Mäkkylän kallioleikkaus / Mäkkylä Rock Cutting EarthCache

Tämä Earth-kätkö esittelee Mäkkylän aseman alikulun kohdalla olevan kallioleikkauksen.

1. Käsitteitä ja terminologiaa

Geologia tulee kreikan sanoista geo = maa ja logos = tiede. Geologia tutkii Maata. Tutkimuskohteena on maapallon rakenne ja maapallon kehitysvaiheet. Tutkitaan maapallon kuorta, eli kiviainesta ja kivien syntyyn vaikuttavia prosesseja sekä pintaa eli maaperää ja sen syntyyn johtaneita prosesseja. Petrologia on yksi geologian osa-alueista.

Petrologia tutkii kiviä ja niiden muodostumista. Kivet jaetaan kolmeen luokkaan:

Magmakivet ovat syntyneet sulan kiviaineksen eli magman jäähtyessä.

Sedimenttikivet muodostuvat, kun tuulen veden ja jään kuljettama aines kerrostuu ja muodostuu kiveksi paineen ja lämpötilan nousun vaikutuksesta.

Metamorfiset kivet: Kun magmakivi tai sedimenttikivi joutuu suureen paineeseen tai kuumuuteen, sen kiderakenne tai kemiallinen koostumus saattaa muuttua, eli tapahtuu metamorfoosi.

Suomen kallioperä kuuluu maapallon vanhimpiin. Sijaitsemme Fennoskandian kilvellä, joka muodostui 4600 - 570 miljoonaa vuotta sitten. Allamme on paikoitellen jopa 60 kilometriä kiinteässä olomuodossa olevaa kiviainesta. Suomenkin kallioperä on osittain vulkaanista kiveä. Vuorijonojen poimuttuminen on työntänyt pinnalla ollutta kiveä alemmas, missä paine ja kuumuus ovat muuttaneet kiviä voimakkaasti metamorfoosissa. Kivilajien sulamisesta johtuen sulaa kiveä on tunkeutunut kiinteän kivimassan rakoihin muodostaen tässäkin kallioleikkauksessa näkyviä juovia. Sula kivimassa on myös kaapannut mukaansa kiinteitä kivenkappaleita, jotka erottuvat massasta erilaisen rakenteensa ja värinsä johdosta..

Suomen yleisimpiä kivilajeja ovat graniitti (Suomen kansalliskivi!) ja gneissi.

Graniitti on magmakivi, joka on syntynyt syvällä maankuoressa hitaasti jäähtyen. Se muodostuu isohkoista silmin havaittavista kiteistä, joita syntyy, kun mineraaleilla on ollut aikaa jäähtyessään järjestäytyä. Graniitin väri vaihtelee punaisesta harmaaseen. Väriin vaikuttaa graniitin sisältämä maasälpä, joka voi olla tumman punaista, vaaleanpunaista tai lähes valkoista.

Gneissi on metamorfinen kivilaji. Kaikki kivilajit voivat muuttua gneissiksi kovassa kuumuudessa ja paineessa. Tätä tapahtuu vuoripoimutuksen yhteydessä.  Gneissi on tämän kohteen vanhin kivilaji, koska se on voimakkaasti metamorfoitunut ja suuntautunut ja koska sitä on toisen kiven sisällä.

Kallion vallitseva tumma ja karkearakeinen kivilaji on gabro. Geologisen kartan mukaan paikalla pitäisi olla amfiboliittia. Tämä gabroesiintymä on jäänyt kartoitusvaiheessa huomaamatta, mahdollisesti koska se on tullut näkyviin vasta alikulkua tehtäessä. Lähin tunnettu gabroesiintymä on kuitenkin lähellä, radan toisella puolella. Sekä gabro että amfiboliitti ovat tummia kiteisiä kivilajeja. Amfiboliitti on hienompirakeista ja se on muodostunut ja kiteytynyt alun perin maan pinnalla laavapatjoina, kun taas gabro on kiteytynyt hitaasti syvällä maankuoressa. Tästä johtuen gabro on suurikiteisempää.

Pegmatiitti on hyvin karkearakeista ja sen koostumus on graniittista. Kalliossa oleva pegmatiitti on vaaleaa suuntautunutta kiveä, jossa on tummien mineraalien muodostamia juovia.

Diabaasi on tummaa magmakiveä, jota kiteytyy tunkeutuessaan kallion halkeamiin, magmasäiliön ja purkauksen välisiin tulokanaviin.

Migmatiitti on metamorfinen seoskivi, joka sisältää vähintään kahta eri kivilajia.  Suomalainen petrologi Jakob Sederholm (1863-1934) oli migmatiittien tutkija ja loi termin migmatiitti vuonna 1907. Tässä kohteessa näet tyypillistä migmatiittia, jossa gabron joukossa on pegmatiittisuonia ja paksuja ja myös ohuita vaaleita gneissiluikareita. Kallio kuuluu Etelä-Suomen migmatiittivyöhykkeeseen, joka kulkee läpi pääkaupunkiseudun.

Kivilajit muodostuvat mineraaleista. Graniitti ja gneissi koostuvat samoista mineraaleista, suurimmaksi osaksi maasälvästä,  kvartsista ja kiilteestä. Tekstissä myöhemmin esiintyvä plagioklaasi on maasälpälaji.  Tämän lisäksi gneississä on myös metamorfisia mineraaleja.

2. Alueen geologista historiaa

Noin 1900 miljoonaa vuotta sitten Etelä-Suomessa lainehti meri, jossa oli tuliperäisiä saariketjuja aivan kuin Indonesiassa nykyään. Saaret muodostuivat tulivuorista. Tulivuorten syvällä sijaitsevat magmakammiot muodostivat gabroja. Saariketju törmäsi vanhempaan mantereeseen. Meren pohjalle kerrostuneet tulivuorten laavat ja tuhkat, hiekka ja savi joutuivat kovaan paineeseen ja lämpötilaan muovautuen uudestaan metamorfoosissa ja synnyttäen uusia metamorfisia kivilajeja. Törmäyksen yhteydessä osa kallioperää suli muodostaen graniittista magmaa. Vuosimiljoonien aikana törmäyksen muodostama mahtava vuorijono kului pois paljastaen kallion. Sen pinnan höyläsivät ja uursivat monien jääkausien mannerjäätiköt. Tänne jääkauden jälkeen ilmestynyt ihminen loi nyky-yhteiskunnan ja työsti kallioon Mäkkylän juna-aseman alikulkukäytävän, jossa voimme ihailla muinaisen maankuoren sisäisiä tapahtumia aikamatkana menneisyyteen.   

3. Tämä kallioleikkaus

VR tilasi alikulkukäytävän tunnelin pääurakoitsijalta, joka puolestaan tilasi kalliolouhinnan alihankkijalta. Alikulku toteutettiin vuonna 1998. Se piti louhia räjäyttämällä, mutta ensimmäinen räjäytys irrotti viereisen talon seinistä laattoja.  Talon rakenne ei olisi kestänyt räjäytysten aiheuttamaa tärinää ja räjäytykset keskeytettiin. Louhinta tehtiin poraamalla 9 cm välein reikiä ohjurikoneella. Näin kallion mielenkiintoinen ja kaunis rakenne tuli näkyviin paljon selkeämpänä kuin räjäyttämällä tehdyissä kallioleikkauksissa.

Yleisvaikutelma lähestyttäessä kallioleikkausta on, että tässä on tummaa rakeista kiveä, jossa on paljon vaaleita paksuja ja ohuempia juovia.

Tumma karkearakeinen kivi on gabroa.

Tummassa kivessä olevat paksut vaaleat juonet ovat pegmatiittista gneissiä. Pegmatiitti on koostumukseltaan graniittista, koostuen enimmäkseen kalimaasälvästä ja kvartsista (vaalea osa). Joukossa on mustia kiillejuovia ja kasaumia. Pegmatiittinen gneissi on alun perin ollut magmaattista kiveä, edustaen kallioperän sulamisesta syntynyttä myöhäistä kivisulaa. Kallioperän liikunnoissa, kovassa paineessa ja lämpötilassa pegmatiitti on muuttunut metamorfoosissa voimakkaasti suuntautuneeksi gneissiksi. Vaaleissa kivissä näkee myös ruosteenpunaisia viiruja, jotka ovat syntyneet kun kiilteet vapauttavat rautaa rapautuessaan. Rauta on värjännyt osan juonien pinnoista punaiseksi. Kun katsoo molemmissa seinämissä olevia paksuja pegmatiittijuonia, voi kuvitella niiden jatkuvan ja ehkä yhtyvän maan alla ja että ne muinoin ovat kenties yhtyneet myös ylempänä poimuttuneina rakenteina. Juonet ovat saaneet muotonsa muinaisen vuoriston poimuttumisen seurauksena. Jääkaudet ovat hioneet poimuttumien yläosia pois.

Tummasta seinämästä erottuu myös tummempi diabaasijuoni, joka on tunkeutunut kallion rakoon.

Seinämässä on selkeä raitaisen kiven alue. Se on mahdollisesti gabron alkuperäistä magmaattista kerroksellisuutta tai metamorfista liuskeisuutta. Raidat voivat kuitenkin olla myös karkearakeisen amfiboliitin liuskeisuutta tai jopa laavapatjoja, jotka ovat alun perin olleet vaakatasossa, mutta poimuttuminen on kääntänyt ne vinoon. Tämän tumman ja raitaisen sekä homogeenisen gabron välissä on niitä erottava kontaktirajapinta.

Aivan tunnelin puoleisessa päässä kallioleikkausta erottuu punertavia palloja harmaassa kivessä. Ne ovat metamorfista mineraalia nimeltä granaatti.  Granaattimineraaleja ympäröi valkoinen plagioklaasirengas. Tällaiset mineraalit ja niiden renkaat ovat tyypillisiä metamorfisille kiville kuten liuskeille ja gneisseille ja merkitsevät paineen laskua kiteytymisen aikana (kuva), ( kuva). (Huomaa: granaatti on jalokivi, siis eri asia kuin graniitti, joka on kivilaji.)

Kun kiipeät kallioleikkauksen päälle tunnelin puoleiselta reunalta, näet jäätikön hiomaa silokalliota. Jäätikön kulkusuunnan kertovat uurteet erottuvat hyvin.

Lähteet:

TEHTÄVÄT(vastauksia kannattaa etsiä kallioleikkauksen alikulun puoleisesta päästä):

1. Mitä on gabro?

2. Alikulun lähellä paksussa pegmatiittijuonessa on kolme paraabelin muotoista kaarta. Katso kuvaa ja etsi kuvan paraabelit. Mikä on värjännyt ne? Mittaa paraabelien huippujen väliset etäisyydet.

3. Etsi tekstissä mainitut punertavat pallot. Mitä ainetta pallot ovat? Mikä on suurimman löytämäsi pallon läpimitta?

Lähetä vastauksesi Salme Maijalalle. Vastausta ei tarvitse odottaa, vaan voit logata kätkön löytyneeksi. Jos vastauksissa on jotakin tarkistettavaa otan yhteyttä.

The Story told by a Rock Cutting

This Earth cache presents the rock cutting near Mäkkylä railway station.

1. Terminology

Geology comes from Greek words geo = earth and logos = science. Geology explores the Earth. It explores the structure and development of the Earth. It studies the rocks of the Earth's crust and the processes by which they form and change. Petrology is part of geology.

Petrology studies rocks and their formation. Rocks are divided into three classes:

Magmatic rocks are formed when molten rock cools.

Sedimentary rocks are formed when material transported by wind, water, ice or organisms stratifies and becomes rock under pressure and rise of temperature.

Metamorphic rocks: When magmatic or sedimentary rock is under great pressure and heat, the mineralogical and chemical composition and structure may change. This is called metamorphosis.

The Finnish bedrock is among the oldest bedrock on Earth. We are on the Fennoscandian shield that formed 3,500 - 570 million years ago. Under our feet there is as much as 60 kilometres of solid rock. Even the Finnish bedrock contains ancient volcanic rocks. Folding mountain ranges have pushed sands, clays and volcanic rocks deep down where the rocks have metamorphosed considerably in the heat and pressure. The rocks have melted and the molten rock has invaded the gaps in the solid rock, forming veins. Such veins are to be seen in this rock face. Solid rocks have been caught inside the molten rock mass. They have different structure and colour from the surrounding rock.

Finland's most common rock types are granite (Finland's national rock type!) and gneiss.

Granite is magmatic rock formed deep inside the crust of the Earth and it has cooled deep in the crust. Granite's relatively big crystals form when cooling happens slowly. Granite's colour can be anything from red to gray. The colour comes from the amount of feldspar contained in the granite. Feldspar can be dark red, pink or almost white.

Gneiss is a metamorphic rock. All rock types may metamorphose to gneiss under heat and pressure. This happens when plates collide and mountain ranges are folding and buckling. Gneiss is the oldest rock here because it is strongly metamorphosed, foliated and found inside another rock.

The dominant rock here is the dark and coarse-grained igneous gabbro (formed through the cooling and solidification of magma). However, according to the geological map the dominant rock here should be amphibolite, that is metamorphosed basaltic lava. This gabbro rock has not been noticed when the map was made, possibly because it has seen daylight first when the rock cutting was made. The closest gabbro cliff on the map is however nearby, at the other side of the rails. Both gabbro and amphibolite are dark crystalline magmatic rocks. Amphibolite crystals are smaller than gabbro crystals because lava crystallises quickly on the surface of the Earth while gabbro crystals form slowly deep down within the crust, therefore growing bigger.

Pegmatite is composed of very big crystals and it usually has a basic composition similar to granite. The pegmatite of this rock cutting is light coloured and foliated and it contains bands formed by dark minerals.

Diabase is a dark magma rock which crystallised after invading rock cracks, the channels between a magma reservoir and the eruption channels of a volcano.

Migmatite is a mixture of at least two different rocks. The Finnish petrologist Jakob Sederholm (1863-1934) first used the term in 1907. In this rock cutting you can see a typical migmatite association: gabbro containing pegmatite veins and thick and thin gneiss veins. This rock is part of Southern Finland's migmatite zone which passes through the Helsinki metropolitan area.

All rock types are composed by minerals. Granite and gneiss contain mostly the same minerals: feldspar, quartz and mica. Plagioclase which is mentioned later in this text is feldspar. In addition to the previously mentioned minerals gneiss also contains metamorphic minerals.

2. The geological history of this area

About 1900 million years ago Southern Finland was a sea with volcanic island chains just like Indonesia is today. The magma reservoirs deep under the volcanoes gave birth to gabbros. The island chain collided with an older continent. The stratified volcanic lava and ash and the layers of sand and clay metamorphosed under hard pressure and heat gave birth to new metamorphic rocks. Part of the bedrock melted creating granitic magma. During millions of years the enormous mountain chain eroded exposing the present bedrock. Its surface was ground and grooved by many ice ages. Man came here after the latest ice age, created the contemporary society and worked the rock to create the Mäkkylä train station underpass.

3. This rock cutting

VR (Finnish State Railways) ordered the underpass from a main contractor who in turn ordered the rock excavation from a subcontractor. The underpass was made in 1998. The plan was to do the work by blasting but the first explosion broke off some slabs from a nearby building. The building would not have endured the explosions. Therefore the rock excavation was made by drilling holes at intervals of 9 cm. Thus the interesting and beautiful structure of the rock was exposed much better than in rock cuttings made by blasting.

When you take a first glance at the rock cutting, you see dark granular rock with many light thick and thinner veins.

The dark granular rock is gabbro.

The thick light veins in the dark rock are pegmatitic gneiss. Pegmatite is granitic rock, mainly feldspar and quartz (the light part). There are dark mica veins and clumps. Pegmatitic gneiss is originally magmatic molten rock. When the crust moved creating high pressure and temperature the pegmatite metamorphosed to strongly foliated gneiss. Rust coloured stripes can be seen in the light rock mass. They are mica disintegrating and releasing iron. The iron has coloured part of the surfaces red. When you look at the thick pegmatite veins on both walls, you can imagine that they continue and maybe unite under the earth and that they perhaps also have united above in a folded structure. The veins have formed when an ancient mountain range has folded. Ice ages eroded the upper parts of the buckles.

In the dark wall you can also see an even darker diabase dyke which intruded into a crack in the rock.

There is a conspicuous area of foliated or layered rock. The structures may be magmatic layers or metamorphic foliation. In the case of layers, they might have originally been horizontal but folding has turned them at an angle. Between this dark and foliated rock and the homogenic gabbro there is a contact surface separating them from each other.

At very close to the tunnel mouth you can see reddish balls in grey rock. They are a metamorphic mineral called garnet. Each garnet is surrounded by a white plagioclase ring. Minerals like garnet with the ring are typical in metamorphic rocks like slates and gneisses and they indicate that pressure has been diminished during crystallisation(picture)( picture).

When you climb on top of the rock cutting near the tunnel mouth you see polished and grooved rock ground by the glacier. The grooves ground by the ice stand out clearly.

Annexes::

QUESTIONS (look for the answers near the tunnel mouth) :

1. What is gabbro?

2. Near the underpass there are three parabola-shaped arches one above the other in the thick pegmatite vein. Find the parabolas in the picture. What causes their colour? Measure the distances between the vertices of the parabolas.

3. Find the reddish balls mentioned in the text. What material are the balls? What is the diameter of the biggest ball?

Send your answers to Salme Maijala and log the Earth cache. If there is something in the answers that needs clarifying I shall contact you.