Raanakivistä meteoriiteiksi – mitä meteoriitit meille kertovat?

Tseljabinsk-meteoriitti.

Teksti ja kuvat Pekka Rautajoki

Edellisessä Radiantissa pohdin, kuinka ”raanakivien” eli meteoriittien tutkimus tieteenä on oikein syntynyt, ja millä tavoin historialliset meteoriittien putoamiset ovat kehitykseen vaikuttaneet. Tässä artikkelissa kerrotaan, millaisia meteoriitteja Maapallolta on löydetty, ja mitä olemme niistä oppineet.

 

Mitä meteoriitit ovat?

Meteoriitti-termi tulee kreikan kielen termistä ”ta meteora”, joka tarkoittaa ”peräisin ilmakehästä” tai ”ilmiö taivaalla”. Meteoriittien alkuperä on ilmakehää kauempana; ne ovat joko aurinkokunnan synnyn ajalta yli jääneitä kappaleita, tai törmäyksissä irronneita lohkareita suuremmista kappaleista (asteroideista) – siis kiinteitä ulkoavaruuden kappaleita, jotka selviävät Maan pinnalle asti syöksystä ilmakehän läpi.

Avaruudessa olevaa kappaletta kutsutaan ”meteoroidiksi” ja ilmakehässä ns. ”tähdenlentona” näkyvää valoilmiötä puolestaan nimitetään ”meteoriksi”. Mikäli se on Venus-planeettaa kirkkaampi, puhutaan ”tulipallosta”. Kirkkaita, ”räjähtäviä” ^[1] meteoreja taas kutsutaan ”bolideiksi”.

Meteoriittien alkuperä – asteroidivyöhykeellä

Suurin osa meteoriiteista on peräisin Marsin ja Jupiterin väliseltä asteroidivyöhykkeeltä. Kosmisten säteiden aiheuttamien radioaktiivisten isotooppien analyysit paljastavat niiden viettäneen avaruudessa yleensä miljoonasta sataan miljoonaan vuotta ennen putoamistaan Maahan. 

Asteroidivyöhyke ei todellisuudessa muistuta ”Imperiumin vastaisku” -elokuvasta tuttua törmäilevien kappaleiden tiheää sekamelskaa. Kilometriä suurempien asteroidien keskimääräinen etäisyys on noin 2,5 kertaa Maan ja Kuun välinen etäisyys (noin miljoona kilometriä) – eli kappaleita on paljon harvemmassa kuin mitä tieteiselokuvat esittävät. Kaikkiaan kilometriä suurempia asteroideja arvioidaan olevan noin miljoona.  

Valtaosa asteroideista sijaitsee ns. päävyöhykkeellä 2–4 astronomisen yksikön etäisyydellä Auringosta. Näiden lisäksi on myös Maan lähelle tulevia ns. Apollo-Amor-asteroideja, ja troijalaisia asteroideja, jotka kiertävät Jupiterin radalla 60 astetta planeetan edellä ja jäljessä. Jupiterin gravitaatio häiritsee päävyöhykkeen asteroideja, ja on poistanut niitä kohdilta, joissa Jupiterin ja asteroidien radat ovat resonanssissa. Tämä mekanismi on usein syynä Maapallolle päätyviin meteoriitteihin.

Asteroideja voidaan ryhmitellä niiden kiertoradan parametrien, kuten säde tai kaltevuus, mukaan. Asteroidit voidaan jakaa luokkiin myös spektrin, värin ja heijastavuuden mukaan. Yleisin asteroidityyppi on hiilipitoinen C-tyyppi; seuraavaksi yleisimmät ovat silikaatteja sisältävät S-asteroidit sekä metallipitoiset M-asteroidit. Katso meteoriittien luokittelusta artikkelista "Meteoriittien luokittelu"!

Mistä meteoriitteja löydetään?

Maapallolle putoaa vuosittain arviolta satatuhatta tonnia meteoriitteja – tämä kuulostaa isolta määrältä, mutta koko Maapallon eliniän aikana vastaava jatkuva meteoriittipommitus kasvattaisi Maan massaa vain yhdellä kymmenesmiljoonasosalla, ja meteoriitit tuottaisivat Maan pinnalle globaalin, vain 40 cm paksun kerroksen. Vuosittain putoavista meteoriiteista 5 000 – 17 000 on massaltaan yli sata grammaa; kaikkein suurimpia, yli sadan kilogramman painoisia on vain noin 40.

Suurin osa meteoriittimateriasta on halkaisijaltaan 0,05–0,2 millimetrin kokoisia mikrometeoriitteja – kosmista pölyä, joka osuu ilmakehään pienellä nopeudella ja selviää lähes vahingoittumattomana maanpinnalle. Jos syöt kesäaikana avomaan salaattia, olet varmasti syönyt muutaman mikrometeoriitinkin. Metallisia mikrometeoriitteja voi etsiä magneetin avulla myös sadevedestä.

Suurikokoisia meteoriitteja löydetään eniten Maapallon aavikoilta – sekä kylmiltä että kuumilta. Mustakuoriset kivet erottuvat hyvin ympäristöstään ja esimerkiksi Etelänapamantereella on joitakin alueita, joilla tuuli kuluttaa (ablaatio) harjannetta vasten työntyvää jäätikköä ja paljastaa vuosisatojen saatossa jään sisälle joutuneet meteoriitit tutkijoiden kerättäväksi.

Meteoriitit nimetään yleensä löytö- tai putoamispaikan mukaan. Aavikoilta löydetyt meteoriitit nimetään löytöalueen lyhenteellä ja järjestysnumerolla. Yleisiä lyhenteitä ovat esimerkiksi NWA (North-West Africa) ja ALH (Allan Hills Etelänapamantereella).

Satunnaisen meteoriittikeräilijän ei onneksi tarvitse lähteä vaeltamaan Saharaan, vaan meteoriitteja voi myös ostaa vaikkapa kiviä ja mineraaleja myyvistä kaupoista sekä tietysti Internetistä. Ebay on erityisesti pullollaan erityyppisiä meteoriitteja; kannattaa valita myyjä, joka on kansainvälisen meteoriittikeräilijöiden järjestön, IMCA:n, jäsen ja jolla on paljon hyviä arvosteluja asiakkailta.

Liitu- ja tertiäärikauden välisen
kerrostuman materiaalia.

Meteoriittien hinnat vaihtelevat kappaleen harvinaisuuden tai historiallisen arvon sekä tietysti koon mukaan. Halvimmillaan meteoriitteja voi saada parilla eurolla; kalleimmat ja näyttävimmät yksilöt voivat helposti maksaa useita tuhansia euroja.

Meteoriitit kylvävät kuolemaa

Helmikuun 15. päivä vuonna 2013 reilun 15 metrin kokoinen kappale syöksyi ilmakehän läpi Venäjän Uralin alueen yllä. Tämän Tšeljabinskin meteoriittina tunnetun kappaleen aiheuttama paineaalto ei ollut seurausta räjähdyksestä vaan yliäänennopeudesta. Energialtaan se vastasi noin 30 Hiroshiman atomipommin energiaa ja oli suurin avaruuden pienkappaleen törmäys maapalloon noin sataan vuoteen. Paineaalto vaurioitti yli kolmeatuhatta rakennusta ja yli tuhat ihmistä loukkaantui.

Tšeljabinsk on hyvä muistutus siitä, että suuret meteoriitit kylvävät myös tuhoa ja kuolemaa. Yli 50 tonnin massaiset meteoriitit synnyttävät törmäyskraatterin; tällaisia on paljon Kuussa, mutta eroosio ja laattatektoniikka hävittävät kraattereita maanpinnalta – niitä tunnetaan vain noin 150. 

Canyon Diablo-meteoriitti.

Yksi merkittävimmistä tunnetuista törmäyskraattereista on Chicxulub-kraatteri Jukatanin niemimaalla. Tämä osittain Meksikonlahden pohjassa oleva törmäysarpi on noin 65 miljoonan vuoden ikäinen, ja tuo törmäys on osaltaan vaikuttanut dinosaurusten joukkotuhoon. 

Törmäys ei välttämättä yksin ollut syyllinen – se luultavasti myös laukaisi massiivisia tulivuorenpurkauksia Intiassa. Joka tapauksessa tuolta ajalta on peräisin liitukauden ja tertiäärikauden välinen geologinen kerrostuma, jossa on paljon törmääjästä peräisin olevaa iridiumia.

Toinen kuuluisa törmäysjälki on Arizonan Meteorikraatteri, josta Radiantissa on ollutkin juttua vuosi sitten. Törmääjästä, alun perin 50-metrisestä rautameteoriitista, jäi jäljelle vain pieniä kappaleita, jotka nykyisin tunnetaan nimellä Canyon Diablo. Näyttävän näköinen kraatteri on myös Australian Wolfe Creek – se on Arizonan Meteorikraatterin jälkeen toiseksi suurin kraatteri, jonka aiheuttaneen törmääjän osia on löytynyt meteoriitteina.

Wolfe Creek –meteoriitti.

Suomessa on tunnistettu yksitoista kraatteria, mukaan lukien Lappajärvi ja Söderfjärden, edellinen muistona noin 73 miljoonan vuoden ikäisestä törmäyksestä, ja jälkimmäinen puolestaan 520 miljoonan vuoden takaisesta. Kookkain Maapallon törmäyskraattereista on noin kahden miljardin vuoden ikäinen Vredefortin kraatteri Etelä-Afrikassa; sen halkaisija on noin 300 kilometriä.

Söderfjärdenin kraatteri ja sen keskellä oleva Meteoriihi.

Meteoriitit ja elämä

CM-tyypin hiilikondriitti Murchison.

Kreikkalainen filosofi Anaxagoras epäili jo 2500 vuotta sitten, että elämä olisi voinut tulla Maahan avaruuskivien mukana. Viktoriaanisena aikana uskottiin yleisesti, että hiilikondriitit ovat todisteita elämästä avaruudessa, koska Maapallolla hiili on peräisin kasvien hajoamisesta. Näin suoraviivaisia johtopäätöksiä ei tietenkään kannata vetää, mutta on totta, että esimerkiksi Murchison-meteoriitista on löydetty yli 230 erilaista aminohappoa. Näitä proteiinien rakennuspalikoita on löydetty myös muista hiilikondriiteista, kuten Tagish Lake -meteoriitista.

Osa Murchisonin aminohapoista näyttäisi isotooppijakaumien perusteella olevan peräisin aurinkokuntamme ulkopuolelta. Tagish Lake -meteoriitti puolestaan on fyysisesti heikoin tunnettu meteoriitti; kun sen kappaleita kerättiin välittömästi putoamisen jälkeen kanadalaisen järven jäältä, niitä oli välillä vaikeaa erottaa suden ulosteista! Aminohappoja Tagish Lakessa tosin on paljon vähemmän kuin Murchisonissa, mutta niiden lisäksi meteoriitissa on onttoja orgaanisia palloja, jotka muistuttavat eräänlaisia solukalvoja.

Hiilikondriitti Tagish Lake.

Aminohappojen lisäksi hiilikondriiteissa on myös B3-vitamiinia; sitä on voinut muodostua myös komeetoilla. Japanilaiset tutkijat ovat hiljakkoin jäljitelleet komeetan iskuja varhaiselle Maapallolle, ja kosmisissa törmäyksissä näyttäisi aminohapoista syntyvän tietyissä olosuhteissa lyhyitä peptidiketjuja. Nämä puolestaan ovat merkittävä askel monimutkaisempien molekyylien kemiallisessa evoluutiossa. 

Anaxagoras on voinut olla oikeilla jäljillä - komeetat ovat näin voineet olla merkittävä tekijä planeettamme elämän synnyssä. Tutkija Chandra Wickramasinghe on jopa esittänyt hypoteesin, että Rosetta-luotaimen tutkimalla komeetta 67P / Tšurjumov-Gerasimenkolla voisi tälläkin hetkellä olla bakteeritasoista elämää.

Avaruuskivillä on siis voinut olla suuri merkitys elämän synnylle – varmaa on, että niillä on ollut vaikutusta elämän kehitykseen ainakin joukkotuhojen kautta. Toisaalta törmäykset ovat saattaneet luoda hydrotermisiä lähteitä ja osaltaan myös nopeuttaa evoluutiota. Ediacaran monisoluisten eläinten synty noin 600 miljoonaa vuotta sitten ja kambrikauden lajiräjähdys hieman myöhemmin ovat saattaneet olla suurten törmäysten katalysoimia. 

Noin 490 miljoonaa vuotta sitten ordovikikauden biodiversiteetin kasvu on tapahtunut samaan aikaan kuin useiden samanaikaisten asteroidien törmäykset – ja Chicxulub saattoi hävittää dinosaurukset, mutta mahdollisti toisaalta nisäkkäiden valtakauden.

Mars-meteoriiteissa on myös kiehtovia vihjeitä punaisen planeetan mahdollisesta elämästä; joissakin on esimerkiksi havaittu merkittäviä määriä metaania. Ortopyrokseniittimeteoriitti ALH84001, joka poimittiin talteen Etelämantereelta vuonna 1984, on singahtanut Marsista törmäyksen johdosta noin 16 miljoonaa vuotta sitten. Vuonna 1996 David McKayn johtama tutkijaryhmä väitti löytäneensä meteoriitista todisteita muinaisesta elämästä Marsissa.

Ryhmällä oli neljä eri todistusaineistolinjaa; meteoriitissa oli esimerkiksi samanlaisia karbonaattijyväsiä kuin mitä bakteerit Maassa muodostavat, sekä polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä, jotka niin ikään yleensä assosioidaan elolliseen toimintaan. Meteoriitissa oli myös magnetiittikiteitä samantyyppisissä jonoissa kuin magneettikentän mukaan suunnistavien bakteerien sisälle muodostui.

Eniten julkisuutta saivat mikroskooppikuvat mahdollisista fossiloituneista nanobakteereista, vaikka tämä oli ehkä heikoin neljästä todisteesta – mahdolliset fossiilit olivat kymmenen kertaa pienempiä kuin pienin tunnettu bakteeri, ja yksinkertaisesti liian pieniä, jotta tuntemamme kaltainen elämän koneisto mahtuisi niiden sisälle.

Meteoriitista kiistellään vieläkin – lähes kaikille ilmiöille (paitsi ehkä magnetiittikiteiden ketjuille) voidaan antaa vaihtoehtoinen selitys, joka ei vaadi elämää. Ei ole liioiteltua sanoa, että ALH84001 ja siitä käyty keskustelu synnytti käytännössä vanavedessään koko astrobiologian tieteenhaaran!

Marsmeteoriitti Tissint.

Toinen mielenkiintoinen mars-meteoriitti on Tissint, joka putosi lähelle Tissintin kylää Marokossa heinäkuun 18. päivän aamuyöllä vuonna 2011. Tuolloin tulipallo rekisteröitiin, mutta sen lentorataa vastaavia meteoriitteja löydettiin seitsemän kilogrammaa vasta lokakuussa samana vuonna.

Tissint-meteoriitin uskotaan sinkoutuneen Marsista 700 000 vuotta sitten. Meteoriitin kappaleissa on ohuita halkeamia, joissa on orgaanisia yhdisteitä. Nämä hiiliyhdisteet eivät ole peräisin Maapallolta, ja eräät tutkijat uskovat, että niiden alkuperä on biologinen. 

Elämä suosii hiilen isotooppia C-12, ja Tissintin orgaanisissa yhdisteissä esimerkiksi hiili-13:n osuus on huomattavasti pienempi kuin Marsin ilmakehässä. Meteoriitin sisälle yhdisteet olisivat joutuneet virtaavan veden mukana – ja sitähän Marsissa on tarjolla vielä nykyisinkin. Tulevat miehitetyt Mars-lennot eivät löydä kanaaleja, mutta ehkäpä hyvinkin pieniä marsilaisia pöpöjä! 

Mitä meteoriitit kertovat?

Meteoriitit antavat paljon tietoa planeettojen ja aurinkokunnan synnystä, mutta meteoriittitutkimus on monesti vain vihjeitä antavaa – joku onkin verrannut aurinkokunnan tutkimista meteoriittien avulla siihen, että yrittäisi analysoida jauhoja ja munia tutkimalla valmista kakkua!

Haasteista huolimatta meteoriitit ovat antaneet esimerkiksi valtavasti lisätietoa oletettua monimutkaisemmaksi osoittautuneesta asteroidivyöhykkeestä. Lisäksi tiedämme niiden ansiosta aurinkokunnan iän – meteoriittien radioaktiivisten aineiden analyysien perusteella Aurinko ja sen kiertolaiset ovat syntyneet 4,568 miljardia vuotta sitten. Pölypitoisuus erilaisten kondriittityyppien syntysijoilla vastaa T Tauri -tähtien protoplanetaaristen kiekkojen ominaisuuksia. Tällaiset syntymässä olevat tähdet ovat Auringon kaltaisia, ja ovat hyvä analogia sille, miltä oma aurinkokuntammekin on luultavasti näyttänyt syntyvaiheessa.

Kiitos meteoriittien tiedämme, että aurinkokunnan syntyyn johtaneen pöly- ja kaasupilven luhistumisen on aiheuttanut supernovan shokkiaalto. Esimerkiksi Allende-meteoriitista on löytynyt epätavallisen korkeita magnesium-26 -pitoisuuksia verrattuna tavallisempaan magnesium-24:ään. Magnesium-26 on radioaktiivisen, supernovaräjähdyksissä syntyvän alumiini-26:n hajoamistuote.

Allende-meteoritti.

Al-26:n lyhyt puoliintumisaika, vain 720 000 vuotta, viittaa räjähdykseen juuri ennen aurinkokunnan syntyä. Tietokonesimulaatiot ovat osoittaneet, että 16 valovuoden etäisyydellä tapahtunut supernova olisi ehtinyt rikastuttaa tähtienvälisen pöly- ja kaasupilven alumiini-26:lla alle 20 000 vuodessa. Hiilikondriittien sulkeumissa on myös kiteitä, jotka ovat olleet aiempien tähtisukupolvien sisällä – näitä tutkimalla on voitu tarkentaa astrofyysisiä malleja.

Apollo-lennot eivät kattaneet koko Kuuta, joten kuumeteoriitit antavat tärkeää lisätietoa kuututkijoille. Meteoriittitutkimusten perusteella on myös saatu ajoitus Kuun synnyttäneelle Theia-planeetan törmäykselle – tämä tapahtui luultavasti 4,47 miljardia vuotta sitten. Meteoriitit antavat myös lisätietoa 3,9 miljardin vuoden takaisesta kiihtyneestä asteroidipommituksesta – Kuun lisäksi meteoriittien emoasteroidit saivat osansa törmäyksistä, joiden alkusyynä on mahdollisesti ollut jättiläisplaneettojen siirtyminen nykyisille paikoilleen aiemmilta radoilta.

Meteoriitit todistavat törmäysten roolin merkityksestä elämälle. Törmäykset ovat tuoneet Maapallolle orgaanisia yhdisteitä ja saattaneet osaltaan vaikuttaa suoraan elämän syntyyn. Kylväessään kuolemaa avaruuden pikkukappaleiden törmäykset ovat myös muuttaneet evoluution suuntaa.

Avoimia kysymyksiä

Meteoriittitutkimuksessa on silti suuria avoimia kysymyksiä, tärkeimpänä kondriittien jyvästen synnyn tarkka mekanismi. Eri meteoriittien määrissä muhii myös paradoksi: tavallisia kondriittimeteoriitteja on noin 80 prosenttia kaikista, mutta kuitenkin niiden emoasteroideja, eli S-tyypin kivipitoisia asteroideja, on vain 16 prosenttia. Vastaavasti C-tyypin hiilipitoisia asteroideja on määrällisesti eniten, mutta niiltä peräisin olevia hiilikondriitteja on löydetty suhteellisen vähän. Toistaiseksi tähän paradoksiin ei ole hyvää selitystä.

Toinen paradoksi taas liittyy asteroidien rakenteeseen – kahdensadan kilometrin asteroidilla pitäisi olla noin 100 km rautaydin, 45 km paksu vaippa, ja 5 km kuori. Tästä voisi päätellä, että oliviinipitoisia akondriitteja asteroidien vaipoista pitäisi esiintyä enemmän kuin rautameteoriitteja ja basalttisia kuoren akondriitteja yhteensä, mutta todellisuudessa vaippameteoriitteja on hämmentävän vähän.

Rautameteoriitit ovat yleensä olleet avaruudessa pitkän ajan – ehkäpä vastaavassa ajassa vaipan kivimeteoriitit ovat hajonneet, ja jäljelle jäänyt pöly on jo ajautunut Aurinkoon.

Huikeimman vision meteoriittien tutkimisesta on esittänyt tietokirjailija Risto Isomäki. Hän spekuloi, että teoriassa voisi olla mahdollista, että hypoteettiset madonreiät, eli Einsteinin-Rosenin sillat, voisivat yhdistää oman maailmankaikkeutemme muihin maailmankaikkeuksiin. Mikäli näiden läpi saapuisi omaamme pölyhiukkasia, niitä saattaisi sataa Maapallolle mikrometeoriittien joukossa. Mikrometeoriitin ikämääritys, joka antaisi tulokseksi vaikkapa 20 miljardia vuotta, voisi olla viite hippusen alkuperästä oman maailmankaikkeutemme ulkopuolelta.

Mikrometeoriitteja voidaan kerätä ilmakehästä ilmapallolla, ja koostumuksen selvittämiseen tarvittavan massaspektrometrin voi nykyisin hankkia edullisen henkilöauton hinnalla. Eksoplaneettojen lisäksi tavallinen tähtiyhdistyskin voisi ruveta etsimään muita maailmankaikkeuksia!

Huomautukset

 [1] kyseessä ei ole räjähdys sanan varsinaisessa mielessä vaan pirstoutuminen.  Äkillinen pirstoutumisen seurauksena bolidin kirkkaus moninkertaistuu, jolloin syntyy vaikutelma räjähtämisestä varsinkin silloin, jos pirstoutuneet osat muodostava erillisiä meteoreja.