Törmätessä roiskuu: maapallon ensimmäinen sekundäärikraatterikenttä Wyomingissa
Kraatteriketjut ja -kentät
Kun kraattereita on vieri vieressä, puhutaan kraatterikentästä. Törmäyskraattereiden tapauksessa rypäs vierekkäisiä kraattereita voi syntyä kolmella tapaa.
Hauras kappale saattaa vuorovesivoimien vaikutuksesta repeytyä osiksi hieman ennen törmäystä. Silloin osat tömähtelevät lähes samaan aikaan vieretysten, osin melkein toistensa päällekin. Tällaisessa tapauksessa tosin syntyy lähinnä pitkä ja suoraviivainen kraatteriketju (latinaksi catena) eikä varsinainen kraatterikenttä. Tunnetuimpia esimerkkejä tällaisista ovat kuuharrastajienkin hyvin tietämä Lunar 100 -listan havaintokohde 51 eli Catena Davy1 ja Ganymedeen Enki Catena.
Tiheän kaasukehän ympäröimillä taivaankappaleilla puolestaan voi käydä niin, että törmäyskurssilla oleva avaruusmurikka hajoaa osiin vasta kaasukehässä. Tällöin syntyy tyypillisesti ellipsin muotoinen kraatterikenttä, jonka suurin kraatteri on lähempänä ellipsin sitä päätä, jonka suuntaan kappale oli menossa. Tilanne vastaa siis meteoriittien putoamisellipsiä: suurimmat meteoriitit lentävät kauimmaksi. Maapallolta tällaisia kraatterikenttiä tunnetaan seitsemän, eli Henbury, Kaalijärv, Macha, Morasko, Odessa, Sihote-Alin ja Wabar. Näistä Viron Saarenmaalla sijaitseva Kaalijärv on lukemattomille suomalaisillekin tuttu paikka, mutta harvempi on varmaankaan kävellyt ympäristössä ihastelemassa 110-metrisen pääkraatterin vieressä sijaitsevia noin kahdeksaa pienempää satelliittikraatteria.
Mainitut kraatterikentät ovat suurimmillaankin vain muutaman kilometrin pituisia ja korkeintaan noin puolentoista kilometrin levyisiä. Kraatterikentän suurempi leveys olisikin Maan ilmakehässä hajoavalle kappaleelle mahdotonta. Itse kraatterit ovat muutamien kymmenien tai korkeintaan parin sadan metrin läpimittaisia. Maapallon tapauksessa kraatterikenttiä yhdistää sekin, että ne ovat syntyneet rautameteoriitten törmäyksistä.2
Sekundäärikraatterit
Jos tarkastellaan aurinkokuntaa kokonaisuutena, ylivoimaisesti tyypillisin kraatterikenttien muodostumistapa on kuitenkin sekundäärinen kraatteroituminen. Sekundäärikraatterit syntyvät primäärikraatterista lentäneestä heitteleestä. Kuuharrastajat tuntevat sekundäärikraattereistakin hyvän esimerkin, eli Lunar 100 -luettelon havaintokohteena 69 olevat Copernicuksen sekundäärikraatterit.
Heitteleen nopeus on tyypillisesti selvästi alkuperäistä primäärikraatterin synnyttäneen kappaleen törmäysnopeutta hitaampi. Törmäyskulma on myös yleensä loivempi. Siksi sekundäärikraatterit ovat primäärikraattereita matalampia ja usein soikeita. Taivaankappaleesta ja primääritörmäyksen koosta riippuen sekundäärikraatterit voivat sijaita kymmenien, satojen tai jopa tuhansien kilometrien päässä primäärikraatterista. Kaukaisissa tapauksissa primäärikraatterin tunnistaminen onkin usein hyvin vaikeaa tai mahdotonta.
Lähempänä primäärikraatteria esiintyessään sekundäärikraatterit muodostavat kuitenkin usein ryppäitä ja jonoja. Silloin niiden heittelekentät vuorovaikuttavat toistensa kanssa. Tämän seurauksena syntyy sekundäärikraattereille ominainen kalanruotorakenne. Ruotorakenteen ”nuolet” osoittavat suunnilleen primäärikraatteriin päin, mikä monessa tapauksessa helpottaa primäärikraatterin tunnistamista.
Sekundäärikraatterien tutkimista on kuitenkin haitannut pahasti se, että maapallolta ei ole onnistuttu löytämään ensimmäistäkään sekundäärikraatteria. Tämä on sikäli luonnollista, että isojenkin törmäysten synnyttämät sekundäärikraatterit ovat väkisinkin melkoisen pieniä, eikä suuria törmäyskraattereita ole onneksi pitkiin aikoihin syntynyt. Vanhojen suurten kraatterien sekundäärikraatterit ovat taas aikojen saatossa kuluneet pois. Maan suuri painovoima ja paksu kaasukehä myös osaltaan hillitsevät sekundäärikraattereiden syntyä.3
Toissa viikolla julkaistun artikkelin mukaan maapallon sekundäärikraatterivaje näyttäisi nyt kuitenkin hieman olevan korjaantumassa.
Lähde länteen
Lännenelokuvien ystäville USAn Wyomingin osavaltiosta tulee mieleen etenkin George Stevensin mestariteos Etäisten laaksojen mies, samoin kuin Kevin Costnerin Tanssii susien kanssa. Suunnilleen kaikki geologit taas tuntevat Wyomingin Yellowstonen supertulivuoresta massiivisine kalderoineen ja kuumine lähteineen. Scifistä kiinnostuneille geologeille Steven Spielbergin Kolmannen asteen yhteydessä pääroolin varastava Devil’s Tower lienee Wyomingin ykköskohde. Kraatteritutkijoiden valtaosalle Wyoming ei sen sijaan aiemmin ole juuri iloa tuottanut, sieltä kun on tunnettu vain Cloud Creekin seitsenkilometrinen, syvällä sedimenttikivikerrostumien alla sijaitseva törmäysrakenne. Viime vuosina tilanne on kuitenkin muuttunut radikaalisti.
Vuonna 1959 Douglasin pikkukaupungin läheltä, Laramie-vuoriin kuuluvan Sheep Mountainin kupeelta löydettiin viisi muutaman kymmenen metrin läpimittaista, hieman kohonneen reunan ympäröimää kuoppaa. Löytö raportoitiin opinnäytetyössä, mutta niiden alkuperään ei otettu kantaa.
Kesti vuoteen 1996 ennen kuin seuraavat opiskelijat olivat asialla. He tulkitsivat kuopat törmäyskraattereiksi. Tarvittavat todisteet šokkimetamorfoosista kuitenkin puuttuivat, eikä tieto edelleenkään levinnyt vuosikausiin kraatteritutkijoiden pariin.
Vasta vuonna 2018 saksalaisen kraatteritutkija Thomas Kenkmannin johdolla kraattereita löydettiin runsaasti lisää. Mikä tärkeintä, he raportoivat vakuuttavia todisteita niiden törmäyssynnystä. Kenkmannin tutkimusryhmä löysi tuolloin seitsemän kraatterin kivistä kvartsin šokkilamelleja, jotka ovat varma todiste törmäyksestä. Samalla mahdollisten pienten törmäyskraatterien lukumäärä Wyomingin kaakkoisosissa kohosi useisiin kymmeniin. Todisteet kokoava tutkimusartikkeli Evidence for a large Paleozoic Impact Crater Strewn Field in the Rocky Mountains on vapaasti luettavissa.
Osa Douglasin tyypillisesti muutaman kymmenen metrin läpimittaisista usein hieman soikeista kraattereista oli hämmästyttävän hyvin säilyneitä. Monien kraattereiden nurinniskoin kääntynyt reuna ja jopa heittelekenttä olivat säästyneet eroosiolta. Kaikki kraatterit olivat syntyneet hiekkakiveen ja joidenkin pohjia peitti osittain savikivi. Näistä leikkaussuhteista voitiin päätellä, että kraatterit syntyivät noin 280 miljoonaa vuotta sitten. Tämä oli häkellyttävä havainto, sillä Maan muut tunnetut kraatterikentät ovat erittäin nuoria, korkeintaan joitakin tuhansia tai kymmeniä tuhansia vuosia vanhoja.
Mielenkiintoista kyllä, Cloud Creekin törmäysrakenne sijaitsee 120 km:n päässä luoteeseen kraatterikentästä, samalla kaakko–luode-suuntaisella linjalla kuin Douglasin kraatteritkin. Cloud Creekin ikäarvio, noin 190 ± 20 miljoonaa vuotta, on kuitenkin sen verran kaukana 280 miljoonasta vuodesta, että minkäänlaista yhteyttä Kenkmann ja kumppanit eivät näillä nähneet olevan.
Douglasin pikkukraatterit muodostuivat märkään hiekkaan hyvin lähellä merta, kenties laguunimaisessa ympäristössä. Pian syntynsä jälkeen ne peittyivät savikerroksella. Paksut kerrostumat suojasivat niitä kulutukselta kymmeniä miljoonia vuosia, kunnes noin 75–50 miljoonaa vuotta sitten Laramie-vuoret kohosivat vuorijonopoimutuksessa. Vuoriston synnyn yhteydessä ja sen jälkeen arviolta kaksi, kenties kolmekin kilometriä sedimenttejä on hioutunut pois hiekkakiven päältä paljastaen kraatterit nyt tutkittaviksi.
Vuoden 2018 artikkelissa Kenkmannin ryhmä piti tuolloin vielä Douglasin kraatterikenttänä tunnettua aluetta todennäköisimmin normaalina kraatterikenttänä, joka syntyi ilmakehässä hajonneen (rauta-)asteroidin törmäyksestä. Se, ettei meteoriitteja löytynyt, oli kuitenkin jonkinmoinen ongelma. 280 miljoonan vuoden iän mukanaan tuoma rapautuminen saattoi kuitenkin selittää sen, vaikka itse kraatterit olivatkin erittäin hyvin säilyneitä. Kaukonäköisesti ryhmä totesi artikkelissaan, että mikäli myöhemmin kraattereita löytyy laajemmalta alueelta, voi silti olla tarpeen harkita muitakin vaihtoehtoja tarkemmin, ennen kaikkea sekundäärikraattereiden mahdollisuutta.
Pari viikkoa sitten Geological Society of America Bulletin -julkaisusarjassa ilmestynyt myöskin vapaasti luettavissa oleva Kenkmannin ryhmän toinen artikkeli Secondary cratering on Earth: The Wyoming impact crater field iskee pöytään uusia havaintoja ja mallinnuksia, jotka tekevät sekundäärikraatteritulkinnasta hyvinkin uskottavan. Nyt varmoja, šokkimetamorfisia todisteita sisältäviä kraattereita on jo 31 kpl ja kandidaatteja kuutisenkymmentä lisää. Koko kraatteriehdokkaiden kattama alue on laajuudeltaan noin 90 km x 40 km. Vanha nimi ei tälle enää riitä, joten alue tunnetaan nyt Wyomingin kraatterikenttänä. Näin laaja-alainen kraatterikenttä ei millään selity yhden kappaleen hajoamisella ilmakehässä. Ensimmäistäkään meteoriittia ei myöskään ole edelleenkään löydetty.
Juuri ennen ilmakehään saapumista hajonneen suuremman kappaleen törmäys saattaisi ehkä periaatteessa synnyttää suuren kraatterikentän, mutta Kenkmannin ryhmän havainnot sulkevat tällaisen jo alkujaankin hyvin epätodennäköisen mahdollisuuden pois. Monet kraattereista nimittäin ovat soikeita ja/tai esiintyvät jonoina. Lisäksi parissa kraatterissa nähdään – ensimmäistä kertaa maapallolla – ruotorakenteiksi tulkittuja piirteitä heittelekentissä. Näistä havainnoista määritetyt törmäyssuunnat risteävät, toisin kuin vuorovesivoimien hajottaman kappaleen synnyttämän kraatterikentän tapauksessa kävisi.
Kenkmannin ja kollegojen havaintojen ja päätelmien mukaan Wyomingin kraatterikentän primäärikraatteri on todennäköisimmin noin 150–200 km:n päässä kaakossa Cheyennen kaupungin koillispuolella Wyomingin ja Nebraskan rajaseudulla. Läpimittaa sillä on tämänhetkisten arvioiden ja mallinnusten perusteella kenties 50–65 km. Siitä noin 0,7–1 km/s nopeudella lentäneet vähintään 4–8 m:n läpimittaiset lohkareet synnyttivät muutamien kymmenien metrien läpimittaiset sekundäärikraatterit ja aiheuttivat hiekkakivessä havaitut šokkimetamorfiset muutokset.
Nopeus voi kuulostaa suurelta, mutta kraattereista puhuessa tuo on erittäin vähän: maapallolla tavanomainen asteroidien törmäysnopeus on hieman vajaat 20 km/s. Alhaisilla nopeuksilla korkean šokkipaineen vaikutusalue jää väistämättä hyvin pieneksi. Yksi Kenkmannin ryhmän tutkimuksien yllätyksistä olikin, että he löysivät todisteita šokkimetamorfoosista niin monesta kraatterista. Tämä kertonee paitsi erittäin sitkeästä tutkimustyöstä, myös kraatterien vähäisestä eroosiosta.
Kraatterien heittele on koostumukseltaan aina ihan tavallista kohdekallioperää. Siksi sekundäärikraatterit synnyttäneiden kappaleiden jäänteiden löytäminen on käytännössä mahdotonta. Sikäli kun Kenkmannin ryhmän tulkinta on oikea, kraattereiden ympäristöstä on siis täysin turha lähteä metallinpaljastimen kanssa etsimään rautameteoriitteja, sillä niitä ei ainakaan kraattereihin liittyen ole.
Pölyä ja palleroita
Törmäyksen vaikutukset tuntuivat Wyomingin kraatterikentän alueella muutenkin kuin heittelemurikoiden törmäyksinä. Kenkmannin ryhmä löysi eräistä kraattereista noin millimetrin läpimittaisia kerroksellisia kvartsista koostuvia pallosia. Erilaisia mikroskooppisia palleroita eli sferuleja on monenlaisia, mutta nämä tulkittiin kerroksittain keräytymällä syntyneiksi lapilleiksi (englanniksi accretionary lapilli). No ovat tyypillisiä tulivuorten tuotteita, mutta myös törmäyssyntyisiä lapilleja tunnetaan. Sellaiset todennäköisimmin muodostuvat pienen ilmassa leijuvan kostean tai osin sulan hiukkasen kerätessä kuumasta kaasu- ja pölypilvestä (eli törmäyspluumista) ympärilleen kerroksittain lisää partikkeleja.
Sekundäärikraatterit ovat aivan liian pieniä, jotta niissä olisi merkittävää pluumia tai lapillien muodostumista päässyt syntymään. Kenkmannin ja kumppaneiden hypoteesi onkin, että primäärikraatterin pluumi vuorovaikutti syntyvien sekundäärikraatterien ja niiden heittelekenttien kanssa, jolloin lapillit päätyivät osaksi hyvin hienorakeisesta kvartsista (tarkemmin sanottuna sertistä) koostuvia outoja pieniä möykkyjä, joita eräistä kraattereista löydettiin.
Jalustalle nostetut kraatterit
Eräiltä Wyomingin pikkukraattereilta on löydetty vielä yksi maapallolla ennennäkemätön piirre, jolla on erittäin mielenkiintoinen yhtymäkohta Marsiin. Marsissa, etenkin korkeammilla leveysasteilla, esiintyy runsaasti yleensä melko pieniä kraattereita, joiden heittelekenttä päättyy terävärajaiseen alaspäin viettävään rinteeseen. Koko kraatteri näyttää siis olevan nostettu ympäröivää maastoa korkeammalle kohoavan jalustan päälle. Englanniksi tällaiset kraatterit tunnetaan nimellä pedestal craters, Suomessa muutamat niistä kiinnostuneet geologit ovat tavanneet puhua jalustakraattereista.
Jalustakraatterien synnystä on useampia erilaisia malleja. Jollain tavalla Marsin kraatterien heittelekerros on joka tapauksessa kyennyt kovettamaan ja/tai suojelemaan alla olevaa kallioperää kulutukselta. Hieman yllättäen Wyomingin Laramie-vuorten alarinteiltä saattaa löytyä ainakin osittainen ratkaisu jalustakraattereiden syntyongelmaan.
Monia Wyomingin kraattereita ympäröi säteittäisten ja konsentristen törmäyssyntyisten rakojen verkosto. Kun kraatterit pian syntynsä jälkeen peittyivät sedimenttikerrosten alle, raot täyttyivät hienorakeisella kvartsilla. Se teki koko kivestä entistä kestävämpää. Tämän prosessin käynnistymistä saattoi myös edesauttaa törmäyksessä vapautunut lämpö. Kraatterien keskiosien säilymiseen vaikutti lisäksi todennäköisesti šokkikivettyminen, joka puristi pehmeitä hiekkakiviä tiiviimpään muotoon. Joka tapauksessa lopputulos oli, että niin itse kraatterit kuin niiden heittelekentätkin olivat kovempia kuin ympäröivä hiekkakivi. Siten ne jäivät jalustojen päälle törröttämään.
Loppu hyvin, kaikki hyvin?
Kokonaisuutena tarkastellen Kenkmannin ryhmän artikkelit luovat hyvin uskottavan kuvan siitä, että Wyomingissa todellakin on maapallon ensimmäinen tunnistettu sekundäärikraatterikenttä. Näyttää myös siltä, että samalla löydettiin Maan ensimmäiset heittelekenttien ruotorakenteet. Varsin vakuuttavalta tuntuu sekin, että jalustakraattereita esiintyy Marsin lisäksi myös Wyomingissa.
Muutamia tieteen perusolemukseen kuuluvia seikkoja on kuitenkin syytä pitää mielessä. Näitä kraattereita ei ole toistaiseksi tutkinut kuin yksi ryhmä. Vaikka kuinka hyvää työtä tehdään, on aina levollisempi olo, kun toiset tutkijat vahvistavat tulokset, vallankin kun Wyomingin kraatterikenttä näyttää sisältävän peräti kolme maapallon kraattereista ennen tuntematonta piirrettä.
Yksi tutkimusten ongelma, jonka Kenkmann ja kumppanit auliisti myöntävät ja sen vaikutuksia tulkintoihinsa pähkäilevät, liittyy alueen geologiaan. Hiekkakiviyksikkö, johon kraatterit muodostuivat, on nykyisin näkyvissä melko pitkällä mutta kapealla vyöhykkeellä. Onnekas sattuma on, että heitteleklimpit osuivat muodostumaan siten, että heitteleen tulosuunta on tällä hetkellä eroosion paljastaman kraatterikentän perusteella määritettävissä. ”Onnekas sattuma” on toisaalta aina myös hieman kulmakarvoja nostattava tilanne. Osa paljastuneistakin kraattereista on varmasti yhä löytämättä, osa on kulunut kokonaan pois ja osa on nuorempien kerrostumien alla odottamassa vuosimiljoonien eroosien tuovan ne tulevaisuuden geologien tutkittaviksi.
Vuorijonopoimutuksen aiheuttamaa kallioperän kääntelehtimistä ja vääntelehtimistä on myös mahdoton tuntea tarkalleen. Tämä väistämättä vaikuttaa tehtyihin suunta- ja etäisyystulkintoihin. Vaikka primäärikraatterin todennäköisimmästä sijaintipaikasta saatiinkin melko hyvä suuntima, sen paikka varmasti muuttuu jos ja kun lisää kraattereita löydetään ja vuorijonopoimutuksen vaikutukset alueella tunnetaan tarkemmin.
Kenkmann kollegoineen toteaakin, että koko Denverin laajan sedimentaatioaltaan pohjoisosa on primäärikraatterin sijainnin kannalta erityisen kiinnostavaa aluetta. Seudulla tehdään runsaasti öljyn- ja kaasunetsintää. On hyvinkin mahdollista, että kairauksissa tai geofysikaalisissa tutkimuksissa löydetään tai on jo löydetty jotain kraatteriin liittyvää. Toivottavasti mahdolliset löydöt aikanaan päätyvät myös kraatteritutkijoiden ulottuville.
Vaikkei primäärikraatteria koskaan paikallistettaisikaan, on Wyomingin kraatterikenttä silti tutkimuksen kannalta erittäin arvokas. Mahdollisuus päästä paikan päällä perehtymään koko aurinkokunnan mittakaavassa merkittäviin ilmiöihin, jotka on aiemmin tunnettu vain luotainaineistojen ja osin laboratoriokokeiden perusteella, on kraatteritutkimusta parhaimmillaan.
1Catena Davyn synnystä on jonkin verran epävarmuutta. Tiettävästi mahdollisena edelleen pidetään sitäkin vaihtoehtoa, että kyseessä olisi jonkin suuren törmäyksen kaukainen sekundäärikraatteriketju. Tämä on tosin ainakin oman näppituntumani mukaan nykyisin harvempien tutkijoiden suosiossa.
2Machan tapauksessa kraatterit synnyttäneiden meteoriittien kappaleita ei ole löydetty, ainoastaan pieniä metallisia partikkeleja, joista ei meteoriitin tyyppiä ole saatu määritettyä.
3Kenkmannin ja kollegoiden helmikuisessa artikkelissa väitetään, että paksun kaasukehän verhoamilla Titanilla ja Venuksella ei olisi sekundäärikraattereita. Vähäkraatterisen Titanin osalta kannattaa kuitenkin muistaa, ettei Cassini-luotaimen tutkakuvien erotuskyky ole kovin hääppöinen, joten sekundäärikraatterit voivat aivan hyvin jäädä enimmäkseen erotuskyvyn ulottumattomiin. Venuksen törmäyskraattereihin syvällisemmin perehtyneet tutkijat puolestaan ovat löytäneet Venuksen pinnalta sekundäärikraattereita (ks. esim. tämä maksumuurin takana oleva artikkeli, tai tämän erinomaisen kirja-artikkelin Taulukko 1). Tämä toimikoon muistutuksena siitä, että tällaisissa erittäin hyvissäkin artikkeleissa on joskus epämääräisiä perustelemattomia heittoja, jotka eivät välttämättä tarkempaa syynäystä kestä, etenkin kun astutaan alueille, jotka eivät kirjoittajien tai esitarkastajien ominta osaamista edusta.