Suomen kallioperä
Mikko Turunen, Jussi Heinonen, Elina Lehtonen
Fennoskandian kilpi
Suomen kallioperä kuuluu vanhaan prekambriseen (ajanjakso 4 600 – 570 miljoonaa vuotta sitten) Fennosarmatian (Itä-Euroopan) kratoniin, joka on eräs Euraasian mantereen vanhimmista osista. Vastaavia prekambrisia kratoneita, joilla ei ole pitkään aikaan tapahtunut tektonisia liikuntoja, tavataan kaikilla mantereilla. Fennosarmatian ikivanha kallioperä on näkyvissä ainoastaan Fennoskandiassa (Fennoskandian kilpi) ja Ukrainassa, muualla se on nuorempien sedimenttikivilajien peittämä.
Fennoskandian kilven luoteisraja on näkyvissä Kilpisjärvellä. Saanatunturin alimmat osat ovat osa kratonia, mutta ylimmät kerrostumat kuuluvat Kaledonidien vuorijonoon, joka on nuorempaa kallioperää. Etelässä kilpialueen raja kulkee Suomenlahden ja Itämeren vesien alla – esimerkiksi Viron paljastunut kallioperä koostuu jo nuorista fossiileja sisältävistä sedimenttikivistä, jotka peittävät vanhempaa kallioperää. Idässä raja kulkee Laatokan ja Äänisen kautta Vienanmereen. Kuolan niemimaa kuuluu kokonaisuudessaan Fennoskandian kilpialueeseen.
Fennoskandian kilpi voidaan jakaa muutamiin toisistaan selvästi eroaviin alueisiin, joista suuri osa on syntynyt mannertörmäysten ja vuorijonopoimutuksen yhteydessä. Kilven itä- ja pohjoisosat kuuluvat arkeeiseen kallioperään. Näillä alueilla valtakivilajeina ovat gneissit ja migmatiitit sekä hajanaiset metamorfoituneista vulkaniiteista ja sedimenttikivistä koostuvat vihreäkivivyöhykkeet. Keski- ja länsiosissa on syntyperältään nuorempia metamorfisia ja magmakivilajeja kuten graniitteja, kvartsiitteja, liuskeita, migmatiitteja ja metavulkaniitteja. Pohjois-Suomen erikoisuutena on Lapin granuliittikaari, mannertörmäyksen sauma, joka on voimakkaasti metamorfoitunut ja tektonisten voimien takia noussut syvältä kallioperästä nykyiselle eroosiotasolle. Eteläisen Suomen erikoisuuksia ovat Kaakkois- ja Lounais-Suomen rapakivigraniittialueet. Ne ovat syntyneet suurten mannertörmäysten jälkeen, eivätkä siksi ole metamorfoituneet. Oulun, Satakunnan ja Keski-Ruotsin nuoremmissa keski- ja myöhäisproterotsooisissa sedimenttikivikerrostumissa on kalkki-, hiekka- ja savikiviä sekä sorasta muodostuneita konglomeraatteja.
Suomen kallioperä pääpiirteittäin
Suomen kallioperä on hyvin vanhaa. Se on muodostunut pääpiirteissään noin 3 000 – 1 400 miljoonaa vuotta sitten. Tietyt geologiset prosessit ovat vaikuttaneet kallioperäämme myöhemminkin, mutta ne eivät ole olleet kovin laaja-alaisia. Nykyisellään Suomen kallioperä on vakainta ja vanhinta Euroopassa. Suomen kohdalla Euraasian laatta on myös paksuimmillaan Euroopan Unionin alueella. Uusimpien tutkimustulosten mukaan allamme on paikoitellen jopa 230 kilometriä kokonaan kiinteässä olomuodossa olevaa kiviainesta. Tästä noin 30 – 60 kilometriä on alhaisen tiheyden omaavaa kuoriainesta ja loput tiheydeltään suurempaa litosfäärivaippaa.
Kilometrien paksuiset jäämassat ovat kuluttaneet kallioperää ja kuljettaneet irronnutta kiviainesta mukanaan. On arvioitu, että viimeisimmän mannerjäätikon toiminta kulutti kallioperästä keskimäärin seitsemän metrin paksuisen kerroksen. Tätä ennen muinaiset vuoristot olivat jo kuluneet syvälle juuriosiinsa. Jääkauden muodostaman maaperän, järvien ja kasvillisuuden leviämisen vuoksi kallioperämme on monessa paikassa heikosti paljastunut: Suomen maapinta-alasta noin 3 % on paljasta kalliota ja 11 %:n alalla maapeitteen paksuus on alle 1 m. Suurinta osaa Suomen kallioperästä peittää viimeisimmän jäätiköitymisvaiheen nykyisen kaltaiseksi muokkaama, muutamasta metristä kymmeniin metreihin paksu maapeite. Tätä kallioperää peittävää irtomaakerrosta kutsutaan maaperäksi. Suomen maaperä koostuu kallioperän kiviaineksesta peräisin olevista kivennäismaalajeista sekä kasvien ja muiden eliöiden jäänteistä syntyneistä eloperäisistä maalajeista.
Erilaiset graniittiset kivilajit muodostavat Suomen kallioperän yleisimmän kivilajiryhmän. Ne ovat syväkiviä eli kiteytyneet magmasta kilometrien syvyydellä kallioperässä. Niitä arvellaan olevan hieman yli puolet (52,5 %) Suomen kallioperän pinta-alasta. Yksittäisistä kivilajeista graniitti on maassamme yleisin ja on samalla myös Suomen kansalliskivilaji. Graniittiset kivilajit ovat jakautuneet huomattavasti tasaisemmin ympäri maata kuin muut maamme kivilajit. Erilaisia seoskiviä (migmatiitteja) on noin 22 % maamme kallioperästä. Ne ovat syntyneet vanhempien kivilajien osittain sulaessa korkeissa paineissa ja lämpötiloissa. Niitä esiintyy erityisesti Itä-Suomessa vanhoilla arkeeisen kallioperän alueilla. Kallioperästämme noin 9 % on erilaisia liuskeita, noin 8 % tummia syväkiviä (gabroja ja niiden sukulaiskiviä), noin 4 % kvartsiitteja ja hiekkakiviä sekä 4 % granuliitteja. Liuskeet syntyivät muinaiseen merenpohjaan kerrostuneiden hiekka- ja savikivien metamorfoituessa. Niiden seassa on usein myös vulkaanista ainesta, ja Suomessa niitä esiintyy erityisesti Kainuussa. Granuliitti on lähes yksinomaan Inarin alueella esiintyvä granaattipitoinen korkean metamorfoosiasteen gneissikivilaji. Suomesta löytyy myös marmoria eli metamorfoitunutta kalkkikiveä, joskin hyvin pienialaisina esiintyminä (0,1 % koko Suomen kallioperästä). Fossiileja ei ikivanhassa kallioperässämme löydy miltei ollenkaan – Suomen näyttävimmät fossiilit (mm. trilobiitit, oikosarvet ja lonkerojalkaiset) ovat peräisin paleotsooisista kalkkikivi-irtolohkareista Ahvenanmaalta.
Suomen kallioperän kivilajikoostumus J. J. Sederholmin mukaan:
- Runsaasti piitä sisältävät syväkivet (graniitti, granodioriitti, kvartsidioriitti): 52,5 %
- Seoskivet (migmatiitit): 21,8 %
- Liuskeet (fylliitti, kiilleliuskeet, kiillegneissit): 9,1 %
- Verrattain vähän piitä sisältävät magmakivet (gabrot, diabaasit, amfiboliitit): 8,2 %
- Kvartsiitit ja hiekkakivet: 4,3 %
- Granuliitit: 4,0 %
- Kalkkikivet: 0,1 %
Suomen kallioperän kehitys
Suomen kallioperän kehitystä pohdittaessa on aina muistattava, että se on syntynyt vähitellen pitkän ajan kuluessa. Kallioita kuluttavat voimat ovat olleet olemassa jo kallioperämme vanhimpien osien muodostuessa ja yhden kehitysvaiheen aikana syntyneet vuoristot ovat seuraavassa vaiheessa saattaneet olla jo matalaksi kuluneita. Suomen kallioperä on siis syntynyt vähitellen, pala kerrallaan ja kallioperämme vaeltaessa erilaisten mantereiden osana planeettamme pinnalla.
Jossain toisaalla maapallolla on kalliomuodostumia, jotka ovat identtisiä täkäläisten kanssa. Nämä alueet ovat joskus syntyneet ja olleet yhdessä, mutta pirstoutuneet ajan mittaan geologisten voimien vaikutuksesta.
Seuraavissa luvuissa käydään pääpiirteittäin läpi Suomen kallioperän muodostumisen vaiheet. Karttakuvat ovat teoksesta Suomen kallioperä, 3 000 vuosimiljoonaa (Suomen Geologinen Seura 1998).
Suomen kallioperän vanhin osa
Arkeeinen kallioperä
Maapallon ikä on noin 4 600 miljoonaa vuotta ja sen vanhimmat kivet, eräät Kanadasta löydetyt gneissit, ovat hieman yli 4 000 miljoonaa vuotta vanhoja. Tätä vanhemmat kivet ovat sulaneet, kiertäneet takaisin maapallon syvyyksiin tai muuten tuhoutuneet tektonisten prosessien ja rapautumisen seurauksena. Suomen vanhimpana pidettiin pitkään noin 3 100 miljoonaa vuotta vanhaa Lapinlahden kvartsidioriittia, mutta uusimmissa iänmäärityksissä on maamme vanhimmaksi kiveksi todettu noin 3 500 miljoonaa vuotta vanha Pudasjärven Siuruan trondhjemiittinen gneissi. Siitä löytyy myös yksittäisiä 3 700 miljoonaa vuotta sitten muodostuneita mineraalikiteitä. On mahdollista, että tätäkin vanhempia kiviä löytyy vielä joskus. Suomen vanhimmat arkeeiset kivet sijoittuvat Itä- ja Pohjois-Suomen arkeeisille kallioalueille. Arkeeisen kallioperän syntyaikoina Maan kuori oli hyvin levoton, sillä Maan sisuksissa oli vielä runsaasti planeettamme syntyvaiheessa kehittynyttä energiaa. Maapallon vaippakerros oli noin 200 astetta kuumempi kuin nykyään. Energian vapautuminen ilmeni voimakkaana tulivuoritoimintana, mantereiden kasvuna ja liikkeenä sekä vuoristojen kohoamisena.
Suomen proterotsooinen kallioperä
Pohjois-Suomen liuskealueet, kerrosintruusiot ja granuliittikaari
Pohjois-Suomen varhaisproterotsooinen kallioperä on kerrostunut arkeeisen kallioperän päälle. Se koostuu suurelta osin kahdessa vaiheessa (2 500 – 2 250 ja 2 250 – 2 200 miljoonaa vuotta sitten) syntyneistä vulkaanisten ja sedimenttisyntyisten kivilajien muodostamista jaksoista. Tällaisia ovat mm. vihreäkivivyöhykkeet ja liuskealueet. Niistä valtaosa liittyy arkeeisen mantereen repeilyyn, jolloin kivisulia pääsi purkautumaan maanpinnalle maapallon vaipasta. Repeämälaaksoihin ja pieniin merialtaisiin kerrostui myös paljon erilaisia sedimenttejä. Repeämisympäristöön liittyvät myös Pohjois-Suomen emäksiset kerrosintruusiot. Nämä noin 2 490 – 2 440 ja 2 000 miljoonaa vuotta sitten Maan vaipasta kuoreen kohonneet ja asettuneet kivisulat ovat tärkeitä mm. malminetsinnän kannalta. Inarin seudulla on näiden lisäksi erikoinen granuliittikaari, joka on korkeassa lämpötilassa ja paineessa metamorfoitunutta ja geologisten voimien vuoksi syvältä kallioperästä pintaan noussutta gneissimäistä kiveä. Ikää sillä on noin 2 000 miljoonaa vuotta, ja se syntyi kahden arkeeisen kratonin törmätessä toisiinsa.Karjalaiset liuskeet
Noin 2 100 miljoonaa vuotta sitten arkeeisen mantereen repeytyminen oli edennyt niin pitkälle, että nykyisistä ilmansuunnista katsottuna sen lounaisosiin oli avautunut valtameri. Sen rannikon tulvatasangoille, suistoihin ja matalaan meriveteen kerrostui rapautunutta ja veden mukanaan kuljettamaa kiviainesta; soraa, hiekkaa ja savea. Tässä vaiheessa arkeeinen kallioperä oli ollut kulutukselle alttiina jo satoja miljoonia vuosia. Noin 1 900 miljoonaa vuotta sitten valtameri alkoi jälleen umpeutua litosfäärilaatan liukuessa kohti arkeeista manneraluetta. Repeämistä purkautuneet vulkaniitit ja arkeeisen mantereen rannikoille kerrostuneet kivilajit joutuivat svekofenniseen vuorijonopoimutukseen (ks. seuraava luku) ja kohosivat vuorijonoksi, josta on nykyisin jäljellä vain kuluneet juuriosat.
Karjalaiset liuskealueet eli karjalaiset muodostumat koostuvat 2 500 – 1 900 miljoonaa vuotta vanhoista metamorfoituneista vulkaniiteista ja sedimenttikivistä eli kaikista niistä kivistä, jotka kerrostuivat arkeeisen kallioperän päälle ja joutuivat svekofennisen vuorijonopoimutuksen kohteeksi noin 1 900 miljoonaa vuotta sitten. Karjalaisia liuskeita esiintyy Kainuussa, Pohjois-Karjalassa, Savossa ja Pohjois-Pohjanmaalla ja ne ovat hyvin samanlaisia kuin vastaavat esiintymät Lapissa (ks. edellinen kappale). Näihin muodostumiin kuuluu myös kvartsihiekkakiven metamorfoosissa syntynyt Kolin kvartsiitti. Alueen erikoisuus on Jormuan ofioliitti. Tämä noin 1 950 miljoonaa vuotta vanha ja mantereen päälle ylityöntynyt merenpohja on yksi vanhimmistä paikoista maailmassa, missä kaikki merellisen litosfäärilaatan eri osat tyynylaavoineen ja levyjuonistoineen ovat selkeästi nähtävillä.
Svekofenniset liuskealueet
Svekofenniset liuskealueet muodostuivat alun perin veteen kerrostuneista sedimenteistä ja vulkaniiteista. Alueita kutsutaan liuskealueiksi, vaikka ne koostuvat suurelta osin voimakkaasti metamorfoituneista gneisseistä ja migmatiiteista. Kallioperässä on paikoin myös alhaisemman metamorfoosiasteen kiviä, joissa pintasyntyisten kivien piirteet ovat hyvin säilyneitä.
Svekofenniset liuskealueet muodostuivat, kun arkeeista mannerta ympäröivään mereen (Oulu-Kuopio-Joensuu linjan eteläpuolinen kallioperämme oli tuolloin vielä muodostumatta) kertyi paksuja turbidiittikerrostumia ja törmäävän litosfäärilaatan vaikutuksesta vulkaanisia saarikaaria. Nämä ajautuivat mannerliikunnossa päin arkeeista mannerta ja poimuttuivat korkeaksi vuoristoksi noin 1 900 miljoonaa vuotta sitten. Svekofenniset liuskealueet eroavat karjalaisista muodostumista siten, että niiden kerrostumisalustaa ei tunneta ja että ne kerrostuivat nopeammin. Suuri osa nykyisen Etelä- ja Keski-Suomen kallioperästä on syntynyt Svekofennidien muodostumisen yhteydessä.
Svekofennisen vuorijonopoimutuksen metamorfoosin huippu oli saavutettu noin 1 800 miljoonaa vuotta sitten. Tuolloin Suomen kallioperä oli pitkälti saanut nykyiset kivilajinsa. Arkeeisen ja svekofennisen kallioperän välinen raja on terävä. Arkeeisen kiviaineksen puuttuminen svekofenniseltä alueelta osoittaa svekofennisen kallioperän muodostuneen Maan vaipasta peräisin olevasta kiviaineksesta. Svekofennidien synnyn yhteydessä maapallon kuoren yläosiin pääsi tunkeutumaan graniitin sukuisia syväkivilajeja, jotka peittävät suuren osan nykyisen Keski-Suomen alueesta (ks. seuraava luku).
Proterotsooiset orogeeniset syväkivet
Valtaosa Suomen proterotsooisista syväkivistä on graniitteja, granodioriitteja ja tonaliitteja. Ne kiteytyivät svekofennisen vuorijonopoimutuksen (orogenian) aikana noin 1 900 – 1 800 miljoonaa vuotta sitten. Suurin yksittäinen esiintymä on Keski-Suomen graniittinen alue, jossa kivet ovat pääasiassa karkearakeisia graniitteja. Tasalaatuisimpia graniitteja on käytetty mm. rakennuskivinä. Keski-Suomen graniittialueen syväkivet ovat noin 1 890 – 1 880 miljoonaa vuotta vanhoja. Etelä-Suomen syväkivet ovat hieman tätä nuorempia, ja osa niistä liittyy metamorfoosin huippuvaiheeseen noin 1 840 – 1 830 miljoonaa vuotta sitten. Pohjois-Suomen orogeenisten syväkivimuodostumien arvellaan syntyneen pääosin arkeeisen kallioperän muokkautuessa uudelleen.Rapakivigraniitit
Svekofennidien muodostumisen jälkeen Suomen kallioperä rauhoittui noin 150 miljoonaksi vuodeksi. Tuossa ajassa svekofenninen vuoristo oli ehtinyt kulua jo lähes maan tasalle. Eteläisen Suomen alueelle työntyi vaipan ja kuoren lämpenemisen seurauksena rapakivigraniittimagmaa noin 1 650 – 1 540 miljoonaa vuotta sitten. Vaikka rapakivi ei ole tyypillistä ainoastaan Suomen kallioperälle (niitä on löydetty kaikilta mantereilta), on se sanana vakiintunut kansainväliseen geologiseen termistöön. Rapakivigraniitit esiintyvät svekofennisten kivilajien keskellä ja leikkaavat niitä jyrkästi. Suomessa on neljä suurta ja useita pienempiä rapakivialueita. Suurimpia ovat Viipurin, Laitilan, Vehmaan ja Ahvenanmaan suuret yhtenäiset syväkivimuodostumat eli batoliitit. Rapakivet ovat nimestään huolimatta kestäviä ja suosittuja rakennuskiviä.Suomen kallioperän myöhemmät kehitysvaiheet
Sedimenttikivet
Suomen Kaledonidit ja nuoret magmakivet
Kaledonidisen poimuvuoriston kohoaminen Fennoskandian peruskallioalueen länsipuolelle 450 – 400 miljoonaa vuotta sitten oli pitkään aikaan ensimmäinen Suomen kallioperää muokannut tapahtuma. Muinaisen valtameren pohjalle kerrostuneet sedimenttikivet ja magmamuodostumat poimuttuivat ja työntyivät idempänä sijainneen kallioperän päälle. Suomen puolella Kaledonidien vuorijono ulottuu ainoastaan Käsivarren Lapin luoteisosaan, jossa ylityöntölaatta lepää arkeeisten gneissien ja vendikautisten sedimenttikivien päällä. Esimerkiksi Saanatunturin ylimmät osat ovat muodostuneet nuoresta kiviaineksesta alimpien osien ollessa hieman vanhempaa kalliota.
Vaikka merkittävimmät magmaattiset tapahtumat kallioperässämme olivat jo tässä vaiheessa historiaa, Suomen nuorimpiin magmakiviin kuuluu muutamia pienialaisia, mutta erikoisia esiintymiä. Noin 600 – 500 miljoonaa vuotta sitten nopeasti syvältä vaipasta kohonneet kimberliittisulat toivat mukanaan timantteja Kuopion ja Kaavin alueelle. Noin 400 miljoonaa vuotta sitten syntyivät hyvin vähän piitä sisältävät alkalikivi- ja karbonatiitti-intruusiot, jotka sijaitsevat Kuusamossa (Iivaara) ja Savukoskella (Sokli). Näiden vastineita löytyy suurempina esiintyminä Venäjältä Kuolan alueelta.
Meteoriitit ja kosmiset törmäysrakenteet
Suuret meteoriitit syöksyvät ilmakehän läpi ja vapauttivat valtavasti energiaa maahan osuessaan. Tällöin syntyvän törmäyskraatterin läpimitta on 10 – 50 kertaa meteoriitin halkaisijaa suurempi. Meteoriittitörmäykset ovat tuhoisia katastrofeja. Nykyisen Meksikon alueelle törmännyt asteroidi on todennäköisin syy mm. dinosaurusten sukupuuton aiheuttaneelle joukkotuholle.
Maapallolle putoaa vuodessa muutamia tuhansia nyrkinkokoisia tai sitä suurempia meteoriitteja. Niistä löydetään vuosittain alle kymmenen. Suuret meteoriittitörmäykset, jotka muodostavat kraatterin kallioperään, ovat onneksi erittäin harvinaisia. Maisemasta erottuvia törmäyskraatereita tunnetaan maapallolla tällä hetkellä vain runsaat 150.
Suomesta on löydetty kymmenenkunta kosmista törmäyskraateria. Suurin osa niistä on rapautunut niin syvälle, että varsinaista kraatteria ei ole säilynyt ja niitä tulisikin mieluummin kutsua törmäysrakenteiksi. Rakenteiden ikää on hankala määrittää, mutta nuorin niistä on Lappajärvi, joka on 78 miljoonaa vuotta vanha. Lappajärven kraatterin synnyn aikaan Suomen maankamaralla eleli hyvin todennäköisesti dinosauruksia, vaikka niiden fossiileja ei ole täällä säilynyt. Muita tunnetuimpia törmäysrakenteitamme ovat Ahvenanmaan Lumparn, Söderfjärden Vaasan eteläpuolella, Karikkoselkä Petäjävedellä sekä Keurusselkä Keuruun eteläpuolella.
Lisätietoja ja lähteitä
Martti Lehtinen, Pekka Nurmi ja Tapani Rämö (toim.) 1998. Suomen kallioperä: 3000 vuosimiljoonaa. Helsinki, Suomen Geologinen Seura ry., 375 s. Linkki: https://www.geologinenseura.fi/fi/seura/julkaisut/suomen-kalliopera
M. Lehtinen, P.A. Nurmi ja O.T. Rämö (toim.) 2005. Developments in Precambrian Geology – Volume 14: Precambrian Geology of Finland Key to the Evolution of the Fennoscandian Shield. Linkki: https://www.sciencedirect.com/bookseries/developments-in-precambrian-geology/vol/14/suppl/C
Jussi S. Heinonen ja Elina Lehtonen 2024. Suomen muinaiset tulivuoret – Kallioidemme salaisuuksia. Linkki: https://www.gaudeamus.fi/teos/suomen-muinaiset-tulivuoret/
