Isotoopeista supermantereisiin – Etelä-Suomen kallioperän kehitys mallinnettu
Kuva (Jaakko Kara): Kahden eri koostumuksen omaavan magman mingling-rakenteita Enklingen saarella. Tumma, mafinen magma peräisin maapallon vaipasta, kun taas vaalea, felsinen magma edustaa kuoren osittaissulaa.
Turun yliopiston tiedote
Etelä-Suomen kallioperä on lähes kaksi miljardia vuotta vanha ja sen kuoren paksuus on maapallon suurimpia. FM Jaakko Kara tutki väitöskirjassaan kallioperän syntyä ja kehitystä ja loi mallin, joka selittää harvinaisten korkean Nb (niobium) -pitoisten kivien esiintymisen, erittäin paksun kuoren synnyn mekanismin sekä yleisen, vulkaanisen kaarityypin, magmatismin Etelä-Suomen alueella.
Etelä-Suomen kallioperä on osa suurempaa Fennoskandian kilpeä, jonka synty ja kehitys liittyy supermantereiden kasvu- ja repeämissykleihin. Alueen kallioperä on syntynyt noin 1.92–1.80 miljardia vuotta sitten Svekofennisen vuorijonon poimutuksen eli orogenian aikana. Kuoren paksuus on alueella maapallon suurimpia.
– Tutkimus muodostaa palan suurta ja monimutkaista kokonaisuutta, jossa pyritään selvittämään kotiplaneettamme synnyn ja kehityksen saloja. Suomen ja Etelä-Suomen kallioperä on tärkeässä osassa, koska sen kehitys edustaa merkittävän pitkää ajanjaksoa maapallon kehityshistoriasta, Kara kertoo.
Karan mukaan Etelä-Suomen kallioperä sisältää monivaiheisen kehityshistorian. Uusien, maapallon vaipasta peräisin olevien, magmakivistä tehtävien ikämääritysten, kemiallisten koostumusanalyysien ja mineraalien isotooppimääritysten perusteella Kara loi väitöskirjassaan alueen magmatismia ja tektonista ympäristöä sekä niiden kehitystä kuvaavan syklisen mallin, jossa kallioperä on syntynyt yhden, vuoroittain perääntyvän ja etenevän, vulkaanisen kaaren alueella.
– Tämä liike aiheuttaa vuoroittain kuoren paksuuntumista ja ohenemista, jopa repeämistä. Vaiheet taas heijastuvat magmojen koostumukseen. Tutkimuksessa löysin esimerkiksi harvinaisen korkean Nb- ja Mg-pitoisten magmakivien ryhmän, ensimmäistä kertaa paleoproterotsooiselta maailmankaudelta, Kara perustelee.
Tutkimuksessa kehitetyssä mallissa alakuoreen syntyy tiheä granaatti- ja pyrokseenimineraaleista koostuva kerros (ns. arclogiitti) jäänteenä yleisestä kaarityypin magmatismista. Tätä seuraavassa kuoren repeämisvaiheessa tämä kumulaattikerros osittain vajoaa maapallon vaippaan ja alkaa sulaa synnyttäen harvinaisen koostumuksen omaavia magmoja.
– Lisäksi aivan eteläisimmästä Suomesta löydettiin viitteitä vanhemmista kuoren kappaleista nykyisen eroosiotason alapuolella. Tutkimuksessa tehtyjen löytöjen perusteella Etelä-Suomen kallioperä kasvoi hyvin nopeasti 1.92–1.86 miljardia vuotta sitten. Tämän perusteella myös muut muinaiset kuoren kasvun pulssit voitaisiin osittain selittää syklisen kuoren kasvun mallin avulla, Kara toteaa.
Muinaista kallioperää voidaan tutkia kivien geokemiallisen sormenjäljen avulla
Magmakivien koostumus on eräänlainen sormenjälki ja se heijastaa sitä geologista ympäristöä, jossa ne ovat syntyneet. Tätä voidaan edelleen syventää tutkimalla (magma)kivien sekä niiden sisältämien mineraalien isotooppikoostumusta, jonka avulla saadaan tietoa magman lähteestä ja sen kehityskulusta eli petrogenesiksesta.
Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti zirkonimineraalien Lu-Hf (lutetium-hafnium) isotooppikoostumuksen määrittämiseen, jonka avulla voidaan jäljittää maapallon kuoren syntyä ja kehitystä sekä vuorovaikutusta vaipan ja kuoren välillä. Lisäksi väitöstutkimuksessa tehtiin suuri määrä magmasta kiteytyneiden kivien U-Pb (uraani-lyijy) ikämäärityksiä zirkoni- ja monatsiittimineraaleista. Näiden avulla jokainen magmakivityyppi ja sen edustama geologinen ympäristö voidaan asettaa ajalliseen kontekstiin.
FM Jaakko Kara esitti väitöskirjansa ”Evolution of the Svecofennian Bedrock in Southern Finland – Spatial and temporal changes in the mantle-derived magmatism and mantle-crust interaction” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa keskiviikkona 23.6.2021 klo 12.
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä.
