Aika, kallioperä ja jääkaudet

Ikuisuudesta Merenkurkkuun

Merenkurkun maailmanperintökohdetta leimaavat tunnetut piirteet, kuten erilaiset moreenit, maankohoaminen sekä paikoittain näkyvissä oleva peruskallio, jonka pinnassa voimme havaita jäätikkökulutuksen merkkejä. Näiden piirteiden taustalla on geologisia ilmiöitä, joita tarkastelemalla voimme ymmärtää, kuinka kallioperä tai sedimenttimuodostumat ovat syntyneet ja toisaalta miten Merenkurkku ja sen saaristo tulevat muuttumaan tulevaisuudessa.

Pitkä aika

Geologisesta ajasta puhuttaessa vuosikymmenet tai vuosisadat menettävät usein merkityksensä. Ajanmääreet vaihtelevat sadoista tuhansista vuosista aina miljooniin tai jopa miljardeihin vuosiin. Niinpä nykyhetki on geologisesti katsoen olemattoman pieni piste loputtomalla aikajanalla (kuva 1).

Geologiselle ajalle saadaan konkreettinen mittasuhde, jos tarkastellaan vaikka maapallon ikää. Maan iäksi on määritetty noin 4,56 miljardia vuotta. Jos jokaista vuotta planeettamme historiassa merkittäisiin kymmensenttisellä lipulla, yltäisi jono yli kymmenen kertaa päiväntasaajan ympäri.

Kuva 1. Viimeisen jääkauden aiheuttama alle 24 000 vuotta vanha sirppimurros yli miljardin vuoden ikäisessä kivessä.

Eräitä kallioperämme piirteitä

Suomen geologiseen historiaan on mahtunut lukuisia tapahtumia joita maamme nykyisiä pinnanmuotoja tarkastellessa ei ehkä heti uskoisi tapahtuneen. Tärkeimmät kehitysvaiheet keskittyvät vuosien 2800-2700 ja 1900-1800 miljoonaa vuotta sitten välille, jolloin kallioperämme on joutunut useampaan orogeniaan eli vuorijonomuodostukseen. Orogenioiden myötä (Fennian orogenia ja Svekobaltinen orogenia) maassamme on kohonnut korkeita vuoria. Muita keskeisiä vaiheita kallioperämme kehityshistoriassa edustavat maamme lounais- sekä kaakkoisosista ja Ahvenanmaalta löytyvät 1575 miljoonaa vuotta vanhat Rapakivigraniitit sekä diabaasijuonet, jotka ovat usein Rapakiviä nuorempia. Diabaasijuonet ovat viimeisin kallioperäämme muokannut tapahtuma.

Kuva 2. Noin viisi metriä leveä diabaasijuoni Turunmaan saaristossa.

Kallioperämme vanhimmat osat sijaitsevat karkeasti ottaen maamme Itä- ja osin Pohjois-osissa nk. Fennoskandian kilven prekambrisella alueella. Prekambri on ajanjakso, jonka katsotaan päättyneen 542 miljoonaa vuotta sitten (evoluution ”Big Bangiin”) (kuva 3). Kilven ytimen muodostavat vanhimmat ja tektonisesti pitkään stabiilina olleet arkeeisen eonin aikana muodostuneet alueet. Arkeeisella eonilla viitataan Maan historian vaiheeseen, joka ulottui 4000 miljoonan vuoden takaa aina 2 500 miljoonan vuoden päähän. Kyseinen eoni itsessään on hyvin merkityksellinen Maan historian kannalta. Sen aikana Maa esimerkiksi jäähtyi voimakkaasti, ilmakehä alkoi muodostua ja ensimmäiset kiinteät maankuoren palat syntyivät.

Kuva 3. Ajan jaottelu IUGS (2009) mukaan. Kuvaan on merkitty eonit ja maailmankaudet (napsauta suuremmaksi).

Suomen kallioperästä noin kolmannes koostuu arkeeisista alueista. Alueen vanhimmat kivet yltävät jopa 3500 miljoonan vuoden ikään (Pudasjärven granuliitit ja trondhjemiittigneissit) pääosan ollessa iältään kuitenkin ”huomattavasti” nuorempia eli noin 2800-2700 miljoonaa vuotta vanhoja. Tyypillisimpiä arkeeisia kivilajejamme ovat monimutkaisesti deformoituneet ”raidalliset kivet” eli gneissit, muinaisen tulivuoritoiminnan tuloksena alkunsa saaneet vihreäkivivyöhykkeiden kivet sekä kallioperän rapautumistuotteista syntyneet ja metamorfoosissa (suuri paine ja lämpötila) uudelleenkiteytyneet kiilleliuskeet ja paragneissit.

Missä on vuoristo?

Auringon lämmittämän silokallion poltellessa jalkapohjiamme emme kuitenkaan näe ympärillämme jylhiä vuoria tai laavaa syökseviä tulivuoria. Syy näiden puuttumiselle on yksinkertainen: seisomme kallion sisässä. Eroosio on ajan saatossa ollut voimakasta ja nykyisin nähtävillä oleva peruskallio on aikoinaan sijainnut lähes kahdenkymmenen kilometrin syvyydessä. Lisäksi Suomi sijaitsee nykyään kaukana mannerlaatan reunalta eli kallioperämme on geologisesti ajatellen hyvin rauhallista aluetta eli meillä ei ole esimerkiksi tulivuoritoimintaa.

Ympärillämme näkyvät kalliot ovat siis todiste maamme monimuotoisesta geologisesta historiasta, jonka tapahtumia tässä tekstissä on käsitelty äärimmäisen pinnallisesti. Voit lukea lisää Maan ja Suomen kallioperän kehistysvaiheista Geologia.fi -portaalista.

Jääkausiaika

Lämpimän suvituulen puhaltaessa lempeästi ei heti tule ajatelleeksi, että elämme oikeastaan jääkausiaikaa. Tarkalleen ottaen nyt on meneillään 2,5 miljoonaa vuotta sitten alkaneen viimeisimmän jääkausiajan, Kvartäärin lämmin jakso. Kvartääri on muiden jääkausiaikojen tapaan jakautunut jääjaksoihin eli glasiaaleihin sekä lämpimiin ja kylmiin (jäättömiin) jaksoihin. Jääkausiajan sisäisiä lämpimiä jaksoja nimitetään interglasiaaleiksi ja kylmiä interstadiaaleiksi. Nykyinen interglasiaali eli Holoseeniaika, alkoi 11 590 vuotta sitten Veiksel-jäätikkövaiheen päätyttyä (kuva 7).

Vaikka jäättikkövaiheen katsotaankin päättyneen on planeettamme pinnasta edelleen kymmenes jään peitossa. Suuria jäätiköitä on nykyään erityisesti napa-alueiden läheisyydessä. Esimerkiksi Grönlannista 80 % on jään peittämää (kuva 4).

Kuva 4. Kuvassa näkyy Grönlanti. Huomaa jäätikön poikkileikkauksessa jään paksuus, joka on lähes kolme kilometriä.

Jäätikköjen synty

Jäätikköjen synty alkaa tyypillisesti vuoristo- ja ylänköalueilta suotuisten sadanta- ja lämpötilaolosuhteiden vallitessa. Vuoristoalueilla rinteiden tulee olla riittävän loivia, jotta satanut lumi kykenee jäämään paikalleen, eikä poistu lumivyöryjen myötä (kuva 5). Hyvä esimerkki jäätiköitymisalttiille alueelle ovat Skandit, josta Pohjois-Euroopan jäätiköt ovat saaneet syntynsä.

Kuva 5. Jäätikköjen syntyy alkaa sopivien olosuhteiden vallitessa.

Sopivien olosuhteiden vallitessa talvella satanut lumi ei enää sula kesällä pois, vaan se alkaa vähitellen tiivistyä eli firniytyä. Firniytymisen myötä lumesta poistuu ilmaa ja lumi alkaa hitaasti muuttua jäätikköjääksi. Vastasataneessa lumessa on yli 90 % ilmaa, mutta jäätikköjäässä sitä on alle 20 % pieninä kaasukuplina.

Tyypillisesti jäätikkö kasvaa hieman talvisin uuden lumen myötä. Tätä tapahtumaa kutsutaan akkumulaatioksi. Jäämäärää, jonka jäätikkö menettää vuoden aikana kutsutaan ablaatioksi. Ablaation ja akkumulaation suhteesta voidaan nähdä, kasvaako jäätikkö, pysyykö se paikallaan vai vetäytyykö se.

Kuva 6. Akkumulaatio ja ablaatio.

Jäätiköityminen on usean osatekijän summa sillä sopivien lämpötila- ja sadantaolosuhteiden lisäksi geologiset prosessit voivat edesauttaa jäätiköitymistä. Geologisista prosesseista merkittävä vaikutus on laattatektoniikalla. Maassa tiedetään olleen jäätiköitymisiä aina, kun suuri osa joitain senttejä vuodessa liikkuvista litosfäärilaatoista on ajautunut napaseutujen läheisyyteen. Myös lyhytaikaiset muutokset, kuten tulivuoren purkauksen synnyttämä tuhkapilvi myötävaikuttavat jäätiköitymisiin sillä tiheä tuhkapilvi voi toimia tehokkaana heijastimena auringosta tulevalle lämmölle ja näin ollen vaikuttaa maapallon pintalämpötilaan. Jäätiköitymistä suosii myös auringonsäteilyn vähäisyys napaseuduilla verrattuna esimerkiksi päiväntasaajaan.

Jäätikön kasvettua riittävän suureksi, heijastaa valkoinen jäämassa runsaasti auringonsäteilyä takaisin avaruuteen eli jäätikön heijastamiskerroin (albedo) on suuri. Mitä laajemmalle jäätikkö leviää, sitä enemmän se heijastaa lämpösäteilyä. Eräiden tiedemiesten mukaan tällainen tilanne saattaa kehittyä myös itseään ruokkivaksi, jolloin jäätiköt jatkaisivat laajenemistaan peittäen lähes koko Maan alleen.

Maan radan soikeudella, akselin kallistuskulmalla sekä huojunnalla (prekessio) on niin ikään vaikutusta jääkausien syntyyn. Näitä maan radassa ja rataliikkeissä tapahtuvia vaihteluita kutsutaan Milankovitchin sykleiksi serbialaisen matemaatikon mukaan ja ne vaikuttavat esimerkiksi kesien pituuteen ja lämpötiloihin. Karkeasti ottaen maan soikeus vaihtelee noin 100 000 vuoden jaksoissa, kallistuskulma 41 000 vuoden jaksoissa ja huojunta 26 000 vuoden jaksoissa.

Kasvu ja liike

Jäätikön katsotaan syntyneen, kun jääpatja on riittävän paksu jotta se kykenee virtaamaan. Jäätiköt liikkuvat karkeasti ottaen kahdella tavalla, plastisesti virraten tai pohjaa pitkin liukuen. Pohjaa pitkin liukuessaan alentaa jäämassan paine veden sulamispistettä, jolloin jään ja maanpinnan väliin syntyy ohut liikkeen mahdollistava vesipatja. Esimerkiksi Grönlannin mannerjäätikkö liikkuu edellä kuvatulla tavalla.

Matalammat jäätiköt, joissa paine ei riitä vesipatjan synnyttämiseen voivat olla jäätyneitä pohjaan kiinni. Tällöin niiden ylemmissä osissa tapahtuu tavallisesti plastista virtausta. Pohjastaan kiinni jäätynyttä jäätikköä voi havainnollistaa vaikka korttipakkavertauksella: jos kädessä olevaa korttipinoa työntää sormella, jäävät alimmat kortin paikalleen ylempien liikkuessa. Plastinen virtaus taas voidaan rinnastaa esimerkiksi hunajan valumiseen. Ajatellaan vaikka kiteytynyttä hunajaa, jota seurataan yön yli. Jos hunajapurkin kääntää ylösalaisin, näyttää hunaja pysyvän paikallaan. Yön aikana hunaja on kuitenkin vähitellen valunut purkista pöydälle. Jäätikön ylemmissä osissa (< 50 m) jään paine on pienempi ja jää käyttäytyy hauraasti. Esimerkiksi Veiksel-jäätiköitymisen aikana (kuva 6), on Pohjoismaat peittänyt jäätikkö todennäköisesti käyttäytynyt kaikilla yllä kuvatuilla tavoilla.

Vanhojakin vanhempia

Jäätiköitymisiä tiedetään olleen hyvin pitkään ja niistä varhaisimpien spekuloidaan tapahtuneen jo runsas 2500 miljoonaa vuotta sitten. Näin vanhoista jäätiköitymisistä ei kuitenkaan ole suoria todisteita. Sen sijaan Pohjois-Amerikasta ja Euroopasta löytyy vakuuttavia todisteita hieman nuoremmista jäätiköitymisistä ja yleisesti voidaankin sanoa, että hyvin dokumentoituja esimerkkejä jääkausista löytyy aikaväliltä 2200-800 miljoonaa vuotta sitten.

Klassinen vanhoja jääkausia edustava kohde löytyy Kanadan Ontariosta, jossa on nk. Huronian superryhmään kuuluvia 2500-2200 miljoonaa vuotta sitten syntyneitä kerrostumia. Euroopassa merkit vanhoista jäätiköitymisistä löytyvät Urkkavaaran muodostumasta, joka on Itä-Suomessa. Siellä on 2440-2350 miljoonaa vuotta vanhoja raekooltaan voimakkaasti vaihtelevia sedimenttikiviä (diamiktiitti) sekä turbidiiteissa olevia tipahduskiviä. Turbidiitit syntyvät turbidiittisen virtauksen myötä. Virtausta tapahtuu, kun vedessä on runsaasti hienoainesta, joka virtaa rinnettä alaspäin. Tipahduskivet taas syntyvät, kun jäätiköstä tai siitä irronneesta jäävuoresta irtoaa kivi, joka putoaa pehmeään sedimenttiin.

Viimeisten 600 000 vuoden jätiiköitymiset ja niiden väliset jäättömät tai lämpimät jaksot tunnetaan kohtalaisen tarkasti. Kuvassa 7 nähdään karkea jaottelu viimeisimmistä glasiaali-, interglasiaali ja interstadiaalivaiheista.

Kuva 7. Suomen jääkaudet viimeisen 600 000 vuoden aikana (Koivisto 2005 mukaillen). Napsauta suuremmaksi.

Runsaasti ainesta

Jäätikön mukana liikkuu aina runsaasti ainesta, jonka jäämassan valtava voima irrottaa jäänalaisesta kallioperästä. Irtoaines joutuu jäätikkökuljetukseen. Kuljetuksen tuloksena syntyy runsaasti erikokoista materiaalia, jonka raekoko vaihtelee aivan hienosta kivien ja lohkareiden kautta aina jättimäisiin kollaaseihin asti (kuva 8). Jäätikön sisältämä aines voi olla myös tuulen kuljettamaa. Tällöin jäätikön pinnalle lentänyt pöly kulkeutuu vähitellen jäätikön sisään antaen oman osuutensa jäätikön muodostamiin kerrostumiin.

Kuva 8. Suuri lohkare Merenkurkun saariston alueella. Lohkareen alkuperästä on kaksi teoriaa: se on jäätikön liikuttama siirtolohkare tai se edustaa muinaista magmakammiota, jonka seinämät ovat erodoituneet pois.

Liikkuessaan virtaa jäätikkö aina eteenpäin, jopa perääntyessään. Toisin sanoen kulkeutuu jäätikköön joutunut erikokoinen aines sen reunalle, jossa se sulamisen myötä muodostaa erilaisia kerrostumia. Kerrostumia jaotellaan esimerkiksi sen mukaan, ovatko ne jäätikköjokien kerrostamia vai kerrostuneet kauemmas jäätikön edustalla sijaitsevaan järveen. Yleisesti voidaan sanoa, että hienompijakoinen aines kulkeutuu pidemmälle jäätikön edustalta kuin raskaampi aines. Merenkurkun alueella on nähtävissä monenlaisia jäätikkösyntyisiä sedimenttejä (kuva 9).

Kuva 9. Jäätikkösyntyisiä (Saale, Veiksel) sedimenttejä Vaasan keskustassa Konepajankadun ja Olympiakadun risteyksessä.

Lähteet:

Eyles, N. 1993: Earth's glacial record and its tectonic setting. Earth-Sci. Rev. 35: 1-248.
Koivisto, M. 2005. Jääkaudet. WSOY. Porvoo, Suomi. 240 s.
Mutanen, T. ja Huhma, H. 2003. The 3.5 Ga Siurua trondhjemite gneiss in the Archaean Pudasjärvi Granulite Belt, northern Finland. Bulletin of the Geological Society of Finland 75: 51–68.
Press, F., Siever, R., Grotzinger, J. ja Jordan, T. H. 2003: Understanding Earth, 4th ed. W.H. Freeman and Company. USA. 568 s.