Kivi- ja kasvimaailman välissä, osa 2: puut kullan ja timanttien perässä

Aikaisemmin julkaistussa Kivi- ja kasvimaailman välissä -tekstissä sivusin termiä indikaattorikasvi. Indikaattorikasvi, eli opaskasvi, on kasvi joka kasvaa rajatuissa kasvuolosuhteissa ja voi läsnäolollaan kertoa alla olevan kallio- tai maaperän kemiallisesta koostumuksesta. Indikaattorikasveja on käytetty apuna esimerkiksi malminetsinnässä ilmaisemaan tietyistä alkuaineista rikastuneita alueita. Vaikka sanotaan, että raha ei kasva puussa voivat puut antaa vihjeitä arvokkaista mineraaliesiintymistä!

Eucalyptuspuun lehdet kertovat missä kulta piileksii

Kaksi vuotta sitten julkaistun australialaisen tutkimuksen1 mukaan eucalyptyspuiden lehtiä analysoimalla voisi olla mahdollista kartoittaa kultaesiintymiä. Eukalyptuksen syvälle ulottuvat juuret pumppaavat maasta veden mukana myös pieniä kultahippusia. Nämä hippuset varastoituvat vierasaineina puun lehtiin. Lehtiin varastoituneet kultahippuset ovat kooltaan niin pieniä ettei niitä ei voi nähdä lehdestä paljain silmin. Lehdet voidaan kuitenkin analysoida käyttämällä röntgensäde fluoresenssi (XRF) -analytiikkaa.

Lintern_etal_2013_gold
Eucalyptuspuunlehdestä otettuja XRF-kuvia. Kupari näkyy kuavssa sinisenä, strontium vihreänä ja kulta nuolilla osoitettuina punaisina hippuina (kuva b). Mittakaavan pituus kuvassa a) 500 µm ja kuvassa b) 50 µm. Kuva: Lintern et al. 2013, CC BY-NC-SA 3.0

Kultapitoisuudet lehdissä ovat hyvin pieniä, mutta tutkimusmenetelmää voidaan käyttää kullanetsinnän helpottamisessa etenkin niillä alueilla joilla peruskallioita peittävät kymmenien metrien sedimenttikerrokset. Perinteinen tapa tutkia tällaisia alueita on ollut kairareikien poraaminen kallioperään. Eucalyptuspuiden lehtien tutkiminen voi tulevaisuudessa tarjoata kallioperän kairaamista halvemman vaihtoehdon kullanetsintään. Alla olevalla videolla  tutkimuksen johtaja Mel Lintern kertoo aiheesta lisää.

——

Kairapalmu voi vihjata timanttiesiintymästä

Kairapalmut (Pandanus) muodostavat kairapalmukasvien suvun johon kuuluu noin 750 lajia. Monia kairapalmulajeja hyödynnetään monin tavoin käsitöissä, esimerkiksi mattojen ja korien punomisen raaka-aineina, sekä ravintokasveina.  Toukokuussa uutisoitiin, että Pandanus candelabrun -lajin kasvupaikkoja etsimällä voidaan mahdollisesti löytää myös timanttiesiintymiä länsi-Afrikassa.

Pandanus candelabrum -kairapalmun käyttö timanttien etsimisessä pohjaa siihen, että valtaosa timanttiesiintymistä sijaitsee kimberliittipiippujen yhteydestä (joskaan kaikki kimberliittipiiput eivät sisällä timantteja). Yksittäisten timanttien löytäminen maastosta on vaikeaa ja siksi timanttien etsinnässä keskitytään niiden isäntäkivien eli kimberliittien etsintään.

Pandanus candelabrum MS4080
Pandanus candelabrum -kairapalmu. Kuva: Marco Schmidt, Wikimedia Commons CC BY-SA 2.5
Kimberliittipiiput ovat syntyneet nopeissa vulkaanisissa purkauksissa Maan menneisyydessä. Kimberliittipurkaukset ovat saaneet alkunsa noin 150–200 km syvyydessä Maan ylävaipassa. Purkautuessaan nopeasti kohti maanpintaa sula kiviaines  saattoi napata mukaansa myös timantteja. Nämä sammuneiden tulivuorten kivettyneet jäänteet koostuvat pääosin kiviaineksesta joka sisältää paljon magnesiumia, kaliumia ja fosforia. Länsi-Afrikassa kasvava Pandanus candelabrum -kairapalmu vaikuttaisi viihtyvän erityisen hyvin kimberliittipiippujen tarjoamien kasvualustojen päällä. Geologi Stephen Haggerty raportoi havainnostaan Economic Geology -julkaisussa ja artikkelin mukaan tutkimukset kasvin hyödyntämisestä kimberliittipiippujen etsinnässä jatkuvat.

Suomestakin on löytynyt useita kimberliittipiippuja. Nuorimmat kallioperäämme muodostavista kimberliiteistä purkautuivat noin 600 miljoonaa vuotta sitten. Myös suomalaisista kimberliittipiipuista on löydetty timantteja, mutta kooltaan ne ovat kansainväliseen tasoon verrattuna melko pieniä. Suurin Suomesta löydetty kokonainen timantti on ollut halkaisijaltaan noin 5 millimetriä. Suomessa piippujen etsimisessä on käytetty esimerkiksi kimberliiteille tyypillisten mineraalien etsimistä irtonaisen maa-aineksen, kuten jääkauden kerrostaman pohjamoreenin, seasta.

Kimberliittipiiput ovat myös geologisen tutkimuksen kannalta tärkeitä, sillä ne ovat kuin kurkistusikkunoita maapallon syvempiin kerroksiin joihin emme pääse muuten käsiksi!

Tiesitkö, että kasvien lisäksi myös eläimiä voidaan hyödyntää mineraaliesiintymien etsimisessä? Esimerkiksi termiittien pesien rakennusaineita tutkimalla on mahdollista löytää viitteitä syvemmällä olevista mineralisaatioista. Eikä unohdeta malmikoiria joista on ollut aiemmin juttua täällä!

Viite:

1Lintern, M., Anand, R., Ryan, C. ja Paterson, D. 2013. Natural gold particles in Eucalyptus leaves and their relevance to exploration for buried gold deposits. Nature Communications, 4.

Advertisements

Mitään ei ole niin paljon kuin aikaa!

Brittigeologi Arthur Holmes (1890–1965) oli yksi geokronologian, eli maapallon materiaalien ajoituksen, pioneereista. Tieteellisten tutkimusten lisäksi Holmes on kirjoittanut  muun muassa Maan iästä kertovan kirjan “The Age of Earth” joka julkaistiin ensimmäistä kertaa vuonna 1913. Painos on luettavissa täältä. Vuoden 1937 painoksen etusivuja selattaessa löytyi kuvassa esiintyvä hauska yksityiskohta. Välillä on hyvä hengähtää ja muistaa, että mitään ei ole niin paljon kuin aikaa!

Zirkonia metsästämässä

Aikaisemmin olen kirjoittanut siitä, että tutkimukseni olennainen osa on määrittää Suomen vanhimpien tulivuoriperäisten kivien tarkempaa ikää pikkuruisten zirkoni-mineraalien avulla. Tutkimukseni alkutaival kului suurelta osin näytevalintoja tehden ja zirkoneita etsien. Kaikissa kivilajeissa zirkoneita ei ole riittävästi ikäanalyysejä varten ja vaikka mineraalin saatavuutta pystyy ennustamaan kiven geokemiallisen koostumuksen perusteella, oli laboratoriopäivät joidenkin näytteiden kohdalla melko jännittäviä lopputuloksen kannalta. Koska näytteiden käsittely on melko aikaa vievää, täytyy separoitavien näytteiden määrä suhteuttaa käytettävissä olevaan aikaan ja resursseihin.

Mutta mistä zirkonin metsästäminen alkaa? Zirkonia etsivä geologi suuntaa kulkunsa päättäväisesti kohti kalliopaljastumia. Joskus sopiva paljastuma löytyy sopivasti metsätien varrelta, joskus täytyy taivaltaa suon läpi vaelluskengät märkinä. Lupaavalle paljastumalle päästyään geologi kaivaa esille vasaran (ja suojalasit!) ja nakuttelee sopivasta kohtaa kalliota näytepalasen. Tarvittava näytemäärä riippuu siitä, mitä kivestä halutaan tutkia. Lisäksi myös kivilaji vaikuttaa näytteen kokoon, mutta sopiva määrä mitataan usein kiloissa. Omassa tutkimuksessani tärkeimpiä kivilajeja iänmäärityksen kannalta ovat mahdollisimman silikarikkaat (eli SiO2-rikkaat) kivet, joiden kohdalla zirkonin löytäminen kivestä on todennäköisempää.

Suomen kallioperästä on kuitenkin paljastuneena vain noin 4% ja loput peittyneenä viimeisimmän jääkauden kerrostamien maa-ainesten alle. Sinnikäs geologi menee kuitenkin myös sinne minne aurinko ei paista, eikä vasaran iskut ulotu. Nimittäin kiven sisään. Tutkimuksessani olen käyttänyt materiaalina paljon myös aiemmin kallioperään kairattuja kairasydämiä jolloin olen saanut kerättyä näytteitä myös alueilta jotka eivät ole maanpinnalla paljastuneena.

Vasemmalla kentältä kerättyjä kivinäytteitä. Oikealla kallioperästä kairattu kairasydän tarkasteltavana.
Vasemmalla kentältä kerättyjä kivinäytteitä. Oikealla kallioperästä kairattu kairasydän tarkasteltavana.

Kun näytteet on saatu kentältä tai kairasydänvarastolta laboratoriolle on vuorossa niiden pesu, murskaus ja jauhaminen hienorakeiseksi jauheeksi. Jauhamisen tarkoituksena on irrottaa kivilajia muodostavat mineraalirakeet, ja näin ollen myös zirkonit, toisistaan. Kun murske on jauhettu, pestään saadusta jauheesta hienoin pöly pois. Tämän jälkeen näyte menee uuniin kuivattavaksi ja kun jauhe on täysin kuivunut, on näyte valmis seuraavaan vaiheeseen eli raskasnesteseparointiin!

Näytteet sievässä rivissä odottamassa seuraavaa etappia!
Näytejauheet rivissä odottamassa seuraavaa vaihetta!

Raskasnesteseparointi perustuu mineraalien erottamiseen tiheyserojen avulla. Alakuvassa näyte on sekoitettu metyylijodidiin, jonka tiheys on 3,3 g/cm3.  Näytteenkäsittelyn kohteena oleva zirkoni laskeutuu muiden nestettä raskaampien mineraalien kanssa suppilon alaosaan, josta se kerätään erilleen. Käytännössä neste-näyteseosta joudutaan sekoittamaan moneen otteeseen ja hämmentelyä jatketaan niin kauan että kevyestä näyteosuudesta ei erotu enää nestettä raskaampia mineraaleja. Omien näytteideni kohdalla tähän vaiheeseen kului näytekohtaisesti yleensä yksi kokonainen päivä, mutta helpompia ja zirkonista rikkaampia näytteitä voi käsitellä tällä tavalla 2-4 kappaletta päivässä. Tämän osuuden jälkeen separointia jatketaan muutamalla muulla työvaiheella, sillä yleensä niin kutsuttu raskasfraktio sisältää tässä vaiheessa vielä jonkin verran muita mineraaleja zirkonien lisäksi.

Esimerkkejä aineiden tiheyksistä (g/cm3):
puhdas jää = 0,9; vesi = 1; kvartsi ~2,6; metyylijodidi ~3,3; zirkoni = 4,65.

JES, suppilon pohjalla näkyy hippuja! Toivottavasti joukossa on myös zirkonia!
JES, tätä on odotettu! Suppilon pohjalla näkyy hippuja, toivottavasti joukossa on myös zirkonia!

Usean separointivaiheen jälkeen toivottu tulos on runsas kokoelma zirkoneita erillisessä pienessä purkissaan. Analyyseja varten halutut rakeet noukitaan erilleen käsin. Koska zirkonirakeet ovat yleensä melko pieniä tarvitaan tässä avuksi binokkelimikroskooppi, neula ja vakaa käsi. Väsyneenä tätä vaihetta ei kannata tehdä! Noukitut rakeet asetetaan erityiselle kaksipuoleiselle teipille, jonka avulla rakeet voidaan valaa muottiin ja josta ne voidaan analysoida. Ikämääritykset zirkonista perustuvat radioaktiivisen uraanin hajoamiseen lyijyksi.

Tutkimukseni näytteet separoin Geologian tutkimuskeskuksen, eli GTK:n, laboratoriossa. Teipille noukituista zirkoneista tehdyt näytenapit valmistettiin pääosin Nordsim-laboratorion henkilökunnan toimesta. Ikämäärityksiä olen tehnyt molemmissa laboratorioissa.

Viisi (+1) mielenkiintoista näytettä!

Päivitys (26.6.2017): Luonnontieteellisen keskusmuseon geologiset kokoelmat avautuvat myös kesän 2017 mittaan useampana ajankohtana yleisölle, lisätietoa täällä.

Olen kerännyt tähän omista suosikkinäytteistäni viisi (+1) joihin kannattaa näyttelyssä tutustua! Tekstin terminologiasta lyhyesti: mineraali on alkuaineista koostuva kiteinen aine ja kivilajien rakennusosa. Kivilajit koostuvat yleensä 3–5 eri mineraalista.

1) Tsaroiitti – kivimaailman liitukautinen punakaali

Tsaroiitti on harvinainen mineraali, sillä sitä on löydetty vain yhdestä paikkaa maapallolta. Esiintymä sijaitsee Venäjällä. Tsaroiitti on syntynyt kalkkikiven kemiallisen muuttumisen kautta, kun kalkkikiveen on tunkeutunut kuumaa kivisulaa. Mineraaliesiintymä on syntynyt liitukaudella, noin 134–131 miljoonaa vuotta sitten1. Geologisissa kokoelmiessa olevan näytteen hauska ulkoasu johtuu mineraalin kuitumaisesta rakenteesta ja tuo mieleeni punakaalin! Näytteessä olevat oranssit alueet ovat toista harvinaista mineraalia, tinaksiittia. Tsaroiittinäytteen löydät mineraalihuoneesta silikaattimineraalien hyllystä. Tsaroiitin kemiallinen kaava on K5Ca8Si18O46•H2O ja tinaksiitin K2Na(Ca,Mn2+)2Ti[OSi7O18(OH)].

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Tsaroiitti (violetti) ja tinaksiitti (oranssi).

2) Zirkoni – mineraali joka kertoo kivien iän

Zirkoni kuuluu silikaattimineraalien ryhmään. Tutustumisen arvoinen se on siksi, että geologisessa tutkimuksessa ja erityisesti kivien iän määrittämisessä se on hyvin tärkeä mineraali. Ominaisuuksiltaan se on kestävä eikä pelästy sitä, jos kiveä myöhemmissä kallioperän kehitysvaiheissa kuumennetaan tai muokataan uudelleen. Zirkoni kestää hyvin myös mekaanista kulutusta esimerkiksi rapautuessaan sedimentin kiertokulkuun. Zirkoneja voit löytää näyttelystä useammasta paikasta. Mineraali on esillä niin kidemallien yhteydessä kidehuoneessa, kuin mineraalivitriineissä. Näyttelyssä olevat zirkonit ovat kooltaan melko isoja kiteitä, omassa tutkimuksessani käyttämäni kiteet ovat juuri ja juuri paljain silmin nähtäviä. Tästäkin syystä zirkonikiteiden etsintä näyttelystä kannattaa! Lisää zirkonin käytöstä kivien iänmäärityksessä voit lukea täältä ja täältä. Zirkonin kemiallinen kaava on ZrSiO4.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Zirkonikiteitä (kolme rusehtavaa kidettä) Siilinjärveltä.

3) Eklogiitti – vieras maapallon syvyyksistä

Eklogiitti on kivilaji, jota syntyy korkeassa paineessa ja lämpötilassa maapallon vaipassa yli 100 kilometrin syvyydessä. Se koostuu punaisesta granaatista ja vihreästä amfibolimineraalista. Syntymisolosuhteidensa vuoksi eklogiitti on harvinainen kivilaji maapallon kuoressa, mutta sitä voidaan löytää kimberliittipiippujen yhteydestä. Kimperliittipiiput ovat syntyneet nopeissa vulkaanisissa purkauksissa. Sinkoutuessaan syvyyksistä kohti maankamaraa, kimberliittipurkaukset voivat napata mukaansa kiviainesta niin eklogiiteista aina timantteihin. Viimeisimmät kimberliittipurkaukset tapahtuivat Suomessa noin 600 miljoonaa vuotta sitten. Eklogiitin löydät Fennoskandia-huoneesta jossa on esillä Suomesta, Ruotsista, Norjasta ja länsi-Venäjältä löytyviä kivilajeja. Kokoelman eklogiitti on peräisin Norjasta.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Eklogiitti

4) Konglomeraatti – geologinen arkisto

Konglomeraatti on sedimenttikivilaji, joka koostuu pyöristyneistä kivilajikappaleista ja hienorakeisesta välimassasta. Konglomeraattien ulkonäkö vaihtelee paljon riippuen siinä olevien kivilajikappaleiden koosta, muodosta ja koostumuksesta, sekä välimassan koostumuksesta. Konglomeraatteja syntyy monissa ympäristöissä, esimerkiksi jokisoran tai mannerjalustojen turbidiittivyöryjen kivettyessä. Fennoskandia-huoneessa esillä oleva konglomeraatti on peräisin Itä-Suomesta, ja se on kerrostunut yli 2000 miljoonaa vuotta sitten. Siinä olevat pyöristyneet kivilajikappaleet ovat vaaleita kvartsi- ja maasälpärikkaita kohtia. Sedimenttikiviä käytetään geologisessa tutkimuksessa eräänlaisina arkistoina joiden avulla voidaan tutkia sedimenttien muinaisia kerrostumisympäristöjä, sekä sedimenttiaineksen lähtöalueiden koostumusta ja ikää.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Konglomeraattia Kontiolahdelta, Itä-Suomesta

5) Haliitti – keittiöstäkin tuttu

Haliitti eli natriumkloridi (NaCl) on mineraali joka muodostaa yleensä kuutiollisia kiteitä. Tutummalla nimellä haliitti tunnetaan keittiöstäkin tuttuna suolana. Haliitti esiintyy usein värittömänä tai valkoisena, mutta pienet määrät epäpuhtauksia tai virheet kiderakenteessa voivat saada aikaan myös muun värisiä haliittikiteitä joista näyttelyssä on esillä muutama esimerkki. Haliitti on vesiliukoinen mineraali ja sitä muodostuu esimerkiksi meriveden haihtuessa. Omien suolakiteiden kasvattamiseen löydät ohjeet täältä.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Kuutiollinen haliittikide Saksasta.

Bonusnäyte: Ammoniumkloridi – tulivuoren oma salmiakki

Kun olet löytänyt haliitin, kannattaa samasta vitriinistä etsiä luontaisen salmiakin, eli ammoniumkloridin, kiteitä. Salmiakkikarkin suolainen maku tulee teollisesti valmistetusta ammoniumkloridista (NH4Cl). Se on luonnostaan väriltään valkoista ja salmiakit ovat yleensä värjätty mustiksi esimerkiksi lääkehiilen avulla. Luontaisesti salmiakkia muodostuu muun muassa Vesuvius-tulivuorella Italiassa. Salmiakin löydät mineraalihuoneesta, halogenidi/haliittiryhmän hyllyn yläriviltä. Salmiakki on esiintynyt aikaisemmin blogissa täällä josta löydät myös näytteen kuvan.

Kerro kommenttikenttään mitkä olivat sinun vierailusi kohokohtia?

Viite:
1Wang Y., He H., Ivanov a.V., Zhu R., Lo C. (2014): Age and origin of charoitite, Malyy Murun massif, Siberia, Russia. International Geology Review 56, 1007-1019.

Editoitu 4.6., klo 15.15: lisätty tsaroiitin, tinaksiitin ja zirkonin kemialliset kaavat.