Kivioppi
Sisältö ja tavoitteet (to 7.1.)
Geologia ja kivioppi -jaksolla perehdytään eri kivilajien syntyyn ja kiven kiertokulkuun.
Tutustuminen aloitetaan näkyvästä maapinnasta, jonka myötä siirrytään maaperän maapallon rakenteen ja eri kivilajien tutkimiseen. Näiden myötä tutustutaan tulivuoriin ja maanjäristyksiin. Tutustutaan myös mineraaleihin, malmeihin ja jalokiviin.
Tavoitteet:
Tiedän, mitä geologia tutkii.
Ymmärrän maaperän merkityksen.
Tunnen maapallon rakenteen.
Tutustun erilaisiin kivilajeihin ja kiven kiertokulkuun.
Katso tästä video maan synnystä
Mitä geologia on?
Geologian alaan kuuluvat siis esimerkiksi kivet ja mineraalit, kiviä synnyttävät prosessit, maaperä ja kallioperä, pinnanmuodot, maapallon rakenne, maanjäristykset, tulivuoren purkaukset ja mannerlaattojen liikunnot.
Oletko tullut ikinä ajatelleeksi, että geologia on läsnä arjessamme joka päivä? Elät sitten missä päin maailmaa tahansa, geologia vaikuttaa elämääsi ilmaston ohella. Reunaehdot elävälle luonnolle ympärilläsi asettaa alueen kallio- ja maaperä sekä pinnanmuodot. Nämä geologiset ominaisuudet vaikuttavat alueen kasvillisuuteen ja sitä kautta myös muuhun eliöstöön. Geologiset ominaisuudet luovat alueen maisemalliset ominaispiirteet.
Paitsi luonnon ja maiseman muodossa, geologia on elämässämme läsnä myös erilaisissa tuotteissa ja materiaaleissa. Maankuoresta saatavat raaka-aineet ovat tärkeitä ihmiskunnalle. Olemme riippuvaisia biologisen luonnon ohella myös geologisen luonnon resursseista ja niiden hyödyntämisestä. Geologiset luonnonvarat ovat merkittäviä energia- ja raaka-ainelähteitä. On tärkeää ymmärtää niiden arvo ja noudattaa ekologisesti kestävän käytön periaatetta niiden hyödyntämisessä.
Mitä geologia on? -tehtävä (ma 11.1. annettava läksy)
Maapallon rakenne (ma 11.1.)
Maa ei ole aivan pyöreä vaan hieman litistynyt pohjois- ja etelänavalta. Maapallon ympärysmitta on n. 40 000 km.
Nykyarvioiden mukaan maapallon ikä on noin 4,6 miljardia vuotta. Maapallo on siis nuori verrattuna muuhun maailmankaikkeuteen, jonka iäksi arvioidaan noin 13,8 miljardia vuotta. Maapallo on ainoa planeetta, jolla tiedämme olevan elämää.
Kuvittele, että voisimme porata reiän maapallon keskipisteeseen. Jos se onnistuisi, reiän syvyydeksi tulisi n. 6378 kilometriä. Matkalla maan keskipisteeseen törmäisimme neljään erilaiseen kerrokseen.
KUORI
Ensimmäisenä poran pitäisi läpäistä kuori. Kuori peittää maapallon pintaa. Sen paksuus vaihtelee, mutta on keskimäärin 40 km. Se on kovaa kiveä. Maapallon kuorikerros on hyvin ohut suhteessa sen muihin kerroksiin. Maan kuorta (yhdessä vaipan yläosan kanssa) kutsutaan kivikehäksi eli litosfääriksi. Maan kuori ei ole yhtenäinen vaan se koostuu valtavan suurista paloista eli mannerlaatoista, jotka kelluvat ja liikkuvat vaipan päällä. Joskus mannerlaatat törmäilevät toisiinsa, jolloin syntyy maanjäristyksiä.
VAIPPA
Jos pääsisimme kuoren läpi, olisi seuraavaksi vastassamme vaippa. Vaippa on maapallon paksuin kerros (n. 2 860 km). Se on pääasiassa kiinteässä muodossa olevaa, hyvin hitaasti liikkuvaa jähmeää kiviainesta. Aivan uloimmat vaipan osat saattavat sisältää myös sulaa kiviaineista eli magmaa, joka purkautuu joskus maan pinnalle laavana.
Vaipassa on yli tuhannen asteen lämpötila. Mitä syvemmälle mennään, sitä korkeammaksi lämpötila nousee. Vaippa on jatkuvassa liikkeessä, mikä saa sen päällä olevan ohuen kuorikerroksen ja mannerlaatat liikkumaan.
Ihmiset eivät ole vielä pystyneet poraamaan sellaista reikää joka yltäisi kuoren läpi maapallon vaippakerrokseen saakka. Kaikista syvimmätkin kaivokset sijaitsevat vain kuorikerroksessa.
YDIN
Lopulta pääsisimme porauksessa ytimeen asti. Ydin koostuu pääosin raudasta ja nikkelistä ja muodostuu kahdesta osasta. Sisimmäisenä on kiinteä sisäydin, jonka paksuus on n. 1 270 km ja sen ympärillä nestemäinen ulkoydin, jonka paksuus on n. 2 200 km. Maapallon ydin on hyvin kuuma. Sen lämpötila on jopa 7 000°C (celsiusastetta). Vertailuksi voisi ottaa vaikkapa kattilassa kiehuvan veden, jonka lämpötila on 100°C.
Tehtävä:
- Laadi maapallon rakennetta kuvaava pienoismalli muovailuvahasta. Tee ytimestä läpimitaltaan yhden senttimetrin kokoinen pallo. Rakenna joka puolelle sen ympärille hieman ohkaisempi vaippa ja muotoile lopuksi yhden millimetrin paksuinen kuori. Tee jokainen kerros eri väristä.
- Leikkaa malli puoliksi terävällä veitsellä.
- Piirrä mallista kuva vihkoosi ja nimeä kuvaan maapallon kerrokset.
- Tutki malliasi ja vastaa vihkoosi kysymyksiin:
- Mihin kerrokseen jouduit käyttämään eniten muovailuvahaa? Minkä takia?
- Millä tavoin muovailuvahamaapallon ydin eroaa oikean maapallon ytimestä?
- Miksi muovailuvahamaapallon kuorikerros oli hankala tehdä? Mitä tämä kertoo oikean maapallon kuorikerroksesta?
Kallioperä ja maaperä (ti 12.1.)
Maapallon kovaa ja kiinteää kuorta kutsutaan kallioperäksi. Kallioperä muodostuu erilaisista kivilajeista. Suomen kallioperä on maapallon vanhimpia.
Kallioperää peittää usein maaperä. Maaperä koostuu vedestä, ilmasta ja irtaimista aineksista, joita kutsutaan maalajeiksi. Maalajeista osa on eloperäisiä ja osa on syntynyt rapautumalla (eli kulumalla) kallioperästä. Kallioperästä eli kiinteästä kalliosta rapautuneita ja irronneita aineksia ovat esimerkiksi moreeni, hiekka, sora ja savi. Ne ovat karkeudeltaan erilaisia. Eloperäiset maalajit ovat puolestaan peräisin eläinten ja kasvien jäänteistä. Esimerkiksi turve on eloperäinen maalaji.
Suomen maaperä on nuorta. Jääkausi on ollut tärkeä Suomen maaperää muokkaava tekijä. Suurin osa maaperän maalajeista syntyi viimeisen jääkauden aikana. Suomen yleisin maalaji on moreeni. Moreeni sisältää erikokoisia aineksia (eli maalajeja), kuten savea, hietaa, hiekkaa, soraa ja kivilohkareita. Maaperän paksuus on Suomessa yleisimmin 3-4 metriä.
Kallioperän ja maaperän ominaisuuksilla on merkitystä
Maaperän rakenne ja ravinteikkuus vaikuttavat siihen, millaista kasvillisuutta ja eliöstöä paikalla voi elää. Suomessakin kasvillisuus on erilaista eri paikoissa, johtuen ilmaston lisäksi myös maaperän ominaisuuksista. Kuivat kangasmetsät syntyvät hiekkaisille harjuille ja kankaille, jotka laskevat sadeveden helposti läpi. Kuivien kankaiden kasvit ovat sopeutuneet säästämään vettä. Tuoreet kangasmetsät syntyvät moreenimaille. Moreenissa on mukana useita maalajeja; soraa, hiekkaa ja savea. Moreeni pidättää hyvin vettä ja on ravinteikkaampaa kuin hiekkamaat. Lehdot ovat kehittyneet vain kaikkein edullisimmille paikoille. Lehdossa on ravinteikas ja multava maaperä.
Maaperä ja kallioperä vaikuttavat paitsi kasvillisuuteen (ja sitä kautta eliöstöön), myös ihmisen toimintaan. Moreeniselänteet ja harjut ovat olleet Suomessa tärkeitä tekijöitä asutuksen ja kulkureittien sijoittumisessa. Maaperän ravinteikkuudella ja muokattavuudella on ollut suuri merkitys maatalouden sijoittumiselle: tietyt alueet ovat ihanteellisia viljan viljelyyn. Harjut ovat tarjonneet tärkeitä hiekka- ja soravaroja. Kallioperän malmivarat määräävät kaivosteollisuuden sijoittumisen. Kallioperän ja maaperän luonnonvaroilla voi olla iso taloudellinen merkitys alueellisesti tai kansallisesti, esimerkkeinä vaikka Norjan öljyteollisuus ja Ruotsin malmivarat.
Miksi maaperä on tärkeä aihe?
Elämme maaperän päällä ja olemme riippuvaisia maaperästä saatavasta ruoasta. Melkein kaikki syömämme ruoasta saadaan maasta. Maaperä puhdistaa juomavetemme ja hengitysilmamme. Lisäksi hyväkuntoinen maaperä varastoi paljon vettä, mikä auttaa sopeutumaan kuiviin kausiin ja estämään tulvia.
Maaperä on lisäksi merkittävä hiilen varasto. Maaperää enemmän hiiltä on varastoitunut vain meriin. Maaperä on oikeastaan elävä ihme, sillä kourallisessa maata on enemmän eliöitä kuin maapallolla on ihmisiä. Maaperän monimuotoisuus on tärkeä tekijä ilmaston muutoksen hillitsemisessä ja eroosion eli maan kulumisen estämisessä. On siis tärkeää pitää huolta maaperästä. Tällä hetkellä pintamaa hupenee maapallolta nopeaa vauhtia. Nykyisellä viljelyvauhdilla se on kulutettu loppuun 60 vuodessa.
Kivilajeihin tutustuminen (ke 13.1.)
Kiven kiertokulku (to 14.1.)
Kiven kiertokulku
Maaperän kiviaines on jatkuvassa kiertokulussa. Kivilajien kiertokulku on valtava tapahtumasarja, joka on maapallolla jatkuvasti käynnissä ja siinä on monia osakiertoja. Täydellinen kierto saattaa kestää satoja miljoonia vuosia jonka aikana kierto voi pysyä pitkään paikallaankin.
Rapautuminen tarkoittaa kallioperän tai kivien rikkoutumista ja hajoamista. Näin kallioperä miljoonien vuosien aikana kuluu ja mataloituu. Kallion pintaosat ovat herkimpiä kulutukselle, koska ne joutuvat usein ankarien sääolosuhteiden armoille.
Eroosiolla tarkoitetaan kallio- ja maaperän kulumista. Eroosiota aiheuttavat virtaava vesi, aallot, tuuli sekä jäätiköiden liike. Nämä eroosiovoimat myös kuljettavat sekä kasaavat maanpinnan kulumistuotteita. Esimerkiksi joen virtaava vesi kuluttaa uomaansa, kuljettaa irrottamaansa ainesta ja kasaa sitä joen suistoon.
Kuva: Tapani Tervo, GTK
Kivien synty
Kivilajit jaetaan syntytapansa puolesta kolmeen pääryhmään: (1) magmakiviin, (2) kerrostuneisiin eli sedimenttikiviin ja (3) muuttuneisiin eli metamorfisiin kiviin. Magmakivet jaetaan vielä kahteen alaryhmään, syväkiviin ja pintakiviin. Kivilajien syntytavat kertovat suurista ja kiehtovista aineidenkierroista maapallolla
Magmakivilajit muodostuvat sulasta kiviaineksesta eli magmasta. Sula kiviaines tunkeutuu maankuoressa ylöspäin. Magman nousu voi kuitenkin loppua tietyssä syvyydessä, johon kertyvä sula muodostaa magmasäiliön ja jäähtyy. Kun sen lämpötila laskee tarpeeksi matalaksi, magma alkaa kiteytyä mineraaleiksi, ja syntyy syväkiviä. Tämä tapahtuu hyvin hitaasti, miljoonien vuosien aikana. Näin on syntynyt esimerkiksi kansalliskivemme graniitti.
Vesi, tuuli ja lämpötilan vaihtelut kuluttavat maan pinnalla olevia kiviä pienemmiksi. Tämä ilmiö onkivienrapautuminen. Esimerkiksi hiekka on syntynyt eri kivilajeista rapautumalla, eli kulumalla ja jauhautumalla hienoksi. Rapautuneet kiviainekset kulkeutuvat vesien mukana ja kerrostuvat lopulta meren pohjiin sedimenteiksi (eli kerrostumiksi). Ylempien kerrosten painosta alimmat kerrokset tiivistyvät ja kovettuvat vähitellen, ja tuloksena syntyvät kerrostuneet kivilajit. Näin syntyy esimerkiksi hiekkakivi, joka on syntynyt hiekasta kerrostumalla ja kovettumalla. Suomessa kerrostuneita kivilajeja on vähän, koska jääkausien aikana mannerjäät kuluttivat pehmeitä kivilajeja ja kuljettivat irtaimet ainekset pois.
Metamorfiset eli muuttuneet kivilajit syntyvät, kun kivet joutuvat uusiin olosuhteisiin. Metamorfinen kivilaji on siis alun perin ollut magmakivi, sedimenttikivi tai toinen metamorfinen kivi, joka on joutunut korkeampiin lämpö- ja paineolosuhteisiin. Kivien mineraalit ovat kiteytyneet ja järjestäytyneet uudestaan, jolloin on muodostunut uusi kivilaji.
Tämä tapahtuu seuraavasti: Kivet vajoavat mannerlaattojen liikkeiden vaikutuksesta syvälle maankuoreen. Siellä on korkea lämpötila ja kova paine, jotka muuttavat kivien ominaisuuksia ja ulkonäköä. Ilmiötä kutsutaan metamorfoosiksi. Metamorfiset kivet ovat usein juovaisia, eli niissä näkyy kuvioita ja mutkittelevia juovia. Metamorfisia kiviä syntyy tyypillisesti vuorenpoimutuksen yhteydessä mantereiden törmäysvyöhykkeessä. Himalajan vuoristo on poimuvuoristo, joka syntyi Intian törmätessä Euraasian mannerlaattaan. Alpit taas 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.
Katso video kivilajien synnystä:
Mannerlaattojen liike (pe 15.1.)
Mannerlaattat liikkuvat
Pangaea
Tulivuoret purkautuvat:
Vanuatu:
Eyjafjallajökull:
Purkauksesta voi syntyä saari:
Tulivuoret ja maanjäristykset kartalla:
http://earthquakes.volcanodiscovery.com/
Miniesitelmät:
Krakatau
Tsunami
Geysir
Giants causeway
Pompeiji
Fuji
Kilimanjaro
Etna
Popocatepetl