Kerrostumat (strata) – stratigrafia, muodostuminen ja geologinen merkitys

Kerrostumat ja stratigrafia – miten sedimentit muodostuvat, muuttuvat kiviksi ja paljastavat maapallon historian; geologinen merkitys ja aikakausien tunnistus.

Kerrostumat ovat kallion tai joskus maaperän kerroksia. Luonnossa kerrostumia on useita. Se on termi sedimentti- ja historiallisessa geologiassa; yksikkö on stratum. Kerrostumien tutkimista kutsutaan stratigrafiaksi.

Nämä kerrokset kerrostuvat sedimentteinä usein mereen, ja ne muuttuvat hitaasti paineen, lämmön ja kemiallisten vaikutusten vaikutuksesta kiviksi.

Kerrostumat ovat usein tyypillisiä tietylle ajalle ja paikalle, ja niiden avulla geologit voivat yhdistää eri paikoissa olevia kiviä. Esimerkiksi liitu kerrostui yläliitukaudella, ja se koostuu pääasiassa mikroskooppisten levien jäännöksistä, joita kutsutaan kokkoliiteiksi.

Tavallisissa kerrostumissa myöhemmät kerrostumat kerrostuvat aikaisempien kerrostumien päälle vaakasuorina kerroksina. Pitkän ajan kuluessa sedimenttikivet voivat deformoitua maapallolla vaikuttavien valtavien voimien, kuten vulkanismin, orogenian (vuorten muodostuminen) tai muiden syiden vuoksi. Silloin tarvitaan tutkimusta, jotta voidaan selvittää, mitä kerrostumille on tapahtunut.

Kun kerrostumat nousevat merenpinnan yläpuolelle, eroosio, esimerkiksi sää, kuluttaa niitä. Tämä aiheuttaa aukkoja kerrostumien järjestykseen, jotka ovat voineet nousta ja vajota monta kertaa maapallon historian aikana. Näitä aukkoja kutsutaan geologisessa jargonissa epäyhtenäisyyksiksi.

Kerrostumien muodostuminen ja litifikaatio

Kerrostumat muodostuvat, kun sedimenttiä (esimerkiksi hiekkaa, mutaa, kalkkikiveä tai orgaanista ainesta) kulkeutuu ja kertyy altaisiin kuten meriin, järviin, jokiuomiin tai suistoihin. Kerrostumisessa vaikuttavat mm. veden virtausnopeus, aallokko, tuuli ja orgaaninen tuotanto. Sedimenttikerrokset voivat olla:

• Klasiisia (kappaleista koostuvia, esim. hiekka, savi),
• Kemiallisia (saostumia, esim. evaporiitit kuten kipsi ja halitti),
• Orgaanisia (esim. turve ja hiili, korallikehät ja kalkkikivet).

Ajan myötä sedimentit kovettuvat kiveksi prosessissa, jota kutsutaan litifikaatioksi. Siihen kuuluvat kompaktio (painumisen aiheuttama huokoskoon pieneneminen) ja sementoituminen (mineraalien saostuminen huokosvälit täyttämään). Lisäksi diagenesissä tapahtuu kemiallisia muutoksia, jotka muuttavat sedimentin ominaisuuksia.

Kerrostusrakenteet ja merkit

Kerrostumat sisältävät usein makroskooppisia rakenteita, jotka kertovat ympäristöstä ja kuljetusprosesseista. Tavallisimpia ovat:

• Kerrostuneisuus (bedding) ja laminaatio — erilaisten kerrospaksuuksien esiintyminen;
• Ristikerrostuneisuus (cross-bedding) — tuulen tai veden aiheuttama kalteva kerrostuneisuus;
• Gradit (graded bedding) — hiukkaskoon muuttuminen kerroksen sisällä (esim. turbiditeissa);
• Rippelimerkit (ripple marks) ja jälkiä (bioturbaatio) — pinnan pienimuotoiset rakenteet ja eläinten tekemät jäljet;
• Fossiilit — organismeista jääneet jäänteet, jotka auttavat ikämäärityksissä ja ympäristön tulkinnassa.

Stratigrafian periaatteet ja korrelaatio

Stratigrafia perustuu useisiin periaatteisiin, joiden avulla geologit tulkitsevat kerrostumien järjestystä ja ikää. Tärkeitä periaatteita ovat muun muassa:

• Superpositio: nuoremmat kerrokset ovat yleensä vanhempien päällä;
• Alkuperäinen horisontaalisuus: sedimentit kerrostuvat aluksi lähes vaakasuoraan;
• Lateralinen jatkuvuus: kerrokset jatkavat vaakasuunnassa, kunnes ne kapenevat tai katkeavat;
• Faunaalinen (faunistinen) peräkkäisyys: fossiilit esiintyvät tietyssä järjestyksessä ja auttavat suhteellisessa ikämäärityksessä.

Korroloinnissa käytetään myös muita menetelmiä, kuten biostratigrafiaa (fossiilien perusteella), kronostratigrafiaa (aikayksiköt), magnetostratigrafiaa ja chemostratigrafiaa (kemialliset sormenjäljet). Nykyisin käytetään myös radiometrisiä ikämäärityksiä absoluuttisen iän arviointiin.

Epäyhtenäisyydet ja geologinen merkitys

Kun kerrostumien päälle ei ole muodostunut yhtenäistä jatkumoa tai niiden väliin on muodostunut aukko, puhutaan epäyhtenäisyydestä (unconformity). Epäyhtenäisyydet syntyvät usein eroosion tai pysäytetyn sedimentaation seurauksena ja voivat olla:

• Angulaarisia epäyhtenäisyyksiä (vanhat kerrokset kallistuvat ennen uusien päälle kerrostumista);
• Disconformity (pinnoilla näkyy ikä- tai puuttuvien kerrosten aukko);
• Nonconformity (sedimenttikivet lepäävät metamorfisten tai magmastisten kivien päällä).

Epäyhtenäisyydet kertovat usein laajoista maankohoamis- ja eroosiotapahtumista, merenpinnan vaihteluista tai tectonisista tapahtumista. Ne ovat tärkeitä maanosien historian ja geologisten olosuhteiden tulkinnoissa.

Stratigrafisten yksiköiden luokittelu ja käyttö

Kerrostumia luokitellaan hierarkkisesti, yleisimmin seuraavasti: bed (yksittäinen kerros), member, formation (formaatio), group ja supergroup. Formaatio on kenttöhavaintojen perusyksikkö, jolla yleensä on tunnistettava litologia ja levinneisyys.

Stratigrafia on käytännössä keskeinen työkalu geologisessa kartoituksessa, öljy- ja kaivosgeologiassa, vedenhankinnassa sekä paleontologiassa ja paleoklimaattisten tutkimusten tukena. Kerrostumat paljastavat myös menneiden ympäristöjen (esim. rannikko, delta, syvänmeren pohja) olosuhteet.

Deformaatio, metamorfoosi ja talteen otetut historiat

Kerrostuneet sedimentit eivät aina pysy alkuperäisessä asussaan. Tectoniset voimat voivat taittaa, siirtää ja muokata kerroksia; lämpö ja paine voivat muuttaa sedimenttikivistä metamorfisia kiviä. Tällaiset muutokset vaikeuttavat alkuperäisen järjestyksen tulkintaa, mutta tarjoavat samalla tietoa maankuoren prosesseista ja geologisesta historiasta.

Yhteenveto

Kerrostumat ovat maapallon historiaa tallentavia kerroksellisia rakenteita, joiden tutkimus (stratigrafia) yhdistää paikallisia havaintoja laajempiin geologisiin tapahtumiin. Ne kertovat sedimentaatioympäristöistä, ilmastonvaihteluista, elämän kehityksestä ja tektonisista prosesseista. Kerrostumien tunnistaminen, datointi ja korrelointi ovat keskeisiä välineitä niin perus- kuin soveltavassa geologiassa.

Cycles

Monissa kerrostumissa on toistuvia kuvioita. Esimerkiksi savikerrokset vuorottelevat hiekkakivikerrosten kanssa tai karbonaattikerrokset vuorottelevat liuskeiden kanssa. Tämä johtuu yleensä ilmaston toistuvista sykleistä. Lämpimänä aikana meri nousee, ja karbonaattikivet kerrostuvat mataliin subtrooppisiin meriin. Myöhemmin jäät kerääntyvät navoille ja merenpinta laskee. Sitten sama alue on lähellä rannikkoa, ja sinne tulee jokien huuhtelemaa hiekkaa ja mutaa.

Kallioita, joissa esiintyy toistuvia kerrostumismalleja, kutsutaan rytmikiteiksi. Joskus kuviot johtuvat vuosittaisista ilmastonmuutoksista. Geologit kutsuvat niitä varveiksi.

Nämä ovat kalkkikivessä olevia yksivuotisia varveita. Pleistoseenikerrostumia, Scarboro Cliffs, Toronto, Ontario, Kanada.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on strata?

K: Miksi kutsutaan kerrostumien tutkimista?

K: Miten kerrostumat muodostuvat?

K: Miten geologit voivat käyttää kerrostumia eri paikoissa olevien kivien yhdistämiseen?

K: Mikä aiheuttaa aukkoja kerrostumien järjestyksessä?

K: Miksi geologit kutsuvat näitä aukkoja?

K: Miten maapallon historiassa tapahtuneet muutokset vaikuttavat kerrostumien järjestykseen?

Hae kirjaimella