Mikä Lappajärvelle putosi?

English summary: Identifying the type of the projectile that formed a large, old impact structure is not an easy task. In the case of Lappajärvi it has been attempted for forty years. The first analyses favoured a carbonaceous chondrite, but could not rule out an ordinary H-chondrite.

Early on, analytical methods couldn’t really get reliable data on more than one platinum group element (PGE), iridium. The PGEs are very rare on the Earth’s crust, but relatively abundant in most meteorites. Importantly, the ratios between different PGEs are characteristic for specific meteorite types. Those ratios, the “PGE fingerprints”, remain identifiable even when a fraction of a percent of meteoritic material is present in an impact melt rock like kärnäite. But when you can only analyse iridium, you have to compare that to elements other than the PGEs, and the results are not as robust.

By the 2000s the analytical methods had significantly improved and one could get reliable data of all the PGEs (ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum), thus making the fingerprinting much more convincing. Also much more meteorites had been analysed, providing a more extensive database to which one could compare the impact melt rock analyses. As a result, in 2007 an international team lead by Roald Tagle found that the best (although not perfect) match to Lappajärvi was, after all, an H-chondrite (I was lucky enough to be a part of that team, so I am somewhat biased).

Importantly, at the same time another group had been studying Lappajärvi melts using a totally different approach, chromium isotopes. They also concluded that H-chondrite was the most likely culprit. Case closed? Perhaps not quite.

Gerhard Schmidt is well-known among impact crater researchers for his work on PGEs in impact melts. He has, for example, studied Sääksjärvi. Over the past couple of years he has published several conference abstracts where he has also touched upon Lappajärvi. In his abstract and poster submitted to the cancelled Lunar and Planetary Science Conference in Houston he elaborated his new interpretation, based on previously published data. According to Schmidt, Lappajärvi was formed by a chondritic meteorite. However, it’s a chondrite completely unknown from our current collection of meteorites.

The current flux of meteorites is not representative of the past flux. Thus, certainly there have been impacts of projectiles that we don’t have a sample of at the moment. Therefore, Schmidt’s new interpretation is plausible in that sense. Nevertheless, I would not yet say that the old H-chondrite idea is dead and buried. For example, Schmidt bases most of his interpretation on rhodium data presented in the Tagle group paper. The paper clearly states that some of the rhodium results were a bit wonky, not because of the analysis but because of rhodium itself. I’m not a geochemist (and Schmidt is), but I would take this as a word of caution with respect to rhodium in Lappajärvi. More importantly, Schmidt’s abstract doesn’t really explain why the chromium isotope data would be misleading (I’m just guessing here, but perhaps because the chromium match is not perfect (no match ever is – this is after all science and not religion), it leaves room for alternative interpretations).

Schmidt’s hypothesis is a very interesting one, and most welcome. However, until there are more analyses and a peer-reviewed publication, I’m still considering an H-chondrite as the most likely Lappajärvi projectile candidate.

Sincerely, Teemu

Viimeiset 15–20 vuotta kraatteritutkijoiden keskuudessa on ollut kohtalaisen vakaa käsitys siitä, millainen kappale Lappajärven 78 miljoonaa vuotta sitten synnytti. Nyt uudet, vielä hyvin alustavat tulkinnat viittaavat siihen, että kyseessä saattoi olla jotain sellaista, josta maapallolla ei vielä ole näytettä.

Kraattereita synnyttävien kappaleiden valikoima

Maan lähiavaruudessa kiertää kaikenlaisia murkuloita. Yleensä ne ovat kiveä, mutta kiviäkin on geokemistin näkökulmasta tavattoman monta sorttia. Osa kivistä on ikivanhoja ja suunnilleen muuttumattomia, toisia taas on pyöritelty protoplaneetoilla erilaisissa geologisissa prosesseissa. Joissain on mukana melko runsaasti hiiltä. Rautameteoriitit taas ovat, no, rautaa. Komeettojen ytimet puolestaan ovat vesijäätä ja muuta helposti haihtuvaa höttöä. Valinnanvaraa piisaa.

Maan törmäyskraatterit syntyvät, kun avaruudessa kiertävä riittävän suuri möykky sattuu olemaan Maan kanssa samaan aikaan samassa paikassa. Tuo on huono päivä kyseisen kappaleen kannalta, sillä törmäyksessä se katoaa käytännössä täysin. Näin käy riippumatta kappaleen koostumuksesta. Silti lukuisten maapallon kraattereiden osalta tiedetään (tai ainakin hyvin perustellusti oletetaan), millainen kappale ne synnytti. Miten moinen on mahdollista? Ja kuinka varmalla pohjalla tunnistukset ovat?

Meteoriittikraatterit

Geologisesti hyvin nuorten ja pienten, eli korkeintaan noin kilometrin läpimittaisten törmäyskraatterien yhteydessä maanpinnalla tai irtomaakerroksissa aivan pinnan lähellä esiintyy melko usein kraatterin synnyttäneen kappaleen palasia. Nämä ovat siis meteoriitteja. Ainoastaan tällaisia kraattereita tulisi kutsua ”meteoriittikraattereiksi”. Tavalliset pienet meteoriitit eivät pudotessaan kuitenkaan meteoriittikraatteria synnytä, vaan korkeintaan hieman meteoriittia itseään suuremman putoamiskuopan.

Tyypillisesti meteoriittikraatterit ovat rautameteoriittien aiheuttamia. Tälle on hyvin yksinkertainen selitys. Toisin kuin hauraat kivet, pienet rautakappaleet kestävät syöksyn läpi ilmakehän ja pystyvät synnyttämään kraatterin. Tunnettuja esimerkkejä meteoriittikraattereista ovat Viron Saarenmaalla sijaitseva noin 1500 vuotta eaa. syntynyt Kaalijärven kraatterikenttä1 ja Yhdysvaltain Arizonassa oleva Barringer Meteorite Crater eli Meteor Crater. Sillä ikää on noin 50 000 vuotta.

Aidoissa meteoriittikraattereissa ei ole suurempia vaikeuksia selvittää törmänneen kappaleen olemusta. Suuret, vanhat kraatterit ovat asia erikseen. Niiden yhteydessä ei paria kuuluisaa poikkeusta2 lukuun ottamatta tavata suunnilleen alkuperäisessä muodossaan säilyneen törmänneen kappaleen jäänteitä. Suuren kraatterin synnyttäneen kappaleen tunnistaminen vaatiikin hienostunutta analytiikkaa.

Suuret ja vanhat törmäyskraatterit

Suuren kraatterin synnyttäneen kappaleen tunnistuksen ongelmana on, että törmäävä asteroidi sulaa ja höyrystyy käytännössä täysin. Helposti analysoitavia kiinteitä asteroidin palasia ei etenkään vuosimiljoonien jälkeen ole tarjolla. Tutkimukset täytyy tuolloin perustaa törmäyksessä sulaneeseen kohdekiveen, johon taivaallinen aines on sekoittunut. Asteroidiainesta tällaisessa törmäyssulakivessä on korkeintaan muutaman prosentin verran, tyypillisesti selvästi alle prosentin.

Asteroidityypit eroavat toisistaan koostumukseltaan paitsi toisistaan, useimmiten myös Maan kivistä. Maassa raskaat alkuaineet ovat painuneet planeettamme ytimeen, joten useimpia raskaampia metalleja on keskimääräisessä maankuoressa hyvin niukalti. Tällaisia ovat esimerkiksi nikkeli ja platinaryhmän metallit (platinum group elements, PGE). Ryhmään kuuluvat rutenium, rodium, palladium, osmium, iridium ja platina.

Toisin kuin Maassa, useimpien kraattereita synnyttävien asteroidien emäkappaleilla ei koskaan tapahtunut differentioitumista metalliytimeen ja kevyempään vaippaan ja kuoreen. Niinpä sekä tavallisimmat kivimeteoriitit (joissa PGE:t ovat likimain ”alkuperäisissä” runsaussuhteissaan) että rautameteoriitit (joissa PGE:t ovat rikastuneet) sisältävät merkittävästi enemmän PGE:ta kuin maapallon kuori (jossa PGE:t ovat köyhtyneet).

Tunnistuksen kannalta oleellista on, että PGE:t esiintyvät eri meteoriittityypeissä juuri niille ominaisissa keskinäisissä suhteissa. Koska PGE:t ovat geokemialliselta käyttäytymiseltään pääpiirteissään keskenään hyvin samankaltaisia, niiden alkuperäiset suhteet eivät juurikaan muutu kraatterin synnyn monimuotoisissa geologisissa prosesseissa. Näin platinaryhmän alkuaineiden jakauma törmäyssulakivessä voi kertoa, millaisen kappaleen törmäys sen synnytti, vaikka niiden pitoisuus olisi hyvinkin vähäinen.

Käytännössä tilannetta hankaloittaa, ettei maapeitteiden alla olevan kallioperän kivilajien tarkkaa jakaumaa ja koostumusta törmäyshetkellä tiedetä. Koska tutkittavat pitoisuudet ovat alhaisia, voi vähäinenkin normaalissa malminmuodostusprosessissa syntynyt kivilajiesiintymä sotkea analyysit ja tutkijoiden päätelmät. Periaatteessa kuitenkin PGE:n käyttöön perustuva tunnistusmenetelmä on varsin yksinkertainen, kunhan vain miljardisosien pitoisuuksien vaatima analytiikka on kunnossa.

Lappajärven törmääjä selviää

Neljäkymmentä vuotta sitten kävi ilmi, että Lappajärvi on Euroopan toinen kraatteri, jonka törmäyssulakivessä on merkittävä törmänneen kappaleen kemiallinen jälki. Kahden osittain samoja tutkijoita sisältäneen saksalaisryhmän analyyseissä Lappajärven kärnäiitistä löydettiin esimerkiksi iridiumia vähintään 20–100-kertainen määrä alueen peruskallioon nähden. Toisen ryhmän vertaisarvioidut tulokset kertoivat, että kyseessä on muisto jonkinlaisesta kondriitista. Vielä ei kuitenkaan selvinnyt, oliko kyse tavallisesta vai hiilikondriitista, puhumattakaan siitä, että tarkempaa luokittelua olisi pystytty tekemään.

Toisen ryhmän alustavat tulokset puolestaan viittasivat vahvasti hiili- eli C-kondriittiin. Kaikista meteoriittityypeistä yleisintä eli H-kondriittia ei kuitenkaan pystytty sulkemaan täysin pois. Molemmissa ryhmissä mukana olleen ja Lappajärvestä väitöskirjankin tehneen Uwe Reimoldin omissa nimissään julkaisemat tutkimukset antoivat hiilikondriittitulkinnalle lisätukea. Hänen mukaansa kärnäiitissä oli noin 0,4 % tuota hiilipitoista taivaallista tavaraa.

H-kondriitit ovat yleisimpiä meteoriitteja. H-kondriittia on arveltu Lappajärven kraatterin mahdollisksi synnyttäjäksi jo neljä vuosikymmentä. Kuvassa läntiseen Saharaan kesällä 1998 pudonnut H-kondriitti Zag. Alareunassa millimetriasteikko.
H-chondrites are the most common type of meteorites. Zag fell to western Sahara in August 1998. The scale is in millimetres.
Kuva / Photo: T. Öhman.

Kaksikymmentä vuotta sitten käsitys Lappajärven törmääjästä tarkentui. Kalifornialaisen tutkimusryhmän alustavissa tutkimuksissa ilmeni, että Lappajärvelle oli sittenkin mäjähtänyt H-tyypin kondriitti eikä hiilikondriitti. Tuossa tutkimuksessa ei käytetty PGE:n, vaan kromi-isotooppien keskinäisiä runsaussuhteita. Lopulliset tulokset valmistuivat vasta vuonna 2007, jolloin hiili- ja enstatiittikondriitit pystyttiin vielä aiempaa varmemmin rajaamaan pois epäiltyjen listalta.

Samoihin aikoihin Roald Taglen vetämä saksalais–suomalais–belgialainen ryhmä käytti nopeasti kehittyneitä PGE:n analyysimenetelmiä sekä aiempiin tutkimuksiin verrattuna laajempia otoksia niin kärnäiitistä kuin meteoriiteistakin selvittääkseen törmääjän identiteetin.3 Tulokset sopivat parhaiten H-kondriittiin, vaikkei vastaavuus täydellinen ollutkaan. Kärnäiitissä oli näiden tulosten perusteella noin 0,05–0,7 painoprosenttia asteroidiainesta.

Lappajärven kärnäiitissä on hyppysellinen asteroidiainesta. Kuvassa kärnäiitin sahattua pintaa, joten esimerkiksi pinnan pystyviirutus ei ole luonnon aikaansaamaa. Alareunassa millimetriasteikko.
Lappajärvi impact melt rock kärnäite contains a minute fraction of heavenly material. A cut surface, the scale is is millimetres.
Kuva / Photo: T. Öhman.

Koska kaksi eri tutkimusryhmää kahta erilaista menetelmää käyttäen sai saman lopputuloksen, joka sopi myös vuosikymmeniä aiemmien saatuihin tuloksiin, vaikutti homma kokolailla vakuuttavalta: Lappajärven synnytti ihan tavallinen H-kondriitti. Tässä käsityksessä on nyt oltu toistakymmentä vuotta. Siksi minullakin on aina Lappajärvestä puhuessani ollut H-kondriitti matkassani.

Vai selvisikö sittenkään?

Gerhard Schmidt on Heidelbergin yliopistossa työskentelevä geo- ja kosmokemisti. Suomalaiselle kraatterikansalle hän on tuttu etenkin Sääksjärven synnyttäneen kappaleen tutkimuksistaan. Viimeisen parin vuoden ajan hän on julkaissut lukuisia kokousabstrakteja, joiden datapisteitä täynnä olevissa diagrammeissa on näkynyt myös Lappajärven aiempia analyysituloksia. Tällä viikolla hänen oli tarkoitus esitellä ajatuksiaan hieman tarkemmin Houstonissa vuosittain järjestettävässä, mutta tällä kertaa perutussa Lunar and Planetary Science Conferencessa.

Schmidt on uusissa kokousesityksissään keskittynyt PGE-alkuaineista etenkin rodiumiin. Aiemmin sitä ei tutkimuksissa ole kovinkaan paljon käytetty, vaikka se kyllä oli mukana esimerkiksi Taglen ryhmän analyyseissä. Rodiumin käyttöä puoltaa, että sen suhde etenkin iridiumiin ja ruteniumiin suo varsin hyvän mahdollisuuden erotella eri meteoriittityyppejä toisistaan.

Rodium-suhteiden perusteella Schmidt päätyi esittämään varsin jännittävää ideaa: Lappajärven synnytti entuudestaan täysin tuntematon kondriittityyppi. Vaikka ajatus äkkiseltään tuntuu hurjalta, se ei sinänsä ole ollenkaan mahdoton. Ei näet ole mitään syytä olettaa, että tämänhetkinen meteoriittivuo olisi alkuunkaan edustava otos maapallolle eri aikoina sataneista kivistä. On esimerkiksi kokolailla kiistattomasti osoitettu, että ordoviikkikaudella reilut 450 miljoonaa vuotta sitten pienempiä ja isompia L-kondriitteja satoi Maahan aivan eri tahtia kuin nykyisin.

Tuntemiemme meteoriittien koostumusten perusteella ne ovat peräisin ehkäpä noin 100–150:ltä emäkappaleelta. Se on häviävän pieni määrä verrattuna miljooniin asteroideihin, vaikka otettaisiinkin huomioon että ”yksi emäkappale” voi käsittää lukuisia samalla alueella syntyneitä kappaleita, ja että suuret asteroidit ovat vuosimiljardien kuluessa jauhautuneet tuhansiksi pienemmiksi. Noiden asteroidien joukkoon mahtuu aivan hyvin runsaasti kiviä, jollaisista ei museoissamme vielä ole näytettä. Periaatteessa siis Lappajärvi voisi olla jonkin tuntemattoman asteroidityypin aikaansaama.

Ajatusta H-kondriitista Lappajärven synnyttäjänä ei kuitenkaan ihan vielä kannata heittää romukoppaan. Hypoteesi uudenlaisesta törmääjästä on yhden tutkijan tulkinta, jota on toistaiseksi esitelty vain kokouksissa. Edes sisäisestä vertaisarvioinnista ei siis voida puhua. Uusia analyysejä ei ole, vaan koko tulkinta perustuu aiempiin mittaustuloksiin. Lisäksi Taglen ryhmän analyyseissä, joihin Schmidtin ajatus pohjautuu, juuri rodium käyttäytyi (palladiumin ohella) eräissä analyyseissä poikkeavalla tavalla. Niinpä Lappajärven rodium-tulkintojen kanssa kannattaisi olla melko varovainen. Schmidt ei myöskään anna selitystä sille, miksi kromi-isotooppien antama tulos olisi epäluotettava.

Schmidtin idea on jännittävä uusi tulkinta, joka mukavasti lisää kiinnostusta Lappajärveä kohtaan. Kannattaa kuitenkin odotella vertaisarvioitua julkaisua ja mieluusti uusia analyysejä ennen kuin vetää vakavampia johtopäätöksiä aiheesta. Niitä odotellessa ainakin itse aion edelleen kantaa H-kondriittia taskussani Lappajärvestä puhuessani.


1Kaalijärvellä on kaikkiaan yhdeksän varmana pidettyä kraatteria. Se 110-metrinen, jossa matkailijat käyvät, on Kaalijärven pääkraatteri, muut kahdeksan ovat satelliittikraattereita. Pääkraatteri on ainoa, joka syntyi törmänneen kappaleen räjähtäessä. Muut kraatterit ovat mekaanisesta iskusta syntyneitä iskukraattereita. Seuraavan kerran Saarenmaalla käydessä kannattaa piipahtaa tutustumassa pääkraatterin ja hienon Kaalin vierailukeskuksen ohella myös satelliittikraattereihin.

2Morokweng on käytännössä melkoisen varma tapaus, Chicxulubiin liitetty pieni meteoriitti puolestaan osin kiistanalainen.

3Jääviystunnustuksena todettakoon, että Taglen ryhmän suomalaisedustuksesta vastasin minä. Tämä tietysti kannattaa pitää mielessä, kun lukee kommenttejani tuoreemmasta Lappajärvi-tulkinnasta.

Tämä juttu ilmestyi ensin Ursan Kraatterin reunalta -blogissa.

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