Kenttätöissä Etelämantereella

”Myrskyn oli ennustettu kestävän seuraavat kolme vuorokautta. Paluumatka noin sadan kilometrin päässä sijaitsevalle tutkimusasemalle oli siirrettävä aiottua myöhemmäksi, sillä myrskyssä eteneminen olisi ollut mahdotonta. Pyöreä keittiötelttamme luhistui myräkässä ja haimme ruokatarvikkeet aterioita varten teltasta konttaamalla. Punaisen telttakankaan lepatus rytmitti myrskyn lopun odotusta. Aika kului korttia pelatessa ja nukkuessa, sillä mitään muuta ei oikein voinut tehdä.” Näin kertoo geologi Jussi Heinonen, joka asui Etelämantereella kaksi kuukautta väitöskirjatutkimuksensa aikana.

Myrskyn jälkeen paljastui sininen taivas! Tummanpunainen mytty kuvan oikeassa laidassa on luhistunut keittiöteltta. Kuva © Jussi Heinonen.

Jussi työskentelee tällä hetkellä Helsingin yliopiston Geotieteiden ja maantieteen laitoksella lehtorina. Hän kiinnostui jo 5-vuotiaana dinosauruksista niin paljon, että päätti opiskella paleontologiksi. Geologian opinnot aloitettuaan Jussin mielenkiinto siirtyi kuitenkin fossiileista kiviin. Vuonna 2007 hän aloitti väitöskirjatutkimuksen supermanner Gondwanan hajoamiseen liittyvien maailmaan suurimpien laavapurkausten jäänteiden parissa. Tutkimustaipaleen alussa Jussi asui kaksi kuukautta Etelämantereella keräten kivinäytteitä tutkimukseensa. Vuodenvaihteeseen 2007-2008 sijoittuvan matkan aikana tutkimusasemalla asui yhteensä 11 henkinen ryhmä. Ryhmään kuului tutkijoita eri tieteenaloilta, kokki, lääkäri, konemestari, dokumenttikuvaaja ja tutkimusretkikunnan johtaja.

Tutkimusryhmä majoittui Aboalla, joka on vuonna 1988 rakennettu Suomen Etelämanner-tutkimusasema. Asema sijaitsee Kuningatar Maudin maalla, lähellä Ruotsin Wasa-tutkimusasemaa. Lisää Suomen Etelämanner-tutkimuksesta ja Aboasta voit lukea täältä.

Etelämantereen kartta, johon on merkittynä Aboa-tutkimusasema punaisella. Kuva © Ilmatieteen laitos

Kitaransoittoa ja hiihtämistä kivinäytteiden keräämisen lomassa

Tutkimusasemalla suurin osa ajasta kului erilaisten arkiaskareiden, kuten ruuanlaiton ja veden hakemisen parissa. Lisäksi dieselgeneraattoriin ja muihin käytettyihin koneisiin piti tankata säännöllisesti lisää polttoainetta. Suomessa kiipeilyä ja kitaransoittoa harrastava geologi pääsi soittamaan kitaraa myös Etelämantereella, sillä tutkimusryhmä vei asemalle mukanaan Etelä-Afrikasta ostetun kitaran. Myös Suomesta mukaan otettu pöytäjääkiekkopeli osoittautui menestykseksi. Kunnon ylläpito vaihtui Etelämantereella kuitenkin kiipeilystä hiihtoon. Telttamajoituksissa vietetyt kenttäretket olivat myös tehokasta työskentelyä. Kenttäpäivät venyivät pitkiksi, sillä teltassa syödyn aamupalan jälkeen suunnattiin kivinäytteitä keräämään ja paluu telttaan koitti vasta illalla.

Etelämanner ei ole pelkkää lunta! Jussi keräämässä laakiobasaltteihin liittyviä kivinäytteitä. Kuva © Jussi Heinonen .

Nopeasti nousevia myrskyjä lukuun ottamatta Etelämantereen kesän (eli Suomen talven) aikana aurinko paistaa lähes ympärivuorokautisesti ja kellonajat menettävät merkityksensä. Asemalla oleva kello käy kuitenkin Suomen aikaa, jonka mukaan tutkimusryhmäläiset järjestivät elämänrytminsä. Ilman lämpötila vaihtelee -10 ja 0 ºC:teen välillä, vaikka voimakas auringon säteily voi pakkaspäivinäkin kuumentaa lumen ja jään alta esiin puskevat mustat basalttikalliot plussan puolelle. Myrskyistä ja niiden etenemisestä saatiin tietoa muilta Etelämantereella sijaitsevilta tutkimusasemilta ja näin niihin pystyttiin varautumaan hyvin.

Ateriaksi antilooppia ja palan painikkeeksi jääjärvestä imettyä vettä

Kaikki ruoka-ainekset on lennätetty suomalaisten tutkimusasemalle pääosin Etelä-Afrikasta. Yksi asemalla syödyistä erikoisuuksista oli kuivattu antiloopinliha ja ruoka oli muutenkin hyvin monipuolista – tuoretuotteita lukuunottamatta. Tuoreet kasvikset vaihtuivat Etelämantereella pakasteisiin, kuiva- ja säilyketuotteisiin. Alussa juomavesi sulatettiin tutkimusasemaa ympäröivästä lumesta. Matkan loppupuolella vesi haettiin kuitenkin läheiseen jääjärveen kairatusta reiästä energian säästön vuoksi. Aamupalat ja yksi päivä viikossa oli ryhmän kokin vapaa-aikaa, jolloin muut retkikuntalaiset vastasivat ruokapuolesta vuorotellen.

Tutkimusmatkan aikana juhlittiin ryhmän kesken niin itsenäisyyspäivää, joulua, kuin vuoden vaihtumista. Joulukinkun paistaminen tarjosi haasteita, sillä Aboan oma uuni rikkoutui juuri ennen joulua. Joulukinkku päädyttiin paistamaan muutaman sadan metrin päässä sijaitsevalla ruotsalaisten asemalla, sillä välin kun ruotsalaiset olivat omalla jäätikkötutkimusretkellä. Uutta vuotta juhlittiin tutkimusryhmän kesken naamiaisilla – joka myös tarjosi haasteita aseman rajallisen materiaalivalikoiman vuoksi.

Tutkimusmatkan kiehtovin asia oli keisaripingviinien näkeminen. Kuva © Jussi Heinonen.

Pienistä mineraalikiteistä koko maapallon mittakaavan asioihin

Tutkimusmatkaltaan Jussi kertoo kaipaavansa eniten rauhaa ja yksinkertaista elämää. Kommunikaatiomahdollisuudet Etelämantereelta ulkopuolelle ovat varsin rajalliset puheluiden ja sähköpostien kulkiessa satelliittiyhteyden kautta. Aboan tutkimusaseman käytössä oli yksi sähköpostiosoite, jonka kautta koko ryhmän viestit kulkivat ulkomaailmaan. Kahden kuukauden aikana esiintyvästä koti-ikävästä huolimatta Jussi ei epäröisi lähteä matkalle uudestaan, jos siihen tarjoutuisi mahdollisuus.

Matka oli tutkimustulosten puolesta positiivisesti yllättävä. Laakiobasaltteihin liittyvät juonikivet osoittautuivat paljon monimuotoisemmiksi, mitä matkaa ennen ajateltiin.  Jussi väitteli keväällä 2011 ja saman vuoden syksyllä hän aloitti tutkijatohtorina Luonnontieteellisessä keskusmuseossa. Uusi tutkimusprojekti laajensi väitöskirjan aihetta ja vei Jussin tutkimusmatkalle Mosambikiin. Tutkimuksissa on selvinnyt, että valtavien laakiobasalttipurkausten yhtenä syynä on voinut olla supermantereiden aiheuttama eristysvaikutus. Nykyisin, kun mantereet ovat erillään, pääsee Maan vaippa jäähtymään tasaisemmin, ja suurten purkausten todennäköisyys on pienempi. Moni laakiobasaltteihin liittyvä mysteeri odottaa kuitenkin ratkaisua ja Jussi haluaisi työskennellä niiden parissa myös tulevaisuudessa.

Tieteessä ja tutkimuksessa Jussia inspiroi universumimme toiminnan ja kehityksen selvittäminen. Laakiobasaltteihin liittyvässä tutkimuksessa hienointa hänen mielestään on se, kuinka pienistä mineraalikiteistä ja kivinäytteistä on mahdollista tutkia koko maapallon toimintaan vaikuttavia suuren mittakaavan asioita. Lue lisää maapallon suurimmista laavapurkauksista sekä Jussin aiemmin tekemästä tutkimuksesta täältä. Jussin kivinäytteestä tehty ohuthie on esiintynyt blogissa aikaisemminkin!

Jouluaattoon asti blogissa julkaistaan jokaisena päivänä geologiaan enemmän tai vähemmän liittyvä juttu tai kuva. Kaikki joulukalenteri-päivitykset löydät tämän linkin takaa.

Postikortti kentältä! // Postcard from the field!

Hei kaikki,

Terveisiä Skotlannista! Osallistuin viime viikkojen aikana kenttäkurssille, jolla tutustuimme Skotlannin geologiaan. Suuren osan ajasta vietimme Mullin saaren viehättävissä maisemissa. Tässä muutama kuva matkalta!

Dear all,

Greetings from Scotland! Recently I returned back to Finland from a field course held in Scotland. Most of the time we spent on the island of Mull. Here are a few pictures from the trip! 

Kartoitusta näköalan kera! // Mapping with a view!

Tilanne lehmän kanssa matkalla paljastumalle. // Cow situation on the way to an outcrop.

Ross of Mull -graniittia, ikää noin 414 miljoonaa vuotta. Taustalla näkyy Ionan saarella sijaitseva Ionan luostari. // Ca. 414 millions of years old Ross of Mull granite. In the background is the Iona Abbey on the island of Iona.   

Photo: Niina Kuosmanen

Basalttipylväitä Staffan saarella ja onnellinen geologi! // Basalt columns on the Island of Staffa and one happy geologist!

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 tutkittavien näytteiden määrä suhteuttaa käytettävissä olevaan aikaan ja muihin 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.

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!

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, 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.

 

Päivitys 31.7.2019: selkeytin hieman ensimmäisen kappaleen sisältöä.