Saalistaja Lappajärven syvyyksistä

eli melko pitkä ja harhaanjohtavasti otsikoitu tarina siitä, kuinka Lappajärven törmäyskraatterin itäiset sedimenttikivet yllättäen nuorenivat yli puoli miljardia vuotta

English summary: Impact craters are crucial repositories of sediments. They are deep, isolated holes in the ground, so it is quite difficult to remove material that has been deposited inside a crater. They preserve not only post-impact sediments, but often also pre-impact sediments that slipped into the crater during the modification stage of the crater formation.

In Finland, the bedrock consists mostly of Archean and Paleoproterozoic igneous and metamorphic rocks, while younger sedimentary strata are nowadays almost completely lacking. Except for the bottom of the Bothnian Bay, nearly all of the Paleozoic rocks in Finland occur in impact structures.

Since the 1990s Lappajärvi has been known to have preserved pre-impact sedimentary rocks. Studies by Anneli Uutela revealed Early Cambrian microfossils in the sediments incorporated into the suevites in the southern part of the central Kärnä island. Her work also indicated the presence of Mesoproterozoic microfossils in the sedimentary sequence preserved in the annular trough in the eastern part of the crater near the village of Pokela in Vimpeli. Now a new study by Ben J. Slater and Sebastian Willman from the Uppsala University in Sweden – titled Early Cambrian small carbonaceous fossils (SCFs) from an impact crater in western Finland and available online in the journal Lethaia – indicates that the Pokela sediments are in fact Early Cambrian, over half a billion years younger than previously thought. This drastic change is due to new methods in sampling small carboniferous fossils (SCFs) that previous methods tended to destroy.

The SCFs discovered by Slater & Willman provide a much more precise age estimate for the Pokela sediments than the previously known, long-ranging and therefore poorly age-diagnostic microfossils. The Pokela sediments are now considered to be Terreneuvian (ca. 541–521 million years) in age. Thus, they are slightly older than the microfossils in Kärnä island and the Söderfjärden crater. This is the first time such a microfossil assemblage has been discovered in Finland. In addition, the Pokela sediments may perhaps host the remains of the oldest known annelids (ringed worms) in the world.

The study by Slater & Willman shifts the extent of the Terreneuvian shallow sea in Finland substantially to the north. However, thanks to Anneli Uutela’s work, for almost 20 years we have also known that Ediacaran as well as Early Cambrian microfossils exist much further north in Saarijärvi impact structure in Taivalkoski. Similarly, since the early 1980s the presence of Early Cambrian microfossils has been known in Lumparn impact structure in Åland. Hopefully at some point the new methods in studying SCFs could be applied to the Saarijärvi and Lumparn samples as well, in order to verify if they indeed are Early Cambrian or not, and if perhaps the Terreneuvian shallow sea extended to northern Finland and Åland.

The work by Slater & Willman is a great example which shows that studying Finnish impact structures greatly enhances our understanding of not only the impact structures themselves but also of the geologic history of Finland and the whole Fennoscandian Shield.

 Sincerely, Teemu

 

Asteroiditörmäykset synnyttävät uusia kivilajeja. Ne ovat kiehtovia ja eksoottisia kiviä, jotka kertovat aurinkokuntamme yleisimpien pinnanmuotojen – törmäyskraattereiden – synnystä, olemuksesta ja myöhemmästä kehityksestä. Ne kuitenkin tuppaavat jostain käsittämättömästä syystä kiinnostamaan lähinnä vain kraatteritutkijoita ja joitain valistuneempia planeettageologeja ja geokemistejä.

Erikoisten kivien ohella törmäyksissä syntyy myös kraatteri, joka on lähtökohtaisesti syvä kuoppa maassa. Sellaiset taas kiinnostavat suurta joukkoa luonnontieteilijöitä. Kraatteritutkijoiden ohella kuopat innoittavat ainakin (mikro)paleontologeja, sedimentologeja, glasiaaligeologeja, ilmastotutkijoita ja joskus biologejakin, samoin kuin öljy- ja kaasufirmoja. Syynä tähän on se, että törmäyskraatterit ovat eristyneitä ja ympäristöönsä nähden syviä sedimentaatioaltaita. Niihin siis kerrostuu vuosimiljoonien aikana savea, hiekkaa ja muuta kiviainesta, joita vaikkapa joet ja jäätiköt niihin kuljettavat. Syvän montun pohjalle on helppo kerrostaa tavaraa, mutta sitä on hyvin vaikea kuluttaa ja kuljettaa sieltä pois. Monet törmäyskraatterit eri puolilla maailmaa toimivatkin merkittävinä muinaisten olosuhteiden arkistoina.

Törmäyskraattereiden ajatellaan usein säilövän vain törmäystä nuorempia sedimenttejä, siis juuri niitä, joita sinne montun pohjalle hiljalleen kerääntyy. Usein kuitenkin käy niin, että törmäyskraatterista löytyy sedimenttejä, jotka ovat törmäystä vanhempia. Miten moinen on mahdollista?

Suuremmissa törmäyskraattereissa vain kraatterin keskiosa on aluetta, johon törmäyskraatterin syntyhetkellä muodostui kallioperän höyrystymisen, sulamisen, pois lentämisen ja sivuille työntymisen seurauksena syvä ja lyhytkestoinen, noin kolme kertaa syvyyttään leveämpi kuoppa. Tämä on niin sanottu kaivautumiskraatteri. Se romahti oman mahdottomuutensa seurauksena nopeasti, jolloin kaivautumiskraatterin ulkopuoliset osat valahtivat reippaasti sisään- ja alaspäin. Jos esimerkiksi kovaa, miljardeja vuosia vanhaa kallioperää peittivät törmäyshetkellä huomattavasti nuoremmat sedimentti(kivi)kerrostumat, ne muljahtivat tässä rytäkässä kraatterin pohjalle. Suurissa kraattereissa ne esiintyvät jossain keskuskohouman ja reunan välisellä alueella. Paikoin sedimentit saattavat kärsiä pahastikin, mutta huomattava osa niistä voi säilyä yllättävän vähillä muutoksilla.

Lappajärven kallioperä ja tärkeimmät kairauspaikat

Lappajärven kallioperäkartta ja tärkeimpien kairauspaikkojen sijainti. Pokelan kairaus on itäisin. The geologic map of Lappajärvi impact crater, including the locations of the most significant drilling sites. Pokela is the easternmost of the drilling sites. Kuva / image: GTK / T. Öhman / MML:n tausta-aineisto

Lappajärven syväkairausten ansiosta on kraatterissa jo 1990-luvulta alkaen tiedetty olevan säilöttynä törmäystä vanhempia sedimenttikiviä (samoin kuin törmäystä nuorempia erittäin harvinaislaatuisia maaperäsedimenttejä, mutta se ei kuulu tähän tarinaan). Lohkareina sedimenttikiviä tosin oli tavattu jo paljon aiemmin. Monia muitakin Suomen kraattereiden sedimenttitäytteitä tutkinut Anneli Uutela löysi vanhoja sedimenttikiviä niin Kärnänsaaren eteläosan kivimurskasta ja törmäyssulasta koostuvien breksioiden eli sueviittien joukosta kuin Vimpelin Pokelan kairanäytteistäkin. Hänen mukaansa Kärnänsaaren kivet olivat kambrikaudelta reilun 500 miljoonan vuoden takaa. Pokelan näytteet olivat kuitenkin toista maata: ne olivat Uutelan mukaan mesoproterotsooisia, eli jopa reilun miljardin vuoden ikäisiä.

Lappajärven nuoreen, vain 78 miljoonan vuoden ikään verrattuna molemmat Lappajärveltä löydetyt sedimenttikivityypit ovat vanhoja. Lappajärven peruskallio on kuitenkin Suomelle tavanomaiseen tapaan vielä huomattavasti iäkkäämpää, eli vajaat pari miljardia vuotta vanhaa. Suomessa niin kambrikautiset kuin mesoproterotsooisetkin kivet ovat nuoria harvinaisuuksia, joita ei tunneta lähinnä kuin törmäyskraattereista ja muutamista muista painanteista. Käytännössä lähes ainoa tapa, jolla tällaisten sedimenttikivien ikä voidaan määrittää, on tutkia millaisia mikrofossiileja ne sisältävät.

Tutkimusmenetelmät ja tiedot mikrofossiileista ovat parissa–kolmessa vuosikymmenessä kehittyneet merkittävästi. Uppsalan yliopiston tutkijat Ben J. Slater ja Sebastian Willman perehtyivät uusin menetelmin Lappajärven sedimenttikiviin. Heidän tutkimuksensa Early Cambrian small carbonaceous fossils (SCFs) from an impact crater in western Finland julkaistiin huhtikuussa Lethaia-lehden verkkosivuilla (maksumuurin takana toki). Slater ja Willman tutkivat alle millimetrin kokoisia hiilipitoisia fossiileja. Ne ovat tyypillisesti jäänteitä alkueliöistä (protisteista), levistä ja monisoluisista eläimistä. Perinteiset mikrofossiileja sisältävän aineksen käsittelymenetelmät tuhoavat nämä hauraat eliöiden jäännökset. Niitä kuitenkin päästään tutkimaan liuottamalla mineraaliaines pois hapolla ja poimimalla siivilöidystä jäännöksestä mikrofossiilit käsin. Menetelmä on mullistamassa geologisia käsityksiä useilla eri alueilla, ja nyt radikaalit muutokset koskevat Pokelan sedimenttikiviä.

Pokelan sedimenttien aikaisemman tutkimuksen ongelma oli, että tunnistetut mikrofossiilityypit elivät pitkinä geologisisina ajanjaksoina. Näin ollen niitä ei voida pitää parhaina mahdollisina iänmäärityskeinoina. Slaterin ja Willmanin tunnistamat eliöt puolestaan olivat olemassa huomattavasti lyhyemmän ajan, jolloin ne ovat myös tarkempia geologisen iän indikaattoreita.

Yksi tärkeimmistä Slaterin ja Willmanin löytämistä Pokelan uusista mikrofossiileista on Protohertzina compressa. Siitä jäi jäljelle joidenkin satojen mikrometrien  eli millimetrin kymmenyksien mittaisia sarvimaisia tai kolmiomaisia piikkejä. Protohertzina compressan oletetaan olleen tärkeä varhaiskambrikauden merenpohjan saalistaja. Se oli protokonodontti, eli luultavasti jonkinlainen konodonttien edeltäjä tai sukulainen. Sukupuuttoon kuolleet konodontit puolestaan olivat luultavasti matomaisia leuattomia selkäjänteisiä, joiden jäänteitä on pitkään ja menestyksekkäästi käytetty sedimenttikivien ikämäärityksissä. Jonkinlaisesta hieman matomaisesta tappajasta siis oli Pokelassakin luultavasti kyse.

Protohertzina compressan ohella kiinnostavimpiin uusiin Pokelan mikrofossiileihin kuuluvat mahdolliset annelidien eli nivelmatojen jäänteet. Mikäli fossiilit todella ovat peräisin annelideista, ovat ne maailman vanhimmat tunnetut merkit nivelmadoista. Jos tämä ei kuulosta kovin säväyttävältä, kannattaa muistaa, ettei kyseessä ole mikään vähäinen poppoo vaan yksi eläinkunnan pääjaksoista. Nivelmadoista tutuin esimerkki on kastemato.

Slaterin ja Willmanin löytämät mikrofossiilit siis osoittavat, että aiemmin mesoproterotsooiseksi tulkitut kivet ovatkin reilut puoli miljardia vuotta nuorempia, eli varhaiskambrikautisia. Tarkemmin sanottuna Pokelan sedimentit kerrostuivat matalaan mereen terreneuvian-epookilla, joskus noin 541–521 miljoonaa vuotta sitten. Vastaavia mikrofossiiliseurueita on löydetty Baltiasta ja Luoteis-Venäjältä, mutta Suomesta tämä on ensimmäinen kerta. Taas yksi merkintä lisää Lappajärven pitkään ykköstilojen listaan.

Terreneuvian-epookin meren mahdollinen laajuus Suomessa Slaterin ja Willmanin mukaan. Musta nuoli osoittaa muutoksen aiempaan ehdotukseen nähden (himmeät katkoviivat), siniset nuolet puolestaan sen mahdollisuuden, että meri olisi ulottunut Saarijärven ja Lumparnin kraattereille saakka. Muokattu Slater & Willmanin (2019) kuvasta 7. The extent of the proposed Terreneuvian sea in Finland, according to Slater & Willman. The black arrow indicates the change from an earlier proposition (dashed lines), while the blue arrows indicate the possibility of a further expansion of the sea to the Saarijärvi and Lumparn impact structures, based on published reports of Early Cambrian sediments. Modified after Fig. 7 by Slater & Willman (2019).

Nyt siis sekä Vimpelin Pokelasta että Lappajärven Kärnänsaaresta tunnetaan varhaiskambrikautisia mikrofossiileja. Vimpeliläiset ja lappajärveläiset eivät kuitenkaan tuolloinkaan olleet yhdestä puusta veistettyjä. Pokelan fossiilit edustavat nimittäin vanhempaa lajistoa, kärnänsaarelaiset puolestaan hieman nuorempaa. Vaasan eteläpuolella sijaitsevan Söderfjärdenin kraatterin kambrikautiset sedimenttikivet ovat ilmeisesti myös hieman Pokelan kiviä nuorempia. Söderfjärdenille asti terreneuvian-epookin meri ei siis todennäköisesti yltänyt, mutta tällä hetkellä täydellä varmuudella ei voi sanoa, kuvastavatko Pokelan ja Kärnänsaaren erot muinaisen matalan meren todellista esiintymisalueen vaihtelua, vai onko kyse vain sattumasta sen osalta, missä kohdassa säilyi minkäkin ikäisiä fossiileja. Kärnänsaaren tapauksessa kun sedimentit ovat vain juonina törmäyskivien seassa, mitä ei voi pitää kaikkein edustavimpana mahdollisena sedimenttikivien esiintymisympäristönä. Täysin ei edes ymmärretä sitä, miten sedimenttikivet sueviittien sekaan oikeastaan päätyivät.

Suuremmissa puitteissa Slaterin ja Willmanin löydöt kuitenkin muuttavat merkittävästi käsitystämme siitä, mihin varhaiskambrikauden matala meri ulottui. Nyt tiedämme, että pelkästään eteläisen Suomen sijaan vesi lainehti noin 541–521 miljoonaa vuotta sitten ainakin Lappajärven korkeudella saakka. Olisiko se voinut ulottua vieläkin kauemmas pohjoiseen? Anneli Uutelan tutkimusten perusteella tiedämme, että myös Taivalkosken Saarijärven kraatterissa on vanhoja sedimenttikiviä. Niiden on tulkittu edustavan sekä proterotsooisen maailmankauden viimeistä ajanjaksoa eli ediacarakautta, sekä sitä seurannutta varhaiskambrikautta.

Olisiko meri voinut ulottua myös kauemmas länteen? Ahvenanmaan Lumparnissa on niin Risto Tynnin kuin Anneli Uutelankin mukaan varhaiskambrikautisia mikrofossiileja. Slaterin ja Willmanin mukaan ne tosin luultavammin ovat Söderfjärdenin tapaan hieman terreneuvian-epookkia nuorempia, mutta täyttä varmuutta asiasta ei ole. Saarijärven ja Lumparnin varhaiskambrikauden sedimenttien olemassaolosta on tiedetty jo vuosikymmeniä, mutta varhaiskambrin meren julkaistuihin sijaintiarvioihin tieto ei ole vaikuttanut millään lailla. Myös Karikkoselällä on varhaiskambrikautisia sedimenttejä, mutta vaikka ne paljastuisivatkin terreneuvian-epookilta peräisin oleviksi, ne eivät meritulkintoihin sinänsä vaikuttaisi, sillä Karikkoselkä mahtuu tämänhetkisen tulkinnan piiriin. Niin tekee myös Summanen, jonka mahdollisesti sisältämistä sedimenteistä ei ole vielä muuta kuin arvauksia ja geofysikaalisia tulkintoja. Kambri- ja Karikkoselän tapaan myös ordoviikkikautiset sedimentit ovat yksi mahdollisuus. Toivottavasti asia selviää lähivuosina.

Kuten Slater ja Willmankin artikkelissaan toteavat, on Suomi laajan Baltican muinaismantereen huonoimmin tutkittuja alueita, mitä mannerta peittäneisiin sedimenttikiviin tulee. Ehkäpä uudet kiehtovat tulokset Lappajärveltä saavat ulkomaiset tutkimusryhmät vilkaisemaan myös Saarijärven ja Lumparnin muinaisia sedimenttikiviä ja selvittämään tarkemmin, miltä maamme muinoin näytti ja millaisia olivat yli 500 miljoonaa vuotta sitten eläneet suomalaiseliöt. Selvää on kuitenkin, että törmäyskraattereita tutkimalla on mahdollista avata aivan uusia näkymiä Suomen geologian heikoimmin tunnetuille aikakausille.

Teemu

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