Törmäykset, tulivuoret ja joukkosukupuutot
On kaikki niin kuin ennenkin
Aleksis Kiven (1834–1872) vuonna 1864 kirjoittamasta Nummisuutareista on peräisin usein hieman väärin käytetty sanonta ”niin muuttuu maailma, Eskoni”. Kivestä en tiedä, mutta länsimaisen sivistyneistön keskuudessa oli tuolloin käynnissä vilkas keskustelu niin maailman kuin Eskon edustaman lajinkin muuttumisesta. Charles Darwinin (1809–1882) Lajien synty eli On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life oli nimittäin ilmestynyt viisi vuotta aiemmin.
Sata vuotta ennen Nummisuutareita tällainen keskustelu ei olisi ollut ajankohtaista. Ruotsalainen Carl Linnaeus (aateloinnin jälkeen Carl von Linné, 1707–1778) perusti modernin eliöiden luokittelun eli taksonomian, mutta hänen biologinen maailmankuvansa oli perinteisen kreationistinen: Jumala loi maailman ja kaikki eliölajit, eikä niitä sen jälkeen ollut syntynyt lisää tai kadonnut.
Paleontologian isäksikin kehuttu ranskalainen Georges Cuvier (1769–1832) meni kuitenkin luokittelemaan etenkin Pariisin alueelta löytämiään fossiileja Linnén systeemin mukaisesti. Ennen pitkää hän huomasi, että osaa löydetyistä fossiileista ei esiintynyt myöhemmin syntyneissä kerrostumissa: eräät lajit olivat kuolleet sukupuuttoon. Hän myös pani merkille, että joidenkin kerrostumien kohdalla lajeja katosi paljon enemmän kuin muualla. Yhden tällaisen jo Cuvierin tunnistaman rajapyykin iäksi tiedämme nykyisin 66 miljoonaa vuotta. Cuvier oli löytänyt elämän historian suuret joukkosukupuutot.
Cuvierin mielestä fossiilit todistivat, että rauhallisia aikoja seurasivat valtaisat ja äkilliset katastrofit. Ne olivat tuon ajan tutkijoiden mukaan yleensä tulvia, joista viimeisin oli sumereilta Raamattuun ja Koraaniin peritty tarina Ukko Nooan tulvasta, jollainen esiintyy lukemattomissa muissakin myyteissä ympäri maailman.
Ällistyttävän monialainen englantilainen pappi, filosofi ja tutkija William Whewell (1794–1866) alkoi kutsua Cuvierin kannattamaa ajattelutapaa katastrofismiksi. Katastrofismin rinnalla eli kuitenkin vahvana toinen koulukunta. Sitä edustivat esimerkiksi geologian keskeisimpiin oppi-isiin kuuluneet skotlantilaiset James Hutton (1726–1797) ja Huttonin ajatusten kehittäjä ja markkinoija Charles Lyell (1797–1875), ensimmäinen merkittävä evoluution kannattaja, ranskalainen Jean-Baptiste Lamarck (1744–1829), sekä evoluution luonnonvalinnalla selittänyt Lyellin ihailija Charles Darwin. Heidän suosimansa näkemyksen mukaan geologiset prosessit ovat aina muokanneet maapalloa samalla tavalla ja samalla voimalla kuin ne näyttivät nytkin tekevän, eli enimmäkseen hissun kissun ja ilman mitään sen suurempia mullistuksia. Tälle ajatusmallille Whewell keksi kielen solmuun saattavan nimen ”uniformitarianismi”.
Aikojen saatossa alkuperäistä ajatusta uniformitarianismista on tietysti hieman muokattu , mutta pääpiirteissään käsitys siitä, että geologiset prosessit toimivat nykyisin niinkuin ennenkin, on yhä yksi geologian keskeisimpiä periaatteita. Uniformitarianismiin liittyy keskeisesti aktualismin käsite. Tieteenfilosofit ja -historioitsijat tosin käyvät edelleenkin keskustelua siitä, mitä nämä termit oikeastaan tarkoittavat, joten pääkivun välttämiseksi asiaan ei tässä yhteydessä kannata sen syvemmälle uppoutua.
Joka tapauksessa uniformitarianismin ja aktualismin perusajatus tiivistyy lauseeseen ”nykyisyys on menneisyyden avain”.1 Jotta maapallon geologista historiaa voi ymmärtää, on siis ensin tutkittava, millä tavoin ja kuinka nopeasti geologiset prosessit nykyisin toimivat.
Lyellin ja Darwinin aikana esimerkiksi jokien hitaasti mutta varmasti kuluttava ja kerrostava toiminta ymmärrettiin jo pääpiirteiltään kohtalaisen hyvin. Äkilliset tulivuorenpurkaukset ja maanjäristykset olivat myös ilmiöinä tuttuja, mutta käsitykset voimista niiden taustalla olivat vielä pahasti vajavaisia. Aurinkokunnan mittakaavassa tärkeintä geologista prosessia, eli törmäyskraattereiden syntyä, eivät arvovaltaisimmat luonnontieteilijät juurikaan vaivautuneet ajattelemaan, sillä maapallolta niitä ei vielä tunnettu. Ja silloin kun harvat 1800-luvun tutkijat pohdiskelivat Kuun kraattereita, niitä luonnollisesti pidettiin vulkaanisina. Kesti Lyellin päivistä satakunta vuotta ennen kuin suurvaltojen kuukilpailun seurauksena törmäyskraattereita alettiin tutkia ja ymmärtää tarkemmin.
Uniformitarianismi hieman vaihtelevissa muodoissaan on siis pitänyt pintansa yhtenä geologian kantavista perusajatuksista jo kohta parisataa vuotta. Fossiiliaineistossa havaittavat joukkosukupuutot eivät kuitenkaan ole kadonneet mihinkään. Niinpä harvakseltaan tapahtuvat maailmanlaajuiset mullistukset on käytännössä hyväksytty osaksi uniformitarianistista maailmankuvaa.
Tämä katastrofien ujuttaminen osaksi uniformitarianismia alkoi tapahtua erityisesti 1980–90-luvuilla. Vuonna 1982 David Raup ja Jack Sepkoski julkaisivat tutkimuksensa Mass Extinctions in the Marine Fossil Record. Siinä osoitettiin ensimmäistä kertaa erittäin kattavaan fossiiliaineistoon ja sen tilastolliseen analyysiin perustuen, että viimeisen 540 miljoonan vuoden eli fanerotsooisen eonin aikana on tapahtunut viisi suurta joukkosukupuuttoa.
Neljän vuosikymmenen aikana käsitykset Maan sukupuuttoaalloista ovat hieman tarkentuneet. Varhainen fossiiliaineisto on melko puutteellista, mutta sen aiheuttamista hankaluuksista huolimattta nykyisin oletetaan, että kambrikaudella ja varhaisordoviikkikaudella oli suhteellisesti samaa kokoluokkaa tai jopa suurempiakin joukkotuhoja kuin ”viisi suurta”. Viimeisen noin 470 miljoonan vuoden osalta Raupin ja Sepkoskin alkuperäinen tulkinta kuitenkin edelleen pätee.
Toinen merkittävä tekijä katastrofien esiinnousussa viime vuosikymmeninä oli tietenkin liitukauden päättäneen ja lentokyvyttömät dinosaurukset hävittäneen joukkotuhon osoittautuminen lähinnä asteroiditörmäyksen eikä tutun ja turvallisen vulkanismin aiheuttamaksi vuonna 1980. Lisää vettä myllyyn saatiin, kun törmäyksessä syntynyt kraatteri eli Meksikon Chicxulub löydettiin vuonna 1991. Lisäksi helminauhakomeetta Shoemaker–Levy 9:n iskeytymistä Jupiteriin kesällä 1994 voitiin seurata televisiosta suorana lähetyksenä. Tämä osoitti niin tutkijoille kuin suurellekin yleisölle, että suuria törmäyksiä tapahtuu aurinkokunnassamme edelleen.
Törmäykset ovat siis uniformitarianismin periaatteiden mukainen geologinen prosessi. Lisämuistutuksia tästä, tosin onneksi vain paikallisessa mittakaavassa, saatiin vuonna 2007 kun Carancasin pieni törmäyskraatteri syntyi Peruun, sekä vuonna 2013 kun Tseljabinskissä Venäjällä 1500 ihmistä sai vammoja ja yli 7000 rakennusta vaurioitui asteroidin ilmaräjähdyksen seurauksena.
Isolle joukolle tutkijoita on kuitenkin ollut hyvin vaikea hyväksyä Chicxulubia tai muita törmäyksiä joukkosukupuuton tai -puuttojen aiheuttajaksi. Toisaalta jotkut ovat analyyseissään yrittäneet puoliväkisin saada törmäyksiä osumaan ajallisesti suurempien tai pienempien sukupuuttoaaltojen kohdille. Samalla kraatterien läpimitat ovat kummasti pyöristyneet mieluummin ylös- kuin alaspäin.
Joukkosukupuuttojen perimmäiset syyt ovat vielä hyvin pitkälti kiistanalaisia. Ainoastaan suurimman, eli permikauden 252 miljoonaa vuotta sitten päättäneen katastrofin aiheuttajasta ollaan nykyisin enimmäkseen yksimielisiä. Syypää oli Siperian laakiobasalttien purkautuminen ja siitä aiheutunut ilmastonmuutos muine seurannaisvaikutuksineen.
Liitukauden lopun joukkotuhon syypäänä pidetään yleisimmin Chicxulubin törmäystä. Asia ei tosin ole aivan niin yksiselitteinen kuin pelkästään tv-dokumentteja tai tiedeuutisointia seuraamalla voisi kuvitella. Kiistämätön tosiasia kun on, että samaan aikaan Intiassa oli käynnissä massiivinen Deccanin laakiobasalttipurkaus. Jos kerran Siperian laakiobasalttien purkautuminen lopetti permikauden, miksei sama voinut tapahtua Deccanin purkausten seurauksena liitukaudella?
Tuoreimmat tulkinnat
Joulun alla Science Advances –verkkolehdessä ilmestyi Lauren K. O’Connorin johdolla kirjoitettu tutkimus Terrestrial evidence for volcanogenic sulfate-driven cooling event ~30 kyr before the Cretaceous–Paleogene mass extinction. Artikkelissa esitellään Pohjois-Amerikan liitukautisista ruskohiilikerrostumista eli vanhoista turpeista tehtyjä päätelmiä ilman lämpötilasta. Tärkein tutkimuksessa käytetty menetelmä perustuu turpeessa eläneiden bakteerien solukalvon koostumukseen. Se vaihtelee lämpötilasta riippuen ja näin ollen toimii paleolämpömittarina.
Jutun pääviesti on kiitettävän selkeä. Liitukauden viimeisen sadantuhannen vuoden aikana ilmasto lämpeni kolmisen astetta. Syyllisenä tähän O’Connor ja kumppanit pitävät Deccanin tuliperäisen toiminnan ilmakehään sylkemän hiilidioksidin lämmittävää vaikutusta.
Tämän lämpenevän trendin lisäksi aineistosta erottuu korkeintaan 10 000 vuotta kestänyt ja 30 000 vuotta ennen liitukauden loppua huipentunut 2–5°C:n lämpötilan lasku. Sekin johtui tutkijoiden mukaan Deccanin vulkanismista. Viilenemisen aiheutti purkauksissa ilmakehään päässyt rikkidioksidi, joka muuttui sulfaattiaerosoleiksi. Ne ovat tunnettuja ilmaston viilentäjiä. Esimerkiksi vuoden 1991 Pinatubon purkauksessa sulfaattiaerosolit jäähdyttivät ilmastoa puolisen astetta.
Sikäli kun O’Connorin ryhmän tulokset pätevät, Deccanin vulkanismilla todellakin oli merkittäviä ja pitkäkestoisia ilmastollisia vaikutuksia. Oleellinen kysymys onkin, oliko näillä muutoksilla merkitystä maapallon elonkirjon kannalta.
Sitä tutkimusryhmä ei itse suoraan selvittänyt, vaan he vertasivat omia tuloksiaan paleontologien aiemmin samoista kohteista tekemiin tutkimuksiin. Paljastui, että ainakin kukkakasvit elää porskuttivat vilpoisan jakson läpi ilman suurempia ongelmia, kunnes sitten tuhansia vuosia myöhemmin liitukauden loppuessa hankaluuksia yhtäkkiä olikin enemmän kuin mistä ne pystyivät selviytymään. Deccanin vulkanismin vaikutuksesta maapallon ilmasto siis sekä lämpeni että jäähtyi reippaasti, mutta lajien joukkosukupuuttoon se ei johtanut. Siihen tarvittiin Chicxulubin törmäystä.
Entä missä mennään muiden joukkosukupuuttojen ja törmäysten korreloinnissa? Liitukauden lopun ohella ainut piikki sukupuuttokäyrässä, jonka kohdalla ainakin suurin piirtein on varmasti myös suuria törmäyskraattereita, on eoseeniepookin loppu noin 34 miljoonaa vuotta sitten.
Myöhäinen eoseeniepookki oli suurten muutosten aikaa, sillä lämmin ilmasto oli jäähtymässä ja jääkausi alkamassa. Avaruudesta saattoi aiemmin tapahtuneiden asteroidien keskinäisten kolarien seurauksena sataa Maahan tavallista enemmän pölyä. Tuolloin syntyi myös poikkeuksellisen suuria kraattereita.
Ensin Pohjois-Siperiaan räjähti satakilometrinen Popigai. Sitten Yhdysvaltain itärannikon matalaan mereen nykyisen Chesapeakenlahden eteläosaan syntyi Chesapeake Bayn konsentrinen kraatteri. Sen sisäkraatterin läpimitta on suunnilleen 40–45 km ja matalan ulkokraatterin halkaisija noin 85 km.
Perinteisesti Popigain ja Chesapeake Bayn on ajateltu syntyneen ajallisesti hyvin lähellä toisiaan, jopa alle 25 000 vuoden sisällä. Ongelmallista on, että Popigain ja Chesapeake Bayn syntyiät eivät ole laisinkaan varmoja. Viime vuosina ilmestyneissä mietityissä listauksissa Popigaille on suositeltu ikiä 36,63 ± 0,92 miljoonaa vuotta (Ma) tai 35,7 ± 0,2 Ma, Chesapeake Baylle puolestaan 34,86 ± 0,32 Ma tai 35,2 ± 0,3 Ma. Niillä voi siis hyvinkin olla ikäeroa muutama miljoona vuotta, mikä on aika lailla eri asia kuin muutama kymmenentuhatta vuotta.
Detaljeista riippumatta molemmat syntyivät myöhäiseoseenilla ja olivat Maan kraattereiksi huomattavan isoja. Koska Chicxulub aiheutti aikoinaan maailmanlaajuisen joukkotuhon, on luonnollista olettaa, että Popigai ja Chixcululb vaikuttivat eoseeniepookin lopun pienempään sukupuuttoaaltoon.
Vuosikymmenten varrella saadut todisteet eoseenitörmäysten ilmastovaikutuksista ovat kuitenkin olleet erittäin ristiriitaisia. Joissain tutkimuksissa törmäykset on yhdistetty ilmaston lämpenemiseen, toisissa kylmenemiseen, ja kolmansissa ei ole nähty minkäänlaista vaikutusta.
Joulukuussa ilmestyi Communications Earth & Environment -verkkolehdessä Bridget Waden ja Natalie Chengin artikkeli No paleoclimatic anomalies are associated with the late Eocene extraterrestrial impact events. Jo jutun otsikko kertoo kaiken oleellisen: minkäänlaisia ilmastollisia poikkeamia ei Meksikonlahdelta kairatuista näytteistä Popigain ja Chesapeake Bayn heittelekerrosten kohdilta pystytty havaitsemaan.2 Tutkimus siis vahvistaa vallalla ollutta käsitystä, ettei myöhäiseoseenin törmäyksillä ollut merkittäviä globaaleja ympäristö- ja ilmastovaikutuksia, eivätkä ne olleet osallisina eoseenin lopun sukupuutoissa.
Chicxulub sen sijaan oli riittävän paljon Popigaita ja Chesapeake Bayta isompi ja se sattui osumaan geokemiallisesti arkaan paikkaan. Sen seurauksena ilmastovaikutukset olivat aivan eri luokkaa kuin tavallisempaan kallioperään syntyneiden myöhäiseoseenin kraatterien tapauksessa. Siksi lentokyvyttömät dinosaurukset antoivat liitukauden lopussa tilaa nisäkkäille, mutta merkittäviä muutoksia ei eoseenin loppupuolella törmäysten vuoksi koettu.
Katastrofismi tänään ja huomenna?
Katastrofismista ei nykyisin ainakaan perinteisessä mielessä juuri puhuta. Isompia ja pienempiä eri syistä aiheutuvia geologisia mullistuksia tapahtuu kuitenkin maapallolla ja aurinkokunnassa edelleen. Katastrofaalisen suuret asteroiditörmäyksetkin ovat todistettavasti yhä mahdollisia ja siten uniformitaristisiksi laskettavia ilmiöitä.
Tiedon hiljalleen karttuessa vanhemmista fossiilikerrostumista paljastuu ”viittä suurta” vanhempia ja luultavasti suurempiakin joukkotuhoja. Havaintomäärän lisääntyessä valtaisia katastrofeja täytyy alkaa kohdella aivan normaaleina maapallon kehitykseen kuuluvina ilmiöinä. Puhtaasti geologisesta näkökulmasta ihmiskunnan aiheuttamassa käynnissä olevassa ”kuudennessa suuressa” joukkosukupuutossa ei siis ole periaatteessa mitään ihmeellistä, vaan kyse on tavallisesta uniformitarianistisesta ilmiöstä. Poikkeukselliseksi asian kuitenkin tekee se, että koskaan aiemmin joukkotuhosta ei ole ollut vastuussa yksi ainut eliölaji, joka voisi niin halutessaan myös sukupuuttoaallon pysäyttää.
Toistaiseksi täysin avoin kysymys on, paljastuuko liitukauden lopun joukkotuhon lisäksi mikään muu merkittävähkö sukupuuttoaalto asteroiditörmäyksen synnyttämäksi. Tällä hetkellä todisteet puhuvat yhä vahvemmin sen puolesta, ettei törmäyksistä ole megatappajiksi kuin poikkeustapauksissa. Toisaalta niin tuoreet kuin vuosikymmenien aikana kerätyt todisteet Deccanin vulkaanisen toiminnan vähäpätöisistä vaikutuksista liitukauden eliöihin osoittavat, etteivät edes valtaisat Maan sisäsyntyisetkään ilmiöt automaattisesti aiheuta globaalia tuhoa. Elämä vaikuttaa melkoisen sitkeältä.
Loppupäätelmä on kuitenkin selvä: mitään selkeää kaavaa katastrofeissa ei ole. Jokainen elämän historian arkistoista paljastuva joukkotuho on erilainen, ja jokaisesta julkaistaan varmasti jatkossakin ristiriitaisia tuloksia. Pikku hiljaa ymmärrys kuitenkin lisääntyy ja eri ilmiöiden ajoitus ja niiden syy-seuraussuhteet tarkentuvat. Cuvier ja kumppanit olisivat kehityksestä varmasti äimänä, mutta myös tyytyväisiä.
1Englanniksi tämä geologian kuuluisin lause kuuluu: ”The present is the key to the past.” En ole koskaan saanut selville, kuka todellisuudessa ensimmäistä kertaa juuri tässä muodossa lauseen esitti. Se tuskin oli Hutton, sillä hänen tekstinsä oli pahamaineisen tönkköä eikä hänen pääteoksensa Theory of the Earth (1795) kahdesta volyymistä tuota ilmausta löydy. Se ei ole myöskään Huttonin ystävän John Playfairin (1748–1819) selitysteoksessa Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth (1802), jota esimerkiksi Lyell käytti lähteenään enemmän kuin itse Huttonin kirjoituksia, luultavasti juuri siksi, että Huttonin oma teksti oli niin hankalaa ja raskassoutuista. Lause ei esiinny myöskään Lyellin oman bestsellerin Principles pf Geology yhdeksännessä painoksessa (1853) tai hänen kirjassaan The Student’s Elements of Geology (1878). Lähimmäksi taitaa päästä Principles of Geologyn ensimmäisen osan ensimmäisen painoksen (1830) lause ”…all past changes on the globe had been brought about by the slow agency of existing causes.”
Itse ajatus aktualismista on Huttonilta peräisin, joskin samaa tematiikkaa käsitteli jo1700-luvun tieteen jättiläinen, ranskalainen kreivi Buffon eli Georges-Louis Leclerc (1707–1788):
“Comme historien nous nous refusons à ces vaines spéculations; elles roulent sur des possibilités qui, pour se réduire à l’acte, supposent un bouleversement de l’univers, dans lequel notre globe, comme un point de matière abandonnée, échappe à nos yeux, et n’est plus un objet digne de nos regards: pour les fixer, il faut le prendre tel qu’il est, en bien observer toutes les parties, et, pour les inductions, conclure du présent au passé.”
Kun en valitettavasti ranskaa osaa, olen Google Translaten englanninnoksen varassa:
”As historians we refuse these vain speculations; they roll on possibilities which, to be reduced to the act, suppose an upheaval of the universe, in which our globe, like a point of abandoned matter, escapes our eyes, and is no longer an object worthy of our gaze: to fix them, we must take it as it is, observe all its parts well, and, for inductions, conclude from the present to the past.”
Tämä katkelma löytyy Buffonin kootuista teoksista vuodelta 1884, mutta varsinaisen alkuperäisen lähteen selvittäminen jääköön toiseen kertaan.
2Kevyesti huolestuttavaa on, että jutussa luotetaan ilmeisen sokeasti kraatterien vanhempiin ikämäärityksiin, eikä uudempia tulkintoja jopa kolmen miljoonan vuoden ikäerosta noteerata mitenkään. Varsinaisia johtopäätöksiä tämä ei kuitenkaan muuta, sillä Popigain ja Chesapeake Bayn heittelekerrokset ovat havaittavia kerroksia kairasydämessä, eikä niiden kohdilta otetuissa näytteissä siis mitään ilmastollisia muutoksia voi havaita.