kivi

Maailman vanhimpia kiviä ja fossiileja etsimässä

Pe, 02/02/2018 - 18:04 Jarmo Korteniemi
Kuva: Jarmo Korteniemi

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.

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

Mitä Philae näkee komeetan pinnalla?

To, 11/13/2014 - 13:56 Jarmo Korteniemi
Kuva: ESA/Rosetta/Philae/CIVA

Yllä on ensimmäinen julkistettu Philae-laskeutujan kuva komeetan pinnalta. Siitä voi jo esittää muutamia valistuneita arvailuja.

Mitä Philae sitten näkee? Vastaus: "Kalliota", "lohkareita", "kiviä", "hiekkaa" ja "pölyä". Sanat ovat lainausmerkeissä, koska ne ovat vain suuntaa-antavia. Meillä kun ei ole komeetan pinnasta vielä selkeää käsitystä. Toisaalta meille tutut termit sisältävät paljon piilomerkityksiä ja mielikuvia. Todellisuudessa vaikkapa komeetan "kallio" voisi hyvin olla yhtä kiinteää kuin meikäläinen hiekkakakku. Emme tiedä.

Kuvassa näkyy lähinnä "kalliota". Keskellä se on kiiltävää, vasemmassa reunassa rosoista. Kyse voi olla materiaalierosta: harmaa pinta on kenties hiiliyhdistepölyä ja kiiltävä taas hieman puhtaampaa jäätä.

"Kallio" ja "kivet" eivät näytä yhtä tiiviitä kuin meikäläinen. Niissä näkyy paljon halkeamia ja pinta on paikoin paljon rypyliäisempää kuin meillä. Raot johtuvat lämpötilaeroista, sekä siitä, että tavara ei ole alunperinkään pakkautunut yhtä tiiviiksi kuin maapallolla. Myös miljardien vuosien aikana tapahtuneet törmäykset ovat rikkoneet pintaa lähes loputtomiin.

Näkyvän alueen leveys lienee metrin tai parin luokkaa. Laskeutuja on kyljellään ja tämä on ainoa suunta johon se näkee kunnolla. Laskeutuessaan Philae pomppasi ainakin kahdesti, sillä sen kiinnitysmekanismi petti. 360 asteen panoraama löytyy viereistä kuvaa klikkaamalla.

Tähdet ja Avaruus -lehti tietää kertoa, että nykyinen sijainti on kilometrin päässä suunnitellusta.

Lähikuvan yksityiskohtia

Muutamassa "kivessä" näkyy muutamia sisäkkäisten kartioiden muotoisia piirteitä. Ne voisivat hyvällä tuurilla olla pirstekartioita. Sellaisia syntyy voimakkaissa törmäyksissä, ja tämä olisi ensimmäinen kerta kun sellainen löydetään muualta kuin maapallolta.

"Kallion" vaaleassa osassa erottuu kaksi muuta mielenkiintoista piirrettä. Ne on merkitty alimmaiseen kuvaan nuolilla, mutta erottuvat parhaiten alkuperäisessä julkaisussa.

Aivan kuvan keskellä erottuu vasemmalta oikealle hieman alaviistoon ulottuva kerroksellinelta vaikuttava alue. Kyse voisi olla vaikkapa liuskeisesti haljenneesta kivestä, sillä kerrostumista ei pitäisi komeetalla tapahtua kovin helposti.

Ympäri vaaleaa aluetta näkyy lisäksi hyvin outoja, epämääräisiä kohtia. Pehmeitä, "sumuisia" tai "sileitä" alueita. Äkkiä vilkaistuna niiden voisi olettaa olevan nestettä tai jonkinlaista limaa. Ainakaan nestemäistä vettä ei paineettomassa ympäristössä voisi esiintyä... Kyse lienee jostain arkisemmasta asiasta: Joko Auringon lähiohituksen aikana kallion jähmettymisestä hyvin tasaiseksi lasimaiseksi massaksi, tai - kaikkein todennäköisimmin - ainoastaan PR-kuvan JPEG-pakkauksen aiheuttamista virheistä.

Kannattaa muistaa, että nämä olivat hyvin alustavia pohdintoja pakattujen PR-kuvien perusteella. Vaihtoehtoina kaikkiin ehdotuksiin on vain valon ja varjon leikki satunnaisen muotoisilla pinnoilla. Tutkijoiden käytössä oleva aineisto on parempaa ja laajempaa.

Juttua päivitetty klo 17.55: Lisätty panoraamakuva.

Juttua päivitetty klo 17.35: Lisätty kuvia ja analyysiä, sekä tieto laitteen kääntymisestä.

Otsikkokuva: ESA/Rosetta/Philae/CIVA

Outo marsilainen kivi kummastuttaa

To, 01/23/2014 - 06:15 Jarmo Korteniemi
Kuva: NASA / JPL

NASAn Opportunity-kulkija on löytänyt Marsista oudon kiven. Se poikkeaa kaikista tähän asti tutkituista. Ja lisäksi se näyttää ilmestyneen tyhjästä.

Kivi on oudon värinen. Se on vaaleampi kuin ympäröivä hiekka ja muut alueen kivet - lähes valkoinen. Siinä on alustavien tutkimusten mukaan hyvin paljon rikkiä, mangaania ja magnesiumia. Koostumus on erilainen kuin mikään aiemmin tutkittu.

Kivi huomattiin, kun Opportunity kääntyi katsomaan 12 päivää aiemmin kuvaamaansa aluetta. Paikalle oli tupsahtanut uusi, vähän nyrkkiä pienempi murikka.

Opportunity on tutkinut Marsin pintaa tasan kymmenen vuotta. Sinä aikana se on ajellut 38.73 kilometriä. Laitteen alkuperäiseksi toiminta-ajaksi uumoiltiin kolmea kuukautta.

Kiven outo alkuperä

Mistä valkoinen kivi on oikein tullut? Mahdollisuuksia on monia.

Yksi vaihtoehto on, että kivi on avaruudesta tippunut meteoriitti.

Todennäköisyys meteoriitin tippumiselle aivan kulkijan viereen on kuin useampi lottovoitto peräkkäin. Epätodennäköinen siis. Toiseksi, kivi ei juuri näytä meteoriitilta. Vuonna 2005 Opportunity löysi ensimmäisen varmistetun meteoriitin Marsista. Koripallon kokoinen mötikkä oli tuolloin lojunut paikallaan jo jonkin aikaa, päätellen sitä osaksi peittävästä tomusta. Mutta silti sillä oli jäljellä selvä tumma sulamiskuori. Nyt löytynyt valkea kivi on paljon pienempi, ja tuoreempi - eikä sillä ei ole minkäänlaista kuorta.

Toinen mahdollisuus: Isompi törmäys heitti kiven jostain kauempaa.

Voi olla, että johonkin lähistölle on tippunut isompi meteoriitti. Jos törmäys kaivaisi maahan muutaman metrin kraatterin, se viskaisi ympärilleen paljon pintakiveä. Tämäkin on toki epätodennäköistä, mutta hieman uskottavampaa. Suorat havainnot törmäyksistä nimittäin kertovat, että Marsiin törmää vuosittain noin 200 parimetristä murikkaa. Tästä asiasta saadaan varmuus, kun planeettaa kiertävät satelliitit ottavat alueen yltä uusia kuvia.

Jos lähelle olisi todella syntynyt uusi kraatteri, nyt löytynyt kivi voisi olla peräisin ehkä muutaman metrin syvyydestä. Syvemmältä kuin mihin Opportunity-vanhus ikinä olisi omin voimin päässyt. Niin syvältä, että sieltä voisi löytyä jotain näinkin odottamatonta. Kulkijalla tulee tuolloin kiire lähteä nilkuttamaan kohti uutta kraatteria. Pari päivää sitten syntynyt kraatteri olisi ainutlaatuinen tutkimuskohde millä planeetalla tahansa.

Kolmantena, ja todennäköisimpänä vaihtoehtona, pidetään kiven sinkoutumista kulkijan renkaasta. Tällöin kuitenkin ihmetyttää, miksi kiven koostumus on niin erilainen kuin kaikki muu Marsissa. Opportunity on nimittäin tehnyt kaikkensa jotta löytäisi erikoisia kiviä. Sen renkailla on tarkoituksella kaivettu kuoppia jotta päästään kurkistamaan pintatomun alle, ja sen instrumenttikädellä on käännelty ja raaputeltu kiviä. Paljon outoa on löytynyt, mutta ei mitään yhtä outoa kuin nyt.

Opportunity on siis joko etsinyt väärästä paikasta, väärällä tavalla, tai sitten valkoinen kivi on todella harvinaista laatua.

Olisi varsinaista hullun tuuria, jos nyt, kymmenen vuoden tutkimuksen jälkeen, se kaikkein oudoin löytyisi vain sattumalta.

Yksi vaihtoehto voidaan kuitekin sulkea pois. Kyse tuskin on kulkijan alituiseen ympäriinsä surraamiseen suivaantuneesta paikallisesta, joka olisi koettanut heittää kulkijaa kivellä. Ympärillä kun ei näy ainoatakaan jalanjälkeä.

Päivän kuva 22.8.2013: Rapakivi

To, 08/22/2013 - 01:20 Toimitus

Eräs jännittävimmistä – jos kysyt geologilta – Suomen maaperä kivilajeista on rapakivi: sitä ei tavata Suomen ja Venäjän lisäksi kuin muutamissa muissa paikoissa maailmassa (esim. pakoittain Pohjois- ja Etelä-Amerikassa, Baltassa, Grönlannissa, eteläisessä Afrikassa, Intiassa ja Kiinassa).

Se on saanut nimensä siitä, että plagioklaasikehän ja kalimaasälpäkeskuksen erilaisen lämpölaajenemisen seurauksena se rapautuu helposti murenevaksi soraksi eli moroksi. Rapakivi on sanana lainattu suomesta muihin kieliin, esimerkiksi englannissa se on muodossa Rapakivi granite ja saksassa Der Rapakiwi. Tämä johtuu siitä, että kivilaji on dokumentoitu ensimmäiseksi Suomessa; näin teki Jakob Sederholm vuonna 1891.

Rapakivi on erikoinen graniitti, ja Suomen suurin rapakivialue, ns. Viipurin rapakivigraniiti, on kaakkois-Suomessa Kymenlaaksossa sekä siitä eteenpäin Venäjän puolella Viipurin ympäristössä. Rapakiven väri ja rakenne vaihtelee huomattavasti. Yleisin rapakivityyppi on Viipurin mukaan nimensä saanut viborgiitti, jossa pyöreitä, punertavia maasälpärakeita ympäröi vihertävän harmaa maasälpä- vaippa. Kymenlaakson maakuntakivi on harvinaisempaa punaista, varsin karkearakeista rapakivityyppiä, jossa on punaisia, pyöreitä maasälpärakeita, muttei harmaata maasälpävaippaa niiden ympärillä.

Punaista graniittia louhitaan Anjalankoskella, Kotkassa ja ennen kaikkea Virolahdella. Graniittisen rakennuskiven louhinta alkoi suuressa mittakaavassa 1700-luvun alussa. Päälouhokset sijaitsivat Virolahden Pyterlahdessa, josta vietiin suuret määrät kiveä Pietarin rakentamiseen. Rakentaminen vilkastui Ison Vihan jälkeen, sillä Uudenkaupungin rauhassa vuonna 1721 mm. Virolahti ja sen kivilouhokset liitettiin osaksi Venäjän valtakuntaa. Pyterlahden kiveä on näyttävästi esillä mm. Pietarin Iisakin kirkon 102 pylväässä ja Aleksanteri I:n patsaassa. Patsaan jalustana on 25,6 m korkea, yhdestä rapakivipaadesta tehty pyöreä, ylöspäin lievästi suippeneva pylväs, jonka halkaisija on alhaalla 3,66 m ja ylhäällä 3,19 m.

Lisätietoa niin Kymenlaakson rapakivestä kuin muistakin Suomen alueiden tyypillisistä kivilajeista on Geologian tutkimuskeskuksen erinomaisella Maakuntakivi-sivustolla, mistä on linkki myös laajemmin kiviharrastusta esittelevään tietopakettiin.

Kuva: GTK