Kraatterin reunalta

Summasen koko alkaa varmistua

7.8.2020 klo 18.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Kraatterit , Maa , Shokkimetamorfoosi , Törmäykset

Saarijärvellä, 50 km Jyväskylästä luoteeseen sijaitseva Summasjärvi eli Summanen todistettiin Jüri Pladon johdolla  törmäyskraatteriksi kesällä 2018. Se oli Suomen kahdestoista kraatterilöytö.

Kraatteri sijaitsee lähes kokonaan Summasjärven alla. Ainoastaan nykyisen kraatterin reunamilta Lamposaaresta tavoitettiin törmäyksestä todistavia pirstekartioita kalliopaljastumista.

Summasen voimakkaaseen, pyöreähköön sähkönjohtavuuspoikkeamaan kiinnitti alkujaan 2000-luvun alkupuolella huomionsa Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) geologi Jouko Vanne. Tuo ns. johdeanomalia on edelleen paras keino arvioida Summasen törmäysrakenteen läpimittaa. Sen perusteella Summasen nykyinen halkaisija on noin 2,6 km.

Summasen olemuksen perusteella on kuitenkin selvää, että se on varsin pahoin kulunut. Niinpä sen alkuperäinen koko on erittäin todennäköisesti ollut jonkin verran nykyistä läpimittaa suurempi.

Esiin nousi sellainenkin ajatus, että pienen maljakraatterin sijasta Summanen olisi alkujaan saattanut selvästi suurempi kompleksikraatteri. Niille ominaisia piirteitä ovat tasainen pohja, porrasmaisesti romahtaneet reunat, sekä keskuskohouma. Suomelle tyypillisissä graniittisissa kivissä kompleksikraatterien minimiläpimitta on noin 4 km.

Kraatterin kokoa ja rakennetta selvittääkseen GTK teki viime talvena painovoimamittauksia Summasen alueella. Alustavat tulokset on GTK:ssa ja Tarton yliopistossa työskentelevän Satu Hietalan johdolla esitelty tällä viikolla virtuaalisesti järjestetyssä 11^th Planetary Crater Consortium Meeting -kokouksessa.

Painovoimaprofiileissa ei näy merkkejä kompleksikraattereille ominaisista piirteistä. Sen sijaan johdeanomalian kohdalla nähdään pieni negatiivinen painovoimapoikkeama, eli ”massavaje”. Tällainen on pienille kraattereille luonteenomaista. Uudet tulokset rajaavat kraatterin nykyisen läpimitan noin kolmeen kilometriin.

Mittauksissa oli kuitenkin omat ongelmansa. Tulokset eivät oli likikään niin tarkkoja kuin alkujaan haaveiltiin, sillä huonon jäätalven ja myöhäisen ajankohdan vuoksi painovoimamittauksia ei saatu juuri lainkaan tehtyä johdeanomalian kohdalta. Oleellisin alue jäi siis tutkimatta. Tilanne toivottavasti korjaantuu tulevaisuudessa.

Yhdessä painovoimamittausten kanssa tehtiin myös uusia sähkönjohtavuusmittauksia. Aiemmissa mittauksissa paremmin sähköä johtavan aineksen syvyysulottuvuutta ei saatu varmuudella määritettyä. Sen todettiin olevan vähintään pari sataa metriä. Uuden tekniikan ansiosta toiveissa on päästä jopa puolentoista kilometrin syvyyteen, jolloin johdekerroksen paksuus kyllä selviäisi. Minkäänlaisia uusia tulkintoja johtavuusmittauksista ei kuitenkaan vielä ole julkaistu.

Vaikka johtavan kerroksen paksuus selviäisikin, sen alkuperää ei geofysiikan keinoin voi varmasti osoittaa. Kraatterin tapauksessa todennäköisimpiä vaihtoehtoja on kaksi. Kraatterin pohjalla voi olla törmäyksessä murskaantuneesta kiviaineksesta koostuva ns. breksialinssi, ja sen alapuolella rakoillut peruskallio.

Toinen vaihtoehto on kraatterin pohjaa täyttävä sedimentti- tai sedimenttikivikerros. Breksialinssin ja sedimenttikerroksen yhdistelmä on luonnollisesti myös mahdollinen. Suolapitoisuuden vaihteluakaan ei periaatteessa voida sulkea pois. Varmuuden saaminen edellyttäisi näytteiden saamista kairaamalla, eikä sellaista ole tällä hetkellä näköpiirissä.

Summasesta ei vielä tiedetä kovinkaan paljon. Keskeisistä kysymyksistä avoinna ovat esimerkiksi törmänneen kappaleen koostumus, sekä kraatterin ikä. Summasen pirstekartioista on eroteltu ikätutkijoiden suosikkimineraalia zirkonia, mutta länsinaapurista kantautuneiden kommenttien perusteella kovin lupaavalta ei vaikuta. Summasen ikä siis tuskin on ihan pian selviämässä.

Niin kraatterin iän kuin törmänneen asteroidin koostumuksenkin selvittämisessä avainasemassa on törmäyksessä sulanut kiviaines. Törmäyssulakiveä ei kuitenkaan ole Summasen ympäristöstä onnistuttu löytämään. Kovin runsaasti sellaista tuskin tavataankaan, sillä pienissä kraattereissa sitä syntyy melko niukasti. Lisäksi vuosimiljoonien kulutus on entisestään vähentänyt löydettävissä olevaa määrää.

Kannattaa kuitenkin erityisesti Summasen kaakkoispuolella liikuskellessa pitää silmät auki kaikenlaisten omituisilta vaikuttavien kivien varalta. Etenkin tummahkot hienorakeiset kivet, joissa on seassa graniitin murskaleita, saattaisivat olla juuri sitä, mitä kraatteritutkijat eniten Summaselta kaipaavat.

---

Tämä juttu ilmestyi myös Suomen kraatterit -blogissa.

---

Sääksjärven ikä varmistui

17.7.2020 klo 15.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Kraatterit , Maa , Mineralogia , Shokkimetamorfoosi , Suomi , Törmäykset , Yleinen

Maaliskuussa kirjoittelin Sääksjärven törmäyskraatterin tutkimushistoriasta ja Tukholman kuninkaallisessa luonnonhistoriallisessa museossa (Naturhistoriska riksmuseet) työskentelevän Gavin G. Kennyn johdolla tehdyistä uusista analyyseistä. Tuo juttu kannattanee lukaista tämän tekstin taustaksi, ellei se satu olemaan kirkkaana mielessä.

Heikki Papusen jo vuonna 1969 törmäyskraatteriksi tunnistama Sääksjärvi sijaitsee Satakunnassa Kokemäellä, viitisentoista kilometriä Harjavallasta koilliseen. Sen syntyiän määrittäminen on osoittautunut yllättävän vaikeaksi, vaikka tarjolla on runsaasti törmäyksessä sulanutta ja sitten nopeasti uudelleenkiteytynyttä kiveä. Yleensä tällaisista törmäyssulakivistä saadaan tehtyä luotettavimmat kraatterien ikämääritykset. Sääksjärven tapauksessa eri radiometrisin menetelmin on kuitenkin määritetty ”ikiä”, jotka vaihtelevat korkeintaan reilun 300:n, noin 500:n ja noin 600:n miljoonan vuoden välillä. Kellään ei ole ollut oikein hyvää perustetta sille, miksi joku näistä tuloksista olisi parempi kuin joku toinen.

Nyt alkaa näyttää erittäin vahvasti siltä, että Sääksjärven ikä on noin 600 miljoonaa vuotta. Suomen kraattereiden ikiä perusteellisesti tutkineiden Gavin Kennyn, Irmeli Mänttärin ja Martin Schmiederin yhdessä kollegojensa kanssa kirjoittama artikkeli The age of the Sääksjärvi impact structure (Finland): reconciling the timing of small impacts in crystalline basement with that of regional basin development on juuri hyväksytty julkaistavaksi Journal of the Geological Society -julkaisusarjassa. Maksumuurin takana olevassa artikkelissa esitellyn tutkimuksen mukaan Sääksjärven törmäyskraatteri syntyi 608 ± 8 miljoonaa vuotta (Ma) sitten.

Virherajojen puitteissa tämä on sama kuin Mänttärin vetämän suomalaisryhmän jo vuonna 2004 määrittämä ikä. Uudet, vertaisarvioinnin läpäisseet tulokset ovat kuitenkin aiempaa luotettavammalla pohjalla ja niiden virherajat ovat pienemmät.

Molemmissa tutkimuksissa iänmääritykseen käytettiin sekundääri-ionimassaspektrometrilla zirkoni-mineraalista (ZrSiO₄) määritettyjä uraanin ja lyijyn isotooppeja. Osin käytössä olivat jopa samat näytteet. Analyysimenetelmien kehitys viimeisen parin vuosikymmenen aikana on kuitenkin mahdollistanut entistä pienempien kiteiden osien tutkimisen ja osaltaan täten taannut aiempaa tarkemmat ja luotettavammat tulokset.

Uusiakin tuloksia tarkastellessa täytyy muistaa, etteivät ne tietenkään mikään lopullinen totuus asiasta ole. Ne ovat tämän hetken paras ikäarvio, joka perustuu neljään analyysiin. Toki Sääksjärven mineraalien analyysejä kaikkiaan tehtiin kymmenittäin, mutta tuo parhaana totuuden likiarvona pidetty 608 ± 8 Ma on peräisin yhdestä ainoasta zirkonikiteestä, jota töhäytettiin ioneilla neljästä eri kohdasta. Jossain vaiheessa tämäkin ikäarvio tulee väistämättä muuttumaan.

Kennyn ja kumppaneiden mukaan aiemmat argon/argon-menetelmällä määritetyt nuoremmat iät ovat seurausta Sääksjärven kivien kuumenemisesta niiden hautautuessa syvälle sedimenttikerrosten alle. Nuo paksut sedimentit olivat peräisin Skandeilta eli Kölivuoriston rapautumisesta.

Se, että Sääksjärven iäksi varmistui noin 600 Ma eikä esimerkiksi aiemmin esitetty noin 330 Ma on hyvä uutinen näistä sedimenteistä kiinnostuneiden tutkijoiden kannalta. Jos Sääksjärven ikä olisi ollut muutaman sata miljoonaa vuotta nuorempi, ja jos ajatukset hyvin paksuista Suomea tuolloin peittäneistä sedimenttikerroksista pitävät paikkansa, ei nykyisenkaltaista kovaan peruskallioon muodostunutta kraatteria olisi mitenkään voinut syntyä: pienehkö rauta-asteroidi ei vaan millään pysty runttaamaan kilometrin paksuisista sedimenteistä läpi.  Tämä ongelma vaikuttaa nyt poispyyhkäistyltä, joten sen osalta on valtakunnassa kaikki hyvin.

Yhtä sedimenttikiviongelmaa Kennyn ryhmän tutkimus ei kuitenkaan pystynyt selvittämään. Sääksjärven törmäyssulakiven koostumuksen perusteella on päätelty, että alueen peruskalliota peitti törmäyshetkellä jonkinmoinen ohuehko kerros noin 1400 Ma:n ikäistä Satakunnan hiekkakiveä. Sen kappaleita ei kuitenkaan ole koskaan löydetty Sääksjärven törmäyssulakiven tai kairauksin tavoitetun törmäyksessä murskaantuneen kiven joukosta. Eipä niitä kyllä järin tarkasti ole tiettävästi etsittykään.

Satakunnan hiekkakivi on peräisin alueen peruskallion rapautumisesta, joten sen sisältämät zirkonikiteet olisivat saman ikäisiä, noin 1850 Ma, kuin peruskallion zirkonitkin. Niinpä näitä hiekkakivessä olleita zirkoneja saattoi kukaties ollakin mukana nyt analysoiduissa näytteissä. Niitä vain ei näillä tutkimuksilla pysty erottamaan suoraan peruskalliosta törmäyssulakiveen päätyneistä zirkoneista. Tältä osin Sääksjärven kohdekallioperän koostumus törmäyshetkellä jää siis vielä avoimeksi. Tutkittavaa Sääksjärvessäkin riittää myös jatkossa, vaikka ikäkysymys pääpiirteissään vaikuttaakin nyt ratkaistulta.

Sääksjärven noin 600 Ma:n ikä on kiinnostava paitsi Suomen geologisen historian ymmärtämisen kannalta, myös hieman laajemmasta näkökulmasta. Fennoskandian alueella Sääksjärvi on nimittäin ensimmäinen tarkasti ajoitettu ediakarakaudella (noin 635–541 Ma) syntynyt törmäyskraatteri. Sääksjärven törmäyssulakivet lienevät Suomen ainoat kivisulasta kiteytyneet ediakarakautiset kivet. Koko maapalloltakaan muita kohtalaisella varmuudella ediakarakautisiksi tulkittuja kraattereita ei tunneta kuin yksi, Australiassa sijaitseva mahdollisesti noin 40–90-kilometrinen Acraman.

Maapallo reilut 600 miljoonaa vuotta sitten oli hyvin erilainen paikka kuin nykyään. Ediakarakausi tunnetaan kryogeenikauden (noin 720–635 Ma) lumipallomaata seuranneen kiihkeän evoluution villeistä kokeiluista. Tuolloin syntyivät ensimmäiset monimuotoiset ja kookkaat monisoluiset eliöt. Niiden kukoistus jäi kuitenkin verraten lyhytaikaiseksi, kun kambrikauden (noin 541–485 Ma) alussa valtaosa nykyisten eläinten pääjaksoista kehittyi. Samalla ediakarafauna katosi.

Esimerkiksi Hailuodon sedimenttikivien tutkimuksten perusteella on päätelty, että Suomessa olosuhteet olivat kuutisensataa miljoonaa vuotta sitten lauhkeat, vaikka luultavimmin melko korkealla leveysasteella oltiinkin. Vastikään UNESCOn Geopark-statuksen saaneen Lauhanvuoren kivien perusteella puolestaan tiedetään, että ainakin nivelmatoja (annelideja) suunnilleen noihin aikoihin aluetta peittäneen matalan meren pohjahiekassa ryömi. Sen verran rajoittuneet aistit muinaisilla sääksjärveläisillä otuksilla kuitenkin oli, että tuskinpa ne silmänräpäystä ennen höyrystymistään kykenivät toteamaan, ettei 60 000 km/h lähestyvän 250-metrisen rautamöykyn alle jääminen taida olla ollenkaan hyvä juttu.

Sääksjärven törmäysolosuhteet ovat siis edelleen osin oletusten ja hypoteesien varassa. Törmäyskraatterin kivien ikä, šokkimetamorfoosi ja geologinen historia tunnetaan kuitenkin nyt merkittävästi paremmin kuin aiemmin. Tästä on hyvä jatkaa.

---

Tämä juttu ilmestyy myös hieman pidempänä ja aavistuksen enemmän šokkimetamorfista mineralogiaa sisältävänä versiona Suomen kraatterit -blogissa.

---

Se elää!? Titanin kryovulkaaniset järvet ja sisäsyntyinen aktiivisuus

29.6.2020 klo 08.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Aurinkokunta , Kryovulkanismi , Titan , Tulivuoret , Vulkanismi

Titanista on vaikea olla pitämättä. Se on Merkuriusta suurempi poikkeuksellisen monimuotoinen maailma, jonka paksussa typpi–metaanikaasukehässä ihminen voisi – ainakin periaatteessa – lentää lihasvoimin. Sen pintaa peittää hiilipitoinen möhnä muualla paitsi siellä, missä harvalukuiset törmäyskraatterit ovat ruopaisseet pintaan enemmän vesijäätä. Jostain pinnan alta löytynee globaali valtameri.

Tuulet muokkaavat Titanin päiväntasaajan valtavia dyynikenttiä jatkuvasti. Napa-alueiden tuntumassa etenkin pohjoisessa on jokia, järviä ja meriä, joissa lainehtii lorauksella etaania höystetty metaani. Titan onkin Maan ohella ainoa tuntemamme taivaankappale, jossa on täysi hydrologinen kierto. Titanissakin siis sataa.

Kaikkea tätä kiehtovaa geologiaa ympäröi vain tutkalla ja eräillä infrapuna-aallonpituuksilla läpäistävissä oleva pilvinen ja utuinen kaasukehä. Titan ei paljasta salaisuuksiaan helpolla.

Titanin metaanisateista ja orgaanisen hiekan kasautumisesta dyyneiksi on vastuussa Auringosta saatava energia. Sen sijaan Titanin sisäisen energian pyörittämistä geologisista prosesseista on saatu vain epäsuoria viitteitä. Esimerkiksi metaania täytyy tulla jostakin Titanin kaasukehään lisää, koska muuten se ajan myötä katoaisi. Aktiivinen kryovulkaaninen toiminta on luonnollisin selitys.

Samoin Titanin kaasukehästä on löydetty radioaktiivisen kaliumin hajoamisesta kertovaa argonin isotooppia 40. Sen täytyy olla peräisin Titanin sisäosien kivisestä osasta ja sitä on niin paljon, että se viittaa merkittävään sisäsyntyiseen geologiseen aktiivisuuteen.

Varsinaiset Titanin kryovulkaanisesta historiasta kielivät pinnanmuodot ovat kuitenkin huomattavan harvalukuisia. Yksi vahvimmista kandidaateista tähän mennessä on ollut Doom Mons, siis kaikille J. R. R. Tolkienin tuotannon ystäville tuttu Tuomiovuori. Siitä esimerkiksi lähtee 200-kilometrinen selväpiirteinen kryolaavavirta.

Nyt Journal of Geophysical Research: Planets -lehdessä on hyväksytty julkaistavaksi kuuharrastajien hyvin tietämän Chuck Woodin ja Jani Radebaugh’n kirjoittama artikkeli Morphologic Evidence for Volcanic Craters near Titan’s North Polar Region. Se tarjoaa runsaasti uusia kandidaatteja paikoiksi, joissa Titanin sisäsyntyinen aktiivisuus on geologisessa mielessä ihan vastikään synnyttänyt kryovulkaanisia rakenteita.

Titanin metaanimeret ja -järvet keskittyvät lähelle sen napoja, etenkin pohjoiseen. Pienimmät niistä esiintyvät ryppäinä, ovat usein melkoisen pyöreitä, ja monesti koostuvat osin sisäkkäisistä romahdusrakenteista. Niillä on ympäristönsä yläpuolelle kohoava reuna, ja useita niistä ympäröi laaja tutkakuvissa kirkkaana näkyvä kehä. Tavallisesti ne ovat läpimitaltaan noin seitsenkilometrisiä, ja joidenkin keskeltä törröttää saari. Törmäyskraattereita ne eivät kuitenkaan ole. Tämän puolesta puhuu osin sekin, että niiden reunoilla ei ole nähtävissä syvemmältä peräisin olevasta vesijäästä kertovia spektroskooppisia sormenjälkiä.

Mikään uusi löytö Titanen pienet pyöreät metaanijärvet eivät ole. Aiemmin ne vain on tulkittu joko karsti- tai termokarstivajoamien kaltaisiksi rakenteiksi. Karstivajoamat ovat melko yleisiä Maan kalkkivialueilla, joissa vesi liuottaa maanalaisen kalkkikiven pois synnyttäen pyöreähköjä kuoppia. Termokarstilammet taas ovat nykyisin yhä tutummaksi käyvä murheellinen näky arktisilla alueilla, joilla ilmaston lämpeneminen sulattaa ikiroutaa.

Woodin ja Radebaugh’n uudet havainnot kuitenkin osoittavat melkoisen vastaansanomattomasti, ettei Titanin pienien pyöreiden järvien kohdalla kyseessä voi olla karstin tai termokarstin tapainen ilmiö. Titanissa näitä rakenteita ympäröivät satakin metriä ympäristön yläpuolelle kohoavat reunat. Karstivajoamilla tällaisia ei tunneta. Lisäksi eräistä reunoista näyttää lähtevän virtausuomien tapaisia piirteitä, jollaisia ei myöskään karstin tai termokarstin yhteydessä tavata.

Woodin ja Radebaugh’n idean mukaan ainoa geologinen prosessi, joka voi selittää kaikki havaitut piirteet, on kryovulkanismi. Heidän mukaansa kyseessä ovat kryovulkaaniset kalderat tai todennäköisemmin maarit.

Kalderat ovat lähinnä romahdusrakenteita, jotka Maassa ja Marsissa syntyvät yleensä tulivuorten laelle sen magmasäiliön tyhjennyttyä. Sitkaamman laavan tapauksissa kalderaa voi ympäröidä myös kohonnut reuna (jolloin tosin ollaan jo hyvin lähellä vulkaanista kraatteria eikä kalderaa).

Maarit puolestaan tarvitsevat jonkinlaisen magman lisäksi myös toista, herkemmin haihtuvaa ainetta, sillä ne ovat räjähdysmäisissä höyrypurkauksissa syntyviä rakenteita. Maassa ne muodostuvat, kun magma kohoaa maankuoressa ylöspäin ja kohtaa pohjaveden pinnan. Silloin pohjavesi kiehahtaa ja kuohahtaa räjähdysmäisesti. Lopputuloksena on useimmiten pienen lammen tai järven täyttämä pyöreähkö kuoppa, jota ympäröi kohonnut reuna. Titanin maareissa räjähdysmäisesti laajenevan aineen tehtäviä voisi hoitaa esimerkiksi metaani tai typpi. Itse ”kuuma” magma olisi puolestaan vettä.

Ajatus Titanin maareista sopii hyvin yhteen havaintojen kanssa. Sitä kuitenkin vaivaa sama perusongelma kuin kryomagmatismia muuallakin aurinkokunnassamme: veden eriskummalliset ominaisuudet. Retkiluistelu ja pilkkiminen ovat mahdollisia ainoastaan siksi, että vesi on erittäin merkillinen yhdiste. Jos vesi käyttäytyisi kuten valtaosa muista aineista, jäät mäjähtäisivät järvien pohjaan ja vedenpinta pysyisi sulana. Jää on kuitenkin poikkeuksellisesti harvempaa kuin nestemäinen vesi, joten se kelluu veden pinnalla.

Kelluva jää on tietenkin ihmisten kannalta monessakin mielessä oikein mukava asia. Kryomagmatismin näkökulmasta se on kuitenkin mitä melkoisin ongelma. Kryomagmaattisissa vuorissa ja maareissa tiheämpi aines pitäisi jollain ilveellä kohoamaan harvemman aineksen läpi pinnalle tai ainakin sen tuntumaan.

Tämä ei ole laisinkaan helppoa. Jos veteen sekoittaa ammoniakkia, laskee vesiliuoksen jäätymispiste ja kryovulkanismi käy hieman yksinkertaisemmaksi. Ongelmatonta se ei siltikään ole. Yksi hankaluus on, että moni tutkija haluaisi käyttää ammoniakkia jos jonkinlaisten teorioidensa mahdollistajana, mutta sitä ei vaan tahdo oikein mistään päin aurinkokuntaa löytyä tarvittavia määriä. Kryovulkanismin teorian tutkijoilla riittää työsarkaa.

Mielenkiintoisin ajatus Woodin ja Radebaugh’n artikkelissa on havaittujen kryovulkaanisten järvien (ja jokusen kuivan kuopan) oletettu nuoruus. Niiden reunat ja virtausrakenteet vaikuttavat hyvin säilyneiltä, joten geologisessa mielessä kohteet voivat olla varsin tuoreita. Wood & Radebaugh pitävät mahdollisena sitäkin, että Titan olisi tänäkin päivänä sisäisen energiansa voimin elävä maailma.

Nuoria Titanin kryovulkaaniset rakenteet todennäköisesti ovatkin. Kannattaa silti huomata, että Titanin pinnanmuotojen iänmääritys on hankalampaa kuin useimpien muiden maankaltaisten planeettojen tai kuiden tapauksessa. Titanin paksu kaasukehä pitää normaalisti iänmääritykseen käytettyjen törmäyskraatterien määrän pienenä ja koon suurena, joten kraatterilaskut eivät auta iän arvioinnissa.

Woodin ja Radebaugh’n ikäarvio tukeutuu siis ainoastaan maareiksi tulkittujen kohteiden yleisen olemuksen vertailuun muiden pinnanmuotojen kanssa, sekä kokemukseen perustuvaan näppituntumaan. Tutka- ja infrapunakuvien verrattain rajallisen erotuskyvyn vuoksi tuokaan ei ole ihan niin helppoa kuin vaikkapa Kuun tai Marsin tapauksissa, joista on tarjolla runsain määrin häkellyttävän tarkkaa kuvaa.

Vielä on turhan aikaista julistaa Titanin kuuluvan Ion, Tritonin, Enceladuksen, Maan ja luultavasti Europan ohella aurinkokuntamme kappaleiden eliittijoukkoon, jota luonnehtii sisäsyntyisten voimien tuottama aktiivinen geologia.[1] Pikku hiljaa Titanista kertyy kuitenkin yhä enemmän havaintoja, joita alkaa olla vaikea selittää mitenkään muuten.

Varmuutta asiasta tuskin saadaan ennen 2030-luvun puoliväliä, jolloin NASAn Dragonfly-kopteri pääsee paitsi lentelemään ympäri Titania, myös kuuntelemaan seismometreillään sen sisuksia. Ainakin siihen saakka voi kuitenkin perustellusti uskoa siihen kiehtovaan ajatukseen, että Titanissa voi tälläkin hetkellä olla käynnissä maar-järvien synty.

---

[1] Voi tietysti perustellusti kysyä, kuinka ”sisäsyntyistä” kuiden geologia oikeastaan on, koska energia on peräisin vuorovesivoimista. Titania eivät vuorovesivoimat nykyisin riepottele samaan malliin kuin vaikkapa Ioa tai Enceladusta, mutta useat tutkimukset, esimerkiksi muutama viikko sitten julkaistu artikkeli, ovat osoittaneet, että Titan oli aiemmin huomattavasti lähempänä Saturnusta. Tuolloin vuorovesienergiaakin oli enemmän tarjolla. Titan on kuitenkin planeetan kokoinen kappale, joten ei olisi mitenkään mahdotonta, että Titanilla olisi edelleen riittävästi ihan ”aitoakin” sisäistä energiaa pyörittämään geologisia prosesseja.

---

Keurusselän šokkilamellien paluu

24.6.2020 klo 08.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Kraatterit , Maa , Mineralogia , Shokkimetamorfoosi , Törmäykset

Joskus joulukuun alkupuolella vuonna 2003 kaverini Jarmo Moilanen toi minulle kiven. Sen hän oli löytänyt Keurusselältä, jossa hän oli ollut Satu Hietalan kanssa etsimässä mahdollisia merkkejä muinaisesta törmäyksestä.

Aiemmin marraskuun puolivälissä Satu oli löytänyt asuinseudultaan lohkareita, joissa enemmän tai vähemmän kaarevalla pinnalla matalat harjanteet ja niiden väliset uurrosmaiset painanteet muodostavat kartiomaisen rakenteen. Nämä eivät olleet mitään pintapiperrystä, vaan rakenne läpäisi koko kiven. Satu piti niitä pirstekartioina, ja Jarmo vahvisti tulkinnan. Sittemmin marras–joulukuussa Satu ja Jarmo löysivät pirstekartioita roppakaupalla lisää niin irtolohkareista kuin kalliopaljastumistakin.

Jarmon löytämä ja työhuoneelleni toimittama irtolohkareena löytynyt kivi oli aika ruma. Se on mahdollisten törmäyssyntyisten kivien kohdalla aina lupaava merkki. Vajaan nyrkin kokoinen näyte oli selvästi joskus ollut jonkunmoinen graniitin sukuinen kivi, mutta sittemmin jokin oli ruhjonut sitä melko pahasti.

Tällaisia rikkoutuneita kiviä kutsutaan breksioiksi, ja niitä syntyy hyvin monissa erilaisissa geologisissa prosesseissa. Silmämääräisesti esimerkiksi kalliolohkojen liikunnoissa syntynyttä tektonista breksiaa ei voi varmuudella erottaa törmäyskraatterien yhteydessä esiintyvistä erilaisista törmäysbreksioista.

Murikka vaikutti sen verran lupaavalta, että teetin siitä Oulun yliopiston ohuthielaboratoriossa lasilevylle liimatun ja vain 0,03 mm paksun siivun eli ohuthieen. Näin ohkaisesta kivestä valo menee helposti läpi (paitsi malmimineraaleista). Niinpä sellaista voi kätevästi tutkia petrografisella eli polarisaatiomikroskoopilla.

Ohuthie valmistui ja pääsin ihmettelemään sitä mikroskoopin avulla. Katselin sitä muutaman minuutin, vedin jonkun kerran syvään henkeä, ja sitten tutkiskelin sitä eri suurennoksilla vielä uudemman kerran. Seuraavaksi pyysin työpöytäkompleksin vastapuolelta Hölman-brothersin toisen osapuolen Marko Holman vilkaisemaan hiettä. Hän ei kiistänyt tulkintaani. Sitten soitin Vaalaan Jarmolle:

– Moilane.
– Öömanni.
– No mitäpä mies?
– Ei kai tässä kummempia. Sain sen Keurusselän hieen.
– Siitä ei varmaan mitään sen merkillisempää löytynyt?
– Eipä siinä ihmeempiä, se on tommonen granitoidibreksia. Aika laillahan sitä on murjottu.
– Näinhän minä sitä arvelinkin.
– Ai niin. On siinä muuten kvartsissa šokkilamelleja, ainakin kahteen suuntaan.

Tässä vaiheessa Jarmon äänenvoimakkuus kohosi useamman pykälän ja korkeuskin hivenen. En liki 17 vuoden takaista keskustelua muista enää niin tarkasti, että rohkenisin sitä tuon pidemmälle approksimoida.

Šokkilamellit löytyivät 15.12.2003, vain kuukauden kuluttua ensimmäisistä pirstekartiohavainnoista. Joskus asiat sujuvat hämmästyttävän sukkelasti. Vaikka pirstekartiot jo sinällään ovat kiistaton törmäystodiste, vahvisti šokkilamellien löytyminen – vaikkakin irtolohkareesta ja ilman niiden kidetieteellisten esiintymistasojen määrittämistä – tulkintaa Keurusselän seudusta muinaisen törmäyskraatterin täysin kuluneena jäänteenä merkittävästi.

Ensimmäisen kokousjulkaisun jälkeen Keurusselän pirstekartioita ja geofysiikkaa on tutkittu useammassakin artikkelissa. Keurusselkä myös saatiin vuonna 2016 Martin Schmiederin johdolla ajoitettua yhdeksi maailman vanhimmista todistetuista törmäyskraattereista. Se syntyi vähintään noin 1150 miljoonaa vuotta sitten.

Keurusselän šokkilamelleihin on kuitenkin palattu kunnolla vain kerran. Vuonna 2010 yksi maailman johtavista šokkimetamorfoosin asiantuntijoista, Wienin luonnontieteellisessä museossa työskentelevä Ludovic Ferrière kollegoineen määritti pirstekartioiden kvartsi- ja plagioklaasirakeisiin syntyneiden šokkilamellien (englanniksi planar deformation features eli PDFs) ja tasomurtumien (engl. planar fractures) avulla Keurusselän kivien kokeneen aavistuksen alle 20 gigapascalin paineen. Se vastaa noin 200 000 ilmakehää, mutta tuollaista lukemaa on käytännön tasolla varsin mahdotonta hahmottaa. Maan sisällä noin kovat paineet saavutetaan vasta reilun 500 km:n syvyydessä ylä- ja alavaipan välisellä vaihettumisvyöhykkeellä.

Nyt Keurusselän šokkilamellit tekevät pienimuotoisen paluun. Wieniläistutkijat Lidia Pittarello ja Ludovic Ferrière kumppaneineen ovat syynänneet kanadalaisten Charlevoix’n ja Manicouaganin, dinosaurusten tappaja Chicxulubin, sekä Keurusselän törmäyskiviä. Näiden tutkimusten pohjalta kesäkuun alussa Meteoritics & Planetary Science -lehden sivuilla ilmestyi julkaistavaksi hyväksytty artikkeli Preferred orientation distribution of shock‐induced planar microstructures in quartz and feldspar.

Juttu ei välttämättä ole sellainen, joka saisi osakseen valtavasti mediahuomiota tai suuren yleisön ihastuksen huokauksia. Tämä on ymmärrettävää, mutta myös hieman sääli, sillä suomalaisista kraattereista tehdään niin niukalti tuoretta tutkimusta, että jokainen uusi artikkeli on merkkitapaus. Ja tällainen ”tylsä” perustutkimus on juuri sitä, jota valtaosa tutkimustyöstä on.

Šokkilamellit ovat eniten käytetty keino todistaa törmäyskraatterikandidaatti ja arvioida šokkipaineen suuruutta. (Samalla ne ovat myös eniten väärinkäytetty keino, mutta ei mennä siihen tällä kertaa sen syvällisemmin.) Tyypillisimmillään ja ”helpoimmillaan” ne ovat kvartsissa, joka on yksi maankuoren yleisimmistä mineraaleista.

Šokkilamellien syntyä ei pohjimmiltaan vielä täysin ymmärretä. Kvartsissakin niitä on syntytavaltaan vähintään kahta eri tyyppiä, todennäköisesti enemmän. Pääsääntöisesti niiden kuitenkin voi ajatella olevan tasopintoja, joissa kvartsin kiderakenne on paineen vaikutuksesta tuhoutunut ja muuttunut lasiksi.

Myöhemmin lasi alkaa hiljalleen kiteytyä takaisin kvartsiksi, mutta se jättää jälkeensä lähinnä vedestä koostuvia pikkuriikkisiä pisaroita eli fluidisulkeumia. Mikroskoopilla sivusta katsottuna nämä pisaroista koostuvat tasot näyttävät tummilta suorilta vieri vieressä olevilta pisteviivoilta. Näitä on suomeksi kutsuttu helminauhašokkilamelleiksi (engl. decorated planar deformation features eli decorated PDFs).

Paineesta riippuen šokkilamelleja syntyy eri kidetieteellisiin tasoihin. Nämä tasot määrittämälllä voidaan tehdä arvio kyseisen kivinäytteen kohtaamasta suurimmasta paineesta. Aiemmin on oletettu, ettei kivessä olevan mineraalirakeen suunnalla suhteessa šokkiaaltoon kuitenkaan olisi merkitystä. Perinteisen yksinkertaistetun näkemyksen mukaan mukaan siis vaikkapa 20 GPa:n paineessa kvartsiin syntyvät samat šokkilamellit riippumatta siitä, missä asennossa vinhasti etenevä šokkiaalto ja kvartsirae toisensa kohtaavat.

Pittarellon vetämän ryhmän tulokset antavat nyt ensimmäiset vahvat viitteet sen puolesta, ettei tämä yksinkertaistus pidä paikkaansa. Kaikkien neljän tutkitun kraatterin kivissä havaittiin merkittävät erot kvartsin ja maasälvän šokkilamellien suunnissa, kun verrattiin samasta näytteestä šokkiaallon oletetun tulosuunnan suuntaisesti ja sitä vastaan kohtisuoraan tehtyjä hieitä (jos ihan tarkkoja ollaan, Chicxulubin kohdalla tilanne on monitulkintaisempi, koska šokkiaallon suunnasta ei ole varmaa käsitystä). On siis ainakin pieneltä osin kiinni ihan puhtaasta sattumasta, millaisia šokkilamelleja mihinkin mineraalirakeeseen muodostuu.

Vaikka eri suunnissa selvä ero havaittiinkin, varsinaisen šokkiaallon tulosuunnan ja sen vaikutuksesta syntyvän šokkilamellin suhteen kertovan ”mittarin” kehittämisestä ollaan vielä kaukana. Se luultavasti vaatisi laboratoriokokeiden tekemistä.

Tutkimuksessa kiinnitettiin huomiota myös siihen, vaikuttaako kivissä jo ennen törmäystä ollut ihan tavanomainen liuskeisuus syntyviin šokin todisteisiin. Tässä vertailussa Keurusselän gneissi edusti liuskeisinta tyyppiä. Liuskeisuudella ei kuitenkaan havaittu olevan minkäänlaista vaikutusta šokki-indikaattorien suuntiin. Laboratoriokokeet olisivat kuitenkin paikallaan tämänkin havainnon vahvistamiseksi tai kumoamiseksi.

Jos joskus saadaan šokkilamellien suunnat tilastollisesti sidottua šokkiaallon tulosuuntaan, saadaan myös paremmat mahdollisuudet ymmärtää, kuinka esimerkiksi kraatterien keskuskohoumat ja -renkaat syntyvät. Niissä kiviaines liikkuu sekä pysty- että sivusuunnissa jopa kymmeniä kilometrejä ennen päätymistään nykyisille sijoilleen. Mikäli kivet pystyisivät kertomaan, missä päin kraatteria ne olivat kun rytinä alkoi, saattaisi koko kraatterin keskusosien monimutkainen dynamiikka avautua hieman nykyistä paremmin. Törmäyskraatterit ovat aurinkokuntamme yleisin pinnanmuoto, joten niiden ymmärtäminen olisi vallan mukavaa.^*

Keurusselän kaltaisten pohjiaan myöten kuluneiden kraatterinjäänteiden tapauksessa tämä saattaisi osaltaan auttaa selvittämään, minkä tyyppinen ja sen myötä myös kuinka suuri alkuperäinen kraatteri mahtoi olla. Tuohon pisteeseen pääseminen vaatii kuitenkin vielä lukemattomia työtunteja ja niiden tuloksena syntyviä tutkimusartikkeleja.

Kuten Pittarellon ryhmän artikkelissakin todetaan, voi silti käydä niin, että šokkilamellien ja šokkiaallon suunnan suhteen yksityiskohtainen selvittäminen osoittautuu käytännössä mahdottomaksi. Jos niin tapahtuu, se e ole varsinainen ongelma tai pettymys, vaan erottamaton osa perustutkimuksen luonnetta. Joka tapauksessa askel askeleelta tulevien vuosikymmenten aikana hiljalleen selviää, onko asia ylipäätään selvitettävissä vai ei. Niin tai näin, Keurusselän Valkeaniemen kivet olivat osaltaan mahdollistamassa ensimmäistä askelta.

---

Kiitokset Jarmo Moilaselle šokkilamellien löytöpäivämäärän tarkistuksesta. Tämä juttu ilmestyy myös Suomen kraatterit -blogissa.

^*Tätä kappaletta hieman täydennetty iltapäivällä 24.6. Mineraalien näkökulmasta oleellista on, missä päin syntyvää kraatteria ne sijaitsivat šokkiaallon saapuessa, eli missä ne olivat suhteessa törmäyskohtaan (joka horisontaalitasossa yleensä vastaa likimain näkyvän kraatterin tai sen jäänteen keskikohtaa). Koska šokkiaalto on suunnilleen pallosymmetrinen harvinaisia loivakulmaisia törmäyksiä lukuun ottamatta, ei törmäävän kappaleen tulosuunnalla tai -kulmalla ole järin suurta merkitystä. Paikallisesti šokkiaallon kulkusuunnassa tosin tapahtuu erilaisten aineen rajapintojen vuoksi kaikenlaisia muutoksia. Jos ja kun mineraalit Pittarello et al.:in mukaan ilmeisesti ”muistavat” suhteensa šokkiaallon tulosuuntaan, voisi laajalla näytteenotolla kuitenkin ainakin periaatteessa pyrkiä selvittämään, mistä kivet päätyivät sinne missä ne nyt ovat.

Muokkaus myöhemmin iltapäivällä 24.6.: Yhtä linkkiä muutettu melkein asianosaisen lukijan pyynnöstä.

---

Hiipuuko myöhäinen pommitus?

27.5.2020 klo 14.53, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Aurinkokunta , Kraatterit , Kuu , kuulennot , Mars , Merkurius , Törmäykset , Törmäysaltaat , Yleinen

Yksi Apollo-ohjelman keskeisimmistä tieteellisistä tuloksista on aiheuttanut pahemmanpuoleista päänvaivaa planeettatutkijoille suunnilleen vuodesta 1974 saakka. Tuolloin Caltechin nerokkaasti nimetyn Lunatic Asylumin tutkijat väittivät, että Kuuta ja samalla tietysti myös Maata kohtasi katastrofaalinen asteroidipommitus noin 3,9 miljardia vuotta (Ga) sitten.

Tämän ajatuksen mukaan useat Kuun suurimmista törmäysaltaista olisivat syntyneet Kuun geologian puitteissa hyvin lyhyen ajan, eli korkeintaan parin sadan miljoonan vuoden sisällä. Myöhemmin kaikkein äärimmäisimmissä malleissa aika puristetiin kymmenesosaan tuosta.

Näihin kohtalaisen hurjiin päätelmiin johti törmäyksissä radioaktiivisen kellonsa nollanneiden kuunäytteiden iänmääritys. Neljää miljardia vuotta vanhempia näytteitä ei löytynyt. Kaiken järjen mukaan planeettojen muodostumisesta jäljelle jääneitä hukkapaloja olisi kuitenkin pitänyt törmäilla Kuuhun reilut 4 Ga sitten vaikka kuinka paljon. Törmäysten olisi pitänyt jättää jälkensä näytteissä havaittavaan ikäjakaumaan.

Se oli Imbriumin vika

Idea suunnilleen 3,9 Ga sitten huipentuneesta lyhytkestoisesta törmäyspiikistä tunnetaan hieman eri vivahteilla joko pelkästään Kuun kataklysminä (terminal lunar cataclysm) tai koko sisempää aurinkokuntaa runnelleena rajuna myöhäisenä pommituksena (late heavy bombardment, LHB). Ajatus sai osakseen välittömästi rajua kritiikkiä. Arvostelijoiden mukaan kyseessä on vain harha ja tulkintavirhe, sillä havaitut kuunäytteiden iät olivat heidän mukaansa täysin sopusoinnussa hiljalleen hiipuvan asteroidipommituksen kanssa, eikä minkäänlaista myöhäistä piikkiä törmäysvuossa ollut olemassa.

Kriitikoiden toinen keskeinen argumentti liittyi Apollo-lentojen perusongelmaan: teknisen ja rahallisen pakon sekä NASAn johtoportaan riskien välttelyn sanelemina ne suuntautuivat melko kapealle vyöhykkeelle Kuun päiväntasaajan tuntumaan, ja tietenkin lähipuolelle. Kuten jokainen voi kiikarien avulla havaita, tämän alueen geologiaa hallitsee Imbriumin törmäysaltaan heittele, joka on uurtanut jälkensä lähes koko lähipuolelle. Kritiikin idea on siis, että liki kaikki Maahan saadut vanhempaa ainesta edustavat kuunäytteet ajoittaisivat ainoastaan Imbriumin altaan syntymisen noin 3,9 Ga sitten. Tuota ongelmaa voi verrata siihen, että koko maapallon geologia tunnettaisiin näytteiden muodossa vain Kongon ja Saharan väliseltä alueelta, ja Suuri Jumalainen Puskutraktori olisi levittänyt paksun kerroksen Saharan santaa koko alueen päälle.

LHB:n nousu ja tuho?

Ideoita ja todisteita LHB:n puolesta ja sitä vastaan esitettiin seuraavien vuosikymmenien kuluessa intohimoisesti, mutta varmuutta asiasta ei saatu. 2000-luvun alussa LHB näytti kuitenkin pääsevän niskan päälle, koska myös satunnaisista paikoista Kuun pinnalta Maahan päätyneet kuumeteoriitit tuottivat noin 3,9 Ga:n ikiä. Varmemmaksi vakuudeksi sama 3,9 Ga:n ikäpiikki löytyi useista meteoriittiluokista, maineikas marsilainen ALH 84001 mukaan luettuna. LHB näytti pyyhkäisseen koko sisemmän aurinkokunnan läpi.

Samaan aikaan mallintajat saivat jättiläisplaneetat puljaamaan pitkin ja poikin aurinkokuntaa, synnyttäen siinä sivussa LHB:n. Astrobiologit ja muinaisen Maan tutkijat olivat hekin innoissaan, koska vanhin tuolloin tunnettu maapallon mantereinen kuori  oli iältään noin 3,9 Ga, ja pian sen jälkeen oli nähtävissä ensimmäiset suht vakuuttavat todisteet elämästä. Niin Maan kuori kuin elämäkin pääsivät kehittymään rauhassa, kun satakilometrisiä kivenmurkuloita ei vähän väliä putoillut niskaan. Palaset tuntuivat sopivan kauniisti yhteen.

Kaikki olisi ollut hyvin, jos tutkijat olisivat tässä vaiheessa ymmärtäneet lopettaa asioiden penkomisen. Sitä he eivät kuitenkaan jostain syystä tehneet. Niinpä kävi kuten kauniille hypoteeseille usein tuppaa käymään: ikävät datapisteet alkoivat harata vastaan. Kuunäytteistä löytyi yhä useampia kiusallisen vanhoja altaiden syntyaikoja, osa näistä vakuuttavampia kuin toiset.

Samalla myös mallintajien helmitaulut päivitettiin laskutikuiksi, joten jättiläisplaneetat eivät enää seilanneetkaan niin kuin aiemmin oletettiin. Kaiken tämän seurauksena muutama vuosi sitten muuan ansioitunut tutkija pääsi jo julistamaan kataklysmin kuolleeksi.

Merkuriuksen törmäysaltaat ja LHB

Viimeisin omiin silmiini osunut artikkeli LHB:stä on hyväksytty julkaistavaksi arvostamassani Journal of Geophysical Research: Planets -lehdessä. Berliiniläisvetoisessa tutkimuksessa Csilla Orgel kollegoineen tutki Merkuriuksen törmäysaltaita ja niiden merkitystä LHB:lle.

Aiemmissa Merkuriuksen törmäysaltaiden etsinnöissä ei vielä ollut käytössä kaikkia NASAn MESSENGER-luotaimen tuottamia aineistoja, joten Orgelin ryhmän tuloksia voi pitää ensimmäisenä kattavana Merkuriuksen törmäysaltaiden inventaariona. Niitä löytyikin 1,7 kertaa niin paljon kuin aiemmissa tutkimuksissa. Varmoja tai todennäköisiä vähintään kolmesataakilometrisiä[1] törmäysaltaita tunnetaan Merkuriuksesta nyt 80. Mahdolliset altaat huomioiden luku on 94.

Selkeästi monirenkaisia törmäysaltaita, jollaisista Kuun Orientale on paras esimerkki, ei uudessakaan kartoituksessa Merkuriuksen pinnalta löydetty. On mahdollista, että niitä ei syystä tai toisesta Merkuriuksessa koskaan syntynytkään, tai sitten Merkuriuksen aktiivisempi geologia on hävittänyt todisteet altaiden useammista renkaista.

Paitsi renkaat, monessa tapauksessa myös itse altaat ovat hävinneet. Altaita nimittäin löytyi vain puolet siitä, mitä mallien mukaan voisi olettaa syntyneen. Vanhimmat törmäysaltaat ovat siis kadonneet jäljettömiin. Nekin, jotka ovat vielä jäljellä, ovat hieman nuhjaantuneen ja pliisun oloisia.

LHB:n kannalta oleellisinta Orgelin ja kumppanien tutkimuksessa oli altaiden ikien aiempaa tarkempi määrittäminen. Planeettojen pintojen iät saadaan selville lähinnä kraatterilaskujen avulla. Periaatteessa kyseessä on yksinkertainen menetelmä: mitataan kraatterien koot ja lasketaan niiden määrä pinta-alayksikköä kohti. Mitä enemmän kraattereita, sitä vanhempi pinta. Käytännössä kuitenkin erilaisiin malleihin ja törmäysvuo-oletuksiin perustuvan iän saaminen on hankalaa hommaa. Myös itse laskentamenetelmissä tapahtuu koko ajan kehitystä esimerkiksi erilaisten virhelähteiden huomioimisen osalta. Tässä berliiniläisryhmä on maailman huippua.

Toisin kuin useasti aiemmin, uudessa tutkimuksessa ei löydetty Merkuriuksen törmäysaltaiden synnyttäjiksi kuin yksi törmäävien kappaleiden populaatio. Ei siis mitään suurten kappaleiden yhtäkkistä piikkiä 3,9 Ga sitten tai milloinkaan muulloinkaan, vaan ainoastaan yksi ja sama hiljalleen laantuva törmäävien kappaleiden vuo. Tämä sopii erinomaisesti yhteen Orgelin parin vuoden takaisen Kuun altaita käsitelleen samoja uusia menetelmiä käyttäneen tutkimuksen kanssa. Myöskään siinä ei löydetty todisteita kataklysmistä.      

Kataklysmin ja LHB:n tulevaisuus?

Tällä hetkellä Kuun kataklysmi ja aurinkokunnan sisäosia kurittanut LHB ovat heikommassa hapessa kuin pitkiin aikoihin. Arkkua ei kuitenkaan vielä ole naulattu kiinni.

Kuun kataklysmin osalta ratkaisu voi olla jo näkyvissä. Kuusta varmasti saadaan uusia näytteitä useastakin paikasta kohtalaisen läheisessä tulevaisuudessa. Jos, ja rohkenen sanoa kun esimerkiksi South Pole – Aitkenin, Nectariksen ja Orientalen altaista saadaan törmäyssulakiviä Maahan ja niiden myötä altaiden syntyajat selville, on Kuun törmäyshistorian keskeisimmät vaiheet ajoitettu. Niiden myötä kataklysmi joko varmistuu tai katoaa historian hämyyn hyvänä ideana, joka kuitenkin osoittautui vääräksi.

Uusien kuunäytteiden myötä myös laajempi LHB joko vahvistuu tai on henkitoreissaan. Marsin törmäysaltaista saatavat näytteet ratkaisisivat tuon kysymyksen. Vaikka kallis ja teknisesti vaativa näytteenhakulento saataisiinkin aikaiseksi, Marsin monimuotoisemman geologian vuoksi sopivien näytteiden löytäminen ei ole niin ”yksinkertaista” kuin Kuussa. Ja vaikka altaiden ikämääritykset onkin ymmärretty keskeiseksi tieteelliseksi tavoitteeksi, eivät altaiden törmäyssulakivet kuitenkaan aivan ensimmäisten Maahan tuotavien Mars-näytteiden joukossa ole.

Niinpä LHB saattaa jatkaa sitkutteluaan, vaikka Kuun kataklysmi perinteisessä muodossaan kuolisikin pois. Joka tapauksessa niin näytteitä ajoittavilla isotooppigeologeilla, kraatterilaskijoilla kuin mallintajillakin riittää vielä rutkasti väiteltävää aurinkokuntamme kehityshistorian tiimoilta.

---

[1] 300 km:n valinta törmäysaltaan läpimitan alarajaksi on käytännössä täysin mielivaltainen. Se on peruja Kuun törmäysaltaiden ynnäilyistä. Erityisen hyvää perustetta sillekään valinnalle ei aikoinaan ollut. Kukaan ei kuitenkaan ole esittänyt törmäysaltaalle yleisesti hyväksyttyä määritelmää, joten vaikkei sille fysikaalisia perusteita oikein ole, se on ihan käypä nyrkkisääntö.

Tämä juttu tulee ilmestymään myös Hieman Kuusta -blogissa.

---

Setä Châtelier, syyrialainen lasi ja Salpausselkien synty

22.5.2020 klo 14.11, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Geokemia , Historia , Maa , Mineralogia , Shokkimetamorfoosi , Suomi , Törmäykset , Yleinen

Kauan sitten paremmassa maailmassa, jossa yliopistoissakin sai vielä sivistää itseään suht laajasti, räävin itselleni kasaan kemiasta sivuainekokonaisuuden. En millään muotoa kunniakkaasti, mutta kuitenkin. Yleisen ja epäoleellisen kemian kurssilta muistan eritoten, kuinka erinomainen kemian lehtorimme puhui usein setä Châtelieristä, joka istuskeli koeputken reunalla. Sieltä käsin hän pyrki lieventämään kemialliseen tasapainoreaktioon tapahtuneen häiriön aiheuttamia vaikutuksia. Tämä tasapainoreaktioiden taipumus ulkoisten vaikutusten kumoamiseen tunnetaan Le Châtelierin periaatteena. Setä Châtelier eli ranskalainen kemisti Henry-Louis Le Châtelier (1850–1936) oivalsi tuon kemianteollisuudellekin oleellisen periaatteen vuonna 1888.

Alfred Lacroix (François Antoine Alfred Lacroix,1863–1948) puolestaan oli ranskalainen mineralogi, joka oli valmis äärimmäisiin uhrauksiin tieteen vuoksi. Hän nimittäin joutui naimaan professorinsa tyttären tohtoriksi valmistuakseen. Lacroix tosin sai neiti Catherine Fouquésta samalla itselleen elinikäisen tutkimusavustajan, joten ehkäpä valmistuminen ja sen vaatima uhraus hänen tapauksessaan kannattivat.

Huittisten meteoriitin erikoisista mineraaleistakin kirjoittanut Lacroix julkaisi vuonna 1915 tutkimuksen Saharan fulguriiteistä. Fulguriitit ovat lasipötköjä, jotka syntyvät salamoiden iskiessä maaperään, yleensä suurelta osin kvartsista koostuvaan hiekkaan. Kvartsi on piidioksidia (SiO₂), joten fulguriittien pääkomponentti on piidioksidilasi. Lacroix antoi tuolla lasille maineikkaan maanmiehensä kunniaksi nimen lechatelieriitti.

Kvartsi on yksi maankuoren yleisimmistä mineraaleista. Sen sulamispiste on noin 1700°C. Tulivuorten laavojen lämpötila on yleensä kuumimmillaankin viitisensataa astetta alhaisempi. Vulkaaniset lasit syntyvät, kun tulivuorenpurkauksessa sulanut kiviaines jäähtyy niin nopeasti, ettei se ehdi kiteytyä. Puhdasta piidioksidilasia eli lechatelieriittiä ei tulivuorenpurkausten yhteydessä siis voi syntyä, koska lämpötila on liian alhainen SiO₂-sulan syntymiseksi.   

Salamaniskujen ohella tunnetaan vain yksi luonnollinen prosessi, joka synnyttää lechatelieriittiä, nimittäin taivaankappaleiden väliset törmäykset. Lechatelieriittiä löydettiin jo vuonna 1930 Arizonan Meteor Crateristä (eli Barringer Meteorite Crateristä, eli Crater Mountainista, eli Coon Mountainista, eli Coon Buttesta, eli Franklin’s Holesta, eli…) ja sittemmin lukuisista muistakin törmäyskraattereista ja -laseista. Äskettäin kuollut suomalaisen törmäyskraatteritutkimuksen pioneeri, kivitohtori Martti Lehtinen (1941–2020) tavoitti sitä lopulta Lappajärveltäkin. Koska lechatelieriittiä voi luonnossa syntyä niin ukonilmalla kuin törmäyksissäkin, sitä ei voida pitää varmana törmäyksen tuntomerkkinä. Törmäyskraattereissa tavattavat kivet ovat kuitenkin jotain ihan muuta kuin fulguriitit, joten käytännön tasolla niissä lecharelieriitti on lähestulkoon varma törmäystodiste. Pienet lasinkappaleet ja mikroskooppiset lasipalloset ovatkin sitten huomattavasti hankalampi tapaus.

Aiemmin tänä keväänä julkaistiin jälleen kohtalaisen suuren mediahälyn saattelemana arkeologi Andrew Mooren johdolla tehty tutkimusartikkeli. Siinä taas kerran väitettiin nuorempana dryaksena tunnetun noin 12 800 vuotta sitten alkaneen tuhatkunta vuotta kestäneen ja etenkin pohjoista pallonpuoliskoa kurittaneen kylmän ilmastojakson johtuneen tavalla tai toisella jonkunmoisesta törmäyksestä tai isomman taivaankappaleen possahduksesta ilmakehässä. Samalla olisi tuhoutunut Syyriassa sijaitseva, nykyisin tekoaltaan alla sijaitseva Abu Hureyran kylä.

Nuorempi dryas on suomalaistenkin kannalta sikäli merkityksellinen ajanjakso, että rivakasti perääntymässä ollut mannerjäätikkö jämähti silloin paikoilleen. Tämä synnytti kansainvälisestikin tarkastellen erittäin kiinnostavat ja vaikuttavat reunamuodostumat, eli ensimmäisen ja toisen Salpausselän.

Nuoremman dryaksen törmäyshypoteesista on jankattu viitisentoista vuotta ilman vakuuttavia todisteita ja kehnolla ymmärryksellä siitä, mitä oikeastaan tapahtuu kun Maahan törmäämässä oleva kappale räjähtääkin jo ilmakehässä. Tunnustan, että nähdessäni tuoreen artikkelin tekijäluettelon osa objektiivisuudestani katosi saman tien. Ei tietysti pitäisi, mutta kun samalta porukalta on tullut poskettomia juttuja yksi toisensa jälkeen, on vähän vaikea suhtautua täydellä vakavuudella taas yhteen artikkeliin samasta aiheesta. Joltisenkinmoinen mielenkiinto kuitenkin heräsi, kun jutussa vilahteli lechatelieriitti, ja kuvat ja analyysit virtauskuvioisesta lähes 100-prosenttisesta SiO₂-lasista näyttivät äkkipäätä katsoen varsin vakuuttavilta. Oliko lopultakin törmäyshypoteesin tueksi löytynyt todisteita, ihan aikuisten oikeesti?

Niinhän siinä kuitenkin jälleen kerran kävi, että pettymään joutui. Lechatelieriitin osalta mitään erityisen merkittävästi uutta ei artikkeli tuonut esiin. Hyvin samankaltaisia tuloksia he raportoivat jo vuonna 2012.

Sikäli kun analyyseissä ei ole sössitty, olen silti valmis uskomaan, että Abu Hureyran näytteissä saattaa olla hivenen lechatelieriittiä. Kuten artikkelin kirjoittajat itsekin toteavat, Abu Hureyran lechatelieriitti kuitenkin muodostaa tyypillisesti vain erittäin ohuita pintasilauksia mikroskooppisissa lasipallosissa. Itse lasipalloset ja epämääräisemmät lasipartikkelit eivät koostu lechatelieriitistä, vaan lasista, jossa on vain 50–60 % piidioksidia. Loppu on etenkin kalsiumin, raudan ja alumiinin oksideja.

Abu Hureyran lasin koostumus on sen alkuperää mietittäessä aivan keskeinen tekijä. Epäpuhtaudet nimittäin laskevat kvartsirikkaan sedimenttiaineksen sulamispistettä merkittävästi. Toinen merkille pantava asia on, ettei Abu Hureyra suinkaan ollut luonnollinen vaan ihmisen toiminnan erittäin voimakkaasti muokkaama ympäristö. Sen asukkaat saattoivat olla maailman ensimmäisiä maanviljelijöitä, mutta todennäköisemmin he vielä olivat enimmäkseen metsästäjä-keräilijöitä.

Mitä ikinä Abu Hureyran asukkaat henkensä pitimiksi tekivätkään, ainakin heillä oli rakennuksia. Tulipalojen sattuessa rakennukset toimivat käytännössä polttouuneina, joten niissä lämpötila voi kohota huomattavasti korkeammaksi kuin luonnollisessa ympäristössä olisi mahdollista. Kun yhdistetään alueen maaperän koostumus, kasvit, joita Abu Hureyan asukkaat luultavasti rakennuksissaan varastoivat, sekä rakennusten mahdollistama erittäin kuuma tulipalo, saadaan yhdistelmä, joka pystyy synnyttämään Abu Hureyran lasipallerot ja niiden koostumuksen ilman oletuksia ilmassa räjähtävistä taivaankappaleista. En ole sedimenteistä syntyvien lasien asiantuntija, mutta en pitäisi ollenkaan mahdottomana, että tuollaisessa tilanteessa voi lasipartikkeleihin syntyä myös erittäin ohuita lechatelieriittisilauksia.

Mooren ja kumppanien jutussa esitetään toki muitakin korkean lämpötilan viitteitä sen puolesta, että nuorempi dryas olisi alkanut törmäyskatastrofilla. Yksikään niistä ei kuitenkaan kuulu vakuuttavien törmäystodisteiden joukkoon. Mahdollinen hyvin ohut kerros lechatelieriittiä ei alkuunkaan riitä todistamaan, että mitään kovin paljon tavallisuudesta poikkeavaa olisi Abu Hureyrassa tapahtunut 12 800 vuotta sitten. Todistustaakka on edelleen niillä, jotka esittävät erittäin erikoislaatuisia väitteitä.

Mikä sitten sai esimerkiksi Euroopassa ja suuressa osassa Pohjois-Amerikkaa ilmaston jäähtymään nopeasti useilla asteilla vajaat 13 000 vuotta sitten? Kukaan ei varmuudella tiedä, mutta todennäköisimpänä syynä on pitkään pidetty merivirtojen muutosta. Sen taustalla taas on voinut hyvin olla meriveden suolapitoisuuden lasku, kun makeaa vettä on jäätiköiden sulaessa vapautunut meriin. Tämän myötä Golf-virta on saattanut uuvahtaa, mikä on voinut hyvinkin nopeasti johtaa merkittävään kylmenemiseen pohjoisella pallonpuoliskolla. Sen seurauksena mannerjäätikkö pysähtyi ensimmäisen Salpausselän kohdalle pariksi sadaksi vuodeksi. Hetkellisen lämpenemisen jälkeen ilmasto jäähtyi jälleen, ja syntyi toinen Salpausselkä.

On toki mahdollista, että tähän kehityskulkuun tavalla tai toisella vaikutti myös asteroidin tai, kuten Moore kollegoineen uskoo, komeetan törmäys. Vakuuttavia todisteita sen puolesta ei kuitenkaan edelleenkään ole esitetty.

Koeputken reunalla istuva setä Châtelier vastustaa äkkinäisiä muutoksia. Hänen oppejaan kannattaa tieteessä noudattaa yleisemminkin. Vaikka tutkimustulokset julkaistaisiin ”isossa” lehdessä ja media toistelisi nimekkäiden tutkijoiden ylistäviä lausuntoja, ei silti yhtäkkiä kannata unohtaa tervettä kriittisyyttä ja muuttaa tieteessä vuosisatojen aikana hyväksi havaittuja pelisääntöjä. Wilhelm Occamilaista (n. 1285–1349) ja Carl Sagania (1934–1996) on edelleen ihan fiksua totella.

---

Mons Hansteen ja Kuun monimuotoinen vulkanismi

1.5.2020 klo 08.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Geokemia , Havaitseminen , Historia , Kraatterit , Kuu , Tulivuoret , Vulkanismi

Kuun vulkanismista tulee ensimmäisenä mieleen hiljalleen kerros kerrokselta vuosimiljoonien kuluessa tummilla laavoilla täyttyneet meret. Kuuharrastajat tuntevat lisäksi Schröterin laakson, ja Apollo-lentojen ystävät muistelevat kaihoisasti Dave Scottin ja Jim Irwinin tutkimusmatkailua Hadleyn laavauoman ympäristössä.

Sekä Kuun merien että laavauomien tapauksessa kyseessä oli tavallinen basalttinen laava. Sen ominaisuuksiin kuuluu herkkäliikkeisyys. Niinpä laava pystyi virtaamaan satoja kilometrejä paitsi laavauomissa ja -tunneleissa, myös käytännössä lähes vaakasuorilla tasangoilla. Kuussa on kuitenkin ollut runsaasti muutakin tuliperäistä toimintaa kuin pelkkiä basalttisia laavavirtoja. Siitä on muistona lukuisia mielenkiintoisia mutta hieman harvemmin kuuhavaitsijoiden listoille päätyviä kohteita.  

Punaiset pisteet

Myrskyjen valtameren eli Oceanus Procellarumin lounaisrannalla on kaksi noin 45-kilometristä kaunista törmäyskraatteria, Hansteen ja Billy. Osittain niiden välissä noin 800–1000 m basalttimeren yläpuolelle kohoaa tasasivuisen kolmion muotoinen kirkkaana hohtava ”saari”, Mons Hansteen. Jo 1800-luvun kuututkijat Thomas Gwyn Elger ja Edmund Neison kiinnittivät huomiota tuolloin nimellä Hansteen α tunnetun kohteen kirkkauteen ja erikoiseen nuolenkärkeä muistuttavaan muotoon. Kyseessä on melko pieni kohde – kolmion sivut kun ovat noin 25 km – joten tarkemmat tutkimukset vaativat havaintotekniikan kehittymistä. Ymmärrys sen synnystä on muotoutunut pikku hiljaa ja on vaatinut useiden eri luotainaineistojen yhdistämistä.

Mons Hansteen on yksi Kuun ”punaisista pisteistä”. Paljain silmin sen ”punaisuutta” ei näe, mutta spektroskooppisesti Mons Hansteen pomppasi esiin heti kun Kuun spektroskopia alkoi toden teolla kehittyä 1960–70-lukujen taitteessa. Mons Hansteen ja muutamat muut lähipuolen kohteet erottuivat selvästi niin ylängöistä kuin mare-alueistakin.

Apollo-näytteiden myötä varmistui, että Kuun basalttien runsas titaanin määrä tekee niistä sinertäviä. Näin Mons Hansteenin voimakas punainen sävy viittasi vahvasti siihen, ettei mukana ole järin paljon titaania, eikä vuori näin ollen luultavasti koostu ainakaan mistään basalttisesta kivestä.

Jo 1970-luvulla kiinnitettiin huomioita myös Mons Hansteenia kirjoviin hieman soikeisiin kuoppiin. Niistä selkeimmät ja suurimmat ovat vuoren lounaisosassa. Niiden tulkittiin olevan tuliperäisiä purkausaukkoja. Tämän ajatuksen myötä koko vuoren oletettiin syntyneen jonkinlaisen jäykkäliikkeisen vulkaanisen aineksen purkautumisen seurauksena.

Laavojen viskositeettiin eli virtaavuuteen vaikuttaa moni asia. Keskeisimpiä ovat lämpötila, kiteiden ja sivukiven kappaleiden määrä, kaasujen määrä, sekä kemiallinen koostumus. Koostumuksen tärkein tekijä on piidioksidin (SiO₂, lyhyesti usein vain silika) määrä: mitä enemmän laavassa on silikaa, sitä sitkaampaa ja samalla (ainoastaan kohtalaisesti yksinkertaistaen) sitä vaaleampaa se on. Notkeissa tummissa basalteissa on vähän silikaa, mutta runsaasti rautaa ja magnesiumia.

Jäykissä ja vaaleissa ryoliiteissa tilanne on päinvastainen: paljon silikaa, niukalti rautaa ja magnesiumia. Ryoliitti, eli suomalaisille hyvin tutun graniitin pinnalla syntynyt vastine, voisi selittää Mons Hansteenin havaitut ominaisuudet. Piti vain keksiä, mistä ja miten ryoliittia Mons Hansteeniin saataisiin.

Mons Hansteenin ympäristön geologinen historia

Hansteenin vuorta on tutkittu jokseenkin jatkuvasti 1970-luvulta lähtien. Kuitenkin vasta viime vuosina GRAIL- ja etenkin Lunar Reconnaissance Orbiter -luotainten moninaisten aineistojen pohjalta on saatu luotua yksityiskohtainen ja yhtenäinen malli siitä, miten Mons Hansteen lähiympäristöineen on todennäköisesti syntynyt. Pelkkä kaukokartoitus ei kuitenkaan riitä, vaan vasta parempi ymmärrys Kuun ja Maan tuliperäisistä prosesseista on johtanut siihen, ettei ryoliittikaan enää muodosta ongelmaa. Nyt sen synty nähdään aivan luonnollisena, joskin harvinaisena osana Kuun magmanmuodostusta.

Tiivistetysti Mons Hansteenin alueen geologinen historia voidaan esittää seuraavasti:

1. Billy ja Hansteen syntyivät noin 3,9 miljardia vuotta (Ga) sitten.
2. Noin 3,74 Ga sitten basalttista magmaa nousi Kuun vaipasta. Se kuitenkin jämähti Kuun kuoren alapinnalle, ja alkoi sulattaa sitä. Tässä kuoren altakasvuna tunnetussa prosessissa syntyi ryoliittista magmaa, joka osittain alkoi myös kiteytyä kuoren alapinnalle. Ympäristöään kevyempänä osa siitä kuitenkin kohosi kuoreen syntyneitä rakoja pitkin ja purkautui pinnalle ryoliittisina kivinä (niin tuhkana, kuin luultavasti myös hidasliikkeisinä laavavirtoina, vaikkei niistä suoria todisteita olekaan). Näin syntyi Mons Hansteenin uloin osa.
3. Noin 3,5 Ga sitten pinnalle purkautui vielä vähemmän rautaa sisältänyttä ryoliittista magmaa. Tämä synnytti Mons Hansteenin keskiosan.
4. Myös noin 3,5 Ga sitten, mutta hieman edellisen jälkeen Mons Hansteenin pohjoisimpaan kärkeen muodostui noin 6×4 km:n kokoinen ja aiempia purkauksia vähemmän silikaa ja enemmän rautaa sisältänyt hieman tummempi massiivi. Kaikkiaan Mons Hansteenin synnyttäneet purkaukset eivät olleet kovin rajuja, mutta johtivat kuitenkin siihen, että vuorta peittää noin 8–10 m paksu tuhkakerros.
5. Myöhemmin, päättyen ehkä noin 3,35 Ga sitten (etäisimmät ehkä jo paljon aiemminkin), syntyivät kahdessa vaiheessa Mons Hansteenia ympäröivät Oceanus Procellarumin lounaisimmat basalttiset laavatasangot. Samalla myös Hansteenin pohja pullistui, rakoili ja täyttyi pieneltä osin basaltilla.
6. Alueen viimeinen tuliperäinen toiminta tapahtui vain noin 1,65 Ga sitten. Tuolloin Billyn pohja täyttyi basalttisilla laavoilla.
7. Lopuksi alueelliset puristavat voimat rypistivät tasankoja synnyttäen poimuharjanteita. Ne näkyvät helpoimmin Mons Hansteenin länsipuolella.

Etenkin eri tapahtumien ikämäärityksissä on vielä erittäin suuria epävarmuuksia. Näin ollen vähintään hienosäätöä tähän malliin vielä jatkossakin tulee. Nykyisen ymmärryksen valossa se kuitenkin vaikuttaa pääpiirteissään uskottavalta.

Mons Hansteen havaintokohteena

Jo tuetut kiikarit riittävät Mons Hansteenin näkemiseen kirkkaana pisteenä, mutta nuolenkärkimäisen muodon erottaminen vaatii kaukoputkea. Noin 15–20 cm:n kaukoputkella alkaa hyvällä kelillä erottua Elgerinkin aikoinaan ihastelema sormimaisista ulokkeista koostuva vuoren eteläreuna. Ne näkyvät hienosti Jari Kuulan Harjavallassa illalla 6.3.2020 tekemässä kauniissa havaintopiirroksessa. Siitä käy ilmi myös itse kraatteri Hansteenin kiinnostavin piirre, eli sen rakoillut pohja. Kuten kaikessa tähtiharrastuksessa, piirros antaa valokuvaa merkittävästi todellisemman kuvan siitä, mitä havaitsija oikeasti omin silmin kaukoputken ääressä näkee.

Mons Hansteen on seuraavan kerran mainiosti havaittavissa illalla maanantaina 4.5.2020. Tuolloin se kylpee paikallisen aamuauringon loisteessa. Matalalta tulevassa valaistuksessa sen pinnanmuodot erottuvat parhaiten. Myös seuraavana iltana on Mons Hansteenin yksityiskohtia hyvä katsella, mikäli keli vain suo.

Vaikkei kookkaampaa putkea olisikaan käytettävissä, kannattaa Mons Hansteenia silti vilkaista, kyseessä kun kuitenkin on täysin poikkeuksellinen kohde. Samalla se on hyvä muistutus siitä, että Kuun tuliperäinen toiminta on ollut paljon monimuotoisempaa kuin yleensä tulee ajatelleeksi. Eikä keväisiä iltoja parempia hetkiä Kuun havaitsemiseksi ole.

---

Kiitokset Jari Kuulalle piirroshavainnon käyttöluvasta ja Mons Hansteen -keskusteluista. Tämä juttu tulee ilmestymään myös Hieman Kuusta -blogissa muutamilla esimerkkikuvilla ja havaintokommenteilla höystettynä.

---

Arrokothin merkillinen maailma

27.4.2020 klo 07.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Arrokoth , Aurinkokunta , Kuiperin vyöhyke , Törmäykset

Uudenvuodenpäivänä 2019 ihmiskunta pääsi ensimmäistä kertaa kurkistamaan, miltä kaukana aurinkokuntamme kylmällä ja pimeällä ulkolaidalla iäti viihtynyt kappale näyttää. Tuolloin NASAn New Horizons -luotain nimittäin viuhahti lempinimellä Ultima Thule tunnetun asteroidi 2014 MU₆₉:n ohi. Nykyisin Ultima Thule kulkee virallisesti nimellä (486958) Arrokoth.

Kaikkia mittaustuloksia Arrokothin ohilennosta ei ole edelleenkään saatu. Hitaan yhteyden vuoksi viimeisiä databittejä joudutaan odottelemaan vielä toista vuotta. Oletettavasti tärkeimmät tulokset on kuitenkin otettu onnistuneesti vastaan. Mikä oleellisinta, ne on myös tulkittu alustavia tutkimuksia huomattavasti tarkemmin. Tämän tiimoilta Science-lehden sähköisessä versiossa ilmestyi helmikuussa kolme kiehtovaa artikkelia. Ne paitsi tarkentavat, myös osin merkittävästi muuttavat varhaisiin tulkintoihin perustuneita käsityksiämme Arrokothin synnystä ja olemuksesta.

Arrokoth on niin sanottujen kylmien klassisten Kuiperin (KKK) vyöhykkeen kohteiden (cold classical Kuiper belt object, CCKBO) ydinryhmän edustaja. Tämä KKK-porukka ei tunne sairaalloista viehtymystä valkoisiin lakanoihin ja tulitikkuleikkeihin. Päinvastoin, KKK:t pitävät kylmästä ja ovat punaisia, spektroskopistien kielellä osin jopa ultrapunaisia.

Punaisuus johtuu toliineista. Ne ovat monimutkaisia hiilipitoisia yhdisteitä, jotka syntyvät kosmisen säteilyn muokatessa yksinkertaisempia molekyylejä kuten metaania, hiilidioksidia, typpeä ja vettä. Nykyisen maapallon pinnalla toliineja ei voi syntyä, mutta varhaisessa Maassa niillä on voinut olla oma osuutensa elämän syntysopassa. Sen sijaan aurinkokunnan ulko-osissa nykyisinkin tavattavat punertavat sävyt ovat enimmäkseen peräisin toliineista. Tähtitieteen popularisoija ja planeettatutkija Carl Sagan kutsui toliineja tähtitervaksi, mikä tälle salaattiinkin verratulle epäilyttävälle mönjälle onkin ihan passeli nimi.

Tähtitervan koostumus niin Arrokothin pinnalla kuin muuallakin on erittäin monimutkainen ja yksityiskohdissaan tuntematon. Tätä eivät uudet tulokset miksikään ole muuttaneet. Epämääräisten toliinien ohella Arrokothin pinnalta pystyttiin tunnistamaan vain harvoja yhdisteitä. Varmin näistä oli metanolijää.

Metanoli on kaikkein yksinkertaisin alkoholi. Se on sitä samaa tappavaa tavaraa, joka pontikkaa keitettäessä tislautuu ensimmäisenä ja heitetään mäkeen. Arrokothilla ei kuitenkaan liene ollut muukalaisten viinatehdasta, vaan metanoli on todennäköisesti syntynyt säteilyn pommittaessa vesi- ja metaanijäitä.

Tässä metanolia synnyttävässä reaktiossa vesi häviää. Samalla syntyy yksinkertaisia hiilivetyjä, joista edelleen ajan myötä muodostuu toliineja. Malli sopii mainiosti yhteen havaintojen kanssa, sillä toliininpunaisen Arrokothin pinnalta ei havaittu laisinkaan vettä. Tämä on merkittävä ero muihin kaukaisiin ja kylmiin kappaleisiin, esimerkiksi komeettoihin tai New Horizons -luotaimen päätutkimuskohteeseen Plutoon verrattuna. Arrokothin pinnan alla vesijäätä lienee, mutta todisteita siitä ei ole.

Toliinien ja ikuisen kaukaisuuden ohella KKK:n ydinryhmälle ominaista on, että ne tuppaavat varsin usein olemaan jonkinlaisia kaksoisasteroideja. Tämä on pystytty päättelemään niiden valokäyristä. Arrokoth on näistä erinomainen ja tietysti vielä toistaiseksi ainoa yksityiskohtaisesti tunnettu esimerkki. Se koostuu suuremmasta ”vartalosta” (entinen ”Ultima”) ja pienemmästä ”päästä” (”Thule”) ja näitä yhdistävästä kapeasta ”niskasta”. Kooltaan ”vartalo” ja ”pää” ovat noin 21x20x9 km ja 15x14x10 km.

Silmiinpistävä piirre Arrokothissa on, että kaksiosaisuudestaan huolimatta sen pinnalla ei näy minkäänlaisia merkkejä kahden suurehkon kappaleen välisestä törmäyksestä. ”Pää” ja ”vartalo” näyttävät vain sulautuneen toisiinsa. Romantikot puhuvat suutelemisesta, nörtit telakoitumisesta. Oli termi mikä hyvänsä, uusien mallinnusten mukaan juuri näin on käynyt:  ”pään” ja ”vartalon” törmäysnopeus on ollut korkeintaan vain noin 4 m/s, luultavasti alle 1 m/s. Ja ei, tuossa ei ole näppäilyvirhettä. Ne todellakin vain koskettivat pehmeästi toisiaan kävelyvauhdilla.

Tällainen erittäin hidasvauhtinen yhteensulautuminen on mahdollista vain, jos ”pää” ja ”vartalo” olivat ennen törmäystä jo pidemmän aikaa kiertäneet toisiaan. Alkujaan ne olivat kauempana, mutta todennäköisesti kyntäminen protoplanetaarisessa kaasukiekossa aiheutti ”vastatuulen”, joka sai kaksikon hiljalleen lähemmäksi toisiaan ja lopulta yhdistymään. ”Vastatuuli” selittyy sillä, ettei kaasu kierrä Aurinkoa puhtaasti Keplerin lakien mukaisesti kuten suuret kiinteät klöntit, vaan hieman verkkaisemmin. ”Pään” ja ”vartalon” verkkaisen tanssin aikana vuorovesivoimatkin tulivat peliin mukaan kääntäen kappaleiden pituusakselit toistensa suuntaisiksi. Illan viimeisestä hitaasta alkanut liitto on ilmeisesti kestänyt yli neljä miljardia vuotta.

”Vastatuulimekanismin” oletetaan olevan vastuussa Arrokothin tapaisista kontaktikaksosista ja lähellä toisiaan kiertävistä kaksoisasteroideista Kuiperin vyöhykkeellä. Myös useat havaitut kaksiosaiset komeettojen ytimet saattavat olla samanlaista alkuperää, vaikka niiden kehityshistoria KKK:sta poikkeaakin. On tosin mahdollista, että komeettojen maapähkinämäinen muoto selittyy myös Auringon aiheuttamalla eroosiolla. Joka tapauksessa mallinnukset ja tulkinnat Arrokothin synnystä tuuppivat komeettatutkijoitakin eteenpäin.

Havainnot Arrokothista auttavat ymmärtämään myös vielä varhaisempia tapahtumia protoplanetaarisessa kiekossa. Perinteisen mallin mukaan pienet kappaleet kasvoivat suuremmiksi toisiaan seuraavien, yhä suurempien ja väkivaltaisempien törmäysten seurauksena. Tämän ajatuksen mukaan prosessi olisi jatkunut samanlaisena aurinkokunnan alusta lähtien.

Toinen koulukunta taas on esittänyt hillitympää mallia, jonka mukaan aivan alussa ei tapahtunut varsinaisia törmäyksiä, vaan sorapilvet kasautuivat oman painovoimansa alla hiljalleen kymmenien ja jopa satojen kilometrien kokoisiksi löyhiksi klimpeiksi. Vasta tämän jälkeen ne alkoivat kasvaa törmäilemällä toisiinsa. Arrokoth on kallistamassa vaakaa vahvasti tämän rauhallisemman mallin puoleen.

Toki Arrokothin ympäristössä varsinaisia törmäyksiäkin on tapahtunut. Ne eivät kuitenkaan ole sitä, mitä aurinkokunnan sisäosissa ollaan totuttu näkemään. Tyypillinen kraatterin synnyttävän kappaleen törmäys KKK-porukan alueella tapahtuu nimittäin nopeudella 300 m/s. Tässäkään ei ole näppäilyvirhettä. Tuo vastaa suunnilleen matkustajalentokoneen huippunopeutta, siis noin 1000 km/h. Moinen on näin ”oikeisiin” törmäyksiin tottuneen silmissä lähinnä naurettavaa näpertelyä, maapallolla kun keskimääräinen törmäysnopeus on noin 17 000 m/s eli rapiat 60 000 km/h. Hissuttelutörmäyksiin on näissä maisemissa totuttu vain kraatterista ulos lentäneen heitteleen synnyttämien sekundäärikraatterien kohdalla. Vaikka Arrokothin kraatterit ovatkin primääritörmäysten synnyttämiä, niiden ymmärtämisen kannalta parempia perinteisiä vertailukohteita ovat siis sekundäärikraatterit.

Onneksi Arrokothin kraatterien ponnettomuudesta ei järin usein tarvitse masentua. Niitä nimittäin tapaa vain harvakseltaan. ”Pään” alueella on Arrokothin ainoa suuri kraatteri, noin seitsenkilometrinen ”Maryland”. Muut törmäyskraatterit ovat korkeintaan kilometrin läpimittaisia. Melkoisen varmoja törmäyskraattereita on kaikkiaan vain yhdeksän, ja epävarmat kandidaatit mukaan lukienkin kokonaismääräksi jää 42 (kuinkas muuten).

Vaikka Arrokoth pieni kappale onkin, kraatterien määrä pinta-alaan verrattuna ei sisempään aurinkokuntaan verrattuna näytä järin suurelta. Jos Arrokothia muistuttavaa pintaa tulisi vastaan näillä kulmilla, ensimmäinen johtopäätös olisi, että jokin geologinen prosessi on uudistanut sitä.

Sisemmän aurinkokunnan opit eivät kuitenkaan tässäkään tapauksessa päde. Vaikka Kuiperin vyöhykkeellä kappaleita riittää, on siellä myös lääniä, jossa kierrellä. Niinpä törmäyksiä tapahtuu aniharvoin. Tämän vuoksi kovin sileäpintaiselta näyttävä Arrokoth onkin suhteellisesti tarkastellen kohtalaisen tiuhaan pommitettu kappale. Tämä taas tarkoittaa, että sen pinta on ikivanha.

Kraattereita on Arrokothilla liian vähän, jotta pinnan (malliriippuvaista) tarkahkoa ikää olisi saatu määritettyä. Sitä on kuitenkin selvästi yli neljä miljardia vuotta. Vertailun vuoksi kannattaa vilkaista kiikarilla Kuun eteläisiä ylänköjä, tai mieluummin samaan mittakaavaan pääsemiseksi luotainkuvia vaikkapa Kuun, Marsin tai Merkuriuksen kraatteroituneilta ylängöiltä. Niiden ikä on suurin piirtein samaa luokkaa Arrokothin pinnan kanssa, mutta meininki on ollut paljon reippaampi.

Arrokothin kaltaiset pienet alkukantaiset aurinkokuntamme kappaleet ovat kieltämättä perinteisen geologian näkökulmasta hieman tylsänpuoleisia. Poissa ovat tuliperäisen toiminnan tai laajemman tektoniikan merkit, eikä törmäyskraattereitakaan juuri ole. Virtaavan veden tai tuulen toiminnasta ei kannata puhuakaan.

Vaikka Arrokothin pinnanmuodot eivät järin monipuolisilta vaikutakaan, ei niiden syntyä silti ymmärretä. Etenkin ”vartalo” näyttää koostuvan suurista palluroista tai myhkyistä. Stereokuvissa siitä tulee mieleen jonkinlainen mutanttivadelma. Aiemmin palluroiden ajateltiin olevan alkujaan erikseen kasautuneita kappaleita, joista Arrokoth sitten muodostui. Uusien tulosten myötä tätä ajatusta on hankala saada sopimaan sen tosiseikan kanssa, että ”vartalo” on topografialtaan hyvinkin tasainen, mutta palluroiden rajat voi silti erottaa pinnan tekstuurin tai kirkkauden perusteella.

Vaihtoehtoisen mallin mukaan ”vartalo” syntyi yhtenä kappaleena, joka sitten myöhempien prosessien vaikutuksesta sai nykyisien palluraisen ulkomuotonsa. Kellään ei vaan tunnu olevan täysin tyydyttävää käsitystä siitä, mitä nämä prosessit olisivat voineet olla. Myöskään pienten harjanteiden, kuoppajonojen ja hieman jyrkempien rinteiden syntymekanismit eivät ole tutkijoille täysin auenneet. Vaikka Arrokoth ei ole saanut juurikaan osakseen Auringon tai törmäysten tuomaa energiaa, eikä sillä mitättömän pienenä kappaleena voi olla sisäistä lämmönlähdettä, jostakin puhtia on kuitenkin riittänyt geologien hämmentämiseksi.

Arrokoth – kontaktikaksonen ja kylmä klassinen Kuiperin vyöhykkeen kohde (KKKKKK?) – edustaa kehittyneempien aurinkokunnan kappaleiden rakennuspalikoita. Se vaeltaa maailmassa, joka on hyvin erilainen kuin omamme. Silti samojen prosessien, jotka synnyttivät Arrokothin, oletetaan ainakin näiden uusimpien tutkimusten valossa olleen muinoin toiminnassa myös sisemmässä aurinkokunnassa. Näin Arrokoth auttaa ymmärtämään myös omaa, aktiivisen geologian hämärtämää alkuperäämme.

Toivoa sopii, että New Horizonsille löydetään vielä kolmas tutkimuskohde, käyttöikää luotaimella kun riittää. Sellaisen myötä alkaisi selvitä sekin, onko Arrokoth niin tyypillinen luokkansa edustaja kuin nyt oletetaan. Ja vaikka suurimpien otsikoiden artikkelit Arrokothista on varmasti nyt nähty, työtä senkin synnyn ja kehityksen ymmärtämiseksi riittää vuosikausiksi eteenpäin.

---

Mikä Lappajärvelle putosi?

20.3.2020 klo 07.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Geokemia , Kraatterit , Maa , Meteoriitit , Suomi , Törmäykset

Viimeiset 15–20 vuotta kraatteritutkijoiden keskuudessa on ollut kohtalaisen vakaa käsitys siitä, millainen kappale Lappajärven 78 miljoonaa vuotta sitten synnytti. Nyt uudet, vielä hyvin alustavat tulkinnat viittaavat siihen, että kyseessä saattoi olla jotain sellaista, josta maapallolla ei vielä ole näytettä.

Kraattereita synnyttävien kappaleiden valikoima

Maan lähiavaruudessa kiertää kaikenlaisia murkuloita. Yleensä ne ovat kiveä, mutta kiviäkin on geokemistin näkökulmasta tavattoman monta sorttia. Osa kivistä on ikivanhoja ja suunnilleen muuttumattomia, toisia taas on pyöritelty protoplaneetoilla erilaisissa geologisissa prosesseissa. Joissain on mukana melko runsaasti hiiltä. Rautameteoriitit taas ovat, no, rautaa. Komeettojen ytimet puolestaan ovat vesijäätä ja muuta helposti haihtuvaa höttöä. Valinnanvaraa piisaa.

Maan törmäyskraatterit syntyvät, kun avaruudessa kiertävä riittävän suuri möykky sattuu olemaan Maan kanssa samaan aikaan samassa paikassa. Tuo on huono päivä kyseisen kappaleen kannalta, sillä törmäyksessä se katoaa käytännössä täysin. Näin käy riippumatta kappaleen koostumuksesta. Silti lukuisten maapallon kraattereiden osalta tiedetään (tai ainakin hyvin perustellusti oletetaan), millainen kappale ne synnytti. Miten moinen on mahdollista? Ja kuinka varmalla pohjalla tunnistukset ovat?

Meteoriittikraatterit

Geologisesti hyvin nuorten ja pienten, eli korkeintaan noin kilometrin läpimittaisten törmäyskraatterien yhteydessä maanpinnalla tai irtomaakerroksissa aivan pinnan lähellä esiintyy melko usein kraatterin synnyttäneen kappaleen palasia. Nämä ovat siis meteoriitteja. Ainoastaan tällaisia kraattereita tulisi kutsua ”meteoriittikraattereiksi”. Tavalliset pienet meteoriitit eivät pudotessaan kuitenkaan meteoriittikraatteria synnytä, vaan korkeintaan hieman meteoriittia itseään suuremman putoamiskuopan.

Tyypillisesti meteoriittikraatterit ovat rautameteoriittien aiheuttamia. Tälle on hyvin yksinkertainen selitys. Toisin kuin hauraat kivet, pienet rautakappaleet kestävät syöksyn läpi ilmakehän ja pystyvät synnyttämään kraatterin. Tunnettuja esimerkkejä meteoriittikraattereista ovat Viron Saarenmaalla sijaitseva noin 1500 vuotta eaa. syntynyt Kaalijärven kraatterikenttä¹ ja Yhdysvaltain Arizonassa oleva Barringer Meteorite Crater eli Meteor Crater. Sillä ikää on noin 50 000 vuotta.

Aidoissa meteoriittikraattereissa ei ole suurempia vaikeuksia selvittää törmänneen kappaleen olemusta. Suuret, vanhat kraatterit ovat asia erikseen. Niiden yhteydessä ei paria kuuluisaa poikkeusta² lukuun ottamatta tavata suunnilleen alkuperäisessä muodossaan säilyneen törmänneen kappaleen jäänteitä. Suuren kraatterin synnyttäneen kappaleen tunnistaminen vaatiikin hienostunutta analytiikkaa.

Suuret ja vanhat törmäyskraatterit

Suuren kraatterin synnyttäneen kappaleen tunnistuksen ongelmana on, että törmäävä asteroidi sulaa ja höyrystyy käytännössä täysin. Helposti analysoitavia kiinteitä asteroidin palasia ei etenkään vuosimiljoonien jälkeen ole tarjolla. Tutkimukset täytyy tuolloin perustaa törmäyksessä sulaneeseen kohdekiveen, johon taivaallinen aines on sekoittunut. Asteroidiainesta tällaisessa törmäyssulakivessä on korkeintaan muutaman prosentin verran, tyypillisesti selvästi alle prosentin.

Asteroidityypit eroavat toisistaan koostumukseltaan paitsi toisistaan, useimmiten myös Maan kivistä. Maassa raskaat alkuaineet ovat painuneet planeettamme ytimeen, joten useimpia raskaampia metalleja on keskimääräisessä maankuoressa hyvin niukalti. Tällaisia ovat esimerkiksi nikkeli ja platinaryhmän metallit (platinum group elements, PGE). Ryhmään kuuluvat rutenium, rodium, palladium, osmium, iridium ja platina.

Toisin kuin Maassa, useimpien kraattereita synnyttävien asteroidien emäkappaleilla ei koskaan tapahtunut differentioitumista metalliytimeen ja kevyempään vaippaan ja kuoreen. Niinpä sekä tavallisimmat kivimeteoriitit (joissa PGE:t ovat likimain ”alkuperäisissä” runsaussuhteissaan) että rautameteoriitit (joissa PGE:t ovat rikastuneet) sisältävät merkittävästi enemmän PGE:ta kuin maapallon kuori (jossa PGE:t ovat köyhtyneet).

Tunnistuksen kannalta oleellista on, että PGE:t esiintyvät eri meteoriittityypeissä juuri niille ominaisissa keskinäisissä suhteissa. Koska PGE:t ovat geokemialliselta käyttäytymiseltään pääpiirteissään keskenään hyvin samankaltaisia, niiden alkuperäiset suhteet eivät juurikaan muutu kraatterin synnyn monimuotoisissa geologisissa prosesseissa. Näin platinaryhmän alkuaineiden jakauma törmäyssulakivessä voi kertoa, millaisen kappaleen törmäys sen synnytti, vaikka niiden pitoisuus olisi hyvinkin vähäinen.

Käytännössä tilannetta hankaloittaa, ettei maapeitteiden alla olevan kallioperän kivilajien tarkkaa jakaumaa ja koostumusta törmäyshetkellä tiedetä. Koska tutkittavat pitoisuudet ovat alhaisia, voi vähäinenkin normaalissa malminmuodostusprosessissa syntynyt kivilajiesiintymä sotkea analyysit ja tutkijoiden päätelmät. Periaatteessa kuitenkin PGE:n käyttöön perustuva tunnistusmenetelmä on varsin yksinkertainen, kunhan vain miljardisosien pitoisuuksien vaatima analytiikka on kunnossa.

Lappajärven törmääjä selviää

Neljäkymmentä vuotta sitten kävi ilmi, että Lappajärvi on Euroopan toinen kraatteri, jonka törmäyssulakivessä on merkittävä törmänneen kappaleen kemiallinen jälki. Kahden osittain samoja tutkijoita sisältäneen saksalaisryhmän analyyseissä Lappajärven kärnäiitistä löydettiin esimerkiksi iridiumia vähintään 20–100-kertainen määrä alueen peruskallioon nähden. Toisen ryhmän vertaisarvioidut tulokset kertoivat, että kyseessä on muisto jonkinlaisesta kondriitista. Vielä ei kuitenkaan selvinnyt, oliko kyse tavallisesta vai hiilikondriitista, puhumattakaan siitä, että tarkempaa luokittelua olisi pystytty tekemään.

Toisen ryhmän alustavat tulokset puolestaan viittasivat vahvasti hiili- eli C-kondriittiin. Kaikista meteoriittityypeistä yleisintä eli H-kondriittia ei kuitenkaan pystytty sulkemaan täysin pois. Molemmissa ryhmissä mukana olleen ja Lappajärvestä väitöskirjankin tehneen Uwe Reimoldin omissa nimissään julkaisemat tutkimukset antoivat hiilikondriittitulkinnalle lisätukea. Hänen mukaansa kärnäiitissä oli noin 0,4 % tuota hiilipitoista taivaallista tavaraa.

Kaksikymmentä vuotta sitten käsitys Lappajärven törmääjästä tarkentui. Kalifornialaisen tutkimusryhmän alustavissa tutkimuksissa ilmeni, että Lappajärvelle oli sittenkin mäjähtänyt H-tyypin kondriitti eikä hiilikondriitti. Tuossa tutkimuksessa ei käytetty PGE:n, vaan kromi-isotooppien keskinäisiä runsaussuhteita. Lopulliset tulokset valmistuivat vasta vuonna 2007, jolloin hiili- ja enstatiittikondriitit pystyttiin vielä aiempaa varmemmin rajaamaan pois epäiltyjen listalta.

Samoihin aikoihin Roald Taglen vetämä saksalais–suomalais–belgialainen ryhmä käytti nopeasti kehittyneitä PGE:n analyysimenetelmiä sekä aiempiin tutkimuksiin verrattuna laajempia otoksia niin kärnäiitistä kuin meteoriiteistakin selvittääkseen törmääjän identiteetin.³ Tulokset sopivat parhaiten H-kondriittiin, vaikkei vastaavuus täydellinen ollutkaan. Kärnäiitissä oli näiden tulosten perusteella noin 0,05–0,7 painoprosenttia asteroidiainesta.

Koska kaksi eri tutkimusryhmää kahta erilaista menetelmää käyttäen sai saman lopputuloksen, joka sopi myös vuosikymmeniä aiemmien saatuihin tuloksiin, vaikutti homma kokolailla vakuuttavalta: Lappajärven synnytti ihan tavallinen H-kondriitti. Tässä käsityksessä on nyt oltu toistakymmentä vuotta. Siksi minullakin on aina Lappajärvestä puhuessani ollut H-kondriitti matkassani.

Vai selvisikö sittenkään?

Gerhard Schmidt on Heidelbergin yliopistossa työskentelevä geo- ja kosmokemisti. Suomalaiselle kraatterikansalle hän on tuttu etenkin Sääksjärven synnyttäneen kappaleen tutkimuksistaan. Viimeisen parin vuoden ajan hän on julkaissut lukuisia kokousabstrakteja, joiden datapisteitä täynnä olevissa diagrammeissa on näkynyt myös Lappajärven aiempia analyysituloksia. Tällä viikolla hänen oli tarkoitus esitellä ajatuksiaan hieman tarkemmin Houstonissa vuosittain järjestettävässä, mutta tällä kertaa perutussa Lunar and Planetary Science Conferencessa.

Schmidt on uusissa kokousesityksissään keskittynyt PGE-alkuaineista etenkin rodiumiin. Aiemmin sitä ei tutkimuksissa ole kovinkaan paljon käytetty, vaikka se kyllä oli mukana esimerkiksi Taglen ryhmän analyyseissä. Rodiumin käyttöä puoltaa, että sen suhde etenkin iridiumiin ja ruteniumiin suo varsin hyvän mahdollisuuden erotella eri meteoriittityyppejä toisistaan.

Rodium-suhteiden perusteella Schmidt päätyi esittämään varsin jännittävää ideaa: Lappajärven synnytti entuudestaan täysin tuntematon kondriittityyppi. Vaikka ajatus äkkiseltään tuntuu hurjalta, se ei sinänsä ole ollenkaan mahdoton. Ei näet ole mitään syytä olettaa, että tämänhetkinen meteoriittivuo olisi alkuunkaan edustava otos maapallolle eri aikoina sataneista kivistä. On esimerkiksi kokolailla kiistattomasti osoitettu, että ordoviikkikaudella reilut 450 miljoonaa vuotta sitten pienempiä ja isompia L-kondriitteja satoi Maahan aivan eri tahtia kuin nykyisin.

Tuntemiemme meteoriittien koostumusten perusteella ne ovat peräisin ehkäpä noin 100–150:ltä emäkappaleelta. Se on häviävän pieni määrä verrattuna miljooniin asteroideihin, vaikka otettaisiinkin huomioon että ”yksi emäkappale” voi käsittää lukuisia samalla alueella syntyneitä kappaleita, ja että suuret asteroidit ovat vuosimiljardien kuluessa jauhautuneet tuhansiksi pienemmiksi. Noiden asteroidien joukkoon mahtuu aivan hyvin runsaasti kiviä, jollaisista ei museoissamme vielä ole näytettä. Periaatteessa siis Lappajärvi voisi olla jonkin tuntemattoman asteroidityypin aikaansaama.

Ajatusta H-kondriitista Lappajärven synnyttäjänä ei kuitenkaan ihan vielä kannata heittää romukoppaan. Hypoteesi uudenlaisesta törmääjästä on yhden tutkijan tulkinta, jota on toistaiseksi esitelty vain kokouksissa. Edes sisäisestä vertaisarvioinnista ei siis voida puhua. Uusia analyysejä ei ole, vaan koko tulkinta perustuu aiempiin mittaustuloksiin. Lisäksi Taglen ryhmän analyyseissä, joihin Schmidtin ajatus pohjautuu, juuri rodium käyttäytyi (palladiumin ohella) eräissä analyyseissä poikkeavalla tavalla. Niinpä Lappajärven rodium-tulkintojen kanssa kannattaisi olla melko varovainen. Schmidt ei myöskään anna selitystä sille, miksi kromi-isotooppien antama tulos olisi epäluotettava.

Schmidtin idea on jännittävä uusi tulkinta, joka mukavasti lisää kiinnostusta Lappajärveä kohtaan. Kannattaa kuitenkin odotella vertaisarvioitua julkaisua ja mieluusti uusia analyysejä ennen kuin vetää vakavampia johtopäätöksiä aiheesta. Niitä odotellessa ainakin itse aion edelleen kantaa H-kondriittia taskussani Lappajärvestä puhuessani.

---

¹Kaalijärvellä on kaikkiaan yhdeksän varmana pidettyä kraatteria. Se 110-metrinen, jossa matkailijat käyvät, on Kaalijärven pääkraatteri, muut kahdeksan ovat satelliittikraattereita. Pääkraatteri on ainoa, joka syntyi törmänneen kappaleen räjähtäessä. Muut kraatterit ovat mekaanisesta iskusta syntyneitä iskukraattereita. Seuraavan kerran Saarenmaalla käydessä kannattaa piipahtaa tutustumassa pääkraatterin ja hienon Kaalin vierailukeskuksen ohella myös satelliittikraattereihin.

²Morokweng on käytännössä melkoisen varma tapaus, Chicxulubiin liitetty pieni meteoriitti puolestaan osin kiistanalainen.

³Jääviystunnustuksena todettakoon, että Taglen ryhmän suomalaisedustuksesta vastasin minä. Tämä tietysti kannattaa pitää mielessä, kun lukee kommenttejani tuoreemmasta Lappajärvi-tulkinnasta.

Tämä juttu tulee ilmestymään myös Suomen Kraatterit -blogissa.

---

Sääksjärvi palaa parrasvaloihin

12.3.2020 klo 07.00, kirjoittaja Teemu Öhman
Kategoriat: Maa , Mineralogia , Shokkimetamorfoosi , Suomi , Törmäykset

Lappajärvi oli ensimmäinen Suomesta todistettu törmäyskraatteri. Tämä on kotimaisen kraatteritietouden peruskauraa. Vaan moniko muistaa, että Suomen toinen kraatterilöytö tapahtui jo vuoden sisällä Lappajärven varmistumisesta törmäyssyntyiseksi?

Noin viisikilometrinen Sääksjärven törmäyskraatteri sijaitsee Kokemäellä, 35 km Porin kaakkoispuolella. Se on Suomen kraatterien aatelia, mutta on hivenen jäänyt Lappajärven varjoon jo löytymisestään alkaen.

Sääksjärven törmäystarina alkoi, kun Outokummun mineralogi Yrjö Vuorelainen kiinnitti huomionsa Sääksjärven erikoisiin, Suomessa tuiki harvinaisia akaatteja sisältäviin irtolohkareisiin. Paikalliset asukkaat (ja bussilastillinen opettajia) olivat keräilleet niitä tienpientareilta 1960-luvulla. Nyttemmin Sääksjärven törmäyssyntyisten akaattien keruu on tärkeimmällä esiintymisalueellaan kielletty, mutta niistä kraatteri yhä parhaiten tunnetaan.

Vuorelaisen havainnot kantautuivat Turun yliopistossa väitöskirjaansa tehneen Heikki Papusen korviin. Hän havaitsi, että akaattien ohella kivissä oli muutakin kummaa: Sääksjärven mineraalirakeiden piirteet vastasivat törmäyskraattereissa esiintyviä shokkimetamorfoosin tunnusmerkkejä. Näitä havaintojaan Papunen esitteli Suomen Geologisen Seuran julkaisusarjassa ilmestyneessä artikkelissaan Possible Impact Metamorphic Textures in the Erratics of the Lake Sääksjärvi in Southwestern Finland vuonna 1969.

Papusen artikkeli oli ensimmäinen suomalaistutkijan työ, jossa todistettiin törmäyskraatterin olemassaolo. Lappajärven törmäyssynnyn oli nimittäin vuotta aiemmin osoittanut ruotsalainen Nils-Bertil Svensson. Papusen panos suomalaisen kraatteritutkimuksen pioneerina on siis hyvin merkittävä, vaikka asia nykyisin heikosti muistetaankin. Omimmalla alallaan malmigeologiassa Turun yliopiston geologian professori emeritus Papunen on kyllä tunnettu ja palkittu myös kansainvälisesti moneen otteeseen.

Törmäyksissä kiviä uuteen uskoon pistävän shokkimetamorfoosin ymmärrys oli 1960-luvun lopulla maailmanlaajuisestikin vielä melko vajavaista. Niinpä Papunen ei rohjennut täysin varmasti sanoa Sääksjärven olevan törmäyksen synnyttämä. Jälkiviisaana on kuitenkin helppo todeta, että Papusen löytämät kvartsin shokkilamellit ja maasälvästä suoraan sulamatta syntynyt törmäyslasi maskelyniitti olivat kiistattomia törmäystodisteita. (Tapa, jolla ne esitettiin, ei tosin nykyisten vaatimusten mukaan vielä riittäisi todistamiseen. Sama ongelma vaivaa lukuisia muitakin kraattereita niin Suomessa kuin maailmallakin.)

Neljä vuotta myöhemmin Papunen palasi Sääksjärven törmäyskivien pariin tutkien niiden kemiallista koostumusta. Epäily kalvoi hänen mieltään edelleen, sillä geokemialliselta kannalta sääksjärveläisestä peruskalliosta ei oikein mitenkään sulattamalla ja sekoittamalla saanut aikaiseksi törmäyssulakiven ja erilaisten breksioiden kaltaisia yhdistelmiä. Niinpä Papusen toisessa artikkelissa Chemical Composition and Origin of the Shock Metamorphic Rocks of the Sääksjärvi Area, Finland kummitteli edelleen mahdollisuus, että Sääksjärvi olisi jonkinlainen kryptovulkaaninen rakenne. Nyttemmin kryptovulkanismi ja kryptoräjähdykset ovat päätyneet geologian historian romukoppaan. 1960–70-luvuilla ne kuitenkin olivat vakavasti otettava vaihtoehto monille Sääksjärven tapaisille erikoisille rakenteille ja kiville.

Geokemiallinen ongelma ratkesi, kun pitkän ja monipuolisen uran Geologian tutkimuskeskuksessa (GTK) tehnyt Tapani Mutanen esitti Geologi-lehdessä vuonna 1979, että törmäyshetkellä Sääksjärven seutu oli ollut Satakunnan hiekkakiven peitossa. Se kuuluu Suomen mittakaavassa nuoriin, ns. jotunisiin noin 1400–1200 miljoonaa vuotta vanhoihin muodostumiin. Jotunisia sedimenttikiviä on Suomessa säilynyt laajoissa painanteissa lähinnä vain Satakunnassa ja Muhoksen seudulla. Sääksjärvelle saakka hiekkakiviesiintymä ei kuitenkaan nykyisellään yllä.

Sekoittamalla Satakunnan hiekkakiveä ja alueen gneissimäisiä kiviä sopivassa suhteessa saadaan aikaiseksi cocktail, joka vastaa Sääksjärven törmäyskivien analyysituloksia. Kouriintuntuvat todisteet Mutasen elegantin teorian puolesta kuitenkin puuttuvat edelleen, sillä tiettävästi kukaan ei ole raportoinut löytäneensä hiekkakiven kappaleita Sääksjärven breksioista tai törmäyssulakivestä. Tosin eipä niitä kai kukaan ole etsinytkään.

Jos Satakunnan hiekkakivi peitti aluetta törmäyshetkellä, niin milloin tuo hetki koitti? Tällä kysymyksellä on kiinnostusta harvoja kraatteritutkijoita laajemmissa piireissä, sillä se auttaa selvittämään Suomen kallioperän kehityksen kohtalaisen heikosti tunnettuja myöhäisvaiheita.

Ensimmäinen Sääksjärven ikämääritys julkaistiin vuonna 1977. Kanadalaistutkijat Richard J. Botttomleyn johdolla päätyivät esittämään kraatterin maksimi-iäksi noin 330 miljoonaa vuotta. Tämä oli ensimmäinen Suomen törmäyskraattereista julkaistu ikämääritys.

Pari vuotta myöhemmin Richard Grieve ja Blyth Robertson arvioivat Sääksjärven iäksi noin 490 miljoonaa vuotta. Ilmeisesti luku oli peräisin Bottomleyn väitöskirjatyöstä, jossa Grieve oli ollut mukana.

Seuraavia ikätutkimuksia saatiin odotella vuoteen 1990 saakka. Tuolloin Bottomley kollegoineen jatkoi ikämääritystensä julkaisua. Sääksjärven todennäköisimpänä maksimi-ikänä pidettiin edelleen 330 miljoonaa vuotta, mutta analyysituloksissa kummitteli myös luku 580 ± 10 miljoonaa vuotta. Tämä oli virherajojen puitteissa sama ikä kuin Norbert Müllerin johtaman saksalaisryhmän myös vuonna 1990 julkaisema 560 ± 12 miljoonaa vuotta.

Kertoimella kaksi (tai enemmän) toisistaan poikkeavat ikäarviot eivät ole geologiassa tavattomia, mutta ärsyttäviä ne ovat. 1990-luku kuluikin Sääksjärven iän suhteen vahvan epätietoisuuden vallassa. Tilannetta ei helpottanut, että 1990-luvun loppupuolella ja 2000-luvun alussa ainakin kolme Sääksjärveä käsitellyttä tutkimusryhmää kertoi sen iäksi 514 ± 12 miljoonaa vuotta. Tämä alkoi olla jo melkoisen lähellä Grieven ja Robertsonin aikoinaan esittämää 490 miljoonaa vuotta.

Luku 514 miljoonaa oli peräisin Müllerin ryhmän tutkimuksesta, jossa ilmoitettiin peräti kolme erilaista tulkintaa Sääksjärven iäksi. Yhdessäkään artikkelissa ei kylläkään kerrottu, miksi noin 514 miljoonaa olisi parempi kuin Müllerin suosittelema noin 560 miljoonaa. Tosiasiassa siis 2000-luvun alussa ainakaan kellään tilannetta sivusta seuranneella ei ollut tietoa, kuinka vanha tai nuori Sääksjärvi oikeastaan on.

Tässä vaiheessa Sääksjärven tarinaan tuli mukaan tuolloin GTK:lla työskennellyt ja aiemmin Lappajärvenkin ajoittanut Irmeli Mänttäri. Edeltäjistään poiketen hän käytti työssään geokronologien suosikkimineraalia, zirkonia (ZrSiO₄).  Mänttärin johdolla Sääksjärven iäksi määritettiin 600 miljoonaa vuotta.

Harmillista kyllä, tulos esiteltiin vuonna 2004 kokouksessa, jossa törmäyskraatteritutkijoita käy vähän, eikä kokousabstraktista käynyt ilmi edes tuloksen virherajoja. Ainoastaan kokouksessa esitellystä posterista selvisi, että ikämäärityksen tulos oli 602 ± 17 miljoonaa vuotta. Koska tuota posteria ei monikaan kraatteritutkija ollut nähnyt, käytännössä viimeisen viidentoista vuoden ajan Sääksjärven paras ikämääritys on ollut tiedossa vain kuulopuheiden kautta.

Mänttärin määrittämä ikä sopi myös hänen tutkimusryhmäänsä kuuluneelle Jarmo Kohoselle. Kohonen on pitkään tutkinut Suomen kallioperän nuorempia vaiheita, jolloin perinteisen käsityksen mukaan täällä ei tapahtunut juuri mitään. Vielä noin 330 miljoonaa vuotta sitten Suomen olisi suurelta osin pitänyt olla Skandinavian Kaledonideilta eli Skandeilta eli Kölivuoristosta rapautuneen hiekan ja muun moskan peitossa. Tuo sedimenttikerros oli niin paksu, ettei Sääksjärven kokoista kraatteria olisi pitänyt pystyä sedimenttien alla olevaan peruskallioon syntymään. Jos siis Sääksjärven ikä olisi ollut noin 330 miljoonaa vuotta kuten Bottomleyn ryhmä esitti, ajatus tästä laajasta ja paksusta sedimenttikerroksesta olisi vaatinut ainakin jonkinlaista hienosäätöä.

Noin 600 miljoonaa vuotta sitten Suomea peittänyt sedimenttikerros oli huomattavasti ohuempi, joten ongelmaa ei ollut, vaikkakin Mutasen esittämillä geokemiallisilla perusteilla vanhempaa Satakunnan hiekkakiveä täytyi jonkunmoinen kerros törmäyshetkellä vielä olla jäljellä. Mänttärin ja Kohosen mukaan Bottomleyn ryhmän määrittämä 330 miljoonan vuoden ikä heijastelee vain Sääksjärven törmäyskivien hautautumista Norjasta ja Ruotsista valuneiden paksujen sedimenttikerrosten alle. Kasassa oli varsin looginen tarina. Ikävä kyllä juuri kukaan ei tuota tarinaa kuullut.

Pitkän hiljaiselon jälkeen Sääksjärvestä tihkuu nyt uutta tietoa. Tukholman luonnonhistoriallisessa museossa työskentelevä Gavin G. Kenny on aiemmin tutkinut mm. Lappajärven ikää ja Paasselän shokkimetamorfoosia. Nyt hän on kääntänyt katseensa ja etenkin EBSD-elektronimikroskooppinsa Sääksjärven zirkoni- ja monatsiittimineraaleihin. Niiden joukossa on samoja zirkonirakeita, joita jo Irmeli Mänttäri tutki reilut 15 vuotta sitten. Analyysitekniikka on viime vuosina edistynyt huimasti, joten myös tulokset ovat vastaavasti tarkentuneet.

Koronaviruksen takia perutussa kraatteritutkijoiden tärkeimmässä vuosittaisessa kokoontumisessa eli Houstonin Lunar and Planetary Science Conferencessa Kennyn oli tarkoitus esitellä yhdessä Mänttärin, Martin Schmiederin ja Martin J. Whitehousen kanssa tekemäänsä tutkimusta Microstructural Characterization of Shocked Zircon and Monazite from the Sääksjärvi Impact Structure, Finland – Towards Precise U-Pb Dating of Small Impact Structures. Vaikka kokous peruttiin, on julkaisu kuitenkin onneksi luettavissa.

Kuten otsikkokin kertoo, kyseessä on alustava raportti: uutta ikämääritystä ei vielä ole tarjolla. Kiinnostavin tuoreista tuloksista on maininta siitä, että osa zirkoneista olisi saanut nykyisen olemuksensa oltuaan aiemmin ZrSiO₄:n korkean paineen ja lämpötilan muotoa, reidiittiä. Sääksjärvi on nyt Lappajärven ja Paasselän jälkeen kolmas Suomen kraatteri, josta on löytynyt merkkejä reidiitistä. Myös aiemmat löydöt olivat Kennyn tekemiä.

Todisteet reidiitistä ovat tärkeä lisä Sääksjärven shokkimetarmorfoosin tutkimukseen. Papusen ensimmäisen Sääksjärveä koskeneen artikkelin jälkeen yksikään tutkija ei nimittäin ole kiinnittänyt päähuomiotaan alueen kivien shokkimetamorfoosiin.¹ Moni perusasiakin on Sääksjärvestä siksi tutkimatta. Tämä siitä huolimatta, että sekä Outokumpu että etenkin GTK kairasivat Sääksjärveen useita tutkimusreikiä, joten mahdollisuuksia olisi ollut. Kairauksista ei kuitenkaan koskaan ole julkaistu edes tutkimusraporttia. Nyttemmin huomattava osa korvaamattomista kairasydämistä on tiettävästi hävitetty, joten tutkimusmahdollisuudet ovat huomattavasti aiempaa heikommat.

Onneksi kuitenkin ulkomailla riittää jatkuvasti kiinnostusta Suomen kraatterien tutkimusta kohtaan. Ehkäpä yli 40 vuoden yrittämisen jälkeen pian lopultakin varmistuu, milloin Sääksjärvi syntyi. Tutkimuksen hienoin piirre tietysti on, että aina löytyy myös jotain täysin odottamatonta. Niinpä ainakin minä odotan Kennyn tutkimusryhmän lopullisia tuloksia erittäin suurella mielenkiinnolla.         

---

¹Osittaisena poikkeuksena saattaa olla yksi vanha saksankielinen diplomityö, jota en ole lukenut. Sen yksityiskohtaisia tuloksia ei laajemman tutkimusyhteisön tietoon ole levitetty. Kyseisestä työstä saattaisi hyvässä lykyssä myös löytyä tieto, onko Sääksjärven törmäyssulakivissä ja -breksioissa jäänteitä Satakunnan hiekkakivestä.

Tämä juttu ilmestyy myös Suomen kraatterit -blogissa.