Lappajärvi ”vanheni” pari miljoonaa vuotta

English summary: In what has apparently become an annual blog entry, I take a look at brand new dating results of Lappajärvi crater.

Gavin Kenny from the Swedish Museum of Natural History and his colleagues have used uranium-lead dating of shocked zircons from Lappajärvi impact melt rock kärnäite and derived a new age for Lappajärvi. According to their study, to be published in the journal Geochimica et Cosmochimica Acta but already available online, 77.85 ± 0.78 Ma (million years) is the best current age we have for the formation of the Lappajärvi crater. The previous best estimate was 76.20 ± 0.29 Ma by Martin Schmieder and Fred Jourdan from 2013. That work was based on argon/argon-dating of the very same sample that was used in the new study. So where does this ~2 Ma age difference come from then? Aren’t the two different dating methods supposed to give the same ”true” age?

Dating rocks and minerals is not an easy task to start with. Dating rocks that have been pretty badly messed up by being hit by another rock is even more complicated. Different dating methods are actually recording slightly different stages of the development of the crater. Shocked zircons get their radiometric ”clock” reset at a higher temperature than is the case for the argon/argon-system. Therefore, at least when things work out like they should, the uranium-lead-method gives a more accurate age of the actual impact event. The previous argon/argon-dating result reflected a later cooling date of the Lappajärvi crater. Already the earlier study emphasized that the cooling of a mid-sized impact crater like Lappajärvi can take a surprisingly long time, even a million years or so. This interpretation is further corroborated by the new results.

The new study also makes Lappajärvi the first Phanerozoic (i.e., younger than about 540 Ma) impact crater to be dated with the uranium-lead-method with an error of 1% or less. That’s yet another ”first” for Lappajärvi. Given that Lappajärvi has provided many ”firsts” and superlatives for the past 160 years, there’s no reason to believe that this is the last of them.

Sincerely, Teemu

Öhman_Lappajärvi_IMG_8499_edit_small_2

Monesti ennenkin käyttämäni maisemakuva Lappajärven itäreunalta. In English: A pretty picture from the eastern rim of Lappajärvi crater that I’ve used a number of times before, just for the sake of being a pretty picture. Kuva/Photo: Teemu Öhman

Päivitystahdiltaan näköjään vuotuiseksi muuttunut blogimme perehtyy tällä kertaa Lappajärven iänmääritykseen. Etenkin tarkastelun alla on iänmäärityksen nykyisyys, mutta osittain myös sen  menneisyys.

Postdoc-tutkijana Naturhistoriska Riksmuseetin NordSIM-laboratoriossa Tukholmassa työskentelevä Gavin Kenny julkaisi kollegoidensa kanssa viime kesänä Meteoritical Societyn kokouksessa uusia tuloksia Lappajärven iästä. Tuon kokousesityksen mukaan Lappajärven ikä on 77,8 ± 1,1 miljoonaa vuotta (Ma). Piakkoin Geochimica et Cosmochimica Acta -lehdessä julkaistavassa, mutta jo nyt sähköisesti saatavilla olevassa erinomaisessa artikkelissa A new U-Pb age for shock-recrystallised zircon from the Lappajärvi impact crater, Finland, and implications for the accurate dating of impact events ikä vielä hivenen tarkentui. Viimeisin ja paras käsityksemme Lappajärven kraatterin syntyajankohdasta on nyt 77,85 ± 0,78 Ma.

Kenny ja kumppanit käyttivät tutkimuksessaan luotettavimpana radioaktiivisuuteen perustuvana geologisena iänmäärityskeinona tunnettua uraani-lyijy-menetelmää (U-Pb). Tutkimuksessa NordSIM-laboratorion sekundääri-ionimassaspektrometri kohdistettiin Lappajärven kärnäiitistä erotettuihin törmäyksessä pahasti kärsineisiin zirkoni-mineraaleihin. Kärnäiittinäyte oli sama, josta Martin Schmieder ja Fred Jourdan vuonna 2013 tekivät aiemman, argon/argon-menetelmään (40Ar/39Ar)  pohjautuneen iänmäärityksen. Schmieder ja Jourdan saivat tuolloin Lappajärven iäksi 76,20 ± 0,29 Ma. Koska näyte oli sama, ja molempien menetelmien pitäisi tietenkin antaa ”oikea” ikä, mistä ikämääritysten parin miljoonan vuoden ero oikein johtuu?

Zirkonikiteiden radioaktiivinen U-Pb-kello ”nollautuu” korkeammassa lämpötilassa kuin kaliumpitoisten mineraalien ajoittamiseen sopiva Ar/Ar-kello. Lähes kaikkea geologista möyhennystä hyvin kestävän zirkonin U-Pb-systeemille tuo lämpötila on yli 900°C, kun tavallisille maasälpämineraaleille se on vain pari sataa astetta. Niinpä U-Pb-menetelmä antaa tarkemman käsityksen esimerkiksi juuri törmäyskraatterin syntyajankohdasta. Myös Ar/Ar-menetelmällä saadaan tarkkoja törmäyskraatterien syntyaikoja, mikäli ajoitettava materiaali on jäähtynyt hyvin nopeasti. Tällaisia ovat esimerkiksi muutamien kraattereiden kaukoheitteleinä esiintyvät tektiitit ja muut törmäyslasit. Melko hitaasti kiteytyneille, pitkään kohtalaisen kuumina pysyneille ja kraatterissa kiertelevien liuosten muokkaamille kärnäiitin kaltaisille törmäyssulakiville Ar/Ar-menetelmä antaa väkisinkin hieman nuorempia ikiä.

Lappajärven iän ohella Schmiederin ja Jourdanin taannoisen tutkimuksen yksi mielenkiintoisimmista tuloksista olikin, että Lappajärven kokoinen kraatteri voi pysyä kuumana satojatuhansia ja jopa miljoona vuotta. Kennyn ja kumppaneiden uusi tutkimus tukee hyvin vahvasti tätä näkemystä. Kuumat litkut pyörivät Lappajärven törmäyskivissä hyvinkin toista miljoonaa vuotta. Niinpä tällaiset tutkimukset kiinnostavat kovasti myös astrobiologeja, sillä esimerkiksi jäähtyvässä Marsissa törmäyskraatterit ovat voineet tarjota mikrobeille pitkään lämpiminä pysyneitä ja mukavan huokoisia elinympäristöjä muun planeetan käydessä yhä vihamielisemmäksi.

Lappajärven uusi ikämääritys sai minut myös toteuttamaan jo pidempään mielessäni olleen pienen projektin, eli Lappajärven mittauksiin perustuvien ikämääritysten kokoamisen. Pois siis jäisivät fiilispohjaiset heitot, mutta mukaan tulisivat myöhemmin vertaisarvioinnin läpikäyneiden tulosten alustavat, yleensä kokousjulkaisuissa esitellyt ikämääritykset. Tulokset ovat nähtävissä oheisessa kuvissa. Ykköskuvassa mukana ovat sekä paleomagneettisiin mittauksiin perustuvat ”iät” että Ar/Ar- ja U-Pb-analytiikan pohjalta tehdyt ikämääritykset. Toisessa kuvassa ovat sitten virherajoineen vain radiometrisin menetelmin saadut tulokset.

Dating_of_Lappajärvi

Lappajärven ikämääritysten historia. Pystyakselilla ikä miljoonina vuosina, vaaka-akselilla tutkimuksen julkaisuvuosi. Mukana ovat niin lopulliset vertaisarvioidut tulokset kuin kokousjulkaisuissa ja raporteissa ilmoitetut alustavat ikämäärityksetkin. In English: History of dating results of Lappajärvi crater. Note that the 185-195 Ma paleomagnetic ”ages” were never considered to be likely to represent the true age of the crater. Both final peer reviewed results as well as preliminary results from abstracts and reports are included. For the anecdotal evidence ragarding K. J. Neuvonen’s possible paleomagnetic dating from the late 1960’s, see the Finnish text below. Kuva/Image: Teemu Öhman.

Radiometric_Dating_of_Lappajärvi

Lappajärven radiometristen ikämääritysten historia. Mukana myös ilmoitetut virhemarginaalit. In English: The history of radiometric dating of Lappajärvi crater, including the reported error margins. Kuva/Image: Teemu Öhman.

Moni Lappajärveen hieman enemmän perehtynyt voi ihmetellä ensimmäistä, 1960-luvun lopulla ilmeisesti tehtyä ikämääritystä. Ainakin minä sitä ihmettelen. Tuolle ikämääritykselle en ole löytänyt mitään muuta lähdettä kuin Ylen Elävässä arkistossa olevan toimittaja Matti Kivisen ja kuvaaja Unto Heinosen mainion dokumentin Kraaterijärvi, jonka Yle esitti 19.5.1971. Dokumentissa reilun kymmenen minuutin kohdalla kunnallisneuvos Niilo Nyyssölä mainitsee ”tohtori Neuvosen”, jonka mukaan Lappajärven ikä olisi 90 miljoonaa vuotta. Kyseessä on epäilemättä Turun yliopiston geologian professori K. J. Neuvonen. Hän aloitti Suomessa paleomagneettisen tutkimuksen. En pitäisi ollenkaan outona, jos ahkerana näytteiden kerääjänä tunnettu Neuvonen olisi kairannut kärnäiittinäytteitä ja mitannut ne rakentamassaan laboratoriossa, vallankin jos hän kuului Kärnänsaaressa kesiään viettäneen akateemikko Kustaa Vilkunan tuttavapiiriin, kuten dokumentin perusteella voisi päätellä.

Neuvosen artikkeleista en kuitenkaan ole löytänyt mitään mainintaa Lappajärven iästä, eikä sellaiseen ole tietääkseni kukaan myöhempi Lappajärvi-tutkijakaan viitannut. Vaikuttaa siis siltä, että syystä tai toisesta Neuvonen ei koskaan julkaissut tuloksiaan. Tämä on suuri sääli, sillä ensimmäinen julkaistu ikämääritys ilmestyi vasta vuonna 1980. Tuolloin esimerkiksi Martti Lehtinen uskoi Lappajärven olevan 100–400 miljoonaa vuotta vanha, mikä tietenkin oli oikeansuuntainen arvio, kun sitä vertaa Lappajärven peruskallion noin 1900 miljoonaan vuoden ikään, mutta kuitenkin melko kaukana Elmar Jessbergerin ja Uwe Reimoldin Ar/Ar-menetelmällä määrittämästä 77 miljoonan vuoden iästä. Jos Neuvonen olisi julkaissut 90 miljoonan vuoden ikämäärityksensä joskus 60-luvun lopulla kun Nils-Bertil Svensson ja Lehtinen kilvan tutkivat Lappajärveä, kuka tietää millaiset vaikutukset sillä olisi ollut? No, ehkäpä joku tieteenhistorian tutkija jonain päivänä selvittää totuuden Neuvosen Lappajärvi-tutkimuksista.

Oheisia kuvia tarkastellessa kannattaa myös huomata, ettei Lauri J. Pesosen vetämien ryhmien paleomagneettisten tutkimusten antamia 185–195 miljoonaan vuoden ”ikiä” koskaan pidetty Lappajärven todellisena ikänä. Nämä olivat vain tutkimusten antamat numeeriset tulokset, jotka selittyivät sillä, etteivät maannousun ja lohkoliikuntojen kallistelemat kärnäiittipaljastumat mitenkään välttämättä ole alkuperäisessä asennossaan. Tulokset olivat kuitenkin sikäli tärkeitä, että ne antoivat myöhemmin lisäpontta Irmeli Mänttärin vetämän U-Pb-tutkimuksen tekemiselle. Tutkimus antoi virherajojen puitteissa saman iän kuin Jessbergerin ja Reimoldin tutkimus. Kun kahdella toisistaan riippumattomalla radiometrisellä menetelmällä saatiin suurin piirtein sama tulos, voitiin olla varmoja siitä, että Lappajärvi todellakin syntyi myöhäisellä liitukaudella eikä suinkaan varhaisella jurakaudella. Nyt Gavin Kennyn uuden tutkimuksen myötä tiedämme varsin suurella varmuudella synnyn tapahtuneen 77,85 miljoona vuotta sitten, tai korkeintaan 780 000 vuotta ennemmin tai myöhemmin.

Tuohon toteamukseen olisi ollut hyvä lopettaa, mutta kun tässä vielä Lappajärven kolminkertaisia tasavuosijuhlia jokusen tunnin ajan vietetään, todetaan vielä yksi asia tuon uuden ikämäärityksen tiimoilta. Tämän tutkimuksen myötä Lappajärvestä tuli nimittäin maailman ensimmäinen fanerotsooinen (eli viimeisen 541 miljoonan vuoden aikana syntynyt) törmäyskraatteri, jonka ikä on shokkimetamorfisten zirkonien U-Pb-tutkimuksilla saatu määritettyä prosentin virhemarginaalilla. Erilaisia superlatiiveja ja ennätyksiä on Lappajärven osalle viimeisen 160 vuoden aikana kertynyt melkoisesti, eikä ole mitään syytä olettaa, että tämä jäisi viimeiseksi.

Teemu

P.S. 11.1.2019: Tästä jutusta kiinnostuivat niin Järviseudun Sanomat (9.1.2019) kuin Ylekin (11.1.2019). Kiitämme mielenkiinnosta!

P.P.S. 17.1.2019: Linkataanpa tähän vielä Suomen Kuvalehden verkkopuolen juttu (16.1.2019), joka tosin on maksumuurin takana.

Yksi kommentti artikkeliin ”Lappajärvi ”vanheni” pari miljoonaa vuotta

  1. Paluuviite: Lappajärven kraatteri vanheni pari miljoonaa vuotta – tuore tutkimus paljasti meteorin tarkan törmäysajankohdan - Kotisivut

Jätä kommentti

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google photo

Olet kommentoimassa Google -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s