Kivilajien jaottelu ja syntytavat

Magmakivet
Sedimenttikivet
Metamorfiset kivet

Kuva 1. Eri kivilajityyppien muodostuminen aineen suuren kiertokulun kautta. Kuva: Tapani Tervo, GTK

Kuva 1. Kivilajien eri päätyyppien muodostuminen aineen suuren kiertokulussa. Kuva: Tapani Tervo, GTK.

Kivilajit voidaan jaotella kolmeen pääryhmään: magmakiviin, sedimenttikiviin ja metamorfisiin kiviin (kuva 1). Magmakivet muodostuvat sulasta kiviaineksesta eli magmasta. Magma muodostuu syvällä maankuoren alaosissa tai kuoren alapuolisessa vaipassa. Sula kiviaines tunkeutuu kuoressa ylöspäin. Magman nousu voi kuitenkin loppua tietyssä syvyydessä, johon kertyvä sula muodostaa magmasäiliön. Magma luovuttaa lämpöenergiaa ympäristöönsä ja jäähtyy. Kun sen lämpötila laskee tarpeeksi matalaksi, magma alkaa kiteytyä mineraaleiksi, jolloin syntyy syväkiviä. Joissain tapauksissa magma voi purkautua maanpinnalle (tai merenpohjaan), jossa se kiteytyessään muodostaa tulivuoren. Näin syntyneitä kivilajeja kutsutaan vulkaanisiksi kiviksi.

Rapautuminen irrottaa kallioperästä mineraalirakeita. Ne kulkeutuvat tuulen, veden tai jään mukana ja voivat jauhautua edelleen pienemmiksi rakeiksi, kunnes ne olosuhteiden muuttuessa kerrostuvat sedimenteiksi. Vuosimiljoonien aikana nämä sedimentit kivettyvät muodostaen sedimenttikiviä.

Metamorfiset kivet syntyvät, kun magma- tai sedimenttikivet (tai metamorfiset kivet) joutuvat uusiin olosuhteisiin, joissa vallitsee aiempaa korkeampi lämpötila ja/tai paine. Metamorfisia kiviä syntyy tyypillisesti vuorenpoimutuksen yhteydessä mantereiden törmäysvyöhykkeessä. Himalajan vuoristo on poimuvuoristo, joka syntyi Intian törmätessä Euraasian mannerlaattaan – Alpit syntyivät Afrikan laatan törmätessä Euraasian laatan länsiosaan. Metamorfoosissa alkuperäisen kiven mineraalikoostumus yleensä muuttuu ja mineraalirakeet voivat kasvaa kooltaan. Joissain tapauksissa kivi voi alkaa jopa sulaa. Näin esimerkiksi savikivi muuttuu kiilleliuskeeksi tai -gneissiksi ja kvartsiareniitti (hyvin kvartsipitoinen hiekkakivi) muuttuu kvartsiitiksi. Vastaavasti tumma, basalttinen vulkaniitti muuttuu vihreäkiveksi.

Magmakivet

Magmakivien synnyttävä sula syntyy yleensä joko vaipan tai kuoten osittaisulamisen kautta.

Kuva 2. Magmakivien synty. Kuva: Harri Kutvonen, GTK.

Magmakivet syntyvät sulasta kiviaineksesta eli magmasta. Magmat ovat lähtöisin syvältä maapallon vaipasta tai kuoresta (kuva 2). Ympäröivää ainesta kuumempina ja kevyempinä ne tunkeutuvat ylöspäin, muodostaen joko erilaisia sulasäiliöitä kilometrien syvyyteen maanpinnasta tai ne voivat purkautua maanpinnalle synnyttäen tulivuoria.

Sulasäiliöiden jäähtyessä magmasta kiteytyy erilaisia syväkiviä, esimerkiksi graniitteja tai tummia gabroja. Näiden syväkivimuodostumien koko vaihtelee kilometristä useisiin kymmeniin kilometreihin. Magman kiteytyessä kuoren rakoihin ja heikkousvyöhykkeisiin muodostuu laattamaisia kapeita intruusioita, jotka koostuvat juonikivistä. Maanpinnalle asti tunkeutunut magma purkaantuu tulivuorista synnyttäen laavakiviä, sekä purkauksen sinkoamasta aineksesta kerrostuvia tuhkakiviä (eli tuffeja ja tuffiitteja) ja suurista kappaleista muodostuvia agglomeraatteja. Syväkivet erottaa pintakivistä mm. mineraalien raekoon perusteella: syväkivissä yksittäisten mineraalirakeiden koko on tavallisesti 1–3 mm eli suhteellisen helposti paljaalla silmälläkin erotettavissa. Syväkivet ovat usein myös tasalaatuisia, homogeenisia, eikä niissä erotu välttämättä selviä rakenteita. Vulkaaniset kivet ovat usein niin hienorakeisia, että yksittäisiä mineraalirakeita ei pysty paljaalla silmällä erottamaan. Toisaalta niissä voi erottua selviä rakenteita, kuten kerroksia, tyynyrakenteita (kuvaviite), kaasurakkuloita, jne.

Graniittisten syväkivien rakenteita:

Tummien vulkaanisten kivien rakenteita:

Kuva 2. Sulasta kivianeksesta eli magmasta muodostuvien kivilajien mineraloginen koostumus, sekä mineralogiseen että kemialliseen koostumukseen perustuvat luokittelut. Kuvan yläpuolella esimerkkejä eri koostumuksellisista syvä- ja pintakivistä.

Kuva 3. Sulasta kivianeksesta eli magmasta muodostuvien kivilajien mineraloginen koostumus, sekä mineralogiseen että kemialliseen koostumukseen perustuvat luokittelut. Kuvan yläpuolella esimerkkejä eri koostumuksellisista syvä- ja pintakivistä.

Magman kemiallinen koostumus ja siitä kiteytyvän kiven koostumus riippuvat sulamistapahtumasta: Jos sulaminen tapahtuu vaipassa, syntyvä sula sisältää runsaammin magnesiumia ja rautaa ja vähemmän kevyitä alkuaineita, kuten piitä, alumiinia, kaliumia ja natriumia. Tällaisista sulista käytetään termiä emäksinen tai ultraemäksinen (sisältää vähän piitä) ja niistä syntyviä kivilajeja kutsutaan myös emäksisiksi-ultraemäksisiksi tai mafisiksi-ultramafisiksi kiviksi (sisältävät paljon tummia mineraaleja, esim. gabrot ja peridotiitit) (kuva 3). Jos sulaminen tapahtuu kuoren alaosissa, syntyvä sula sisältää runsaammin kevyitä alkuaineita, kuten piitä, alumiinia, kalsiumia ja natriumia, joita esiintyy runsaammin maapallon kuoressa. Tällöin puhutaan happamasta, paljon piitä sisältävästä sulasta ja vastaavasti happamista tai felsisistä (sisältävät runsaasti vaaleita mineraaleja) kivistä (esim. graniittiset kivet).

Tummissa syväkivissä voi esiintyä monia erilaisia malmeja, mm. nikkeliä, kuparia ja platinametalleja sisältäviä sulfidimalmeja, kromimalmeja, sekä rauta-titaani-vanadiinimalmeja. Vaaleisiin, graniittisiin syväkiviin voi liittyä mm. niin kutsuttuja porfyyrisiä kupari-molybdeeni-kultamalmeja (joskin tämän tyypin esiintymät ovat Suomessa verraten harvinaisia), rauta-kupari-kultamalmeja (nk. IOCG-tyyppi) sekä intruusioiden kontakteissa esiintyviä karsimalmeja, jotka voivat olla esim. kulta-kuparimalmeja, rautamalmeja tai sinkki-lyijymalmeja. Lisäksi voi esiintyä myös wolframi- ja tinaesiintymiä. Syväkivet soveltuvat usein myös rakennuskiviksi ja teiden ja rautateiden pohjamateriaaliksi ja erilaisiksi murskeiksi.

Sedimenttikivet

Sedimenttikivet koostuvat eroosion ja rapautumisen irrottamasta irtaimesta maa-aineksesta, joko mineraalisesta tai eloperäisestä maa-aineksesta, joka on myöhemmin kivettynyt. Irtain aines kulkeutuu painovoiman, tuulen, jään tai veden kuljettamana ja kasaantuu lopulta esimerkiksi jokiin ja niiden suistoihin, järviin ja niiden rannoille sekä mantereiden reunoille (merenrannoille). Siellä missä veden virtaus on voimakkaampaa, kerrostuu karkearakeisia muodostumia, kuten soria, kun taas hienompi aines kulkeutuu kauemmas ja muodostaa esimerkiksi hiekka- tai savikerroksia. Kerrosten kasaantuessa toistensa päälle alkavat alimmat kerrokset tiivistyä ja lopulta kivettyvät. Suomessa tavataan runsaasti erilaisia vanhoja, metamorfoituneita sedimenttikiviä, mutta varsinaiset muuttumattomat, ei-metamorfoituneet sedimenttikivet ovat varsin harvinaisia. Tunnetuimpia ja laaja-alaisimpia sedimenttikivimuodostumia ovat Satakunnan hiekkakivi Porin alueella sekä Muhoksen savikivi Oulun seudulla. Satakunnan hiekkakiven tarkkaa ikää ei tiedetä, mutta se asettuu välille 1600–1260 miljoonaa vuotta. Tätä nuorempia sedimenttikiviä tavataan esimerkiksi Hailuodossa, Pohjanlahdella ja eräissä meteoriittikraattereissa.

Mineraalimaalaji Raekoko Sedimenttikivi
Savi alle 0,002 mm Savikivi
Hiekka 0,2–2 mm Hiekkakivi
Sora yli 2 mm Konglomeraatti
Eloperäinen maalaji
Kalkkilieju Kalkkikivi
Turve ja muut kasvijätteet Kivihiili

Tyypillisiä sedimenttikivien rakenteita ovat kerroksellisuus ja kerrallisuus. Kerroksellisessa sedimenttikivessä esiintyy nimensä mukaisesti erilaisia kerroksia jotka koostuvat esimerkiksi eri raekoon materiaalista: kivessä voi esiintyä esimerkiksi vaaleita, alunperin hiekasta koostuvia kerroksia ja tummempia, savisemmassa (hienorakeisemmasta) aineksesta syntyneitä kerroksia. Kerrallisessa rakenteessa yhden kerroksen raeokoko pienenee alhaalta ylöspäin. Lisäksi voi esiintyä nk. ristikerroksellisuutta, joka kertoo sedimentin kasaantunen virtaavaan veteen. Matalaan veteen kerrostuneissa sedimenteissä voi näkyä myös aallonmerkkejä tai kuivumisrakoja. Orgaanisesta aineksesta syntyneissä kalkkikivissä voi näkyä myös eliöjäänteitä. Tällaisia edustavat esimerkiksi syanobakteeriyhdyskuntien muodostavat stromatoliittirakenteet, joita on nähtävissä Suomessakin, jopa 2 miljardia vuotta vanhoissa dolomiittisissa kalkkikivissä. Myös muita sedimenttikivien tyypillisiä rakenteita on nähtävissä monissa muissa kallioperämme vanhoissa, metamorfoituneissa sedimenttikivissä, erityisesti kvartsiiteissa.

Sedimenttikivien rakenteita:

Metamorfiset kivet

Poimuvuoriston metamorfoosi ja sen synnyttämät metamorfiset kivilajit. Kuva Harri Kutvonen, GTK.

Poimuvuoriston metamorfoosi ja sen synnyttämät metamorfiset kivilajit. Kuva: Harri Kutvonen, GTK.

Metamorfoosissa aikaisemmin syntyneet magmakivet, sedimenttikivet tai jo aikaisemmin metamorfoituneet kivet joutuvat erilaisiin paine- ja lämpötilaolosuhteisiin, kuin missä ne ovat alunperin muodostuneet. Tällöin kiven mineraloginen koostumus muuttu, kun aiemmin syntyneet mineraalit eivät ole enää pysyviä uusissa olosuhteissa. Metamorfisia prosesseja tyyppejä on useita, joista merkittävin on alueellinen metamorfoosi jota tapahtuu mannerlaattojen törmäysvyöhykkeissä, tai saarikaaren ja mantereen törmäyksissä. Näissä törmäyksissä kallioperä poimuttuu, eli syntyy poimuvuoristo (esim. Alpit, Himalaja, Andit, Köli-vuoristo, jne.). Metamorfoosissa lämpötila ja/tai paine alkavat kasvaa – lämpötila voi nousta jopa niin suureksi että kivi alkaa osittain sulaa. 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).

Metamorfoosiasteen kasvaessa (siis läpötilan ja paineen kasvaessa) kiven raekoko kasvaa: Suhteellisen alhaisen asteen metamorfoosissa hienorakeisesta, alunperin 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 ja kiveen saattaa alkaa ilmestyä muita mineraaleja kookkaampia rakeita eli ns. porfyroblasteja, jotak ovat kooltaan yleensä useita millimetrejä tai jopa muutaman senttimetrin kokoluokkaa. Viimeisessä vaiheessa syntyy erilaisia gneissejä ja jos kivi alkaa sulaa, syntyy nk. migmatiitteja.

Alkuperäinen kivilaji Alhainen-keskinkertainen metamorfoosiaste Korkea metamorfoosiaste
Magmakivet
Graniitti Graniitti Graniittigneissi
Peridotiitti Metaperidotiitti, serpentiniitti Serpentiniitti, vuolukivi, hornblendiitti
Mafinen vulkaniitti Vihreäkivi Amfiboliitti, amfiboligneissi
Sedimenttikivet
Savikivi Fylliitti, kiilleliuske Kiilleliuske, kiillegneissi, granuliitti, migmatiitti
Hiekkakivi Kvartsiitti Kvartsiitti
Konglomeraatti (Meta)konglomeraatti (Meta)konglomeraatti
Mätälieju Mustaliuske Mustaliuske, grafiitti ja sulfidipitoinen gneissi
Kalkkikivi Kiteinen kalkkikivi, marmori Marmori

 

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. Monet metamorfiset kivilajit, kuten kvatsiitit, erilaiset liuskeet, marmorit ja myös gneissit soveltuvat hyvin rakennuskiviksi. Liuskeisuutensa vuoksi liuskekivet sopivat hyvin sisustukseen ja puutarhojen kulkuväylille. Vuolukuvi on jo vanhastaan tunnettu tulisijakivi, josta tänä päivänä tehdään mm. varaavia uuneja ja takkoja.

Lisää tietoa mineraaleista ja kivilajeista ja niiden muodostumisesta löytyy mm:

Takaisin ylös