Muuttuuko meteoriittiluokittelu?
Havaittavien asioiden luokittelu on yksi melkeinpä minkä tahansa tieteenalan ydinasioita. Myös avaruudesta putoilevien kivien eli meteoriittien luokittelua on tehty niin kauan kuin niitä on tieteellisesti tutkittu, eli reilut pari sataa vuotta. Luokitteluperusteita on kuitenkin monenlaisia ja yksityiskohdissaan luokittelu elää koko ajan. Meteoriittien luokittelu on myös pahamaineisen sekavaa eikä perustu yhtenäisiin kriteereihin.
Tieteessä luokittelu ei pääsääntöisesti ole itsetarkoitus. Sen sijaan pyrkimyksenä on ymmärtää tutkittavan kohteen syntyä ja kehitystä ja niihin vaikuttaneita prosesseja entistä paremmin. Kun tutkimuksen kohteista, tässä tapauksessa meteoriiteista ja niiden taustalla olevasta geologiasta ja osin myös astrofysiikasta ymmärretään enemmän, syntyy myös uusia tapoja luokitella asioita.
Viimeisen vuosikymmenen aikana tapahtunut kehitys meteoriittien isotooppianalytiikasssa on johtanut aivan uudenlaiseen suurten linjojen ajatteluun. Sen mukaan meteoriitit voidaan luokitella joko Jupiterin radan takaa hiilikondriittisesta lähteestä (engl. carbonaceous chondrite reservoir) peräisin oleviin meteoriitteihin ja kaikkiin muihin (non-carbonaceous chondrite reservoir). Kirjoittelin tuosta Lieksan yhteydessä muutaman virkkeen vajaa vuosi sitten, joten ei palata aiheeseen nyt sen enempää.
Ne meistä, joiden mielestä vuodet kuluvat nykyisin tavattoman nopeasti, voivat pitää aika uutena ideana myös meteoriittien jakoa differentioituneisiin ja differentioitumattomiin. Reilut kaksi vuosikymmentä siitäkin kuitenkin jo näkyy olevan, kun tuo ajatus alkoi saada laajempaa suosiota.
Differentioitumisella tarkoitetaan tässä tapauksessa ja geologiassa laajemminkin käytännössä sitä, että tutkittava kohde on sulanut. Sen seurauksena sulasta on lähinnä painovoiman vaikutuksesta erottunut erilaisia kerroksia. Raskaimmat ainekset, etenkin rauta ja siihen mieltyneet eli siderofiiliset alkuaineet, valuvat pohjalle, siis esimerkiksi protoplaneetan ytimeen. Vähän keveämpi tavara synnyttää vaipan, ja pinnalle noussut kuona muodostaa esimerkiksi maapallon tapauksessa planeettamme kuoren.
Kaikki suurelta osin pienistä silikaattipallosista eli kondreista tai kondruleista koostuvat erilaiset kondriittimeteoriitit ovat differentioitumattomia. Loput luonnollisesti ovat differentioituneita meteoriitteja. Siinä missä jako hiilikondriittisesta lähteestä oleviin meteoriitteihin ja muihin korostaa aineksen alkuperää, jako differentioituneisiin ja differentioitumattomiin meteoriitteihin puolestaan nostaa esiin niiden myöhemmän geologisen kehityksen.
Nykyisen luokittelun sekavuus ja viime aikojen kehitys etenkin isotooppianalytiikassa sai puolitoista vuotta sitten ranskalaistutkija Emmanuel Jacquet’n ehdottamaan koko luokittelu- ja nimeämisjärjestelmän merkittävää uusimista. Jacquet’n ideassa luokittelu ja nimet olisivat kaksiosaisia. Meteoriittien luokka (class) määriteltäisiin meteoriittien mikroskoopeilla havaittavan tekstuurin ja mineralogian perusteella, ryhmä (group) puolestaan olisi geneettisempi käsite ja perustuisi etenkin isotooppikoostumukseen, osin myös esimerkiksi kemialliseen koostumukseen. Toistaiseksi mennään kuitenkin 1800-luvulta periytyvällä systeemillä, johon on lisäilty uusia palasia sitä mukaa kun tietämys meteoriiteista on syventynyt. Senkin sisällä on kuitenkin ilmennyt merkittäviä muutospaineita.
Kivet, raudat ja kiviraudat
Vanhin ja yhä käytetyin meteoriittien karkea luokittelu on tuttu kolmijako: kivimeteoriitit, kivirautameteoriitit ja rautameteoriitit. Luokittelu tehdään siis sen perusteella, paljonko meteoriitissa on metallista rautaa suhteessa silikaattimineraaleista koostuvaan ainekseen. Luokittelu on siinä mielessä mukava, että monissa tapauksissa sen voi tehdä kotikonstein (olettaen tietysti, että näyte ylipäätään on meteoriitti).
Rautameteoriitit koostuvat nikkelipitoisesta raudasta, jonka seassa on silloin tällöin niin sanottuina sulkeumina rikki- tai fosforipitoisten mineraalien kasaumia. Monissa on myös tavallisten silikaattimineraalien sulkeumia. Kohtalaisen puhdas nikkelirauta on silti se, mistä rautameteoriitit tunnetaan.
Kivirautameteoriitit taas sisältävät noin puolet kiveä ja puolet rautaa. Jos näyte on riittävän kookas, voi tällaisen avaruuskiven luokittelun saada ihan silmämääräisestikin osumaan hyvin kohdalleen. Jos taas kivirautameteoriitista on jäljellä vain rautaa sisältävä osa, voi oikea tunnistus olla laboratoriossakin erittäin hankalaa tai mahdotonta.
Kivimeteoriitit ovat usein hankalimpia tapauksia tunnistaa meteoriiteiksi. Eräät harvinaiset kivimeteoriitit muistuttavat ulkoisesti täysin maanpäällisiä kiviä. Monia yleisimpiä kivimeteoriitteja taas on hyvin vaikea tai käytännössä mahdoton varmuudella erottaa hitusen jotain malmimineraalia sisältävästä tavallisesta maanpäällisestä kivestä, jos meteoriitti on päässyt maastossa rapautumaan.
Perinteinen meteoriittien yleisluokittelu kiviin, rautoihin ja kivirautoihin on siis käytännössä näppärä. Kovin syvällistä ymmärrystä se ei kuitenkaan meteoriittien synnystä tai kehityksestä anna. Ja kun meteoriitteja tutkitaan yhä tarkemmin, meteoriittien kolmijako-oppi johtaa silloin tällöin ongelmiin.
Rautameteoriittien luokittelu
Rautameteoriittien kemiallinen luokittelu kehittyi 1950-luvulla. Alkujaan se perustui nikkelin, galliumin ja germaniumin pitoisuuksiin. 1960–70-luvuilla mukaan otettiin iridium. Vuosikymmenten saatossa roomalaisin numeroin nimettyjä luokkia muodostettiin ja jaettiin alkupään aakkosilla nimettyihin alaluokkiin. Välillä luokkia ja alaluokkia taas yhdistettiin. Tämä vatulointi on johtanut aika epäelegantteihin nimiin. Kamalin oli epäilemättä luokka IAB/IIICD. Tämä oli jopa meteoriittitutkijoille vähän liian kökkö nimitys, joten nykyisin se pääsääntöisesti tunnetaan nimellä ”IAB-kompleksi”. On hieman kyseenalaista, oliko parannus luokan nimessä merkittävä.
Aika kauheista nimistään huolimatta rautameteoriittien kemiallinen luokittelu on pääpiirteissään ymmärrettävä kokonaisuus. Nykyisellään luokkia erotetaan kolmetoista. Niiden lisäksi on joukko anomaalisia rautameteoriitteja, joita ei saada sopimaan mihinkään olemassaolevaan luokkaan, mutta joita ei myöskään vielä tunneta viittä kappaletta, jotta niistä voitaisiin muodostaa oma luokkansa.1
Kun rautameteoriittien eri alkuaineiden suhteita tutkittiin tarkemmin, huomattiin nykyisen IAB-kompleksin ja IIE-luokan poikkeavan muista rautameteoriittiluokista. Muissa luokissa alkuaineiden jakauman todettiin noudattavan sellaista jakaumaa, joka pitäisi syntyä, kun metallisula differentioituneen protoplaneetan ytimessä kiteytyy hyvin hitaasti. Tämän seurauksena sulan koostumus hiljalleen hieman muuttuu. Tällainen fraktioiva kiteytyminen on yksi magmakivien synnyn keskeisimpiä opinkappaleita. IAB-kompleksi ja IIE-meteoriitit eivät näyttäneet noudattavan perinteisen fraktioivan kiteytymisen mallia, joten villinä vaihtoehtohypoteesina oli, etteivät ne ole sulia koskaan olleetkaan. Niinpä niitä alettiin kutsua nimellä non-magmatic iron meteorites (NMI), eli tönkösti kääntäen epämagmaattiset rautameteoriitit.2
Ajatus aidosti epämagmaattisista prosesseista NMI-meteoriittien synnyttäjänä on jo pitkään ollut kuollut ja kuopattu. Nykyisin NMI-meteoriittien uskotaan syntyvän asteroidien pintaosissa törmäysten tai protoplaneetan/asteroidin kuoren tai vaipan osittaissulamisen kautta. Niiden hieman erikoinen kemiallinen koostumus voi selittyä esimerkiksi metallisulan epähomogeenisuuden, nopean jäähtymisen ja sulan erkaantumisen vuoksi. Magmaattisista prosesseista siis on kyse, vaikka kiteytyminen ei vahvasti fraktioivaa ollutkaan eikä se tapahtunut kokonaan differentioituneen protoplaneetan ytimessä. Siksi harhaanjohtavasta NMI-nimestä on yritetty jo ainakin parikymmentä vuotta päästä eroon. Menestys on kuitenkin ollut heikkoa, sillä edelleen ilmestyy tutkimuksia ja kirjoja, joissa sitä käytetään.
Toisin kuin magmaattiset rautameteoriitit yleensä, NMI-meteoriitit sisältävät tyypillisesti pieniä silikaattisulkeumia. IAB-kompleksin silikaattisulkeumat muistuttavat kivimeteoriiteista eritoten harvinaisia winonaiitteja. IIE-rautojen silikaattisulkeumat puolestaan vastaavat meteoriittien yleisintä ryhmää, niin sanottuja tavallisia kondriitteja (engl. ordinary chondrites). Ne muodostavat noin 80 % havaituista meteoriittien putouksista. Eräiden IIE-rautojen silikaattisulkeumista on myös löydetty kondreja.
”Raudasta” ”kiveksi”?
Tavalliset kondriitit jaetaan kolmeen luokkaan, eli H-, L- ja LL-kondriitteihin. H-kondriiteilla on korkea kokonaisrautapitoisuus, L-kondriiteilla puolestaan matala. LL-kondriiteilla kokonaisrautapitoisuuden lisäksi metallisessa muodossa esiintyvän raudan määrä on alhainen.3
Jo pitkään on tiedetty, että edettäessä sarjassa H → L → LL tapahtuu meteoriittien fysikaalisissa, mineralogisissa, kemiallisissa ja isotooppisissa ominaisuuksissa systemaattisia muutoksia. Parin vuoden takaisessa artikkelissaan IIE irons: Origin, relationship to ordinary chondrites, and evidence for siderophile-element fractionations caused by chondrule formation pitkän linjan meteoriittitutkija Alan Rubin listasi 14 tällaista muutosta. Esimerkkejä systemaattisista muutoksista ovat vaikkapa metallisen raudan (tai tarkemmin ottaen metallisen nikkelikobolttiraudan) samoin kuin kokonaisraudan väheneminen ja siitä johtuva tiheyden pieneneminen, germaniumpitoisuuden kasvu metallissa, happi-isotooppien muuttuminen raskaammiksi ja kondrien keskimääräisen koon kasvu.
Rubin esittää artikkelissaan, samoin kuin viime marraskuussa pitämässään The Meteoritical Societyn ensimmäisessä meteoriittitutkija Ed Scottin muistoluentosarjan esitelmässä, että IIE-meteoriittien ominaisuudet jatkavat tavallisissa kondriiteissa havaittujen systemaattisten muutosten sarjaa. Vaikka Rubinin idea sai luennon myötä tutkijoiden parissa runsaasti tuoretta näkyvyyttä, ei IIE-rautojen samankaltaisuus tavallisten kondriittien kanssa ole varsinaisesti mikään uusi asia. Rubin on ”vain” koonnut aiemmat tulokset, esittänyt ne loogisena kokonaisuutena ja tehnyt niistä omat päätelmänsä.
Systemaattiset ominaisuuksien muutokset näkyvät niin IIE-rautojen metallissa kuin niiden silikaattisulkeumissakin. Rubinin mukaan sarja IIE → H → L → LL kuvastaa lisäksi näiden meteoriittien ikäjärjestystä: IIE-rautameteoriitit syntyivät näistä neljästä meteoriittiluokasta ensimmäisenä, LL-kondriitit viimeisenä. Rubinin mallissa syntyjärjestys olisi ollut yksi merkittävä tekijä vaikuttamassa niissä havaittuihin muutoksiin.
Rubinin mukaan tällä hetkellä tunnetut 25 IIE-meteoriittia lienevät peräisin yhdeltä ja samalta emäkappaleelta. Ne syntyivät, kun suuret törmäykset sulattivat emäkappaleen kondriittista pintaa. Törmäyssulasta erottui toisiinsa sekoittumattomat silikaatti- ja metallisulat. Metallisulaa toisaalta valui syvemmälle pienen protoplaneetan ytimeen, ja toisaalta sitä jäi kiteytymään suurempina massoina sen vaippaan. Erilaiset kiteytymisolosuhteet johtivat IIE-luokan sisäisiin eroihin.
IIE-luokan meteoriittien emäkappale muistutti melkoisesti H-kondriittien emäkappaletta. Rubinin mukaan samasta kappaleesta ei kuitenkaan ollut kyse, toisin kuin eräät aiemmat tutkijat ovat esittäneet. Eikä se myöskään ollut sama kuin L- tai LL-kondriittien emäkappaleet. Yksi meteoriittitutkimuksen kesto-ongelmia onkin, ettei tavallisten kondriittien emäkappaleiden lukumäärää tiedetä. Viisi niitä on vähintään ollut, mutta määrä voi olla huomattavasti suurempikin.
Rubinin väistämätön johtopäätös havaitusta systematiikasta on, että IIE-luokan meteoriitit pitäisi rautameteoriittien sijaan lukea tavallisiksi kondriiteiksi. Rubinin mallissa IIE-meteoriitit ovat siis tavallisten kondriittien neljäs pääluokka H-, L- ja LL-kondriittien rinnalla. IIE-raudat ja tavalliset kondriitit ovat peräisin samalta seudulta aurinkokunnastamme, ne ovat syntyneet samantyyppisillä emäkappaleilla, ja niitä ovat muokanneet samankaltaiset geologiset prosessit. Tätä taustaa vasten olisi kieltämättä vain järkevää, jos nämä lukuisat yhdistävät piirteet heijastuisivat myös luokitteluun, vaikka lopputuotteet aika erilaisilta näyttävätkin.
Meteoriittien luokittelu ja sen mahdolliset muutokset on tietysti mitä suurimmassa määrin akateeminen kysymys, joka ei vaikuta suojaosan poistosta kannustusta saaneiden kansalaisten elämään sitä tai tätä. IIE-rautojen kutsumisessa kondriiteiksi on myös toistaiseksi kyse ainoastaan yhden eläkeläisukkelin ehdotuksesta. Näin siitä huolimatta, että Rubin ei todellakaan ole tavallinen takarivin taavi vaan vuosikymmenien uran tehnyt erittäin meritoitunut ja arvostettu tutkija (joka myös kutsuttiin välittömästi eläkepäiviltään takaisin entiseen työpaikkaansa dosentiksi ja meteoriittikokoelman kuraattoriksi). Voi siis joka tapauksessa hyvin olla, ettei Rubinin ehdotus koskaan tule yleisempään käyttöön.
Erittäin kiinnostava ja hurja tuo IIE-meteoriittien muutos rautameteoriittien joukosta tavallisen kondriittien rinnalle kuitenkin kieltämättä olisi. Raudan selittäminen kiveksi esimerkiksi suurelle yleisölle suunnatulla meteoriittiluennolla ei välttämättä olisi kaikkein yksinkertaisin tehtävä.
Jacquet’n kaksiosaisten nimien käyttöönotto olisi vielä merkittävästi isompi muutos. Aikaa se varmasti vie ja vastarinta on epäilemättä kovaa. Sen edut ja logiikka ovat kuitenkin ainakin omasta mielestäni niin kiistattomat, että kumma olisi, jollei johonkin sen kaltaiseen järjestelmään joskus luultavasti melko kaukaisessa tulevaisuudessa siirryttäisi. Alan opiskelijoillekin olisi huomattavasti helpompaa, jos meteoriittien luokittelu ja nimeäminen edes peruslogiikaltaan muistuttaisivat Maan ja Kuun kivistä tuttuja käytäntöjä.
Kuten yleensä, aika lopulta näyttää, pitääkö IIE-meteoriitteja jatkossa kutsua tavallisiksi kondriiteiksi muiden joukossa tai yleistyykö meteoriittien kaksiosainen luokittelusysteemi. Joka tapauksessa Rubinin ja Jacquet’n ehdotukset luokittelun muutoksista haastavat perinteisiä malleja ja pakottavat ajattelemaan. Juuri siitä luonnontieteessä parhaimmillaan on kyse.
1Miksi juuri viisi? Siihen ei tietenkään ole mitään varsinaista tieteellistä perustetta. Vuoden 1974 kirjassaan Meteorites – Classification and Properties erittäin ansioitunut meteoriittitutkija ja nykyisestä rautameteoriittien luokittelusta päävastuussa oleva John Wasson (1934–2020) tiettävästi vain päätti, että viisi on sopiva luku, ja tapa on sittemmin vakiintunut. Vakiintuneeseen tapaan kuuluvat toki myös poikkeukset: esimerkiksi Marsista peräisin olevia chassigniittejä on löydetty vain kolme. Jacquet’n kaksiosaisessa luokittelujärjestelmässä chassigniitit tunnettaisiinkin duniittisina nakhliitteina. Lähinnä historian oikusta – eli Chassigny-meteoriitin putoamisesta lokakuun kolmantena päivänä vuonna 1815 – syntynyt chassigniitti-nimitys hävittääkin tehokkaasti näkyvistä sen tosiasian, että chassigniitit ovat vain nakhliittien harvinainen tyyppi.
2Jos joku keksii sujuvat suomennokset näille meteoriittitutkimuksen yleisimmille non-termeille, eli non-carbonaceous chondrite reservoir ja non-magmatic iron meteorite, kuulisin ne mielelläni. Esimerkiksi ”epämagmaattinen rautameteoriitti” on tietysti mahdollinen, mutta ei se hyvä termi ole, vallankin kun viittauksesta magmatismin puuttumiseen on sen harhaanjohtavuuden vuoksi englanniksikin jo pitkään mutta tuloksetta pyritty pääsemään irti.
3Tavallisissa kondriiteissa, samoin kuin tietysti rauta- ja kivirautameteoriiteissa rautaa tuppaa aina olemaan selvästi enemmän kuin yleisissä Maassa syntyneissä kivissä. Siksi monet meteoriitit ovat selvästi magneettisia. Mahdollisten meteoriittien yhtenä alustavana tunnistuskeinona onkin perinteisesti pidetty magneettisuutta, minkä vuoksi yhä edelleenkin meteoriittikandidaatteja kehotetaan sorkkimaan magneeteilla. Tässä on vain se paha haittapuoli, että magneetit tärvelevät meteoriitin oman magneettisuuden. Tällöin menetetään yksi keskeinen tapa saada arvokasta lisätietoa meteoriittien alkuperästä ja kehityksestä. Jos minulta kysytään, mahdollisten meteoriittilöytöjen tutkimista magneeteilla ei pitäisi suositella, vaan olisi syytä siirtyä vaikkapa ”meteoriittimittarin” (meteorite meter, MetMet) käyttöön. Ongelma tietenkin on, ettei ”meteoriittimittareita” vielä ole laajemmalti saatavilla. Tästä huolimatta ainakaan sellaisessa tilanteessa, jossa on useampia samasta putouksesta peräisin oleviksi arveltuja kappaleita, ihan jokaista ei pitäisi mennä vahvoilla magneeteilla testailemaan.
Jaoskiteytynyt (kiinteä) rautameteoriitti
Kiinteäjaoksinen rautameteoriitti
Lohkojaoksinen rautameteoriitti
Kiinteälohkoinen rautameteoriitti
Firm-fractioned iron meteorite
Solid-fractioned iron meteorite
Sectionally fractioned iron meteorite or Sectioned firm iron meteorite
Sector-fractioned firm iron meteorite
Kiitoksia ehdotuksista!