Hiekka

Hiekka eli santa on maalaji, joka muodostuu mineraaleista tai kivennäisrakeista, joiden koko on 0,063–2,000 mm. Yksittäistä raetta nimitetään tässä kokoluokassa hiekanjyväksi.
Hiekkaa esiintyy luontaisesti rannoilla ja autiomaissa, paikoissa, joissa esimerkiksi tuuli tai aallot ovat voineet kauan kuluttaa peruskalliota. Hiekka kulkeutuu helposti tuulen ja veden mukana. Se kertyy esimerkiksi hiekkarannoiksi, dyyneiksi ja särkiksi.
Hiekan koostumus.
Hiekan koostumus vaihtelee suuresti paikallisten kivilajien ja olosuhteiden mukaisesti. Suomessa hiekassa on yleensä yhtä paljon maasälpää ja kvartsia. Satakunnan hiekkakivialueella hiekka voi kuitenkin olla enimmäkseen kvartsia.
Koostumuksensa mukaisesti hiekan väri vaihtelee Suomessa yleensä vaaleankellertävän ja punertavan sävyissä. Trooppisten ja subtrooppisten rantojen hohtavan valkea hiekka on muodostunut kalkkikivestä ja siinä voi olla korallin tai simpukankuoren palasia. Vulkaanista basalttia ja obsidiaania sisältävä hiekka taas on väriltään tummaa tai mustaa. Kvartsi ja maasälpä ovat väriltään vaaleita ja läpikuultavia, ja jos joukossa ei ole muita aineksia, hiekka on harmahtavaa. Usein hiekka on kuitenkin väriltään keltaista, sillä hapettuneen raudan värjäämien hiekanjyvien väri vaihtelee kellertävästä kellertävänruskeaan.
Hiekan muodostuminen.
Hiekka syntyy mekaanisen ja kemiallisen kulumisen seurauksena vähän kerrallaan kerrostumalla niistä kivi- tai muista aineksista, joita maan pinnalla on. Pohjoismaissa suurin osa hiekan, kuten muidenkin maalajien, syntyprosesseista liittyy mannerjäätikön vaikutukseen. Eroosion ja irronneen maa-aineksen kuljetuksen kautta on syntynyt moreenia, jota sulamisvedet ovat lajittaneet ja kuljettaneet. Viimeisen jääkauden jälkeisen maankohoamisen aikana paljastuneet maakerrokset ovat altistuneet pakkasen, tuulen ja aaltojen vaikutukselle.
Lähtökohtana ovat magmaattiset ja metamorfiset kivilajit, (esimerkiksi graniitti), joiden sisältämien mineraalien kiteet irtoavat toisistaan. Hiekanjyvät kulkeutuvat painovoiman, tuulen ja veden mukana, ne sekoittuvat ja seuloutuvat. Kun materiaalin ulkopinta on kulumisen ja rapautumisen seurauksena voimakkaasti suurentunut, saavat kuluttavat voimat siitä entistä paremman otteen, ja niin sekä hiekan mineraalikoostumus että sen yksittäisten jyvien muoto muuttuvat verrattain nopeasti. Tapahtumaketjun myötä suuremmista jyvistä tulee pienempiä joko niin, että ne halkeavat kiteiden rajapintoja myöten tai niin, että yhteen hankautuvat nurkat murtuvat pyöreämmiksi. Jotkut mineraalit, kuten piiköyhät silikaattiset mineraalit, muuntuvat ja hajoavat nopeasti rapautuessaan niin, että niiden osuus vähenee selvästi hiekan kokonaismäärässä.
Kulkeutuminen vaikuttaa mekaanisesti yksittäisten hiekanjyvästen muotoon; yleensä nurkat ja reunat hioutuvat ja pyöristyvät sitä pitemmälle mitä pitemmän matkan hiekka kulkeutuu. Tämä ei kuitenkaan ole suoraviivainen kehityskulku: mitä pyöreämmäksi ja pienemmiksi nurkat kuluvat, sitä enemmän ne vastustavat lisämuutosta. Tutkimuksissa on selvinnyt, että tavallisesti tarvitaan useamman tuhannen kilometrin pituinen kulkeutuminen, jotta keskikokoiset hiekanjyvät pyöristyisivät merkittävästi.
Vain harvoin hiekka kulkeutuu jokien pohjassa niin pitkiä matkoja, että sillä voitaisiin selittää hiekanjyvästen pyöristyminen, eikä selitykseksi riitä useimmissa tapauksissa myöskään jatkuva liike rantojen jyrkänteissä, varsinkin kun hiekka muodostuu pääosin kulumista hyvin kestävästä kvartsista. Esimerkiksi Saksassa selvästi suurin osa hiekasta on peräisin hiekkakivestä ja sillä on siis useampia eroosiosyklejä takanaan: hiekka kerrostuu, peittyy toisten sedimenttien alle, se tiivistyy ja jyväset kiinnittyvät toisiinsa (diageneesi). Kun pinta paljastuu maankuoren liikkumisen seurauksena, alkaa uusi rapautuminen, jossa yksittäiset jyväset irtautuvat ja pyöristyvät taas hiukan lisää seuraavan kulkeutumisen aikana, kunnes alkaa seuraava kehityskierros. Jos oletetaan 200 miljoonan vuoden sykli, voidaan selittää nykyisten hyvin pyöristyneiden kvartsihiekkajyvien synty kymmenen eroosiosyklin aikana ja lähes puolet Maan historiasta.
Hiekka voi erityistapauksissa muodostua myös kuolleiden eliöiden jäänteistä, kuten simpukan kuorista tai koralleista. Tällainen hiekka on geologisessa mielessä hyvin lyhytikäistä, sillä yksittäiset jyväset muuntuvat sedimentin tiivistymisen ja kivettymisen aikana niin voimakkaasti, että niiden alkuperäistä muotoa ei jatkuvan liikkumisen ja eroosion jälkeen voi enää tunnistaa.
Teknisiä ominaisuuksia.
Hiljattain graniitista tai gneissistä muodostuneet hiekan jyväset ovat kulmikkaita, mutta kauan vedessä tai tuulen mukana kulkeutuneen hiekan jyvät ovat pyöreitä. Hiekka on kuivana kuohkeaa ja irtainta, mutta kantaa painoa. Hiekka on haluttua maanparannusainetta, sillä sen hiushuokoisuus on heikko ja hiekka näin läpäisee hyvin vettä.
Kostea hiekka tuntuu selvästi kiinteämmältä kuin kuiva hiekka. Tämä johtuu siitä, että kohtuullinen kosteus lisää hiekanjyvästen kitkaa. Tähän ominaisuuteen perustuvat esimerkiksi hiekkavalu ja hiekkalinnojen rakentaminen. Pelkkä kosteus ei kuitenkaan riitä, vaan leikkeihin ja hiekkalinnoihin käytettävän hiekan tulee olla laadultaan tiivistyvää. Tästä syystä pestyt hiekat eivät toimi yhtä hyvin. Kun raekoko alkaa nollasta, kaikkein hienorakeisin aines (pöly) on mukana. Leikkihiekkana käytetäänkin yleisesti muuraushiekkaa, jonka raekoko on 0–4 mm.
Jos hiekkaan tulee runsaasti vettä altapäin, jyväset joutuvat toisistaan eroon, maaperä pehmenee ja hiekan pinnalla olevat esineet alkavat vajota. Näin syntyy vaaratilanteita aiheuttava juoksuhiekka.
Hiekan irtotilavuuspaino vaihtelee tyypistä riippuen välillä 1,30–1,80 t/m3.
Hiekka elinympäristönä.
Avoimia ja paahteisia hiekkamaita pidetään usein kuolleina. Niitä pyritään kaunistamaan kastelemalla ja tuomalla lisämaata. Kuitenkin juuri kuiva ja avoimen paahteinen ympäristö on lukuisten eliölajien, etenkin hyönteisten ja kasvien elinehto. Kuivassa ja avoimessa ympäristössä viihtyvät muun muassa ahdekaunokki ("Centaurea jacea"), ahomansikka ("Fragaria vesca"), kangasajuruoho ("Thymus serpyllum"), kangasraunikki ("Gypsophila fastigiata") sekä ahopäivänkakkara ("Leucanthemum vulgare") ja ruusuruoho ("Knautia arvensis").
Avoimet hiekkamaat ovat vähentyneet viime vuosikymmeninä jyrkästi ja niihin sopeutuneet lajit ovat täydellisen katoamisen partaalla. Kriittisesti uhanalaisia ovat muun muassa ketotöyhtökoi ("Bucculatrix argentisignella") ja muurahaissinisiipi ("Maculinea arion").
Vesistöjen hiekkapohjat ovat ankaria elinympäristöjä. Vain harvat levälajit pystyvät kiinnittymään aallokon alati liikuttamaan hiekkaan, samoin on putkilokasvien vaikea juurtua siihen. Aallokolle avoimet avomeren sora- ja moreenipohjat ovat tässä suhteessa erityisen vaikeita ympäristöjä: avomeren hiekka- ja sorapohjat ovatkin usein lähes kasvittomia. Kuitenkin, missä kasvillisuusyhteisöt ovat päässeet syntymään, hapekas hiekkapohja tarjoaa elinympäristön monimuotoiselle pohjaeliöstölle. Veden kokonaan tai osittain täyttämissä hiekanjyvien väleissä elää monimuotoinen pieneläimistö. Neliömetriä kohti saattaa olla yli miljoona yksilöä. Myös hiekkapohjien makrofauna on rikasta.
Hiekasta aiheutuvia vaaroja.
Hiekka on yleensä harmitonta, mutta siihen liittyy seikkoja, joiden johdosta on välttämätöntä ryhtyä varotoimiin. Hiekkapuhallus on esimerkki työmenetelmästä, jossa suu ja nenä on suojattava, jotta keuhkoihin ei joudu pieniä hiukkasia. Pitkäaikainen altistuminen kiteiselle piidioksidipölylle (kvartsi-, tridymiitti- tai kristobaliittipöly) altistaa silikoosille. Sama koskee myös muita toimintoja, joissa käytetään suuria määriä hiekkaa.
Paksu hiekkakerros saattaa houkutella kaivamaan syviä kuoppia ja tunneleita. Ne voivat kuitenkin romahtaessaan aiheuttaa tukehtumisvaaran. Tässä suhteessa erityisen vaarallista on juuri helposti kaivettava, suurirakeinen hiekka. Onkin suositeltavaa lopettaa työ, kun reuna on seisovan kaivajan polvitaipeiden tasalla.
Myös juoksuhiekka voi aiheuttaa vaaratilanteita, vaikka se onkin harvinaista. Jos ei rimpuile, juoksuhiekkaan on vaikeaa, ellei mahdotonta upota kokonaan. Sen sijaan hiekkamyrskyt voivat viedä näkyvyyden lähes kokonaan ja alentaa ilman laatua niin huonoksi, että esimerkiksi astmaatikot ovat hengenvaarassa ja ympäristöviranomaiset kehottavat terveitäkin ihmisiä pysyttelemään sisällä ja varomaan fyysistä rasitusta ulkosalla.
Hiekkapula.
Rakennushiekasta on tullut kaupungistumisen ja väestönkasvun myötä suuri kansainvälinen kauppatavara, jossa käytetään myös laittomia keinoja. Monissa maissa, kuten Keniassa, Kambodžassa, Vietnamissa, Indonesiassa ja Intiassa hiekasta on pulaa. Intiassa hiekkaan liittyvä rikollisuus on ongelma.
Eräiden arvioiden mukaan hiekka on vaarassa loppua maailmasta, ja sitä käytetään tällä hetkellä enemmän kuin koskaan. Hiekka on maailman toiseksi kysytyin luonnonvara veden jälkeen, ja se on betonin keskeisin ainesosa. YK:n ympäristöohjelma UNEP totesi raportissaan vuonna 2014, että hiekkaa ja soraa kaivetaan nopeammin kuin ne ehtivät uudistua. Hiekkaa muodostuu luonnossa erittäin hitaasti. Esimerkiksi yhdysvaltalais-kanadalainen tutkiva toimittaja Vince Beiser on todennut laskelmissaan, että Kiina on käyttänyt muutaman viime vuoden aikana enemmän betonia kuin Yhdysvallat koko 1900-luvun aikana. Toisaalta asukasta kohden mitattuna Singapore tuo maahan ja käyttää enemmän hiekkaa kuin yksikään muu valtio. Hiekan ruoppaus Singaporen markkinoille on aiheuttanut sen naapurimaille, kuten Indonesialle ja Malesialle ympäristöongelmia ja syytöksiä korruptiosta.
Hiekkaerämaistaan ja vauraudestaan tunnettua Arabian niemimaatakin vaivaa hiekkapula. Näin on, koska tuuli on hieronut autiomaiden dyynihiekan liian hienojakoiseksi rakennuskäyttöön. Dyynihiekka ei sovellu rakentamiseen sen sisältämien mineraalien vuoksi.
Laillisten hiekkamarkkinoiden arvoksi on laskettu noin 60 miljardia euroa vuodessa. Pimeän markkinan arvoa ei tiedetä, mutta sen arvioidaan olevan useita miljardeja.
Hiekan kuvaannollinen merkitys.
Kun suomalainen sanoo, että hänen toiveensa valuivat hiekkaan, toiveet ovat olleet alun perinkin "turhia" tai yritys on "valunut hukkaan". Samankaltainen ajatus on Raamatun Vuorisaarnassa, jossa verrataan kalliolle ja hiekalla rakennettujen talojen kestämistä myrskyssä:
"Jokainen, joka kuulee nämä sanani ja tekee niiden mukaan,
on kuin järkevä mies, joka rakensi talonsa kalliolle.
Alkoi sataa, tulvavesi virtasi ja myrskytuuli pieksi taloa,
mutta se ei sortunut, sillä se oli rakennettu kallioperustalle.
"Jokainen, joka kuulee nämä sanani mutta ei tee niiden mukaan,
on kuin tyhmä mies, joka rakensi talonsa hiekalle.
Alkoi sataa, tulvavesi virtasi ja myrskytuuli pieksi taloa,
ja se sortui, maan tasalle saakka." (Mt. 7:24-27)
Raamatussa meren hiekka edustaa myös rajatonta määrää, ainakin kun puhutaan tähtien luvusta:
... paljoksi kuin taivaan tähdet ja hiekka, joka on meren rannalla (1 Moos 22:17)
Niinkuin taivaan joukkoa ei voida lukea eikä meren hiekkaa mitata. (Jer 33:22)