Yliopiston kotisivu Suomeksi På svenska In English
Helsingin yliopisto Eurooppalainen huippuyliopisto
 

Tulevaisuuden rakentaja vuodesta 1640

Yliopiston historia

Lisätietoja:

Yliopistolliset symbolit
Promootiot
Kanslerit
Statuutit
Ylioppilaskunta
Osakunnat
Helsingin yliopistomuseo
Yliopiston keskusarkisto

Ylioppilasmatrikkeli 1640–1852:

>> Avaa ylioppilasmatrikkeli

Ylioppilasmatrikkeli 1853–1899:

>> Avaa ylioppilasmatrikkeli

Oivallus 05/05: Kivi muuttuu

Professori Pentti Eskola piirsi ensimmäisen fasiesdiagramminsa palatessaan yöllä kotiin Eero Mäkisen väitöskaronkasta vuonna 1912. Pari vuotta myöhemmin Eskola julkaisi metamorfisen fasiesopin perusteet, joka nykyään on jokaisen geologin perustietoa.

Fasiesoppi

Helsingin yliopiston geologian ja mineralogian professori Pentti Eskola (1883–1964) kehitti 1915 metamorfisten kivien syntyoloja kuvaavan yleisluokittelun, fasiesopin.

Fasiesoppi antoi kivien mineraaliseurueiden ja kemiallisen koostumuksen sekä niiden metamorfoosin paine- ja lämpötilaolosuhteiden keskinäisille riippuvuuksille selkeän säännön, joka perustui fysikaalisesta kemiasta tunnettuun faasisääntöön.

Nykyään fasiesopin tuntevat kaikki geologian ja mineralogian perusteisiin tutustuneet — se esitellään metamorfisia kiviä käsittelevissä oppikirjoissa kaikkialla maailmassa.

Kiven muuntuminen, metamorfoosi, on kallioperässä kiinteässä tilassa tapahtuvaa kiven uudelleen kiteytymistä. Metamorfoosissa kivi muuntuu toiseksi mineralogisesti, kemiallisesti ja rakenteellisesti, kun se sulamatta mukautuu muuttuneeseen paineeseen ja lämpötilaan.

Metamorfiset kivet koostuvat mineraaleista, jotka ovat geologisissa prosesseissa syntyneitä kiteisiä aineita. Mineraali voi olla alkuaine tai kemiallinen yhdiste. Kun joukko mineraaleja eli mineraaliseurue kiteytyy uudelleen, se muuntuu toiseksi mineraaliseurueeksi, vaikka kemiallinen koostumus säilyy lähes samana.

Kiveen jää se mineraaliseurue, joka on muotoutunut kaikkein kovimmassa paineessa ja lämpötilassa. Metamorfoosissa kivi pysyy paikallaan, mutta paine- ja lämpötilakenttä kulkee kiven läpi muuntaen sitä.

Kivien metamorfoosia tapahtuu siellä, missä mantereiset ja merelliset laatat törmäävät toisiinsa, siellä missä vuoret syntyvät sekä tulivuorten läheisyydessä. Esimerkiksi Alppien alla tapahtunut metamorfoosi tulee näkyviin vasta miljoonien vuosien kuluttua, kun vuoret ovat kuluneet pois.

Metamorfisten lisäksi kivet luokitellaan magmakiviin, jotka ovat syntyneet sulamisen kautta — esimerkiksi graniitti — ja sedimenttikiviin, jotka ovat syntyneet maanpinnalle kerrostuneista ja kovettuneista aineista, kuten vaikkapa hiekkakivi.

Metamorfinen fasies

1910-luvulla Pentti Eskola havaitsi, että moni mineralogisesti erilainen metamorfinen kivi on kemialliselta koostumukseltaan samankaltainen. Hän päätteli tämän johtuvan siitä, että kyseessä oli alkuperältään yksi ja sama kivi, joka oli muuntunut eri paineissa ja lämpötiloissa. Lisäksi hän havaitsi, että metamorfisten kivien mineralogiset vaihtelut ovat säännönmukaisia ja että eri mineraaleista koostuvia alueita voi kartoittaa.

Eskolalla oli perusteellinen kemian koulutus, kuten monilla suomalaisilla geologeilla. Vaikka hän väitteli geologiasta Helsingin yliopistossa, hänen kandidaatintutkintonsa pääaine oli kemia. Kemian opinnoissaan Eskola oli tutustunut kiinteässä tilassa tapahtuviin kemiallisiin reaktioihin ja pystyi soveltamaan tietämystään geologiaan.

Geologisten ja kemiallisten havaintojensa perusteella Eskolan kehitti fasiesopin, joka helpottaa metamorfisten kivien luokittelua. Tiettyyn metamorfiseen fasiekseen luetaan ne kivilajit, joissa kemiallisen kokonaiskoostumuksen ollessa sama esiintyy sama tietty joukko mineraaleja, mutta joissa kokonaiskoostumuksen vaihtuessa mineraalikoostumus vaihtelee tiettyjen sääntöjen mukaisesti.

Nämä säännöt Eskola esitti kolmiodiagrammien muodossa. Eskolan fasiesoppi perustui fysikaalisesta kemiasta tunnettuun Gibbsin faasisääntöön: F = c + 2 – p, jossa F = vapautusasteiden (varianssien) lukumäärä, c = itsenäisten kemiallisten komponenttien määrä ja p = faasien (mineraalien) määrä. Täten tietyllä paine-lämpötila-alueella metamorfoituvan kiven mineraalien lukumäärä voi korkeintaan olla sama kuin kiven kemiallisten ainekomponenttien lukumäärä.

Eskolan metamorfiset fasiekset ovat käytännössä paine- ja lämpötilakenttiä eli eri olosuhteita, joissa kivet ovat kiteytyneet uudestaan. Samaan fasiekseen kuuluu siis erilaisia kivilajeja, jotka ovat syntyneet samoissa oloissa. Eskola erotti kahdeksan metamorfista perusfasiesta. Niihin kuuluvat muiden muassa Suomen kallioperässä esiintyvät granuliittifasies, amfiboliittifasies ja vihreäliuskefasies.

Taitava petrologi

Eskolan havainnot eivät olisi olleet mahdollisia ilman 1800-luvun lopulla käyttöön otettua polarisaatiomikroskooppia. Sen avulla kivipreparaatteja voidaan tutkia polarisoidussa valossa ja mineraalit tunnistaa tarkasti. Tällä petrologiaksi kutsutulla alalla Eskola oli erityisen taitava.

Geologisen komission kesäapulaisena Eskola harjaantui kenttätyössä ja havaintojenteossa. Lisäksi hän teki 1900-luvun alussa geologisia tutkimusmatkoja Itä-Karjalaan, Transbaikaliin ja Norjaan sekä suoritti kenttätutkimuksia Massachusettsissa ja Ontariossa.

Monumentaalisen väitöskirjatyönsä On the petrology of the Orijärvi region in southwestern Finland tarkastuksen yhteydessä lokakuussa 1914 Eskola esitti lectio praecursoriassa metamorfisen fasiesopin ajatuksia ensi kertaa julkisesti. Varsinaisen metamorfisen fasiesopin periaatteet hän julkaisi 1915 Geologisen komissionin artikkelissa Om sambandet mellan kemisk och mineralogisk sammansättning hos Orijärvitraktens bergarter sekä 1920 Norjan geologisen seuran artikkelissa The mineral facies of rocks.

Timantteja eklogiitista

Pentti Eskola toimi Helsingin yliopiston geologian ja mineralogian professorina 1924–53. Samalla kun hän opetti tulevia geologisukupolvia, hän täydensi fasiesoppiaan yleiskäyttöiseen muotoon, tutki muiden muassa graniittien syntyä ja kirjoitti geologian alan kokonaisesityksiä ja oppikirjoja.

Tarkentaessaan käsityksiä syvällä maankuoressa tapahtuvista prosesseista Eskola kiinnostui ryhmästä kiviä, jotka ovat syntyneet erittäin korkeassa paineessa. Eskola luokitteli nämä kivet eklogiittifasiekseen kuuluviksi.

Eklogiitteja löytyy harvainaisena poikkeuksellisen korkeissa paineissa metamorfoituneilta vuorijonovyöhykkeiltä sekä sulkeumina maapallon vaipasta ylöspurkautuneissa kimberliittilaavoissa eri puolilla maapalloa. Eklogiiteissa esiintyy usein myös timantteja. Kimberliittejä eklogiittisulkeumineen ja timantteineen on 1990-luvulla löydetty myös Suomesta.

Vetlesen-palkinto

Eskola matkusti 1921 Yhdysvaltoihin tehdäkseen Carnegie-instituutin geofysikaalisessa laboratoriossa tutkimuksia, joissa hän suunnitteli testaavansa fasiesopin perusteita. Hän halusi erityisesti tutkia eklogiittifasieksen mineraaliseurueiden kiteytymistä korkeissa paineissa ja lämpötiloissa. Eskolan tavoitteet olivat kuitenkin edellä ajan laboratoriotekniikkaa, eikä hän voinut toteuttaa perimmäisiä tavoitteitaan. Hän teki kuitenkin onnistuneesti muita kokeellisia tutkimuksia.

Eskola sai tutkimuksistaan lukuisia korkeita kansainvälisiä kunnianosoituksia. Vuonna 1963 Eskola vastaanotti New Yorkissa Vetlesen-mitalin ja palkinnon. Se on korkein tieteellinen tunnustus, jonka geologi voi saada, ja sitä on rinnastettu Nobel-palkintoon. Nykyään korkein Suomessa myönnettävä kunnianosoitus geologian alalla on Suomen Geologisen Seuran jakama Eskola-mitali.

Eskola toimi myös Outokumpu Oy:n johtokunnan jäsenenä 1926–33 ja hallintoneuvoston jäsenenä 1933–63. Outokummun suuryhtiöksi nostanut vuorineuvos Eero Mäkinen oli Eskolan hyvä ystävä. 1930-luvulla Eskola tutki muun muassa Outokummun kromimineraaleja. Outokummun kaivoksesta löydetty uusi mineraali (Cr 2O 3) nimettiin eskolaiitiksi 1958.

 

Timantteja kiteytyy mannerten juuriosien korkeissa paineissa ja lämpötiloissa, pehmeää vuolukiveä taas
paljon matalammissa paineissa ja lämpötiloissa lähempänä maan pintaa. Fasiesopin avulla geologi voi kiveä katsomalla tietää, millaisissa oloissa se on syntynyt.


Lähteet

Painamattomat lähteet:

Internet:

Haapala, Ilmari: Eskola, Pentti (1883-1964). Kansallisbiografia. http:///www.kansallisbiografia.fi . (joulukuu 2004)

Geologian tutkimuskeskus: http://www.gsf.fi/domestic/lehtiin/1999/lt990219.htm , http://www.gsf.fi/aineistot/maakuntakivet/lappi.htm

Inarilainen-lehti: http://www.inarilainen.fi/Kullankaivajat/kullankaivaja5.htm

University of Illinois at Chicago: Metamorphic rocks. http://tigger.uic.edu/~rdemar/geol107/lect10.htm

Möller,Charlotte: Då fanns ett Hallands Himalaya. http://www.fof.se/?id=02738|artikel

Suulliset lähteet:

Emeritusprofessori Ilmari Haapala 22.3.2005, professori Martti Lehtinen 30.3.2005.

Painetut lähteet:

Kirjallisuus, lehdet ja aikakausilehdet:

Eskola, Pentti: On the Petrology of the Orijärvi region in southwestern Finland. Helsingfors 1914.

Eskola, Pentti: Om sambandet mellan kemisk och mineralogisk sammansättning hos Orijärvitraktens metamorfa bergarter. Helsingfors 1915.

Haapala, Ilmari: Geologian yliopisto-opetuksen historia Suomessa. Opusculum Vol. 6 (1986).

Oivallukset:

Oivallusten etusivu

Oivallus 01/05 - Lexell
ja pyrstötähden arvoitus

Oivallus 02/05 - Ytterbyn musta kivi

Oivallus 03/05 - Kaikkien sähkölaitteiden kantaisä

Oivallus 04/05 - Mistä tiedät punaisen?

Oivallus 05/05: Kivi muuttuu

Oivallus 06/05: Tarina siitä, kuinka pääsimme Tuhkimon jäljille

Oivallus 07/05: Maisema kaikilla aisteilla

Oivallus 08/05: Oivaltavaa matematiikkaa

Oivallus 09/05: Hengenpelastajamääritelmä

Oivallus 10/05: Suolaa ja happoa

Oivallus 11/05: Kaikki samaan kuvaan!