Geologit laajensivat Suomen maiseman kehityksen syvälle menneisyyteen – maailman vanhimmat laaksot sijaitsevat Etelä-Pohjanmaalla?

GTK:n tiedote

Tutkijat selvittivät Suomen ikivanhan kallioperän kulutusta ja maanpinnan muodon kehitystä 1.5 miljardin vuoden takaa nykyaikaan. Ikivanha kallioperä on ollut alttiina vuoroin eroosiolle, meteoriittipommitukselle ja hautautumiselle sedimenttikiviksi useiden 100 miljoonien vuosien sykleissä. Tieteelle uutena löytönä tutkimus esittelee Pohjanmaan peitteiset laaksot, jotka ovat mahdollisesti koko maapallon vanhimpia.

Söderfjärdenin törmäyskraatteri Vaasassa. Kuva: Satu Hietala, GTK.

Tiedämme, että Suomen kallioperä on hyvin vanhaa. Karjalassa, Baltian kilpialueen ytimessä, arkeeinen kallioperä on jopa 3500 miljoonan vuoden ikäinen. Mutta kuinka vanha jalkojemme alla oleva maankamara yleensä on? Mitä sen kehityshistoria kätkee sisäänsä?

Ryhmä GTK:n tutkijoita yhdessä Tukholman yliopiston Adrian Hallin sekä Arctic Planetary Science Instituutin Marko Holman kanssa etsivät vastausta kysymyksiin tekemällä aikamatkan Etelä-Suomen geologisten rakenteiden halki.

Geologinen matka alkoi Pohjanmaalta, josta löytyi vanhoja peittyneitä laaksoja ja kokoelma hajallaan olevia sedimenttikiviä. Seuraavaksi tutkimukset ulotettiin kattamaan koko Fennoskandian kilven alueen ja sen monimuotoisen kehityshistorian. Tutkimus esitellään Precambrian Research -lehden juuri ilmestyneessä artikkelissa “Ultra-slow cratonic denudation in Finland since 1.5 Ga indicated by tiered unconformities and impact structures”.

Jääkaudet äskettäinen ilmiö Suomen geologiassa

Ensimmäinen askel ajassa taaksepäin on helppo. Eteläisessä Suomessa on joka puolella nähtävillä mannerjäätikön liikkeen seurauksena varsin äskettäin eli viimeisen miljoonan vuoden aikana syntyneitä jälkiä. Jäätiköt ovat kuluttaneet kallioperäämme muutamia kymmeniä metrejä ja muodostaneet matalia altaita, jotka ovat nykyään järviä tai soita.

Aikamatka vanhempiin tapahtumiin on huomattavasti haastavampaa, sillä Suomessa löyhät jääkausien synnyttämät irtomaapeitteet verhoavat tyypillisesti ikivanhaa, kovaa gneissistä ja graniitista koostuvaa kallioperää. Ikäeroa näiden kahden Suomen maankamaran muodostavan geologisen peruselementin välillä on vähintään 1500 miljoonaa vuotta.

Ikivanhat peitteet esiintyvät harvalukuisina jäänteinä

Kallioperämme tyypillisiä kivilajeja nuorempia sedimenttikivikerroksia löytyy enää hyvin harvoilta paikoilta Etelä-Suomesta, Selkämerestä, Virosta ja Laatokan alueelta. Aikoinaan ne peittivät paljon laajempia alueita kattaen merkittävän osan tarkasteltavasta aikavälistä.

Suomenlahden Suursaaren vanhimmat kvartsihiekkakivet ovat 1700 miljoonan vuoden ikäisiä. Satakunnan jotuniset hiekkakivet ovat 1500 miljoonaa vuotta vanhoja. Helsingin lähellä kallioperän halkeamia täyttää 941 miljoonan vuoden ikäinen meren muta ja hiekka. Hiekkakiveä ja kalkkikiveä alkoi kerrostua vähitellen 540 miljoonaa vuotta sitten peittäen lopulta koko eteläisen Suomen varhaisella paleotsooisella maailmankaudella.

Ikivanhoista peitteistä ei ole enää siis jäljellä kuin eri-ikäisten sedimenttikivien harvalukuisia jäänteitä. Nämä maapallon muinaisesta kehityksestä kertovat kivettyneet sedimentit näyttävät usein erilaisilta, sillä ne ovat kerrostuneet erilaisissa ympäristöissä.

Kurikan hautautuneet muinaislaaksot

Pohjanmaalla sijaitsevassa Kurikassa tehtiin uusi löytö, kun GTKn pohjavesikairausten yhteydessä löytyi muinaisia hautautuneita laaksoja. Niissä on säilynyt 1500 miljoonan vuoden ikäistä hiekkakiveä jääkautisten kerrostumien alla. Kurikan laaksot ovat mahdollisesti maapallon vanhimpia laaksoja.

Kurikan läheisyydessä sijaitsevassa Lauhanvuoressa tasaista peruskallion pintaa peittää 541 miljoonan vuoden ikäinen kambrikautinen hiekkakivi. Kyseessä on geologisen tutkimuksen kannalta merkittävä rajapinta, epäjatkuvuuspinta, joka erottaa eri-ikäiset geologiset kerrokset. Läheisillä alueilla sijaitsevien päällekkäisten epäjatkuvuuspintojen iät ovat 1500 miljoonaa vuotta, 540 miljoonaa vuotta ja 1 miljoonaa vuotta.
Tämä osoittaa, että viimeisen 1500 miljoonan vuoden aikana Pohjanmaalta on kulunut vain noin 100 metriä peruskalliota. Eroosio on erittäin hidasta verrattuna ”äskettäisen” geologisen ajan eroosiovauhtiin. Se on tasaisilla alangoilla, kuten Amazonissa minimissään 10 metriä miljoonassa vuodessa yltäen yhden kilometrin kulumisvauhtiin miljoonassa vuodessa Himalajan kaltaisilla vuoristoalueilla.

Meteoriittikraatterit avain maankamaran arkistoihin

Oliko maan pintaan kohdistunut Eroosio eli kulutus todellakin niin hidasta Suomessa? Asiaa selvittääkseen tutkijat tarkastelivat törmäysrakenteita, joita Suomesta löytyy poikkeuksellisen paljon pinta-alaamme nähden.

Suomen törmäyskraatterit ovat usein hyvin syvälle kuluneita mutta poikkeuksiakin on. Vaasan Söderfjärdenillä, on säilynyt kraatterin muoto, vaikka ikää on lähes 550 miljoonaa vuotta. Sitä vastoin suurempi Keurusselän rakenne, joka on 1200 miljoonaa vuotta vanha, on kulunut pohjaansa myöten törmäyksen jälkeisen eroosion nopeutta ja syvyyttä voidaan arvioida käyttämällä maapallon nuorten, hyvin säilyneiden kraatterien geometriaa ja soveltamalla näiden tietoja vanhempiin, Suomen vastaaviin kuluneisiin kraattereihin. Keskeisiä parametreja ovat rakenteiden nykyiset halkaisijat ja jäljellä oleva syvyys.

Suomessa on useita pieniä törmäyskraattereita, joiden ikä on välillä 710 – 85 miljoonaa vuotta. Osasta niistä löytyi jäänteitä sedimenttikivistä, jotka peittivät peruskalliota törmäyshetkellä. Toiset puolestaan täyttyivät sedimenteillä pian törmäyksen jälkeen. Törmäysrakenteiden tietoja yhdistämällä tutkijat saivat mahdollisuuden rakentaa laajemman kuvan alueen geologisesta evoluutiosta menneisyydestä nykypäivään. Vastauksia saatiin kysymykseen milloin ja missä Suomen muinainen kallioperä oli alttiina kulutukselle tai se oli hautautuneena osaksi merenpohjaa.

Maailman hitain Eroosio

Saadut tulokset törmäyskraattereista tukevat ajatusta Suomen peruskallion ja sedimenttipeitteen erittäin hitaasta kulutuksesta, joka oli alle 2,5 millimetriä tuhatta vuotta kohden. Näin hidasta rapautumis- ja eroosionopeutta ei tunneta missään muualla maailmassa nykyisin. Suomessa hidas kulutus jatkui monien miljoonien vuosien ajan. Suomea peittävät sedimentit kulkeutuivat Ruotsin ja Norjan vuoristovyöhykkeiltä ja kuluivat pois. Nämä sedimenttipeitteet olivat myös ohuempia kuin aiemmin ajateltiin.

Keskeinen tapahtuma varhaisella paleotsooisella maailmankaudella oli kambrikauden epäjatkuvuuspinnan kehittyminen. Tämä 580 miljoonaa vuotta sitten kehittymään alkanut peruskallion tasopinta syntyi muutaman kymmenen miljoonan vuoden kuluessa, kunnes peittyi matalan veden hiekka -ja kalkkipitoisten kivien alle. Jääkausiaikojen varovasti kallistama ja rouhima kambrikautinen epäjatkuvuuspinta erottuu vielä nykyisinkin maanpinnalla nousten Selkämerestä ja Suomenlahdelta.

Samoihin aikoihin Suomi sai osansa asteroideista, jotka olivat törmäyskurssilla Maan kanssa. Kraattereiden synnyttyä ne täyttyivät varhaispaleotsoisella sedimentillä, jotka suojasivat niitä kulutukselta. Vaasan Söderfjärdenissä hyvin säilynyt kraatterin reuna kambrikautisine sedimentteineen on hyvä esimerkki vähäisestä kulutuksesta. Se paljastui vasta äskettäin kvartäärikauden jäätiköitymisten seurauksena.

Kambrikauden epäjatkuvuuspinnan taso projisoituna Keski-Suomen poikki osoittaa, että myöhemmin pienet tektoniset liikunnat kohottivat maan pinnan matalaksi kaarevaksi kupoliksi, joka on samanlainen kuin Etelä-Ruotsissa. Viimeisen 50 miljoonan vuoden aikana Eroosio on viipaloinut kupolin huippua poistamalla 100–200 metriä kiveä. Yhtä paksu sedimenttikerros puuttuu 78 miljoonaa vuotta vanhasta Lappajärven kraatterista, joten viimeisimmänkin suhteellisen voimakkaan geologisen eroosiojakson aikana eroosionopeus on pysynyt alle 2,5 metrissä miljoonassa vuodessa.

Mitä aikamatka opetti

Maapallon vanhimmat muinaislaaksot, tiiviisti esiintyvät peruskallion epäjatkuvuuspinnat ja pienten törmäyskraatterirakenteiden säilyminen osoittaa, että eteläisen Suomen kalliomaiden kulutus on pitkän geologisen ajan kuluessa ollut huomattavan pieni.
Vain muutamilla maankuoren vakaimmista osista, kuten Australiassa on samanlainen kulumishistoria. Näin ollen Pohjanmaan laaksojen voidaan todeta olevan maailman vanhimpien joukossa, ellei sitten vanhimpia.
Erittäin hidas peruskallion kulutus on seurausta Suomen hautautumisesta sedimentteihin pitkäksi aikaa, ainakin miljardi vuotta viimeisten 1,5 miljardin vuoden aikana. Tämä kertoo ikivanhan maankuoremme tektonisesta vakaudesta. Suomi on todellakin vanha maa!

Lisätietoja: GTK