Pars Pro Toto - Metamorfiset kivipallot
Tämä kätkö on geokohde, mikä tarkoittaa, että kätköpaikalta et voi löytää kätköpurkkia tai edes lokikirjaa. Geokohde (englanniksi EarthCache) on virtuaalinen geokätkö, joka esittelee ainakin yhden mielenkiintoisen geologisen kohteen ja samalla kätkökuvaus tarjoaa paikkaan liittyvän geologisen oppitunnin. Geokohteella vierailu osoitetaan suorittamalla kätkökuvauksessa annetut tehtävät.
TÄMÄ KOHDE: Pars Pro Toto -kivipallot
Helsingin Kalasatamassa sijaitseva Alicja Kwaden Pars Pro Toto -taideteos koostuu kahdeksasta planeettaa muistuttavasta pyöreästä kivipallosta. Helsinkiin toteutettuun teokseen on valittu niin kotimaisia, pohjoismaisia kuin myös eurooppalaisia kivilajeja. Kivissä näkyy niiden muinainen syntyprosessi, ikä ja ajan kulku. Teoksen latinankielinen nimi Pars Pro Toto, ”osa edustaa kokonaisuutta” ilmaisee yhden teoksen ulottuvuuksista: maailmankaikkeuden rakenteet toistuvat samanlaisina atomeista aurinkokuntiin. Yksilöiden olemassaolo suhteutuu ajan ja aineen valtaviin mittakaavoihin.
Teos kuuluu Helsingin kaupungin taidekokoelmaan, ja se oli alun perin esillä Vallisaaressa kesällä 2021, kunnes teos siirrettiin pysyvästi Kalasatamaan kesällä 2022. Helsingin taidemuseon teostietojen mukaan paikalla sijaitsee kahdeksan kivipalloa: yksi hiekkakivi, kolme marmorikiveä, kaksi graniitti/gneissikiveä sekä kaksi kvartsiittikiveä.
Tehtävien helpottamiseksi kätkökuvaukseen on lisätty karttakuva, jossa yksittäiset kivipallot on numeroitu ja niiden keskinäiset sijainnit Capellanrannassa merkitty. Lisäksi kaikki tarkasteltavat kivipallot 1-5 on merkitty omiksi reittipisteikseen (joskin karttakuva on reittipisteitä luotettavampi navigointitapa heikon GPS-kuuluvuuden vuoksi). Näitä hyödyntämällä oikeiden kivipallojen löytäminen toivottavasti helpottuu.
TEHTÄVÄSI:
Otsikkokoordinaateista löydät kahdeksan kivipalloa, joista kaikki yhtä lukuun ottamatta ovat metamorfisia kiviä – joko gneissiä, kvartsiittiä tai marmoria. Tarkastele kiviä ja tutustu alla olevaan kätkökuvaukseen. Vastaa sitten seuraaviin kysymyksiin ja lähetä vastaukset kätköttäjälle:
1) Tarkastele kotimaista graniittigneissiä (pallo 1), jonka päävärit ovat musta ja harmaa. Onko kivessä mielestäsi vain graniitille tyypillisiä päämineraaleja (kuten kvartsia, biotiittia, plagioklaasia ja maasälpää) vai onko kivessä joitakin merkkejä muiden mineraalien tai esimerkiksi porfyroblastien läsnäolosta? Perustele vastauksesi.
2) Tarkastele pohjoismaista kvartsiittia (pallo 2), joka on syntynyt hiekkakiven (pallo 3) metamorfoituessa. Mitä metamorfoosin aiheuttamia eroja näiden kivien välillä havaitset (esim. raekoko, kerroksellisuus, muut mineraalit)? Alla olevaan teoriatekstiin perustuen, mitä kiillemineraalia kvartsiittikivi mielestäsi sisältää?
3) Tarkastele eurooppalaisia marmorikiviä (pallot 4 ja 5). Kumpi kivistä on 'puhtaampaa' eli sisältää enemmän karbonattia? Entä onko kivissä nähtävissä kalkkikuoristen eliöiden jäänteitä (fossiileja)? Mistä tämä johtuu?
4) VAPAAEHTOINEN: Ota kuva itsestäsi tai henkilökohtaisesta esineestä kätköpaikalla siten, että kuvassa on jokin edellä mainitsemattomista kivipalloista (pallot 6, 7 tai 8). Liitä kuva loggaukseesi.
Voit merkitä kätkön löydetyksi lähetettyäsi vastaukset. Jos vastauksissa on tarkennettavaa, kätköttäjä ottaa sinuun yhteyttä.
This is an EarthCache so you won't find a cachebox or even a logbook at the cache site. EarthCache is a virtual geocache which presents at least one interesting geological feature. The cache listing also includes a set of educational notes about the feature's geology. To log an EarthCache you need to complete the given tasks.
THIS LOCATION: Pars Pro Toto -stone spheres
Alicja Kwade’s Pars Pro Toto, located in Kalasatama, Helsinki, consists of eight stone spheres reminiscent of planets. Finnish, Nordic and European stone types have been chosen for Helsinki edition of the work. Visible on the stones is the ancient process that formed them, age and the passage of time. The Latin title of the work, Pars Pro Toto, ‘a part for the whole', expresses one of the dimensions of the work: from atoms to solar systems, the structures of the universe keep repeating. The existence of individuals is contrasted with the massive scales of time and matter.
The work belongs to the art collection of the city of Helsinki, and it was originally exhibited in Vallisaari in the summer of 2021, until the work was permanently moved to Kalasatama in the summer of 2022. According to the work information provided by Helsinki Art Museum, there are eight stone spheres: one sandstone, three marble stones, two granite/gneiss stones and two quartzite stones.
To make the following tasks easier, a map image where the locations of the stone spheres in Capellanranta are marked has been added to the gallery and below this paragraph. In addition, all relevant stone spheres for this EarthCache have been marked with individual waypoints. Using this map will hopefully make it easier to find the right stone sphere when answering questions below.
THE LOGGING REQUIREMENTS:
From the title coordinates, you'll find eight stone spheres. Of these spheres, all but one are metamorphic rocks – either gneiss, quartzite, or marble. Study these stone spheres and familiarize yourself with the cache description above in Finnish or the English translation here. Then answer the following questions and send them to the cache owner:
1) Observe the Finnish granite gneiss stone (sphere 1). Its main colors are black and gray. Do you think that the stone contains only the main minerals typical of granite (such as quartz, biotite, plagioclase and feldspar) or are there some signs of the presence of other minerals or, for example, porphyroblasts? Justify your answer.
2) Observe the Nordic quartzite stone (sphere 2), which was formed by the metamorphosis of sandstone (sphere 3). What differences between these stones caused by metamorphism do you observe (e.g. grain size, layering, other minerals)? Based on the theory text below, what mica mineral do you think quartzite stone contains of?
3) Observe the European marble stones (spheres 4 and 5). Which of the stones is 'cleaner', i.e. contains more carbonate? Is there remains (fossils) of calcareous organisms visible in the rocks? Why do you think this is?
4) OPTIONAL: Take a picture of yourself or a personal item in a cache that shows one of the stone spheres not already mentioned above (spheres 6, 7 or 8). Attach this picture to your log.
You can log this EarthCache after sending your answers. If there is need for more clarification, the cache owner will contact you.
Kivien metamorfoosi
Geologisena terminä metamorfoosi tarkoittaa sananmukaisesti kiven muodonmuutosta. Määritelmällisesti metamorfoosi on pääosin kiinteässä tilassa tapahtuva kiven mineraalien tai rakenteen tai molempien muuttuminen vastaamaan uusia fysikaalisia ja kemiallisia olosuhteita, jotka poikkeavat kiven synty- tai kerrostumisajankohtana vallinneista olosuhteista. Metamorfoosiin ei kuitenkaan lueta rapautumista eikä sedimenttien (maalajien) kovettumista sedimenttikiviksi eli diageneesia.
Metamorfoosiin voi joutua mukaan mikä tahansa kivi. Kohonneessa paineessa ja lämpötilassa monet sedimenttikivien mineraalit käyvät pysymättömiksi: ne hajoavat tai reagoivat keskenään ja pyrkivät muodostamaan uusia olosuhteita vastaavan energisesti tasapainoisen mineraaliseurueen eli ns. mineraaliparageneesin. Tällöin kiven kemiallinen koostumus ei muutu, mutta mineraalikoostumus muuttuu.
Alla olevassa kuvassa on esitelty metamorfoottisia prosesseja, joilla muutokset syntyvät: uudelleenkiteytyminen (a), metamorfinen reaktio (b), paineliukeneminen (c) ja plastinen muodonmuutos (d). Lisäksi mineraalit voivat muuttua toiseksi mineraaleiksi, joilla on sama koostumus, mutta erilainen kiderakenne. Tätä atomien uudelleenjärjestäytymistä kutsutaan faasimuutokseksi.
Metamorfoosi voidaan jakaa paine- ja lämpötilaolosuhteiden perusteella matalan, keskitason ja korkean asteen metamorfoosiin. Kiven metamorfiset muutokset ovat sitä todennäköisempiä mitä korkeamman asteen metamorfoosista puhutaan. Kivilajista riippuen tyypilliset muutokset voivat alkaa näkyä jo alhaisilla metamorfoosiasteilla alhaisemmissa paine- ja lämpötilaoloissa (esim. sedimenttikivet kuten liuskekivi), kun taas toiset kivilajit vaativat huomattavasti korkeammat paine- ja lämpötilaolosuhteet muovautuakseen (esim. syväkivet kuten graniitti).
Suhteellisen alhaisen asteen metamorfoosissa hienorakeisesta, alun perin savisesta sedimenttikivestä syntyy ensin fylliittiä, joka on hienorakeinen liuske. Lämpötilan ja paineen kasvaessa fylliitin mineraalien (kiilteet, kvatsi, maasälpä) raekoko kasvaa ja syntyy kiilleliusketta, jossa yksittäiset mineraalirakeet ovat jo nähtävissä. Metamorfoosiasteen edelleen kasvaessa kiilleliuskeen raekoko kasvaa. Viimeisessä vaiheessa syntyy erilaisia gneissejä. Jos lämpötila nousee riittävän korkeaksi, kivi alkaa sulaa ja syntyy nk. migmatiitteja.
Metamorfisille kiville on tyypillistä mineraalien suuntaus, minkä johdosta metamorfiset kivet ovat usein liuskeisia. Liuskeita syntyy erityisesti sedimenttikivistä ja vulkaanisista kivistä, syväkivet taas kestävät metamorfoosia paremmin; esimerkiksi graniitteihin voi syntyä vain heikkoa kiillemineraalien suuntausta. Riittävän korkeassa paineessa ja lämpötilassa graniititkin alkavat käyttäytyä plastisesti ja syntyy gneissejä (esim. graniittigneissiä).
Metamorfoosille sopivat paine- ja lämpötilaolosuhteet voivat syntyä useilla eri tavoilla. Merkittävin näistä on ns. alueellinen metamorfoosi, jota tapahtuu mannerlaattojen törmäysvyöhykkeissä, tai saarikaaren ja mantereen törmäyksissä. Muita metamorfoosin mahdollistavia tilanteita (mm. kontakti-, impakti-, merenpohjan-, hautautumismetamorfoosi) on esitelty alla olevassa kuvassa, ks. alla oleva kuva.
Suomen iäkäs kallioperä on aikojen saatossa kokenut monia laaja-alaisia, erilaisiin laattojen kappaleiden törmäyksiin liittyviä metamorfoosistapahtumia. Niinpä hyvin suuri osa Suomen kallioperästä koostuu metamorfisista kivilajeista, joskin osa isommista syväkiviesiintymistä on säilyttänyt, ainakin osittain, alkuperäisen mineraalikoostumuksensa.
Joissakin tapauksissa kiven mineraalikoostumus ei metamorfoosissa juurikaan muutu, mutta rakenne muuttuu. Näin käy, kun graniitista syntyy gneissi, kalkkikivestä tulee marmoria tai hiekkakivestä kvartsiittia.
Metamorfoosi muuttaa kiven rakennetta
Graniitti on rakeista syväkiveä, joka koostuu pääasiassa kvartsista, biotiitista (ns. tumma kiille), plagioklaasista ja maasälvästä. Maasälpäkoostumuksensa mukaan sen väri vaihtelee tummanpunaruskeasta vaaleanharmaaseen. Graniittien sisältämä mineraalit ovat stabiileja kaikilla metamorfoosiasteilla, jolloin graniitin muodonmuutos ei usein johda merkittäviin mineralogisiin muutoksiin. Monet graniitit sisältävät kuitenkin muita mineraaleja, jotka voivat tuottaa uusia metamorfisia mineraaleja. Korkeilla metamorfoosiasteilla graniitista syntyy tyypillisesti mm. graniittigneissiä, kiillegneissiä, granaattikordieriittigneissiä tai suonigneissiä.
Päämineraalien lisäksi gneisseissä esiintyy usein mm. kordieriittiä ja sarvivälkettä. Kordieriitti on silikaattimineraalia, jota esiintyy yleensä sinisenä, violettina tai kellanrukeana mineraalina gneissien tai migmaattien joukossa. Sarvivälke puolestaan on väriltään tavallisesti mustaa, vihreänmustaa tai ruskeanmustaa välkehtivin pinnoin lohkeilevaa mineraalia, joka kuuluu nauhasilikaattien ryhmään. Se on biotiitin jälkeen yleisin tumma mineraali Suomen kallioperässä. Lisäksi kivissä voi olla porfyroblasteja kuten granaatteja (ks. alempaa).
Graniittigneissi on graniitin korkea-asteisessa metamorfoosissa syntyvä, rakenteeltaan suuntautunut (ns. pilsteinen) keski- tai karkearakeinen kivilaji. Kiillegneissi on rakenteeltaan heikosti liuskeinen gneissi, jonka tummista mineraaleista suurin osa on biotiittia. Mineraalikoostumuksen mukaan kiillegneissin väri vaihtelee harmaasta mustaan. Granaattikordieriittigneississä on mukana kordieriittiä ja granaatteja. Suonigneississä on liuskeisuuden suuntaisia vaaleita graniittisuonia ja tummempia gneissiliuskeita.
Kvartsiitti on hiekkakivestä metamorfoitunut kivilaji, joka sisältää miltei yksinomaan kvartsia. Hiekkakiven mineraalit ovat stabiileja kaikilla metamorfoosiasteilla, mistä johtuen metamorfoosin seurauksena hiekkakivelle tyypillinen kerrosrakenne säilyy eikä kiven mineraalikoostumus muutu. Korkea-asteisessa metamorfoosissa metahiekkakivi voi uudelleenkiteytyä kvartsikiteiden kasvaessa yhteen ja muuttua karheammaksi. Tämä tuottaa kvartsiittia, kovaa, folioitumatonta metamorfista kiveä. Kvartsiitiissa kerran erilliset kvartsikiteet muuttuvat massiiviseksi kvartsiksi, jolla ei ole näkyviä raerajoja, ja alkuperäiset sedimenttitekstuurit häviävät.
Puhtaat kvartsiitit ovat yleensä valkoisia tai vaaleita, mutta kiven sisältämät muut mineraalit voivat olennaisesti muuttaa sen väriä. Maasälvän ja kiilteiden lisäksi kvartsiitissa voi olla andalusiittia (yleensä värjää kiveä ruskeaksi tai punaiseksi), kyaniittia (yleensä värjää sinertäväksi), sillimaniittia (monia väriä) tai kromipitoista fuksiittia (värjää vihreäksi), rantahiekoista syntyneissä myös raskasmineraaleja kuten esim. hematiittia (värjää punertavaksi) tai magnetiittia.
Marmoria syntyy kalkki- tai dolomiittikiven metamorfoosin seurauksena. Kalkkikivet koostuvat saostunneesta karbonaatista ja sen palasista sekä kalkkikuoristen eliöiden jäänteitä. Dolomiitti on puolestaan koostumukseltaan kalsiummagneesiumkarbonaattia. Näiden kivien metamorfoosi tuottaa vain vähän mineralogisia muutoksia. Puhdas valkoinen marmori onkin tulosta erittäin puhtaan (ns. silikaattiniukan) kalkki- tai dolomiittikiven metamorfoinnista.
Useimmat kalkkikivet sisältävät kuitenkin jonkin verran kvartsia ja muita mineraaleja karbonaattien lisäksi. Näissä kivissä muodostuu joukko erilaisia kalsiumsilikaatteja metamorfoosin edetessä. Monille värillisille marmorilajikkeille tyypilliset pyörteet ja suonet, ns. juovat, johtuvatkin yleensä alun perin kalkkikivessä rakeina tai kerroksina olleista erilaisista mineraaliepäpuhtauksista, kuten savesta, lieteestä, hiekasta tai rautaoksideista. Esimerkiksi vihreän marmorin väri johtuu yleensä serpentiinimineraalien läsnäolosta, punaisen marmorin väri rautaoksideista, ja harmaat ja mustat marmorit sisältävät puolestaan grafiittia.
Porfyroblastit
Uudelleenkiteytymisen seurauksena hienorakeisissa metamorfisissa kivilajeissa tavataan yksittäisiä, muita mineraaleja suurempia ja täysin kehittyneen kidemuodon saaneita mineraaleja, joita sanotaan porfyroblasteiksi. Ne esiintyvät kivien rapautumispinnoilla selvästi erottuvina, kohollaan olevina kiteinä. Porfyroblasteina esiintyvät yleisesti granaatti (A), andalusiitti (B) ja stauroliitti (C). Kovina mineraaleina ne jäävät rapautumispinnoilla koholleen pehmeämmän kiviaineksen kuluessa niitä nopeammin.
A. Granaatit ovat ryhmä silikaattimineraaleja, joita esiintyy värikkäinä kiteinä metamorfisissa kivilajeissa. Granaatista erotetaan kemiallisen rakenteen perusteella seuraavat kuusi tavallista mineraalia: pyrooppi (verenpunainen), almandiini (punainen), spessartiini (ruskeanpunainen, kellertävä), grossulaari (vihertävä), uvaroviitti (ruskeanmusta) ja andradiitti (smaragdinvihreä).
B. Andalusiitti on alumiinisilikaattia, väritään punertavaa, harmaata tai vihertävää mineraalia, ja sen kiteet ovat poikkileikkaukseltaan lähes neliön muotoisia. Sitä esiintyy pegmatiiteissa ja metamorfisissa kivilajeissa (liuskeissa ja gneisseissä).
C. Stauroliitti on jalosilikaatteihin kuuluva, kemialliselta koostumukseltaan monimutkainen mineraali. Sitä esiintyy kiilleliuskeissa ja gneisseissä pylväsmäisinä kiteitä, usein ristikaksosina. Väriltään stauroliitti on punaruskeaa, mustanruskeaa tai kellanruskeaa.
LÄHTEET: Geologinen seura, Geologia.fi, GTK, opengeology.org, kaiva.fi, HAM, Wikipedia