Duktiilit deformaatiorakenteet

Carita Äärelä

1. Hiertovyöhykkeet

1.1. Mikä on hiertovyöhyke?

Hiertovyöhyke muodostuu noin 10–20 km syvyydessä, kun siirrokseen liittyvä deformaatio vaihettuu syvemmällä maankuoressa kohoavan paineen ja lämpötilan seurauksena hauraasta duktiiliksi (kuva 1).

Kuva 1. Pinnalla deformaatio on haurasta vaihettuen hiertovyöhykkeessä duktiiliksi. Oikealla on lueteltu  siirrokseen liittyvät tyypilliset kivilajityypit eri syvyyksissä ja  vallitsevissa deformaatiolämpötiloissa. Kuva: C. Äärelä.

Hiertovyöhykkeissä deformaatio on kohdentunut tiettyyn alueeseen, jossa deformaatio on voimakkaampaa kuin ympäröivillä alueilla ja siksi niihin muodostuu tietyntyyppisiä rakenteita ja kivilajeja. Hiertovyöhykkeet vaihtelevat kooltaan muutamasta millimetristä useita kilometrejä leveisiin hiertovyöhykkeisiin (kuva 2). Jatka lukemista ”Duktiilit deformaatiorakenteet”

Kaivostoiminta ja kaivoksen elinkaari

Teemu Karlsson

Kaivostoiminta

Kaivannaisteollisuus voidaan jakaa kolmeen päätoimialaan, jotka ovat kaivosteollisuus, kiviainesteollisuus ja luonnonkiviteollisuus. Kaivosteollisuus kattaa metallisten malmien louhinnan ja jalostuksen, sekä teollisuusmineraalituotannon. Kiviainesteollisuuteen kuuluu rakentamisessa tarvittavat hiekat, sorat ja kalliokiviainekset sekä niistä jalostetut tuotteet. Luonnonkiviteollisuus on näistä kolmesta toimialasta pienin ja se kattaa rakentamisessa käytettävien muotoiltujen kivilohkareiden ja tuotteiden valmistuksen. Jatka lukemista ”Kaivostoiminta ja kaivoksen elinkaari”

Miksi Suomen kallioperässä voidaan nähdä litosfäärilaattojen rajoilla muodostuneita rakenteita?

Carita Äärelä

1. Litosfäärilaattojen rajat muuttuvat ajanmyötä

Kallioperän muodonmuutosta eli deformaatiota tapahtuu lähinnä litosfäärilaattojen rajoilla. Erityyppisillä laattarajoilla muodostuu erilaisia rakenteita. Koska litosfäärilaatat liikkuvat jatkuvasti, eivät niiden rajat ole aina sijainneet samoissa kohdissa kuin nykyisin. Laattatektoniset prosessit ovat olleet käynnissä aina siitä lähtien, kun maapallon differentoituminen oli edennyt niin pitkälle, että ne ovat olleet mahdollisia (ks. Laattatektoniikka). Suomessa näkyvät kallioperän rakenteet ovat syntyneet siis aiemmissa laattatektonisissa tapahtumissa, jotka eivät enää ole aktiivisia. Fennoskandian kilven kivet ovat siis deformoituneet ja metamorfoituneet useissa menneissä vuorijonon muodostuksissa eli orogenioissa. Tällaisia eri-ikäisiä orogeniavyöhykkeitä on maapallolla useita. Tämän vuoksi mannerlaattojen sisällä havaittavia aiemmissa vuorijonon muodostuksissa syntyneitä rakenteita on mahdollista nähdä myös Suomen kallioperässä. Jatka lukemista ”Miksi Suomen kallioperässä voidaan nähdä litosfäärilaattojen rajoilla muodostuneita rakenteita?”

Hauraat rakenteet

Carita Äärelä

1. Kallioperän rakoilu

Hauraita rakenteita ovat kallioperän raot ja siirrokset. Kallioperän raot ovat kiviin muodostuneita murtumispintoja. Kallioperän jännityksen aiheuttamana kiveen voi muodostua heikkouspinta, jota pitkin kivi lohkeaa osiin ja siihen muodostuu rako (kuva 1).

Kuva 1. Kallioperän rakoja graniitissa. Kuva: C. Äärelä.

Jatka lukemista ”Hauraat rakenteet”

Primaarirakenteet

Carita Äärelä

1. Mitä ovat primaarirakenteet?

Primaarirakenteilla tarkoitetaan kiven syntyyn liittyviä rakenteita, kuten esimerkiksi sedimenttikivien kerrostumisen aikaisia rakenteita tai magmakivien kiteytymiseen liittyviä rakenteita, jotka eivät liity suoranaisesti laattatektonisiin prosesseihin. Jotta voimme ymmärtää ja erottaa deformaatiossa muodostuneita rakenteita alkuperäisistä, on tiedettävä millaisia kivet olivat ennen deformaatiota. Jatka lukemista ”Primaarirakenteet”

New Madridin maanjäristykset: harvinaisia luonnonilmiöitä

Päivi Mäntyniemi

Piirustus New Madridissa vuonna 1811 sattuneesta maanjäristyksestä. Kuva: Henry Howe.

Maanjäristysrypäs kahdensadan vuoden takaa askarruttaa seismologeja yhä. Voimakkaita maanjäristyksiä esiintyi keskellä Yhdysvaltoja pitkän matkan päässä laattareunoista. Kyseessä on yksi merkittävimmistä esimerkeistä mannerlaatan sisäosien seismisyydestä koko maailmasta.

Järistyspaikka New Madrid sijaitsee Missourin osavaltiossa Mississippijoen mutkassa. Alun perin turkismetsästäjien tukikohdaksi perustettu piskuinen talorykelmä ei koskaan kasvanut laivaliikenteen vartijaksi. Jokitörmä oli perustaksi kehno, koska vesi huuhtoi suuria määriä maa-ainesta. Seudun ikimuistoisimmat hetket osuivat talveen 1811-1812. Ensimmäinen voimakas maanjäristys sattui 16. joulukuuta 1811 noin kahdelta yöllä, toinen 23. tammikuuta 1812 yhdeksän maissa aamupäivällä ja kolmas 7. helmikuuta ennen neljää aamulla. Tunnetaan kolmattasataa selvästi erillistä jälkijäristystä. Kaikkein suurin niistä seurasi ensimmäistä järistystä aamunkoitteessa, joten voidaan puhua kolmesta tai neljästä suuresta New Madridin maanjäristyksestä.

Nykyisen Missourin osavaltion kaakkoisosa ja koillinen Arkansas olivat rajuimpien maanliikkeiden aluetta. Järeät vaikutukset kohdistuivat etupäässä Mississippiin ja seudun tiheään metsään. Maaperä vajosi monessa kohdassa niin, että puita painui upoksiin. Syntyi vesiputouksia ja veden virtaussuunta kääntyi paikoin. Muodostui tyystin uusi järvi, Reelfoot Lake. Kova tärinä aiheutti ihmisille tasapainovaikeuksia ja pahoinvoinnin tunnetta. Maaperä repeili ja vettyi, mikä vaikeutti liikkumista ja lisäsi uhkaavuutta. Ensimmäinen ja kolmas pääjäristys herättivät harvalukuisen väestön äkkinäiseen ryskeeseen. Vaatimaton rakennuskanta tuhoutui pääosin, ja asukkaat pyrkivät pois kaupungista viimeistään helmikuun 7. päivän jälkeen 1812.

Silminnäkijäkuvauksia on säilynyt sanomalehdistössä, erilaisissa kirjeenvaihdoissa ja matkakuvauksissa. Ne sisältävät huomioita järistysvaikutusten heikentymisestä New Madridista etäännyttäessä.

Tuohon aikaan New Madridin tienoo kuului eurooppalaisen uudisasutuksen läntiseen rintamaan. Tuntuvuusalueiden itäiset puoliskot olivat mittavat: järistykset tunnettiin Kanadasssa ja mantereen itärannikolla asti. Kahden kuukauden aikana Atlantin valtameren rannoilla huomattiin parisenkymmentä New Madridin maanjäristystä. Arviot järistysten voimakkuudesta perustuvat tämäntyyppisiin tietoihin ja koko tuntuvuusalueisiin; instrumenttikausi koitti vasta myöhemmin. Viimeaikaisimmat magnitudiarviot ovat 7,2-7,3 joulukuun 1811 tapaukselle, 7,0 tammikuussa ja 7,4-7,5 helmikuussa seuraavana vuonna. Joulukuun suuren jälkijäristyksen magnitudiksi on arvioitu likimain 7. Näitä suurempia magnitudeja on esitetty aikaisemmissa tutkimuksissa. Magnitudien madaltumista perustellaan paikallisilla maaperätekijöillä: varhainen asutus keskittyi vesireittien varsille, joten pehmeä maaperä voimisti maanliikettä ja aistimuksia siitä.

Maanjäristysten magnitudin (voimakkuuden) ja lukumäärän välinen suhde noudattaa maapallolla tinkimätöntä käänteistä lakia: mitä pienempi tapaus, sitä suurempi lukumäärä. New Madridin järistykset olivat tuiki harvinaisia luonnonilmiöitä, suuria tapauksia mannerlaatan sisäosassa, jossa maanjäristyksiä esiintyy paljon verkkaisempaan tahtiin kuin laattareunoilla.

Järistystutkijoilla on käytössään erilaisia menetelmiä laventaa tietämystä historiallisista maanjäristyksistä. Nykyajan seismisyyden selvitys on yksi niistä. Pienten maanjäristysten paikat tuovat tietoa siirroksista ja maankuoren heikkousvyöhykkeistä, joihin järistykset mahdollisesti keskittyvät. New Madridin maanjäristykset 1811-1812 eivät jättäneet maanpinnalle ulottunutta siirrosmurtumaa, vaan ne liittyivät syvemmällä maankuoressa sijaitseviin rakenteisiin.

Laitehavainnointi alkoi alueella 1974, ja jo vuodessa järistysten paikat paljastivat likimain koilliseen kääntyneen Z-kirjaimen muotoisen kuvion. Se nimettiin New Madridin seismisyysvyöhykkeeksi. Tapahtumien kulku on tulkittu siten, että joulukuussa 1811 järistys mursi Z:n lounaisimman sakaran, tammikuussa 1812 koillisimman ja seuraavassa kuussa keskimmäisen. Laiteajan maanjäristykset on paikannettu 5-14 kilometrin syvyydelle. Voimakkuudet ovat jääneet alle arvon 5.

Paleoseismologian keinoin voidaan kurkottaa pidemmälle menneisyyteen ja selvittää, onko talven 1811-12 suurilla järistyksillä ollut edeltäjiä. Voimakkaat järistykset jättävät luonnonympäristöön jälkiä, joita voidaan kartoittaa ja ajoittaa vuosisatojakin myöhemmin. Maanpinnalla näkyvät siirrosmurtumat, maantärinän aikaansaamat muodostumat, maaperän vettymisjäljet tai toistensa suhteen liikahtaneet maa-aineskerrokset voivat viitata muinaiseen maanjäristykseen.

On löydetty todisteita ainakin kahdesta esihistoriallisesta maanjäristyksestä New Madridissa. Ne on ajoitettu aikaväleille 800-1000 ja 1200-1400. Epäselvempi todistusaineisto viittaisi myös järistykseen vuosien 1400 ja 1600 välillä. Arkeologisilla kaivauksilla 30 kilometrin päässä New Madridista koilliseen on samoin löytynyt jälkiä esihistoriallisesta maaperän vettymisestä. Yhteensä havainnot viittaavat jopa neljään esihistorialliseen maanjäristykseen New Madridin seismisyysvyöhykkeellä. Ne olivat kyllin voimakkaita jättääkseen pysyviä muutoksia maapohjaan, mutta johtolankoja niiden voimakkuuksien tarkempaan määritykseen ei ole.

Paleoseismologian tulokset merkitsevät melko lyhyitä toistumisaikoja voimakkaille maanjäristyksille New Madridissa. Avaruusgeodesian avulla pyritään hankkimaan selkoa maankuoren tämänhetkisistä liikkeistä ja muodonmuutoksista alueella. Muutokset Global Positioning System (GPS) -vastaanottimien paikkakoordinaateissa saadaan selville toistamalla mittauksia tietyin väliajoin. Tulokset voidaan esittää vektorimuotoisena tietona, joka kertoo, tapahtuuko seudulla minkäänlaista liikettä.

Varhaisten mittauksien mukaan New Madridin seismisyysvyöhykkeen eteläosassa jännitystä kertyy maankuoreen nopeudella 5-7 millimetriä vuodessa. Koordinaattien uudelleenmäärityksessä oli hyödynnetty 1950-luvulla tehtyä kolmiomittausverkkoa. Liikkeen suunta vastasi oikeakätistä siirtymää. Joissakin myöhemmissä tutkimuksissa on raportoitu vähäisempää samansuuntaista liikettä. Suureen havaintoaineistoon perustunut tutkimus 1999 esitti, että maankuoren liikkeen määrä on alueella sangen pieni, lähes olematon. Eri tutkimustulosten välisiä eroja selitetään mittausvirheillä; varhaisissa tutkimuksissa mittausajat olivat lyhyemmät ja GPS-laitteistot alkeellisemmat.

Maankuoren liikkeen ja suurten järistysten esiintymistiheyden välille on laadittu yhtälöitä. Niiden mukaan alle 2 millimetrin vuotuinen muodonmuutos vastaa yli 2500 vuoden toistumisaikaa. Varhaisia GPS-tuloksia vastaavat toistumisajat olisivat huomattavasti lyhyemmät, 400-1100 vuotta, ja merkitsisivät korkeampaa seismisen hasardin tasoa New Madridin seismisyysvyöhykkeellä. Pienet muodonmuutokset eivät sulje pois voimakkaan maanjäristyksen mahdollisuutta, koska kootut havainnot eivät ehkä sisällä kaikkea liikettä laitteiston rajallisuuden vuoksi. Pisimmätkään havaintosarjat eivät ole kovin pitkiä. Maankuoren muodonmuutos voi myös vaihdella ajassa.

New Madridiin jääneet asukkaat tottuivat vähitellen jälkijäristyksiin, jotka jatkuivat vuositolkulla talven 1811-1812 jälkeen. Uuden tulkinnan mukaan seudulla nykyään rekisteröitävät maanjäristykset ovat yhä samaa jälkijäristystoimintaa. Mannerlaattojen sisäosien seismisyys ilmenee niin vitkaan; laattareunoilla vastaavankokoiset pääjäristykset aiheuttavat jälkijäristyksiä vain noin vuosikymmenen ajaksi. Ajatuksesta seuraa, että pienet maanjäristykset eivät välttämättä osoita vastaisuuden suurten maanjäristysten sijaintia, mikä lisää epävarmuutta. Seismisen hasardin kartoissa New Madridin seutu joka tapauksessa erottuu väriläiskänä mannerlaatan sisäosien loputtomassa harmaudessa. Riskin taso on kiistatta noussut. Rakennuskanta ei enää koostu matalista hirsiasumuksista eikä väkimäärä muutamista sinnikkäistä uudisasukkaista ja alkuperäisasukkaista.

Vuosina 1974-2011 tapahtuneet maanjäristykset New Madridin alueella. Kuva: Wikimedia Commons

 

Meteoriittien ominaisuudet

Mikko Turunen

Ominaisuudet

Löydöt ja pudokkaat

Meteoriitit luokitellaan kahteen ryhmään talteensaamistavan mukaan:

  1. Löydöt, joiden putoamisajankohdasta ei ole tietoa ja jotka ovat voineet maata maassa pitkäänkin
  2. Pudokkaat, jotka saadaan talteen pian putoamisensa jälkeen

Pudokkaista noin 86 % on kondriitteja (kivimeteoriitti), 7 % akondriitteja (kivimeteoriitti), 6 % rautoja ja vain 1 % kivirautoja. Löydöistä noin 40 % on rautameteoriitteja, sillä raudat säilyvät maassa kivimeteoriitteja paremmin. Suomesta on saatu talteen kaikkiaan 13 meteoriittia, joista kuuden putoaminen on havaittu. Suomesta ei ole löydetty yhtään rautameteoriittia. Jatka lukemista ”Meteoriittien ominaisuudet”

Meteoriitit

Ari Brozinskin kooste: Reet Tiirmaa, Väinö Puura, Alvar Soesoo, Sten Suuroja, Ari Linna

Törmääviä taivaankappaleita

Kuvassa nähdään vuonna 1984 löydetty meteoriitti ALH84001, joka putosi Antarktikselle 13 000 vuotta sitten. Meteoriitti on peräisin Marsista ja sen uskottiin sisältävän primitiivisiä fossiileja, jotka olisivat olleet merkki yli 3600 miljoonaa vuotta vanhasta elämästä Marsin pinnalla. Kuva: NASA/JPL.

Aurinkokunnan planeettojen varhaishetket ovat olleet täynnä katastrofeja, jotka ovat aiheutuneet taivaankappaleiden keskinäisistä törmäyksistä. Aurinkokunnan alkuhetkiä seuranneen rauhallisemman, 4,5 miljardia vuotta kestäneen, kehityksen aikana pienemmät – asteroidien, komeettojen, meteoridien ja kosmisen pölyn aiheuttamat – törmäykset ovat olleet melko tavallisia. Jos planeetoilla on heikosti kehittynyt ilma- ja vesikehä, kuten Kuulla ja Merkuriuksella, impakteissa syntyy maljan mallisia kraattereita ja laajoja kakkuvuokaa muistuttavia painanteita, joissa on isostaattisesti ylös kohonnut keskuskohouma. Monet näistä piirteistä ovat peräisin 3-4 miljardin vuoden takaa. Hyvin kehittynyt ilma- ja vesikehä hidastaa useimpia niihin ajautuvia taivaankappaleita, ja vain suurimmat kappaleet voivat säilyttää niillä avaruudessa olleen kosmisen nopeutensa putoamispaikalle asti; iskeytymishetkellä niiden liike-energia vapautuu räjähdyksenä, mikä johtaa murskaantuneiden, shokkimetamorfoosin läpikäyneiden kivien ja meteoriittikraatterien syntyyn. Jatka lukemista ”Meteoriitit”

Lumipallomaa

Ari Brozinski, Teemu Karlsson

Jääkausi ylitse muiden

Maapallon historiaan on mahtunut lukuisia jääkausia. Niistä viimeisin eli Veiksel päättyi 11 590 vuotta sitten Holoseeniin (nykyaikaan) Baltian jääjärven muuttuessa Yoldianmereksi. Veiksel ulottui laajimmillaan Saksaan Hampurin alueelle, Puolaan, Baltian maihin sekä aina Venäjälle Moskovan tienoille saakka. Veiksel kuitenkin kalpenee laajuudessa suurimmille jääkausille, joiden mittasuhteet olivat niin valtavat, että ne luultavasti vuorasivat koko planeettamme, niin meret kuin mantereet, paksuun jäiseen kerrokseen. Jatka lukemista ”Lumipallomaa”

Deformaatio

Carita Äärelä

1. Mitä deformaatio tarkoittaa?

Deformaatio tarkoittaa geologiassa kivien muodon, paikan ja asennon muuttumista. Deformaatiossa kivien alkuperäinen rakenne muuttuu ja niihin syntyy uusia geologisia rakenteita, kuten rakoilua, siirroksia, poimuja, lineaatioita ja liuskeisuutta. Deformaation aiheuttamat muutokset voivat näkyä myös mikroskooppisessa mittakaavassa (kuva 1).

Kuva 1. Kiven liuskeisuutta (pystyasentoinen) leikkaava pieni hauras siirros (ylävasen-alaoikea) mikroskooppisessa mittakaavassa. Kuva: P. Skyttä.

Jatka lukemista ”Deformaatio”