Mikä Lappajärvelle putosi?
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.
Lappajärven meteoriitti voiko mistään päätellä millä leveyspiireille Lappajärvi oli kun meteoriitti iski maahan. Millainen ympäristö oli silloin iskupaikalla. Kun isot maamassat lensivät olemassa olleen ympäristön päälle. Ovatko todisteet silloisesta kasvustoista säilössä maakerroksesta alla. Onko niitä tutkittu ja mitä sieltä voisi löytyä.olisiko kenties kivihiiltä tai öljykerroksia? Millaisia ajatuksia näistä pohdinnoissa voi syntyä.
Vastausta odotellen tiedon Halminen.
Hei,
paleomagneettisten tutkimusten perusteella Suomi oli 78 miljoonaa vuotta sitten hieman nykyistä etelämpänä, jossain Keski-Euroopan leveysasteella. Suomi oli kuitenkin melko kaukana merestä, sillä Atlantti oli tuolloin vasta alkanut avautua. Oletettavasti Lappajärven alue oli tuolloin kuivaa maata, ja eroosiotaso oli jo varsin lähellä nykyistä. Maailmanlaajuinen ilmasto liitukauden lopulla oli nykyistä lämpimämpi. Ei ole mitään syytä olettaa, etteikö Suomessa tuolloin olisi tallustellut dinosauruksia, vaikkei niistä todisteita olekaan (koska tuolta ajalta ei ole säilynyt sedimenttikerrostumia).
78:n miljoonan vuoden takaisesta kasvillisuudesta tai maaperästä ei ole jäljellä mitään, sillä eroosio on jo aikaa sitten hävittänyt jäljet niistä. Lappajärven kraatterissa Vimpelin Pokelassa on kyllä säilynyt maaperägeologisesti erittäin kiinnostavia viimeisintä jäätiköitymisvaihetta vanhempia moreenikerrostumia. Niiden ikä on yli 270 000 vuotta. Muualta Suomesta eroosio on hävittänyt ne, mutta Lappajärven kraatterissa ne ovat säilyneet kulutukselta suojassa. Yksi törmäyskraattereiden merkittävimmistä tieteellisistä anneista onkin se, että törmäykset paitsi synnyttävät täysin uusia kivilajeja, myös säilyttävät vanhoja. Useat Suomen kraattereista ovatkin erittäin merkittäviä Suomen mittakaavassa nuorten sedimenttikivien arkistoja.
Kivihiiltä tai öljyä ei Suomessa ole, koska kallioperämme on aivan liian vanhaa niiden esiintymisen kannalta.
Suht paljon Lappajärven perusasioita on selvitettynä toimittamassani Kraatterijärven georeitti –oppaassa. Kommentteja ja korjauksia raporttiin, sekä enemmän kuvia on raportin Google Maps -osiossa, johon pääsee käsiksi täällä. Raportin teon jälkeen valmistuneita Lappajärvi-tutkimuksia on esiteltynä Suomen kraatterit -blogissa.