Edellisessä Wat On Earth -lehden numerossa käsittelin magmakivien (eli tulessa syntyneiden) luokittelua. Tässä numerossa haluaisin perehtyä sedimenttikivien aiheeseen. Tämä on toinen suuri kivilajiperhe, ja ne kiinnostavat ihmistä, koska niistä on saatu monia työkaluja menneisyydessä, ja nykyään ne antavat meille suurimman osan kiviainesvaroista sekä tarjoavat (tai kätkevät sisäänsä) monet energiamineraaleistamme ja tietyt taloudellisesti tärkeät välttämättömät mineraalit. Sedimenttikivillä on merkitystä myös siksi, että niihin on tallentunut maapallon elämän fossiileja.

Nimensä mukaisesti sedimenttikivet ovat peräisin jo olemassa olevista sedimenteistä. Kaksi numeroa takaperin WAT ON EARTH -lehdessä kuvailin kiven kiertokulkua; miten kivet hajoavat vielä vanhemmista kivistä sään ja eroosion avulla. Vapautuneet rakeet kulkeutuvat tai kulkeutuvat erilaisten mekanismien avulla paikkaan, jossa ne kerääntyvät sedimenttisarjoiksi. Siirtymäkauden levähdyspaikkoja on monia, mutta viime kädessä suurin osa sedimenteistä päätyy merelliseen kerrostumisympäristöön. Sedimenttikivet voivat siis koostua erikokoisista, -muotoisista ja -koostumuksisista rakeista, jotka ovat sementoituneet toisiinsa tai puristuneet ja kiteytyneet uudelleen. Nämä ovat klastisia sedimenttikiviä. Muut sedimenttikivet voivat muodostua kemiallisten liuosten erittämistä kerrostumista (kemialliset saostumat) tai kuolleiden organismien (sekä eläinten että kasvien) jäännöksistä muodostuneista kerrostumista. Viimeksi mainittu ryhmä muodostaa sedimenttikiviä, jotka ovat suurelta osin biologista alkuperää. Laskeuman jälkeistä muutosta sedimentistä sedimenttikiveksi kutsutaan diageneesiksi, ja lopputuloksena on yleensä kivettyminen, jossa entinen kiinteytymätön sedimentti muuttuu kiveksi. Yleisiä prosesseja on kaksi: tiivistyminen (jolloin sedimenttiä puristetaan ja vesi syrjäytyy rakeiden välisestä huokostilasta) ja sementoituminen. Sementoitumisessa tietyt mineraalit (esimerkiksi kalsiitti, rautaoksidit ja piidioksidi) kulkeutuvat pohjaveden mukana huokostiloihin. Siellä ne saostuvat ja lopulta sementoivat rakeet toisiinsa.

Kuten edellisessä Wat On Earth -lehdessä, myös tämän numeron keskisivulla on kuvitus monista näistä eri kivilajeista. Viereisellä sivulla havainnollistetaan useita sedimenttikiviin liittyviä piirteitä.

Ympäri sivua myötäpäivään: Ylhäällä vasemmalla – valokuva Waterloon opiskelijaryhmästä, joka tutkii hiilikivikerrostumien leikkausta Mullaghmore Headissa Pohjois-Irlannissa. Leikkaus koostuu vuorottelevista hiekka-, siltti- ja liuskekivistä. Pehmeämmät liuskeet ovat erodoituneet helpommin, kun taas hiekkakivet erottuvat kestävinä kerroksina. Oikealla ylhäällä oleva kaavio havainnollistaa sedimenttikivien (2) asemaa kivikehässä. Huomaa, että avaruudesta tulee aineksia, jotka lisäävät erityisesti merisedimenttejä. Välittömästi kalliokiertokaavion alapuolella on kaavio, joka havainnollistaa Wentworthin luokittelua raekoon mukaan ja sitä, miten sedimentit muodostavat erilaisia sedimenttisiä klastisia kiviä. Vertaa tätä kaaviota kahteen ensimmäiseen sarakkeeseen (sedimentit ja kivilajit), jotka muodostavat ”Klastiset kivet” -osion keskiaukeaman kaaviossa. Kolmas ja alin kaavio havainnollistaa joitakin tärkeimpiä sedimenttikiviä, jotka ovat joko kemiallisesta tai biologisesta alkuperästä. Useimmat näistä on myös havainnollistettu keskitaitosivulla. Alimmainen kuva kuvaa Delicate Archia Arches National Monumentissa Utahissa. Tämä 26 metriä korkea ja 20 metriä leveä rakenne koostuu Entradan hiekkakivestä, joka on ylemmän jurakauden ikäistä. Piirre on syntynyt tuulen ja pakkasen leikkaamien paikallisen kallioperän ”evien” eroosion tuloksena. Heti yläpuolella on näkymä Niagaran rotkoon, jossa Erie-järven vesi putoaa Niagaran jyrkänteen silurikautisen Lockport-dolomiitin reunan yli. Jokainen valokuva havainnollistaa eri-ikäisiin sedimenttimuodostumiin liittyvää geomorfologiaa.

Keskellä taitettava sivu: Sedimenttikivien ymmärtäminen on melko yksinkertaista, koska ne liittyvät materiaaleihin, joita näemme päivittäin. Ylhäällä on panoraamanäkymä yhdestä maailman upeimmista sedimenttikivipaljastumista, Grand Canyonin ylemmistä kerroksista. Käytännössä kaikki näkyvät kivet ovat vaakasuoria hiekka-, kalkki- ja liuskekiviä, jotka ovat kerrostuneet noin 250 miljoonan vuoden aikana paleotsooisen kauden merissä. Näissä samoissa merissä asuivat muualla ne jättiläistrilobiitit, joita kuvataan tämän numeron toisessa artikkelissa.

Keskiaukeaman sivua alempana olen yrittänyt havainnollistaa suurinta osaa yleisimmistä kivilajeista. Muutamat ovat ”eksoottisempia”, mutta nekin ovat tärkeitä. Kaavio on jaettu kolmeen osaan, jotka koskevat klastisia, kemiallisesti saostuneita ja biologisia sedimenttikiviä. Vasemmanpuoleinen lohko koostuu kaksoissarakkeesta. Ensimmäinen sarake havainnollistaa esimerkkejä sedimenttityypistä (ks. edellisen sivun kaavio 2) ja toinen sarake niiden kivettyneistä vastineista. Kulmikkaat klastit (kivenmurikat) ovat yleensä peräisin pakkasrapautumisesta. Sirpaleet eivät ole kulkeutuneet kauas, ja ne liikkuvat yleensä painovoiman vaikutuksesta ja putoavat vuorilta kasaantuakseen rinteiden pohjalla oleviksi rapakivikasoiksi tai kartiokiviksi. Niiden vastineet löytyvät kivilajista, joka tunnetaan nimellä breksiat. Kun eroosiotekijät tulevat mukaan ja kuljetus tapahtuu, erityisesti veden vaikutuksesta, kulmikkaat klastit hioutuvat ja muodostavat pyöreitä lohkareita tai mukuloita. Kallion vastinetta kutsutaan konglomeraatiksi. Pitkän matkan kuljetus pienentää klastien kokoa vähitellen rakeiden kautta hiekan kokoisiksi hiukkasiksi. Vastaava kivilaji on hiekkakivi. Näitä sementoivat usein erilaiset mineraalit, kalsiitti, rautaoksidit tai piidioksidi. Hiekkakivi saa tällöin toissijaisen kuvaajan, kuten ”kalkkipitoinen hiekkakivi” tai ”rautapitoinen hiekkakivi”. Hiekkakivi koostuu tavallisesti piidioksidirakeista. Kun nämä rakeet ovat sementoituneet piidioksidin avulla, käytetään eri nimeä – kvartsiitti (ks. kuva oikealla hiekkakivestä). Yksi kivilaji, jota ei ole kuvassa, on arkoosi – hiekkakivi, jonka kivestä yli 25 prosenttia koostuu maasälvästä. Tällaiset kivet muodostuvat yleensä vuoristoisissa, suhteellisen kuivissa ympäristöissä. Kuivia, koska klastit eivät ole rapautuneet liikaa (kuumissa, kosteissa olosuhteissa maasälpä usein rapautuu helposti). Rakeiden kulmikkuus viittaa siihen, että kulkeutumisella ei ole ollut suurta merkitystä.

Jos sedimentti kuitenkin jatkaa kulkeutumistaan, raekoko pienenee entisestään ja muodostuu silttiä. Hiukkaskoko on nyt saavuttamassa pisteen, jossa ne kulkeutuvat helposti sekä tuulen että veden mukana. Tuulen kuljettama sedimentti, joka kerääntyy lössiksi, kuuluu tähän luokkaan. Liuskekiveksi kutsuttu kivilaji muodostuu hyvin hienojakoisesta kvartsista, kiilteestä ja muista sekalaisista mineraaleista, ja se on siltin kivettynyt vastine. Lopuksi klastisen kokoluokan hienoin fraktio on savi. Nämä fragmentit ovat niin pieniä, että ne pysyvät pitkään suspendoituneina ja laskeutuvat yleensä vasta sen jälkeen, kun ne ovat yhdistyneet suuremmiksi hiukkasiksi. Kun ne kerääntyvät, kivettynyttä kivilajia kutsutaan liuskekiveksi. Erittäin orgaaniset ekvivalentit voivat muodostaa hyvin mustia liuskekiviä, joilla on ominainen ”öljyinen” tai ”öljyinen” haju, koska ne sisältävät runsaasti hiiltä ja aromaattisia yhdisteitä. Ne muodostavat fossiilisia ja ”öljyliuskeita”, jotka saattavat olla tulevia öljylähteitä.

Toinen kaksoispylväslohko havainnollistaa kemiallisista kerrostumista syntyneitä kivilajeja. Tällaiset kivet muodostuvat, kun ainetta kulkeutuu liuenneena paikkaan, tavallisimmin merialtaaseen tai aavikkoalueen järveen, jossa vesi haihtuu. Tiettyjen ionien liuokset saostuvat ja muodostavat kallioita, joissa on runsaasti kalsiumia, magnesiumia, piidioksidia, natriumia ja (menneisyydessä enemmän) rautaa. Joitakin näistä on havainnollistettu, alkaen kalsiumrikkaista saostumista. Kalkkikivet ovat tärkeä esimerkki. Kaikki kalkkikivet huurtuvat helposti, kun niihin käytetään laimeaa (10 % liuos) suolahappoa, koska happo reagoi kalsiumkarbonaatin kanssa. Kuvassa oleva esimerkki on harmaa, hienorakeinen kalkkikivi, jonka läpi kulkee valkoisia kalsiittisuonia. Lämpimissä trooppisissa vesissä voimakkaiden virtausten vaikutuksen alaisessa merivedessä runsaasti liuennutta kalsiumia voi saostua pienten kuorenpalasten ympärille. Näistä voi muodostua ooliittisia kalkkikiviä, jolloin pienissä kalsiumkarbonaattirakeissa kalsiittikerrokset kerrostuvat keskittyneesti ytimen ympärille.

Dolostoni, kalsiumista ja magnesiumista koostuva kivi, on läheistä sukua kalkkikivelle yleensä siten, että merivedestä peräisin oleva magnesium korvaa suuren osan jo olemassa olevan kalkkikiven alkuperäisestä kalsiumpitoisuudesta. Happoreaktio on hitaampi. Dolokiviä voi nähdä Waterloon lähellä tietyissä Niagaran jyrkänteen kalliosarjoissa. Travertiini ja tuffi (voimakas happoreaktio) ovat kalsiumkarbonaatista kemiallisesti saostuneita kiviä. Travertiini on yleensä tiivistä ja nauhamaista, kun taas tuffi on sienimäisempää. Travertiiniä (speleoteemien muodossa) tavataan useimmiten luolakerrostumissa, erityisesti näyttävissä muodostelmissa, jotka tunnetaan nimillä tippakivi, virtauskivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi, tippukivi ja tippukivi.

Kalkkikivissä ja dolostoneissa on usein nähtävissä piidioksidista koostuvia kerroksia tai kyhmyjä. Nämä ovat sarvivälkekerroksia, tai liidun tapauksessa piikiveä. Piikiveä on käytetty paleoliittisesta ajasta lähtien, ja Itä-Englannin arkeologisessa kirjallisuudessa on kuvattu hyvin tunnettuja keihäänkärkien, kaapimien, nuolenkärkien ja työkalupakkien massatuotantopaikkoja. Niitä käytettiin viime aikoihin asti myös tuliaseissa (kivilukkokiväärit) ja rakennusten rakentamisessa siellä, missä tämä kivilaji on yleinen. Niagaran jyrkänteellä sijaitsevista kalkkikivi- ja dolokivikerrostumista peräisin olevia sarvivälkekiviä käyttivät karibujen, mastodonien ja mammuttien paleo-intiaanien metsästäjät Lounais-Ontariossa. Sekä kiilleliuskeet että kiilleliuskeet ovat yleensä väriltään harmaita (vaikkakin ne voivat vaihdella lähes valkoisesta ruskean kautta lähes mustaan tai jopa punaiseen), ja ne ovat halkeilleet tasaisen tai hieman kartiomaisen murtumaisesti. Yhteistä niille on se, että taitavat työkaluntekijät voivat muotoilla niitä, ja ne säilyttävät uskomattoman terävän terän pitkään.

Kipsi on kemiallinen saostuma (vesipitoinen kalsiumsulfaatti), jota tavataan usein kalsiumrikkaan, savipitoisen kivilajin, mergelin, kerrostumissa. Kipsiä ja vuorisuolaa sisältävät marmellikerrostumat ovat alun perin kerrostuneet alueille, joilla haihtuminen on ollut voimakasta ja joille merivedet ovat tulvineet. Tällaisia alueita on nykyisin nähtävissä osassa subtrooppista Persianlahtea. Kivisuola (joka koostuu lähes kokonaan natriumkloridista) on tärkeä talousmineraali. Ontariossa sitä esiintyy Windsorin ympäristössä ja pohjoiseen Goderichiin asti (ks. WAT ON EARTH 14 (2) Spring 2001). Suolaesiintymiä on myös Merenkurkun maakunnissa ja Länsi-Kanadassa. Länsi-Kanadan suolaesiintymiä hallitsee toinen taloudellisesti tärkeä, punaisen ja valkoisen värinen, runsaasti kaliumia sisältävä suola, joka tunnetaan nimellä Sylviitti. Viimeinen tässä ryhmässä kuvattu kivilaji on puna- ja harmaasävyinen sedimenttinen rautakivi, joka on yleistä Yläjärven ympäristössä. Näihin kerrostumiin liittyy laaja kirjallisuus (Blatt et al., 1980), mutta yleensä ne ovat prekambrikauden ikäisiä ja yleensä 2600-1 800 miljoonan vuoden ikäisiä. Jotkut ovat huomattavasti vanhempia ja muutamat pienet esiintymät ovat nuorempia. Niille ovat ominaisia ohuet ja paksut kaistaleet, joissa vuorottelevat jaspis (punainen chert) ja magnetiitti- ja hematiittipitoiset rautakerrokset. Myös muut raudan muodot voivat vuorottelevat kiilleliuskehorisonttien kanssa. Nämä ovat taloudellisesti tärkeitä kivilajeja, ja ne ovat suurten rautaesiintymien lähde Kanadan ja Yhdysvaltojen rajan molemmin puolin.

Kolmas kuvalohko käsittää yleisiä sedimenttikiviä, joissa on vahva biologinen komponentti. Kuten mainitsin käsitellessäni magmakiviä, luonto inhoaa ”lokerointia”, ja jotkut näistä ”laatikoista” ylittävät rajat. Merivesi sisältää kuitenkin suuria määriä kalsiumkarbonaattia, joka ei ainoastaan saostu muodostaen kemiallisia sedimenttikiviä, vaan jota myös karbonaattikuoria rakentavat eliöt hyödyntävät. Kuollessaan kuoret voivat muodostaa valtavia kuorikerrostumia, jotka usein säilyvät ”simpukkakalkkikivenä”. Tämä on nykyään nähtävissä coquina-kuoren muodossa (joka koostuu lähes kokonaan matalassa vedessä elävän merellisen pelecypodin, Coquina-kuoren, täydellisistä tai rikkinäisistä venttiileistä). Ennen simpukat eivät olleet yhtä yleisiä kuin nykyään. Kuvassa ”Shelly Limestone” on brachiopodeja devonikautisessa karbonaattimutaesiintymässä Arkonan alueella Lounais-Ontariossa. Crinoidakalkkikivet (ei kuvassa) koostuvat crinoidien (Echinodermata) varsien palasista, ja ne muodostavat shelly-detrituskaistaleita tietyissä Niagaran jyrkänteellä sijaitsevissa kivissä. Korallit, jotka koostuvat lukemattomien triljoonien karbonaattia erittävien polyyppien jäännöksistä, muodostavat massiivisia kerrostumia nykyään, kuten Suurella valliriutalla, ja myös kaukaisemmassa geologisessa menneisyydessä. Monet öljyn ja maakaasun porauskohteet eteläisessä Ontariossa (ja muualla) kohdistuvat pieniin koralli- ja leväyhteisöjen riuttoihin, joissa fossiilisten organismien sisäinen ja niiden välinen huokoisuus on mahdollistanut näiden energiamineraalien kertymisen. Liitu on erityisen puhdasta kalkkikiveä, ja laimea suolahappo, jota käytetään tähän kivilajiin, aiheuttaa erittäin voimakkaan reaktion. Liitu muodostui alun perin merenpohjan liejusta, ja se koostui triljoonien foraminifera- eliöiden jäännöksistä, joita kutsutaan kokkoliiteiksi. Liitukuvan vieressä on elektroniskannauskuvia, joissa keskellä oleva kermanvärinen organismi on esimerkki nykyaikaisesta kalkkipitoisesta foraminiferasta nimeltä Globigerina.

Seuraava neljän kuvan lohko (turpeesta antrasiittiin) havainnollistaa toista energiamineraalia – hiiltä. Kivihiili syntyy kasvillisuuden kertymisestä anaerobisissa olosuhteissa. Detritus muodostuu soilla tai laguuneissa ja muodostaa vedellä kyllästetyn orgaanisen turvekerroksen. Ajan myötä turve menettää vettä ja muita haihtuvia aineita, kun päällekkäiset sedimentit tiivistävät sitä. Kosteuspitoisuus laskee, hiilipitoisuus nousee ja turve muuttuu ruskohiileksi tai ruskohiileksi. Nämä ovat heikkolaatuisia hiiliä, joissa on usein paljon rikkiä, jotka eivät sovellu pitkiin kuljetuksiin ja jotka voivat syttyä itsestään. Tällaisia kivihiiliä esiintyy Kaakkois-Saskatchewanissa ja monissa Itä-Saksan kivihiilissä. Tiivistymisen ja rasituksen jatkuessa hiilipitoisuus nousee edelleen, haihtuvia aineita häviää enemmän, potentiaalinen energiantuotto kasvaa ja muodostuu tylsästä kiiltävään vaihteleva hiili, joka tunnetaan nimellä bitumihiili. Tämä on erinomaista höyrynkehityshiiltä, ja se oli hallitseva hiili, joka käytti energiaa teollisen vallankumouksen ensimmäisellä vuosisadalla Isossa-Britanniassa. Kanadan läntisissä provinsseissa sekä New Brunswickin ja Nova Scotian entisillä kaivosalueilla louhittiin bitumihiiltä. Sitä käytetään yleensä metallurgiseen syötteeseen ja sitä käytetään sähköntuotannossa. Kivihiilen viimeinen vaihe energiamineraalina on antrasiitti, kova kiiltävä hiili, jota on vaikea polttaa, ellei sitä murskata. Tätä kivihiiltä louhitaan Pennsylvaniassa, ja sitä käytetään sähköntuotannossa syötteenä sekoitettuna bitumihiilen kanssa. Muutoksia, jotka liittyvät haihtuvien aineiden häviämiseen, hiilen lisääntymiseen ja lämmöntuoton kasvuun, kuvataan kivihiilen arvomuutoksena.

Kahdessa viimeisessä kuvassa havainnollistetaan liuskekiviä, joilla on korkea orgaaninen pitoisuus, mutta joita ei määritellä kivihiiliksi. Fossiiliset liuskeet voivat sisältää runsaasti fossiileja (erityisesti kasviaineksia, mutta ne voivat sisältää myös muita, kuten ammoniitteja). Öljyliuskeissa (joita esiintyy esimerkiksi vyöhykkeellä, joka ulottuu Bowmanvillestä Toronton itäpuolella Collingwoodin alueelle lähellä Owen Soundia Ontariossa) on runsaasti trilobiittien ja muiden ordovikialaisten eläinten fossiileja. Tällaisia esiintymiä, vaikkakaan ne eivät välttämättä ole samanikäisiä, on monissa osissa maailmaa, ja ne voivat tarjota tulevaisuudessa energian tai petrokemian raaka-aineiden lähteitä.

Keskitaitosta seuraavalla sivulla on kuvituksia useista edellä sedimenttikivien kuvauksissa mainituista aiheista.

Ylärivi, vasemmalta oikealle. Kaikki ovat esimerkkejä kemiallisesti laskeutuneesta piidioksidista: Piikivestä tehty käsikirves, Swanscombe, Kent, Iso-Britannia; Pehmeämmästä liitumatriisista sään vaikutuksesta syntynyt piikivikyhmy (nuppumainen valkoinen konsentraatio); Kolme Clovis-tyyppistä piikivipistettä Bropheyn löytöpaikalta Parkhillin lähellä Ontariossa. Suurin on 10 cm pitkä.

Keskirivi, vasemmalta oikealle: Suuri tippukivestä (kemiallisesti saostuneista kalsiumkarbonaattikerrostumista) koostuva tippukivi (huom. ”g” kasvaa maasta); tippukivi (huom. ”c” kasvaa luolan katosta), jonka kärjestä valoa vangitseva kalsiumvarautunut vesi on tippumassa; erikoinen, vääristynyt tippukivimuodostuma, tippukivimuodostuma, joka tunnetaan nimellä heliktiitti ja joka on myös valmistettu kalsiumkarbonaatista. Huomaa, että paikoin se kasvaa jopa ylöspäin!

Alin rivi, vasemmalta oikealle; vug (onkalo), jonka keskellä kalkkikivessä oleva onkalo on vuorattu kvartsilla; joitakin erittäin suuria kemiallisesti saostuneita konkretioita Moerakissa, Eteläsaarella, Uudessa-Seelannissa; sammalmaisia dendriittejä. Nämä ovat mangaanisaostumia kalkkikivessä, eikä niillä ole yhteyttä orgaanisiin kasvustoihin.

Alan V. Morgan

Kanadan arktisen alueen uusi tutkimusmatkailu
Ronald E. Seavoy

Tämä uusi kirja on erittäin luettava tutkimusmatkailuseikkailu Kanadan arktisella alueella. Kirjoittaja työskenteli International Nickel Companyn tutkimusgeologina vuonna 1960. Kirjassa kuvataan uusia etsintätekniikoita, joita alettiin kokeilla 1950-luvun puolivälissä. Ronald Seavoyn tutkimusryhmä käytti tuona kesänä lentokoneita, helikoptereita ja geofysiikkaa. Lupinin kultamalmi löydettiin. Kirja esittelee lukijalle myös joitakin mielenkiintoisia luonnonilmiöitä, joita tutkimusten aikana kohdattiin.
Vähittäishinta 17,95 kanadalaista dollaria
Hancock house Publishers

www.hancockhouse.com
Tilaukset:
[email protected]