivet eli syväkivet tulivuorikivet eli vulkaaniset kivet puolipinnalliset juonikivet sedimenttikivet (pinnalliset kivet) metamorfiset kivet (uudelleen kiteytyneet kivet)
Mineraali koostuu atomeista Kivilaji koostuu mineraaleista Kallio koostuu kivilajeista Suomen maaperä koostuu kivilajeista ja mineraaleista kallio + maaperä = maankamara (maaperä) Teoksesta (toim. Lehtinen ym., 1998) Suomen kallioperä
Magmakivet, vulkaniitit, juonikivet maankuoren sula kiviaines magma jähmettyy (kiteytyy) syntyy syväkivilajit (magmakivet), jos kiteytyminen syvällä maan kuoressa syntyy tulivuorikivet (vulkaniitit: tuhka, laava), jos kiteytyminen maan pinnalla syntyy juonikiviä, kun sulaa magmaa kiteytyy lähellä maan pintaa oleviin kallion rakoihin
Sedimenttikivet Sedimenttikivilajit kallioperä kuluu; lämpötilan vaihtelut, veden jäätyminen kallioraoissa, virtaavan veden/tuulen aiheuttama eroosio, eliömaailman vaikutus (orgaaniset hapot) = fysikaalinen ja kemiallinen rapautuminen syntyy sedimenttiainesta, jota vedet/tuuli kuljettaa, kasaa kerrostumat painuvat kovettuvat (diageneesi) ja kivettyvät (savikivet, hiekkakivet, konglomeraatit) vedestä saostuu kiteisiä mineraaleja kemialliset sedimentit (suolakivet, kalkkikivet) maankuoreen hautautuneet eloperäiset ainekset (organogeeniset sedimentit, öljy kaasumuodostumat)
Metamorfiset kivet Metamorfiset kivilajit Maankuoren (maannerlohkojen) liikunnot, poimuttuminen puristusjännitys, korkea lämpötila kivi sulaa kiteytyy uudelleen (metamorfoosi) paine-lämpötila vaihtelee mineraaliseurue - liuskeet, gneissit
Teoksesta (toim. Lehtinen ym., 1998) Suomen kallioperä
Suomen yleisimmät kivilajit Graniitti, graniittigneissi, granidoidit rapakivigraniitti Kiilleliuske, kiillegneissi Dioriitti Tummat syväkivet gabro, peridotiitti Happamet ja emäksiset /ultraemäksiset vulkaniitit (metavulkaniitit) hiekkakivet, savikivi
Maakuoren/Maan koostumus Maankuoren yleisimmät alkuaineet: O 46 %, Si 28 %, Al 8 %, Fe 5 %, Ca 4 %, Na 2 %, Mg 2 %, K 2 % Maan (maapallo) koostumus: Fe 35 %, O 30 %, Si 15 %, Mg 13 %, Ni 2,5 %, S 1,9 %, Ca 1,1 %, Al 1,1 %, muut <1 %
Alkuaineet esiintyvät yleisesti mineraaleina, harvoin sellaisenaan Alkuaineet: timantti (C), grafiitti (C), rauta (Fe), rikki (S), kulta (Au), kupari (Cu) Mineraalit: sulfidit, oksidit, hydroksyoksidit, suolat, karbonaatit, nitraatit, boraatit, jodaatit, sulfaatit, kromaatit, molybdaatit, volframaatit, fosfaatit, arsenaatit, vanadaatit Silikaatit (maankuoresta 90-95 %): Nesosilikaatit, rengassilikaatit, ketjusilikaatit, nauhasilikaatit, verkkosilikaatit (fyllosilik.), hohkasilikaatit yleisimpiä: kvartsi, maasälvät, kiilteet (biotiitti, muskoviitti), kloriitti, pyrokseenit (diopsidi) amfibolit (sarvivälke)
Mineraaliluokat raekoon mukaan (syntyhistoria)
Kvartsi ja maasälvät Kvartsi SiO 2, rakeinen perusyksikkönä piitetraedri SiO 4, jossa neljä tiukkaan sullottua happi-ionia ja niiden keskellä pii-ioni; happiatomit yhteisiä naapuritetrien kanssa Maasälvät, rakeinen tai lohkopintainen: kalimaasälpä, plagioklaasi perusyksikköinä piitetraedri SiO 4 ja alumiinitetraedri AlO 4, kolmiulotteinen rakenne, jonka varausta tasapainottaa K, Na ja/tai Ca Kalimaasälpä KAlSi 3 O 8 plagioklaasi, Na-Ca pitoisuus vaihtelee päätemineraalit: albiitti NaAlSi 3 O 8 anortiitti CaAl 2 Si 2 O 8
Kiilteet (savimineraalit) = verkkosilikaatit/kerrossilikaatit suomuinen 2:1 kerros verkkosilikaatti, dioktaedrinen/trioktaedrinen (ero oktaedrikerroksessa (2Al/3Mg) 2 tetraedrilevyä+ 1 oktaedrilevy ja välissä kationi (K, Na) muskoviitti KAl 2 (Si 3 Al)O 10 (OH,F) 2 biotiitti K(Mg,Fe 2+ ) 3 (Al, Fe 3+ )Si 3 O 10 (OH,F) 2 savimineraalit (kloriitti, vermikuliitti, smektiitti) 1:1 kerros savimineraali, kaoliini 1 tetraedrilevy+ 1 oktaedrilevy (ei välikerroskationia)
Kiilteen rapautuminen savimineraaliksi (verkkosilikaatti/fyllosilikaatti) Kiille: 2:1 kerros Rapautuminen (seoshilasavimineraali) Savimineraali K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K vaihtokykyiset ionit K K K K K K K K K K K K K K K K vaihtokykyiset ionit vaihtokykyiset ionit vaihtokykyiset ionit
Savimineraalin rakenne Vermikuliitti, smektiitti (paisuvahilaiset)
Amfibolit (nauhasilikaatit) Pyrokseenit (ketjusilikaatit) Oliivi (jalosilikaatit) Ca, Mg, Fe silikaatit Amfibolit, rakeinen tai kuituinen (tetraedri-kaksoisketjuinen) sarvivälke (Ca, Na, Mg, Fe Al-silik), tremoliitti (Ca, Mg silik.), antofylliitti (mg, Fe silik.) Pyrokseenit, rakeinen (tetraedri-yksiketjuinen) diopsidi (Ca, Mg silik.), enstatiitti (Mg silik.), hypersteeni (Mg, Fe silik.) Oliviini (forsteriitti-fayaliitti (Mg,Fe) 2 SiO 4 ), rakeinen Mg ja Fe 2+ oktaedrisesti tetraedrin happeen
Sulfidit, oksidit, karbonaatit Sulfidit, rauta- tai muu metallisulfidi Rautasulfidit: rikkikiisu (pyriitti) FeS 2 ja magneettikiisu (pyrrotiitti) FeS Sinkkivälke (Zn, Fe)S, kuparikiisu CuFeS2, pentlandiitti (Fe,Ni) 9 S 8, lyijyhohde PbS, arseenikiisu FeAsS Oksidit: esim. rauta-, kromi- ja titaanioksidit magnetiitti Fe +2 Fe +3 2O 4, hematiitti Fe 2 O 3 kromiitti FeCr 2 O 4, ilmeniitti FeTiO 3, rutiili TiO 2 Karbonaatit: kalsiitti CaCO 3, dolomiitti CaMg(CO 3 ) 2, magnesiitti MgCO 3, sideriitti FeCO 3
Kivien kemiallinen koostumus 1. Granitoidit, gneissit piioksidivaltaiset (felsinen, hapan kivi), runsaasti Al-silikaatteja graniitti (kalimaasälpä), granodioriitti (kalimaasälpä+plagioklaasi), tonaliitti (plagioklaasi) graniittigneissit - kiillegneissit kvartsi - maasälvät - kiilteet intermediääriset, missä tummien mineraalien osuus kasvaa dioriitti (vähän kvartsia)
Kivien kemiallinen koostumus 2. Happamat vulkaniitit, sedimenttikivet Hapan vulkaniitti (laava, tuhkakivi) runsaasti piioksidia (kvartsi, Al-silikaatit) Sedimenttikivet (kvartsi, Al-silikaatit): savikivet, grauvakat, hiekkakivet, konglomeraatit kalkkikivet (dolomiitti, kalsiitti, vähän silikaatteja)
Kivien kemiallinen koostumus 3. Emäksiset kivet (ultraemäksiset) Tummat kivet: vähän kvartsia, runsaasti Mg-Fe silikaatteja ja/tai Ca-Mg silikaatteja, vähän Al silikaatteja gabrot, peridodiitit emäksiset laavat, tuhkakivet ultraemäksiset kivet Mg, Fe silikaatteja, ei kvartsia (komatiitit)
Jääkausi Skandinaviassa Teoksesta (toim. M. Koivisto, 2004) Jääkaudet
Kausi Epookki Vaihe Ikä, v* kvartääri Holoseeni Flanderi Veiksel Eem Saale Holstein Elster Tertiääri Reuver 11 500 115 000 127 000 2 500 000 *radiometrinen
Jäätiköitymisvaiheet Teoksesta (toim. M. Koivisto, 2004) Jääkaudet
Jäätiköitymisen merkit: jäljet silokalliossa, maalajit Teoksesta (toim. M. Koivisto, 2004) Jääkaudet
Suomen maaperän synty Kvartääriaika, alkoi n. 2,5 milj. vuotta sitten, useita jäätiköitymisvaiheita ja niiden välissä jäätiköimättömiä, interglasiaali- (interstadiaali)kausia Maaperä syntynyt viimeisen jäätiköitymisen aikana ja sen jälkeen jäätikön sulaessa irtomaalajit kattavat 97 % pinta-alasta moreenit (glasiaalisedimentit), hiekat-sorat (glasifliviaalisedimentit), siltit-savet (glasimariiniset, glasilakustriset sedimentit) postglasiaaliaikana (jääkauden jälkeen, glasiaalisedimenttien päällä) eloperäiset maalajit (turvesuot) nuoret järvi-joki-purosedimentit
Maan rakenne säännönmukainen kerrosjärjestys, ikäjärjestys (vanhimmat alinna, nuorimmat ylinnä) kallion päällä jääkauden aikana syntyneet maalajikerrostumat (moreenit, harjut) tai viimeistä jääkautta vanhemmat maalajikerrostumat ikäjärjestyksessä ylinnä järvien liejukerrokset ja soiden turvekerrokset (postglasiaaliaikana syntyneet) postglasiaalista maalajikerrosta ei esiinny joka paikassa metsähumus tai peltomulta (maannostuminen), täytemaa edustavat nuorta kerrosta
Jääkauden jälkeinen aika Maan kohoaminen (12 000 vuoden aikana) Kohoaminen nopeinta heti jäätikön sulamisen jälkeen Vaasan ja Tornion välisellä ranta-alueella (9 mm/v), hitainta Kaakkois-Suomessa (2 mm/v) Syyt 3 km paksu jäätikkö aiheuttanut n. 1 km paksuisen painauman Jäätiköstä vapautui runsas vesimäärä, valtameren pinta kohosi >100 m maannerlaattojen liikunnat (Keski-Atlannin selänteellä syntyy uutta maata) Kohoamista vielä 100-150 m seuraavan 7 000 12 000 vuoden aikana (ylin ranta nyk. 220 m mpy, Pohjalahden rannalla)
Maan kohoaminen (mm/v)
Veden koskemat/ veden koskemattomat alueet Teoksesta (toim. M. Koivisto, 2004) Jääkaudet
Itämeren kehitysvaiheet 11 500 8 000 vuoden aikana ylin rantaviiva (supra-akvaattisen maan raja), liittyen eri merivaiheisiin eri paikassa Baltian jääjärvi (päättyi 11 500 v. sitten), rantaviiva E- Suomessa 160 m mpy Yoldiavaihe (päättyi 10 800 v. sitten), rantaviiva Pori-Jyväskylä- Kajaani linjalla 120-185 m mpy Ancylusjärvi (päättyi 9 000 v. sitten, rantaviiva Pohjamaalla ja Peräpohjolassa (Rovaniemi 220 m mpy, Aavasaksa 208 m mpy) syntyi erilliset suuret järvet: Saimaa, Päijänne, Näsijärvi Litorinamerivaihe (8 000 5 000 v. sitten), suolainen murtovesi Limneameri Nyk. Itämeri, makeanveden vaihe
Rannan korkeus, Itämeren merivaiheet