Kaakkois-Suomen kallioperän synty Juha Karhu Helsingin yliopisto, Suomen Kansallinen Geologian Komitea Geologian päivä 27.8.2016, Imatra Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 1
Suomen kallioperä Fennoskandian kilven kallioperä syntyi 3000 1500 miljoonaa vuotta sitten Physicumin kivikartta Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 2
Suomen kallioperä: kirjallisuutta Lehtinen, Nurmi, Rämö, 1998. Suomen kallioperä 3000 vuosimiljoonaa. Avoimena Suomen geologisen seuran sivuilta. (Osittain vanhentunut) Lehtinen, Nurmi, Rämö, 2005. Precambrian geology of Finland. Key to the Evolution of the Fennoscandian Shield. (Ajantasaisempi yleisesitys englanniksi, ei löydy verkosta) Korja, A., Lahtinen R., Nironen, M., 2006. The Svecofennian orogen: a collage of microcontinents and island arcs. In Gee, D. G. & Stephenson, R. A. (eds) European Lithosphere Dynamics. Geological Society, London, Memoirs, 32, 561 578. (Haastava tieteellinen esitys mantereen kasvusta laattatektoniikan kautta) Suomen kallioperäkartta - saumaton digitaalinen versio: http://www.gtk.fi/tietopalvelut/karttapalvelut/ (kaikille avoin) geologia.fi Suomen Kansallisen Geologian Komitean ylläpitämä sivusto Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 3
Prekambrin geologinen aikataulu Luokittelusta vastaa IUGS:n kansain-välinen stratigrafiakomissio Prekambri = ikä >541 Ma Prekambrin eonit: haadeinen, > 4000 Ma, ennen mantereita arkeeinen, 4000-2500 Ma proterotsooinen, 2500-541 Ma Prekambrin maailmankaudet (Era) : yleisessä käytössä ovat paleo-, meso ja neo-etuliitteilllä nimetyt maailmankaudet Kaudet (periods) eivät laajassa käytössä Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 4
Suomen kallioperäkartta - Saumaton digitaalinen versio: katseltavissa GTK sivuilla Arkeeinen (>2500 Ma) kratoni (vanha stabiili alue) Paleoproterotsooista (2500 1600 Ma) uutta mantereellista kuorta Geological Survey of Finland, Espoo, Finland Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 5
http://www.gtk.fi/tietopalvelut/karttapalvelut/ à Suomen kallioperä tai Maankamara Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 6
Graniittia, ikä n. 1830 Ma Kiillegneissiä, ikä n. 1890 Ma Rapakivigraniittia, ikä n. 1640 Ma http://www.gtk.fi/tietopalvelut/karttapalvelut/ à Suomen kallioperä tai Maankamara Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 7
Breksia: rakenteet paljastavat kivilajien ikäsuhteet J. Oikkonen Intrusiivibreksia Vehmaan rapakivigraniitin kontaktissa Kustavissa. Murskaleet kiillegneissin ja graniitin seoskivilajia (migmatiittia), välimassa rapakivigraniittia. Kuva Juha Oikkonen. Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 8
Laattatektoniset ympäristöt Laattatektoninen teoria selittää, miten mantereet liikkuvat, törmäilevät ja kasvavat Laattatektoniikka perustuu uuden merellisen kuoren syntyyn keskiselänteillä ja tuhoutumiseen subduktiovyöhykkeissä Kähkönen, Y., Lehtinen, M. 1998. Geologian peruskäsitteitä. Sivut 23-91 teoksessa: Lehtinen, M., Nurmi,P., Rämö, T. Suomen kallioperä 3000 vuosimiljoonaa. Suomen Geologinen Seura, Helsinki. Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 9
Subduktio ja kaarisysteemi Subduktiovyohykkeen päälle muodostuu vulkaaninen kaari, joka törmätessään mantereen reunaan kasvattaa mannerkuorta Laattaliikuntoihin ja subduktioympäristöön liittyy paljon syvän meren sedimentaatiota, hiekkoja, savia, grauvakoita Kähkönen, Y., Lehtinen, M. 1998. Geologian peruskäsitteitä. Sivut 23-91 teoksessa: Lehtinen, M., Nurmi,P., Rämö, T. Suomen kallioperä 3000 vuosimiljoonaa. Suomen Geologinen Seura, Helsinki. Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 10
Esimerkki nykypäivästä: Sundan kaari Tambora Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 11
Orogenia, orogeniavyöhyke Laattatektoniset törmäykset synnyttävät orogenian 1. Mantereellisen laatan ja esim saarikaaren törmäys (akreetioorogenia), esimerkki alueesta eteläinen Alaska 2. Kahden mantereellisen laatan törmäys (törmäysorogenia), esimerkki alueesta Alpit ja Intia 3. Merellinen kuori raskaampana vain subduktoituu eikä tuota törmäyksiä Orogeniavyöhyke (orogenic belt) Törmäysten vaikutusalue, jota luonnehtii poimutus, siirrostuminen, alueellinen metamorfoosi ja magmaattinen aktiivisuus Orogenia tuottaa orogeniavyöhykkeen Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 12
Minkälainen oli Fennoskandian alue noin 1900 Ma sitten: Svekofenninen orogenia Svekofenninen orogenia kuvaa usean akreetio- ja törmäystapahtuman summavaikutusta Idässä vanhempi arkeeinen Karjalalainen kratoni Lännessä orogenia muodosti uutta mantereellista kuorta vanhan kratonin kylkeen Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 13
Kiillegneissien alkuperä Subduktiovyöhykkeisiin ja laattojen törmäyksiin liittyy meren syvänteitä, mihin kerrostuu sedimenttejä Grauvakka on turbidiittivirtausten syvänteisiin kerrostamaa huonosti lajittunutta savi-hiekkasedimenttiä Metamorfoosi muuttaa grauvakan kiillegneissiksi Kuva: Grauvakka, Tampereen vyöhyke (Kuva: Y. Kähkönen) Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 14
Zirkonit grauvakoissa ja kiillegneisseissä Päämineraalien kvartsin, maasälpien ja kiilteen lisäksi grauvakat ja kiillegneissit sisältävät zirkonimineraaleja Zirkonit voidaan yksitellen ajoittaa uraanin ja lyijyn isotooppien avulla Zirkoni siirtyy sellaisenaan lähtömateriaalista grauvakkaan, joten se antaa lähtömateriaalin iän Tiedämme, mistä Kaakkois-Suomen kiillegneissit ovat lähtöisin, ja milloin ne kerrostuivat Claesson et al. (Precambrian Research, 1993) Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 15
Zirkonit grauvakoissa ja kiillegneisseissä Grauvakoiden ja kiillegneissien zirkoneiden joukossa on - arkeeisia, >2500 Ma ikäisiä, jokikuljetuksen kautta paikalle tulleita zirkoneita Nuorempia, n. 2000 Ma ikäisiä saarikaarista ja muista orogeenisista muodostumista tulleita rakeita - Claesson et al. (Precambrian Research, 1993) Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 16
Tilannekuva 1890 Ma sitten Keiteleen mikromanner on jo törmännyt Keski-Suomen alle Etelässä on lähestymässä kahden subduktiovyöhykkeen erottamana Bergslagenin mikromanner Subduktiovyöhykkeiden ja niiden ympäristön syvänteisiin kertyy grauvakkapatjoja, usein monen kilometrin vahvuudelta Kaakkois-Suomen kiillegneissit Korja et al., 2006 Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 17
Manner-manner törmäysorogeniat 1840 1810 Ma Idässä ja kaakossa Sarmatian ja Volgo-Uralian kratonit törmäsivät Fennoskandiaan törmäysorogeniassa Syntyi Itä-Euroopan kratoni (Baltica), joka tästä eteenpäin on liikkunut itsenäisenä kappaleena Korja et al., 2006 Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 18
Törmäysorogenian vaikutukset Etelä-Suomessa Manner-mannertörmäyksessä nykyisen eteläisen Suomen alue painui kasaan Korjan et al. (2006) mukaan vahventuneessa kuoressa lämpötila nousi ja tuotti sedimenttien osittaisen sulamisen kautta graniitteja Todisteena näiden graniittien sedimenttialkuperästä on korkea alumiinipitoisuus ja runsaasti sedimenttijäänteitä graniittien sisällä Mannerten törmäykset 1810 1840 Ma tuottivat lämpöenergiaa, mikä sulatti alueelle aiemmin kertyneitä sedimenttejä ja tuotti graniitteja Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 19
Etelä-Suomen myöhäisorogeeniset graniitit Karttakuvassa punaisella kuvattu lateorogenic tarkoittaa kyseistä 1810 1840 Ma graniittiryhmää Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 20
Itä-Euroopan kratoni eli Baltica Itä-Euroopan kratonin segmentit (Gorbatsev & Bogdanova, 1993) Fennoskandia Volgo-Uralia Sarmatia Fennoskandia Kaakossa nuorempien sedimenttikivien peitossa Luoteessa nuoremman Kaleonidien vuoriston peittämä Edellisten välissä paljastuneena Fennoskandian kilpenä Lahtinen, R., Korja A., Nironen, M. 2005. Sivut 481-532 teoksessa Lehtinen, M., Nurmi, P.A., Rämö, O.T. (toim.) Precambrian of Finland Key to the Evolution of the Fennoscandian Shield- Elsevier, Amsterdam. Kaakkos-Suomen kallioperä 30.8.2016 21
Mitä tapahtui svekofennisen orogenian jälkeen? Mantereet jatkoivat törmäyksiä ja kasaantuivat lopulta yhteen Nuna supermantereeksi n. 1600 Ma sitten n. 400 Ma supermannersykli Nuna supermantereen rekonstruktio Zhao et al. (2004) mukaan. Huomaa Baltica omana yksikkönään Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 22
Yhteenveto Svekofenninen orogenia synnytti itäisen arkeeisen kratonin kylkeen törmäysten kautta uutta mantereellista kuorta noin 1900 miljoonaa vuotta sitten Subduktiovyöhykkeisiin ja törmäysvyöhykkeiden tuntumaan syntyi merien syvänteitä, mihin kerrostui paksuja grauvakoita. Tänä päivänä useimmat niistä ovat metamorfoosin vaikutuksesta muuttuneet kiillegneisseiksi Kiillegneissien ja grauvakoiden zirkoni säilyttää edelleen muistin lähdealueista ja niiden iästä Suuret manner-mannertörmäykset 1810-1840 Ma sitten sulattivat aiempia sedimenttejä ja tuottivat graniittisia sulia Kaakkos-Suomen kallioperä www.helsinki.fi/yliopisto 30.8.2016 23