Kuva: Jarmo Korteniemi

Maailman vanhimpia kiviä ja fossiileja etsimässä

Ovatko planeetan vanhimmat fossiilit Grönlannissa? Ja löytyvätkö vanhimmat kivet Australiasta vai Kanadasta? Kukaan ei itse asiassa tiedä, toistuvista ennätyksiä julistavia huolimatta. Avataanpa asiaa hieman, miksi on vaikeaa saada selville kuinka vanha kivi on.

Pudasjärven perukoilta löytyy kallio, jonka kivi tunnetaan Siuruan gneissinä. Mitäänsanomattoman näköinen kivi on Fennoskandian ja koko EU:n alueen vanhinta. Sen iäksi on määritetty 3,5 miljardia vuotta. Joukosta löytyy myös yksittäisiä mineraalikiteitä, joiden ikä on yli 200 miljoonaa vuotta vielä vanhempi.

Miljardien vuosien iät ovat vaikeita (mahdottomia?) hahmottaa. Aikakoneella täytyisi matkustaa yli 50 kertaa pidemmälle kuin dinosaurusten ajan loppuun, jotta pääsisi Siuruan gneissin syntymäaikoihin. Ja ne dinosauruksetkin elivät jo ihan käsittämättömän kauan aikaa sitten.

Vanhempiakin kiviä toki maailmasta löytyy. Heti EU:n naapurista, Ukrainan kilveltä, löytyy hitusen iäkkäämpää, noin 3,8 miljardin vuoden ikäistä kiviainesta. Australian ja Kanadan kallioperästä taas löytyy paikkoja, joiden mineraaleista on mitattu yli 4 miljardin ikiä. Tuollaiset lähestyvät jo planeetan syntyaikoja.

Otsikkokuvaa klikkaamalla näet muutamille maailman vanhimmille määritetyt ikähaitarit. Tummanruskea tarkoittaa itse kiviä, vaaleampi niistä löytyviä mineraaleja. Asioilla on merkittävä ero.


Juttu jatkuu mainoksen jälkeen

Yli 4 mrd vuoden ikäisiä kiviä Kanadasta: Acasta (vas.), Nuvvuagittuq (oik.).

Kukaan ei kuitenkaan pysty täysin varmasti sanomaan, mistä ne kaikkein vanhimmat kalliot nykyään tarkalleen löytyvät. Yhdelle rakenteelle määritetyt ikäarviot kun saattavat heitellä useilla sadoilla miljoonilla vuosilla.

Vanhimmat elämän jäljet - fossiilit - saattavat olla vieläkin vaikeampia löydettäviä. Niissä kun kyse on "pelkän" iänmäärityksen lisäksi myös rakenteen tulkinnasta. Kädenvääntöä käydään etenkin vanhimmista ja epämääräisimmistä kohteista.

Quebecistä Nuvvuagittuqin alueelta löytyy lähes 4,3 miljardia vuotta vanhoja muodostumia, jotka saattavat olla bakteerien tuotteita. Australian Jack Hillsiltä löytyy aivan yhtä tulkinnanvaraisia, 4,1 miljardin vuoden ikäisiä, kenties joidenkin eliöiden tuottamia kemiallisia markkereita. Kumpikin tarjoaa tilaa tulkinnalle: kenen mukaan kivettynyt piirre on eliöiden ja kenen mukaan elottoman luonnon tekele.

Vanhimmat varmat elämän merkit – Australiasta löytyneet selvät eliöiden fossiilit – ovat noin 3,5 miljardia vuotta vanhoja. Jo silloin elämä oli selvästi varsin monimuotoista. (Suomen vanhimmat fossiilit taas ovat vaivaiset 2,1–2,0 miljardia vuotta nuoria. Ne olivat bakteereita, jotka rakentelivat aikoinaan Tervolassa stromatoliitteja.)

Mediassa hehkutettuihin ikäennätyksiin kannattaa suhtautua aina skeptisen varovaisesti. Epäselvyyksissä ei kuitenkaan ole (ainakaan aina) kyse mistään huonosta työstä. Syynä ikäheittoihin on usein tutkittavien aineiden yllättävän monimutkainen käytös. Vaikka virheitä ei olisi tullut analyysissä, saattavat oletukset olla poskellaan.

Miksi iänmääritys on niin vaikeaa?

Kivet koostuvat mineraaleista, jotka ovat yleensä jonkinlaisia säännöllisiä, toistuvia kiteisiä rakenteita. Niiden koostumus riippuu lähtöaineesta eli sulan magmansopan alkuaineista ja yhdisteistä. Siihen vaikuttaa myös sopan kokeman sekoituksen määrä, valmistuslämpötila ja jäähtymisen nopeus.

Aika ajoin vanhat kivet sulavat, jolloin aineet sekoittuvat. Ne nousevat pintaan, jäähtyvät ja kiteytyvät uudelleen, yleensä erilaisiin kokonaisuuksiin kuin aiemmin. Prosessi jatkuu syklinä niin kauan kuin mannerlaatat jaksavat puskea toisiaan vasten ja sedimentit painavat vanhempia kiviä alleen.

Kivet ovat tavallaan kuin monimutkaisia ruokia tai leivonnaisia. Erona on, etteivät kivireseptit mene ikinä vikaan, vaan aina saadaan aikaan jotain siihen tilanteeseen sopivaa murkinaa. Erilaisia mineraaleja tunnetaan reippaasti yli 5000, ja lisää löytyy koko ajan.

Kiven ikämääritykset tehdään useimmiten radioaktiiviseen hajoamiseen perustuvan alkuaine- tai isotooppikoostumuksen perusteella. Ajoitusmenetelmiä on lukuisia, esim. K–Ar, 40Ar/39Ar, Rb-Sr, U–Pb, U-Th, yms vertailut. Kohdeaineiksi sopivat etenkin vanhoissa materiaaleissa zirkonit, erityisen kestävät mineraalikiteet, joissa on paljon radioaktiivista thoriumia ja uraania.

Hommassa täytyy kuitenkin olla tarkkana. Sulaminen ei läheskään aina ole ollut täydellistä, jolloin osa kiteistä säilyy muuttumattomina. Uudessa kivessä voi siis olla mukana vanhojakin kiteitä, ikään kuin karstaa "edelliseltä kierrokselta". Ja sen analysointi kertoo kyseisen kiteen eikä sen ympärille muodostuneen kiven historiasta.

Pahaksi onneksi vanhimmat kivet ovat lisäksi lähes poikkeuksetta metamorfisia. Ne ovat poimuttuneet, muokkaantuneet ja muuttuneet maankuoressa moneen kertaan, mutta eivät ole merkittävästi sulaneet. Niiden sisältämät mineraalit voivat siksi olla kinkkisiä tulkittavia.

Vaikka sulaminen olisi ollut täydellistäkin, voi lähtömagmakin saattaa olla tavalla tai toisella poikkeuksellista. Esimerkiksi isotooppisuhteet saattavat olla jo lähtökohtaisesti vinksallaan. Näin on saattanut käydä esimerkiksi Maan kaikkein vanhimmiksi määritetyille mineraaleille, 4,4 miljardin vuoden ikäisiksi tulkituille australialaisille zirkoneille. Joidenkin tutkijoiden mielestä mittaustulos ei suinkaan kerro kiteiden iästä yhtään mitään, vaan osoittaa sen sijaan magman ikää, josta zirkonit joskus myöhemmin kiteytyivät.

Täytyy siis tietää mitä mittaa. Ja kuinka.

Kaiken kukkuraksi juuri niiden kaikkein vanhimpien kohtien löytäminen kalliosta voi olla vaikeaa. Geologian perusperiaatteen mukaisesti vanhempi tavara hautautuu nuorempien alle. Tämä tarkoittaa, että mitä syvemmälle kairataan sitä vanhempiin kiviin päästään (periaatteessa) käsiksi. Lisäksi syvällä kalliossa (kuten myös pintakivissä) on aina kyse hieman tuurista: jos sattuu valitsemaan näytteensä tästä eikä tuolta vähän matkan päästä, ero saattaa olla valtava.

PS. Primitiivisistä meteoriiteista on toki löydetty jonkin verran Maatakin vanhempia mineraaleja. Tämän hetken ennätyksenhaltija taitaa olla vasta vuonna 2000 Maan kivien joukkoon pudonnut Tagish Lake -meteoriitti. Joillain sen mineraaleilla on ikää 4,56 miljardia vuotta.

Pävitys 3.2. klo 13.30: Tarkennettu muutamaa kiviä ja mineraaleja käsittelevää virkettä.

Lähteet: GTK (tiedote 2003), O'Neil & kumpp. (Science 2008), Rumble & kumpp. (G3 2013), Mojzis & kumpp. (Nature 2001), Hartmann (Phil.Trans.R.Soc. 2014), Valley & kumpp. (Nat.Geos. 2014), Bell & kumpp. (PNAS 2015), Tashiro & kumpp. (Nature 2017), Schopf & kumpp. (PNAS 2018)

Otsikkokuva: NASA / FUSE / JPL-Caltech / Lynette Cook / T. Pyle (SSC) / Simone Marchi/ Paul Harrison / Jarmo Korteniemi
Kivikuva: PedroAlexandraDe



Juttuja samasta aiheesta