HUIPPUVUORTEN GEOLOGIAA Tekijät: Espoon yhteislyseon lukion opiskelijat kirjoitelmajärjestyksessä Irina Lindroos, Ilari Kolttola, Nhung Le, Mirjam Hyrynen ja Sofianna Kyllönen sekä Tikkurilan lukion opiskelija Joonas Wasiljeff Työn ohjaajina ja kokoojina toimivat Espoon yhteislyseon lukion lehtori Raija Teider ja Tikkurilan lukion lehtori Sanna Kokkonen Huippuvuoret
ALKUSANAT Haluamme kiittää Espoon kaupunkia ja Espoon yhteislyseon lukiota, jotka mahdollistivat arktisten alueiden kurssimme tutkimusosan Huippuvuorilla tukien meitä sekä taloudellisesti että käytännön toimissa. Lisäksi kiitämme meitä taloudellisesti tukenutta yritystä REMONTTI partio sekä Espoon yhteislyseon lukion oppilaskuntaa pienestä avustuksesta. JOHDANTO Arktisilla Huippuvuorilla voi tarkastella erilaisia geologisia tapahtumia yli kolmen miljardin vuoden takaa. Siellä on nähtävissä pitkä ja vaihteleva geologinen historia. Alueen karuus ja ennen kaikkea lähes kasvittomuus tuovat kallioiden kerrostumat selkeinä esiin. Huippuvuorilla on näkyvissä kaikilta geologisilta ajoilta kiviä (kerrostumia), jotka kertovat oman tarinansa mm. fossiilien avulla. Lisäksi viimeisimmän jääkauden merkit paljastuvat selkeinä muodostumina. Alueella voi myös seurata nykyisten jäätiköiden ja ikiroudan toimintaa. Tämän Huippuvuorten geologiaa esittelevän työn tarkoituksena on antaa lyhyt selvitys kunkin geologisen aikakauden kivistä, niiden syntyvaiheista ja muodostumisympäristöistä. Työssä tarkastellaan muutaman kauden kiviä myös omakohtaisin havainnoin ja valokuvaliittein. Seuraavalla sivulla on esitettynä huippuvuorten geologiset pääalueet karttana. Kartasta näkyy millä alueilla eri ikäiset kerrostumat paljastuvat Huippuvuorten alueilla.
Kuva1. Huippuvuorten geologiset pääalueet. Huippuvuorten prekambri- ja kambrikauden geologiset tapahtumat Prekambrikausi alkoi 4,6 miljardia vuotta sitten ja päättyi 570 miljoonaa vuotta sitten. Prekambrikausi on jaettu kahteen osaan: arkeeiseen, joka on vanhempi kuin 2,5 miljardia vuotta ja nuorempaan proterotsooiseen kauteen. Prekambrikaudella tapahtui Huippuvuorilla useita kallioperän mullistuksia, muun muassa useista suunnilleen 1700, 1000 ja 600 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneista metamorfooseista (poimutuksista) on löydetty todisteita. Tällöin syntyneet vuoriketjut ovat kuitenkin aikoja sitten kuluneet pois ja nyt näkyvillä ovat niiden syvemmät, sisemmät osat.
Ensimmäistä poimutustapahtumaa on kuitenkin vaikea määrittää, koska vanhimmat kivet ovat saaneet kestää useita mullistuksia ja uudelleenkiteytymisiä. Jotkin mineraalit kuten zirkon ovat kuitenkin todella vastustuskykyisiä ulkopuolisille vaikutuksille, ja zirkonia iältään 3,2. miljardia vuotta onkin löydetty luoteisilta Huippuvuorilta. Proterotsooisia laavakiviäkin on löydetty useista paikoista. Parhaiten säilyneet tämän aikakauden sedimenttikivet ovat löytyneet hajallaan Hinlopenstretetiltä.Ne ovat säilyneet verrattain hyvin ja siksi niistä on saatu hyvää tietoa sen ajan fossiileista. Nuorin proterotsooinen moreenikerrostuma sisältää 600 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneen jääkauden jäätikkövirtojen kasaamia ja jäätiköstä irronneiden jäävuorien tiputtamia muodostumia. Tällöin Huippuvuoret olivat Etelänavan kohdalla. Moreenikivien alta on löydettykalkkikivisiä kerrostumia, jotka ovat olleet matalassa vedessä kasvaneita leväyhdyskuntia, stromatoliitteja. Kambrikautta kutsutaan Trilobiittien ajaksi, koska tämän aikakauden kivistä löytyy tavallista enemmän etenkin selkärangattomien merenelävien fossiileja kuten trilobiitteja (kuva 2). Ne ovat peräisin Lapetusmerestä, joka avautui varhaiskambriskaudella, kun läntinen Kanadan-Grönlannin mannerlaatta (Laurentia) alkoi liukua poispäin itäisestä Fennoskandian kilvestä. Nämä fossiilit ovat usein epämuodostuneet myöhempien poimutusten takia, mutta ne ovat siitä huolimatta paremmin säilyneet kuin proterotsooisista kivistä löydetyt. Monet niistä ovat lähempänä pohjoisamerikkalaisia ja grönlantilaisia lajeja kuin itäisiä, esimerkiksi Oslon seudulta löydettyjä fossiileja. Huippuvuoriksi luettavat alueet ovat siis olleet läheisesti liittyneet enemmän läntiseen kuin itäiseen mannerlaattaan. Kuva 2. Trilobiitti. SILUURI- JA DEVONIKAUDET HUIPPUVUORILLA Siluurikausivallitsi 440-410 milj vuotta sitten ja Devoonikausituli heti sen jälkeen 410360 milj vuotta sitten. Siluurikaudella Huippuvuoret sijaitsivat lähellä päiväntasaajaa. Tällöin Pohjois-Amerikan laatta ja Eur-aasian laatta törmäsivät toisiinsa. Tästä syntyivät mm. Huippuvuorille poimuttuneita ja metamorfoituneita kiviä sekä graniittivuoret ja Norjaan ja Ruotsiin Skandien poimuvuoristo. Poimuttumisen aikana oli voimakasta metamorfoosia. Vuorten synnyn yhteydessä kivisulia työntyi vanhaan prekambriseen kallioperään ja nämä
graniitit muodostavat nykyjään huippuvuorten keskeisimmät huiput esim. Newtontoppenin ( kuva 3.). Devonikaudella kallioperä vajosi pohjoisosissa Huippuvuorta ja syntyi jokien verkosto ja eroosio kulutti voimakkaasti vasta syntyneitä vuoria. Näin syntyivät paksut hiekka- ja sorakivikerrostumat ja saviliuskeet suistoalueille jokien laskiessa mereen tai järviin. Huippuvuoret olivat tuolloin hieman päiväntasaajan pohjoispuolella. Tuloksena syntyi punaisia hiekka- ja sorakiviä joiden väri kertoo pitkistä kuivista kausista (aavikko olosuhteista). Merissä oli tuolloin alkukantaisia kaloja ja alkeellisia kasveja, joiden fossiileja löytyy vieläkin huippuvuorilta. Kuva 3. Newtontoppen. KIVIHIILI- JA PERMIKAUSI SOITA JA MATALIA MERIÄ Kivihiilikaudella 360-290 miljoonaa vuotta sitten Huippuvuoret ajautuivat päiväntasaajalta pohjoisempaan (subtropiikkiin) kuivista ilmastoista trooppisiin, märempiin oloihin. Sen takia Huippuvuorten kasvillisuus runsastui. Siellä kasvoi esimerkiksi jopa puumaisia sanikkaisia ja kortteita. Huippuvuorille syntyi paljon kosteita soita. Kivihiilikausi oli sammakkoeläinten valta-aikaa. Tästä tiheästä ja soisesta kasvillisuudesta syntyi hiekkakiviä, joissa oli kivihiilikerrostumia, joita kaivettiin mm. Pyramidenin nykyään hylätystä kaivoskylästä. Kivihiilikauden lopuilla ilmasto muuttui ja Huippuvuorillakin vallitsi välillä kuivempia aikoja. Näin syntyivät meristä haihdunnan tuloksena kalkkikiviä, joissa on kipsikerroksia. Näitä kipsiesiintymiä on myös hyötykäytetty Huippuvuorilla. Permikausi oli 290-245 miljoonaa vuotta sitten. Ilmasto muuttui yhä kuivemmaksi ja mataliin meriin kertyi lisää kipsipitoisia kiviä sekä erilaisia merellisiä sedimenttikiviä. Tyypillisin kivi on kalkkikivi. Kerrostumista löydetään paljon erilaisia fossiileja esim. sammaleläimistä. Kuva 3. Kivihiilikauden saniaisia.
TRIAS, JUURA JA LIITU MATELIJOIDEN VALTA-AKAA Triaskausi oli 245-210 miljoonaa vuotta sitten. Se oli matelijoiden valtakausi. Silloin Huippuvuoret ajautui 45 leveysasteelta 60 pohjoisen leveysasteen tuntumaan ja ilmasto oli leuto ja kostea. Triaskauden kivet ovat pääosin saviliuskeita, savikiviä ja hiekkakiviä (harvoin kalkkikiviä), jotka syntyvät vaihtelevasti sekä maalle että merelle (maa vajosi ja kohosi vuorotellen). Tämän kauden yleisimmät merelliset fossiilit ovat simpukat ja ammoniitit (kuva 4.) ja maalla matelijat yleistyivät. Jurakausi oli 210-145 miljoonaa vuotta sitten. Jurakaudella Huippuvuoret olivat suurimmaksi osaksi matalan meren peitossa joten sedimenttikivet koostuivatkin sorakivistä ja fossiilipitoisista saviluiskeista. Tämä on osoituksena alueella vallinneesta leudosta ilmastosta. Jurakauden kivistä on löytynyt erilaisia liskojen fossiileja mm: joutsenliskon fossiileja (kuva 5.). Kuva 4. Ammoniitteja Kuva 5. Joutsenlisko Liitukausi 145-65 miljoonaa vuotta sitten oli hirmuliskojen valtakausi. Liitukauden alussa Huippuvuorilla syntyi vulkaanisia purkauksia, joista syntyi laavakiviesiintymiä. Tämä sai aikaan maan kohoamista. Liitukauden loppua luonnehtiikin merellisen ja kuivan maan sekä jokisuistojen hiekkakivi- kerrostumat. Liitukauden hiekkakivissä esiintyy paljon
kasvifossiileja ja myös esimerkiksi yli 130 miljoonaa vuotta sitten astelleen kasvissyöjäkenguruliskon jalanjälkiä (kuva 6.).. Kuva 6. Kengurulisko Liitukauden lopulla alkoi alppilainen vuortenpoimutus ja samoihin aikoihin meteoriitti törmäsi maahan. Ilmasto ja olot muuttuivat ja mm. suuret liskot kuolivat sukupuuttoon. Kuvassa 7. on esitetty Isfjordenilla olevan Pyramidenin hylätyn kaivoskylän Pyramidenvuori (kuva 7.). Vuoren huippu on liitukautista matalaan mereen kerrostunutta kalkkikiveä. Sen alapuolella on harmaata merellistä jurakautista savikiveä. Savikiven alla on punainen hiekkakivi, jonka väri kertoo kuivista ilmasto-oloista. Hiekkakivi onkin kerrostunut maalle. Tämän alla on kivihiiltä sisältävä kivihiilikautinem hiekkakivikerrostuma, jossa vanhat alueella toimivat kivihiilikaivoksetkin sijaitsevat.
Kuva 7. Pyramidenvuori TERTIAARIKAUSI 65 milj. 2 milj. VUOTTA SITTEN Tertiaarikauden alussa Huippuvuoret sijaitsivat samalla leveysasteella kuin Etelä-Norja nykyisin. Ilmasto oli suurin piirtein samanlainen kuin esimerkiksi Oslossa nyt (talvi ja kesä erottuivat selvästi toisistaan). Runsaasta kasvillisuudesta huolimatta vuonoissa ja rannikoilla oli jäätä talvisin. Matkalla pohjoiseen Huippuvuoret törmäsivät Grönlannin kanssa, jonka seurauksena syntyivät nuorimmat basalttiset laavakivet. Huippuvuorten länsirannikon kivet kokivat voimakasta poimuttumista ja samalla muodostui vajoama-allas. Altaaseen kerrostuivat kauden alkuvaiheessa hiekkakivet, joissa tavataan kivihiiliesiintymiä. Näiden päälle kerrostuivat savikivet, joissa on paljon kasvifossiileita. Tuolloin Huippuvuorten kasvillisuus oli hyvin runsasta.
Kuva 8. Vaaleat kerrokset ovat liitukauden lopun kalkkisia hiekkakiviä ja tummemmat kerrokset tertiaarisia savi- ja hiekkakiviä Longyearbyenin laaksossa. Varhaistertiaariset kerrostumat ovat pääsääntöisesti hiekkakiveä, mutta runsaan kasvillisuuden ansiosta myös kivihiiltä esiintyy. Kivistä löytyy myös kauniita kasvifossiileja (kuva 8.). s Kuva 9. Tertiaarista savikiveä, jossa on sen aikakauden kasvifossiileja.
Kuva 10. Tertiaarista savikiveä.
Kuva 12. Tertiaarikautista hiekka- ja sorakiveä.
Kuva 13. Tertiaarista hiekkakiveä, jossa näkyy ristikerroksellisuutta. Se on kasautunut muinaisen joen suistoon. Keskitertiaarisella aikakaudella Huippuvuoret ja Grönlanti alkoivat liukua taas erilleen. Syntyi murtumia ja siirroksia. Näiden laattaliikuntojen seurauksena syntyi vulgaanista toimintaa. Huippuvuorten pohjoisosissa on nähtävissä tertiaarisia basalttilaavoja.
Tämän kauden aikana Huippuvuoret sai suunnilleen nykyiset muotonsa ja kokonsa. Ilmasto muuttui kylmemmäksi osaksi pohjoiseen ajautumisen ja osaksi koko maapallon ilmaston viilenemisen vuoksi. Kuvat 14. Longyearbyenin laaksossa tertiaarisissa kerrostumissa sijaitseva hylätty hiilikaivos ulkopuolelta ja sisältä.
Hiilikaivoksen sisältä
LÄHDELUETTELO Audun Hjelle (1993). Geology of Svalbard. Norsk Polarinstitutet, Oslo. http://www.hi.is/~oi/svalbard_geology.htm
Huippuvuorten jäätiköt ja kvartäärikautiset muodostumat Taustatietoa - Jäätiköt syntyvät tiettyjen luonnonolojen ehtona: normaalisti voidaan sanoa, että talven on oltava niin kylmä, ettei satanut lumi ehdi sulaa ennen uuden talven tuloa. - Lumi pakkautuu erittäin tiiviiksi ns. firn-lumeksi suuren paineen vuoksi, jolloin veden tiheys kasvaa ja pakautuneesta jäästä tulee geelimäistä jäätikön pohjaosissa. Tämä vähentää kitkaa jolloin jäätikkö liikkuu ja kerää sedimenttiainesta mukaansa (U-laaksot).
- Jäätiköt voidaan jakaa mannerjäätiköihin, vuoristojäätiköihin ja laaksojäätiköihin. - Akkumulaatiovyöhyke eli kasautumisalue on jäätikön keskellä tai yläpäässä (kasautunut lumi pakkautuu jääksi). - Ablaatiovyöhyke eli kulumisalue on jäätikön sulavaa ja haihtuvaa osaa (kuva 1) yleensä harmaata sitoutuneen kiven, hiekan ja pölyn takia = tiheys taas suurentunut, jolloin ainetta sitoutuu paremmin. - Kvartäärikausi on noin 1,8 miljoonaa vuotta sitten alkanut geologinen ajanjakso, jolle on ollut ominaista jääkausien alkaminen. Kausi on jaettu kahteen alikauteen, pleistoseeniin (jääkausien kylmään ajanjaksoon) ja holoseeniin (jääkausien jälkeiseen lämpimämpään ajanjaksoon jota elämme nyt = alkoi noin 11 600 vuotta sitten). Huippuvuorten jäätiköt Huippuvuorten eli Svalbardin pinta-ala on noin 62 160 km², josta pysyvää jäätikköä on noin 15 200 km². Tämä on alle 3% kaikista maailman jäätiköistä, ja kaikkien Svalbardin jäätiköiden sulaminen nostattaisi merenpintaa suunnileen kaksi metriä. Huippuvuorilla jäätiköt ovat pienehköjä laaksojäätiköitä ja pieniä vuoristojäätiköitä. Jäätiköt ovat myös erikoislaatuisia, niin kutsuttua hyökyvää intervalli-tyyppiä. Ne liikkuvat intervallikausien mukaan ja valuvat vuonoihin (kuva4) (liikkuvat talvisin merenjään päällä). Nämä intervallit sekoittavat jäätikön nopeuksia tavallisesti jäätiköt liikkuvat vuodessa joistakin metreistä kymmeniin metreihin, kun taas intervallijäätiköt joinakin kausina voivat liikkua useita kilometrejä vuoden aikana. On myös useita pieniä, mutta hyvin kuivia jäätiköitä, joita kutsutaan polaariaavikoiksi (erityisesti Koillis-Spitsbergen, joka on erittäin kuivaa aluetta). Svalbard on ikiroudan aluetta ja ylängöille on muodostunut kivijäätiköitä. Jäätymisen syvyys näillä alueilla on useita satoja metrejä, kun muualla se on vain muutamia metrejä. Joet ja purot ovat kesäilmiöitä, jolloin jäätikköjoet kuljettavat paljon sedimenttiainesta vuonoihin. Kvartäärikautisia muodostumia Kvartäärikaudella suuri osa (ellei koko) Huippuvuoria oli laajan jääkerroksen peitossa, jonka itäosa oli paksuin (nykyinen Kong Karls Landin alue). Kaikkein näkyvimmät jääkauden aiheuttamat muutokset Svalbardissa tänä päivänä ovat irtain sedimentti ja moreeni sekä mahtavat U-laaksot ja laajat vuonojärjestelmät. Vuonot ovat entisiä jään sulamisen aihettaman vedenpinnan nousun takia täyttyneitä U-laaksoja. Moreenimaata on syntynyt runsaasti varsinkin jäävirtojen reuna- ja kärkialueilla (kuva 1 ja 3). Lisäksi rannikot ovat kohonneet joillakin alueilla, kun taas joillakin jään liikkuminen on muodostanut suuria tasankoja (kuva 2).
Kuva 1 Kuva 2
Kuva 3 Kuva 4 Lähteet Audun Hjelle 1993: Geology of Svalbard - Polar handbooks vol 7, Norsk Polarinsitut wikipedia - jäätiköt http://www.hi.is/~oi/svalbard_geology.htm johon käytetty Hisdal, V 1998: Svalbard. Nature and history. Oslo, Norsk Polarinsitutt Aga, O.J. (ed.) 1986: The Geological History of Svalbard. Stavanger, Statoil.