Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeen vulkaniitit — Suomen vanhimmat tulivuorikivet
Kainuussa, lähellä Venäjän rajaa, on alue joka on monelle suomalaiselle tuntematon — mutta geologille se on yksi maamme tärkeimmistä paikoista. Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeen vulkaniitit ovat Suomen vanhimpia tulivuorisyntyisiä kiviä, iältään noin 2,94 miljardia vuotta vanhoja. Ne kertovat ajasta, jolloin maapallon vaippa oli vielä erittäin kuuma, mannerlaatat liikkuivat nopeammin kuin nykyään, ja tulivuoritoiminta oli järisyttävän voimakasta.
Suomussalmen alue kuuluu Itä-Suomen arkeeisen alueen ydinosaan. Tämä vyöhyke ulottuu Kuhmosta Suomussalmen kautta Venäjän puolelle Karjalaan asti, ja se sisältää joitakin maapallon vanhimpia säilyneitä tulivuorisyntyisiä kivilajeja. Vihreäkivivyöhykkeet ovat erityinen geologinen muodostuma, joita esiintyy lähes yksinomaan arkeeisilla alueilla — niitä ei juuri synny enää nykyaikana.
Mitä vihreäkivivyöhyke on?
Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeen vulkaniitit ovat tyypillistä arkeeista vulkaniittistratigrafiaa: kerroksellisia tulivuorisyntyisiä kiviä, jotka ovat käyneet läpi voimakkaan metamorfoosin matalassa lämpötilassa. ”Vihreäkivi” on yleisnimi näille metamorfisoituneille basalttisille kivilajeille, joiden vihertävä väri tulee uusista metamorfisista mineraaleista kuten kloriitti, aktinoliitti ja epidootti.
Vyöhykkeessä esiintyy kolmenlaisia päämuodostumia. Ensiksi on komatiitteja — erittäin magnesiumrikkaita laavakivilajeja, joiden sulamispiste oli yli 1 600 °C. Komatiitit ovat lähes yksinomaan arkeeisia, koska vain silloin maapallon vaippa oli niin kuuma, että tällaiset sulat saattoivat syntyä. Suomussalmen komatiitit ovat maailmankuuluja — niitä on tutkittu kansainvälisissä projekteissa, ja niiden mukaan on opetettu sukupolvet geologian opiskelijoita.
Toiseksi on tavallisia tholeiittisia basaltteja, jotka muistuttavat nykyisiä valtamerten pohjabasaltteja. Niissä näkyy paikoin tyynylaavarakenteita (pillow lavas), jotka todistavat veden alaisesta purkautumisesta. Kolmanneksi on felsisempiä vulkaniitteja (kuten dasiitteja ja ryoliitteja), jotka syntyivät magmasta, joka oli osittain sulanut alemmasta kuoresta.
Hydrotermiset järjestelmät ja varhainen elämä
Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeen vulkaniitit eivät ole pelkkä geologinen kuriositeetti — niillä on potentiaalisesti suuri merkitys elämän alkuhistorian kannalta. Arkeeisten merien hydrotermisissä järjestelmissä, kuten Suomussalmellakin tapahtui, syntyi olosuhteita, joissa varhaiset bakteerit saattoivat elää. Bakteerimattojen jäännösten etsintä jatkuu vyöhykkeen kivien sisältä.
Vihreäkivivyöhykkeisiin liittyy maailmanlaajuisesti varhaisten mikrobifossiilien löytöjä. Esimerkiksi Etelä-Afrikan Barbertonin vihreäkivivyöhykkeestä (3,5 mrd v) on löydetty viitteitä mikrobielämästä, ja vastaavia jälkiä etsitään myös Suomesta. Suomussalmen vyöhyke ei vielä ole tuottanut yksiselitteisiä fossiilitodisteita, mutta tutkimus on käynnissä — uusin tekniikka mahdollistaa mikrobien jälkien tunnistamisen aiempaa pienemmistä näytteistä.
Malmilöydökset — käytännön merkitys
Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeen vulkaniitit ovat tärkeitä myös Suomen kaivosteollisuudelle. Vyöhykkeessä esiintyy useita kulta-, kupari-, nikkeli- ja sinkkiesiintymiä, joista joitakin on hyödynnetty kaupallisesti. Erityisesti komatiittien yhteydessä esiintyvät nikkelisulfidiesiintymät ovat geologisesti samanlaisia kuin maailman suurimmat nikkelivarat (esim. Sudbury Kanadassa ja Norilsk Venäjällä) — vaikkakin Suomussalmen esiintymät ovat pienempiä.
Vyöhykkeen kullantuotanto on jatkunut osittain — alueella on toiminut pieniä kaivoksia, ja paikalliset hakijat (huuhtelijat) löytävät edelleen pieniä kultarakeita Suomussalmen jokien sora-aineksista. Tämä on suora todiste siitä, että hydrotermiset järjestelmät arkeeisen meren pohjassa johtivat kullan rikastumiseen — prosesseissa, jotka tapahtuivat lähes 3 miljardia vuotta sitten.
Tutkimus ja tulevaisuus
Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeen vulkaniitit ovat olleet jatkuvan tutkimuksen kohteena 1970-luvulta lähtien. Helsingin yliopiston ja GTK:n yhteistyössä on tehty merkittävää työtä paleomagnetismin, geokemian ja iänmäärityksen alueilla. Ulkomaiset tutkijat — erityisesti Etelä-Afrikasta, Kanadasta ja Australiasta — vierailevat säännöllisesti alueella vertailemaan omia tutkimuskohteitaan Suomen vyöhykkeeseen.
Yksi 2020-luvun tärkeimpiä tutkimusalueita on arkeeisten merien kemia. Mittaamalla rikkidioksidi-, rauta- ja muiden alkuaineiden suhteita vihreäkivien sisältä voidaan rekonstruoida, millaisia muinaiset meret olivat. Tämä kytkeytyy suoraan ilmakehän kemian tutkimukseen — happi alkoi yleistyä noin 2,4 miljardia vuotta sitten, mutta Suomussalmen aikaan (2,94 mrd v) ilmakehä oli vielä lähes täysin hapeton.
Suomussalmen vihreäkivivyöhyke ja Suomen identiteetti
Suomussalmen vihreäkivivyöhykkeen vulkaniitit ovat osa sitä syvää geologista perustaa, joka tekee Suomesta ainutlaatuisen. Yhdessä Pudasjärven Siuruan gneissin (3,7 mrd v zirkonit) kanssa nämä muodostumat osoittavat, että maamme on yksi maailman vanhimmista mannerlaatoista. Tätä historiaa voi nähdä paljaalla silmällä missä tahansa Itä-Suomen kallionhuipulla — vihreänsävyiset basalttiset kivilajit kertovat tarinoita maapallon nuoruusvuosista.
Suomussalmen kunnassa on alkanut nousta kiinnostus geoturismiin. Vihreäkivivyöhykkeen alueelle on suunnitteilla opastauluja ja geologisia retkeilypolkuja, jotka tekisivät tästä unohtumattomasta perinnöstä helpommin tavoitettavan myös suurelle yleisölle.
Kuhmon vihreäkivivyöhyke — sisarmuodostuma
Suomussalmen rinnalla on syytä mainita Kuhmon vihreäkivivyöhyke, joka kuuluu samaan geologiseen kokonaisuuteen. Kahta vyöhykettä kutsutaan yhdessä Kuhmo-Suomussalmi-vihreäkivivyöhykkeeksi, ja ne ulottuvat yhteensä noin 250 kilometrin pituudelta Itä-Suomesta Karjalan tasavaltaan Venäjälle. Kuhmon puolella sijaitsee esimerkiksi tunnettu Siivikkovaaran komatiittiesiintymä, joka on yksi parhaiten säilyneistä komatiittipaljastumista koko Fennoskandiassa.
Kuhmon vyöhykkeen kallioperää on tutkittu erityisesti Oulun yliopiston ja venäläisen Karjalan tutkijaryhmien yhteistyössä. Yhteistyö on tuottanut tärkeitä kansainvälisiä julkaisuja arkeeisten merten kemiasta ja elämän alkuvaiheista. Karjalan puoleinen jatke sisältää muun muassa Kostamuksen vihreäkivivyöhykkeen, jossa on tunnistettu bakteeriperäisiä rakenteita.
Talvivaaran ja Sotkamon yhteys
Vaikka itse Suomussalmen vyöhyke on geologisesti vanhempi, sen kanssa paleotektonisesti rinnakkainen alue ulottuu etelämmäs Sotkamon ja Talvivaaran seudulle. Talvivaaran nikkeli-sinkki-kuparikaivos hyödyntää proterotsoisia mustaliuskeita, jotka muodostuivat noin 2 miljardia vuotta sitten — eli noin 900 miljoonaa vuotta nuorempia kuin Suomussalmen vulkaniitit. Talvivaaran sulfidimalmit edustavat toisen sukupolven hydrotermistä järjestelmää Itä-Suomen alueella.
Yhdistettynä nämä muodostavat kokonaisuuden, jossa Suomen kallioperä paljastaa lähes 3 miljardin vuoden geologisen historian muutaman sadan kilometrin matkalla. Tämä on poikkeuksellisen tiivis ja monipuolinen geologinen kokonaisuus globaalisti. Tutkijat puhuvat Karjala-Lappi-vyöhykkeestä (Karelian-Lapland Belt) yhtenä maailman parhaiten säilyneistä arkeeis-proterotsoisista geologisista ympäristöistä.
Komatiittien tieteellinen merkitys
Komatiitit ovat erityisen tärkeitä geologisia muodostumia, sillä ne kertovat maapallon vaipan lämpötilakehityksestä. Nykyaikana maapallolla ei enää synny komatiittisulia, koska vaippa on liian viileä korkealämpötilaisten sulien tuottamiseen. Komatiittien viimeiset tunnetut esiintymät ovat noin 1,8 miljardin vuoden ikäisiä (Etelä-Amerikassa Gorgona-saari, joka on poikkeustapaus paljon myöhempänä).
Kun lasketaan, että maapallon vaippa on jäähtynyt nykyisestä noin 1 400 °C:sta yli 1 600 °C:n lämpötilaan arkeeisella kaudella, voidaan ymmärtää, miksi komatiitteja syntyi vain hyvin pitkän ajan kuluttua maapallon muodostumisesta. Tämä lämpötilakehitys on tärkeä elementti planeetan termisen evoluution tutkimuksessa, ja Suomen vihreäkiviketkä on yksi avainlähteistä, joista geologit hakevat tietoa.
Komatiittien tunnusomainen kemiallinen koostumus (yli 18 % MgO) tekee niistä myös geokemiallisesti kiinnostavia. Niistä voidaan päätellä, että arkeeisten merien hydrotermisissä järjestelmissä oli erittäin korkeat lämpötilat, ja että alkuaineiden kierto kallioperän ja merivedet välillä oli paljon intensiivisempää kuin nykyään. Tämä on tärkeää myös elämän alkuperätutkimukselle, sillä lämpimissä hydrotermisissä järjestelmissä syntyivät todennäköisesti ensimmäiset elävät organismit.
Suomen kallioperän aikajana
Suomussalmen vyöhykkeestä alkaen Suomen kallioperä avautuu monikerroksisena kertomuksena:
- 3,5–3,7 mrd v sitten: Pudasjärven Siurua — vanhimmat zirkonit, ensimmäiset mantereet muodostuvat
- 2,94 mrd v sitten: Suomussalmen vihreäkivivyöhyke — varhaiset valtameret ja vulkaniikka
- 2,0 mrd v sitten: Tervolan stromatoliitit, Näsijärven hiilirakenteet — varhaiset elämänmuodot rikastuvat
- 1,9–1,8 mrd v sitten: Svekofenninen orogenia — Etelä- ja Keski-Suomen kallioperä muotoutuu
- 1,6 mrd v sitten: Rapakivigraniitit — Ahvenanmaan ja Kymenlaakson kallioperä
- 1,4–1,2 mrd v sitten: Jotnin hiekkakivet — Satakunta, Muhos
- 560 mvs: Söderfjärdenin meteoriitti-isku
- 0,5–0,4 mrd v sitten: Kambri-ordoviikkikauden meripeitteet (vähäiset jäänteet)
Tämä koko aikajana on tutkijoiden ulottuvilla yhdessä maassa — suomalainen geologia kattaa yli 75 % maapallon iästä jollain tavalla. Suomussalmen vyöhyke on tämän kertomuksen toiseksi varhaisin näkyvä osa, ja siksi sen tieteellinen ja kulttuurillinen arvo on suuri.
Tutustu myös: Itämeren synty – Suomen järvet – Suomen kallioperä ja vanhat tulivuoret – Lappajärven kraatteri – Hiidenkirnut – Spektroliitti – Talvivaara – DinojenMaailma Youtubessa