Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Meteorit puhalsivat eloa palloon

Neljä miljardia vuotta vanhan grönlantilaiskiven kemiallinen profiili ratkaisi yhden tieteen suurista arvoituksista: kuinka hiili ja vesi muuttivat maapallon elolliseksi. Tieto voi paljastaa, mistä elämää kannattaa etsiä.

SPL

Kerta toisensa jälkeen taivas kirkastuu maisemaltaan Kuuta muistuttavan kolkon Maan yllä. Kolossaaliset kosmiset kivenmurikat tunkeutuvat ohueen, myrkylliseen ilmakehään ja leimahtavat.

Jatkuvat iskut tärisyttävät planeettaa, mutta pommitus jättää jälkeensä muutakin kuin tuhoa. Se istuttaa elämän siemenen.

Meteorit kuljettavat nimittäin mukanaan kemiallisia yhdisteitä, joita nuori maapallo tarvitsee kehittyäkseen ajan mittaan sinivihreäksi paratiisiksi.

Jo pitkään on uumoiltu, että Maa oli lapsuudessaan rutikuiva pinnaltaan ja että se sai happea ja vetyä vasta paljon myöhemmin. Vanhalle oletukselle antaa nyt tukea kansainvälinen tutkimusryhmä, jota johtaa geologi Mario Fischer-Gödde saksalaisesta Kölnin yliopistosta.

Miljoonat hiilikondriitit satoivat nuoreen Maahan ja muuttivat sen pinnan kosteaksi ja viljavaksi.

© Ritzau Scanpix

Elämä tuli Aurinkokunnan ulko-osista

Maa ei ole aina ollut nykyisenlainen elämän keidas. Synnyttyään planeetta oli sula, joten jotkin elintärkeät osatekijät päätyivät ytimeen, toiset taas luultavasti puuttuivat kokonaan.

Niinpä Maa oli kolkko paikka. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan elämää edistävä hiilikondriiteiksi kutsuttujen meteorien pommitus toi sellaisia olennaisia aineita kuin happea, vetyä ja ehkä myös aminohappoja Aurinkokunnan laidalta.

Happi ja vety yhtyivät vedeksi, ja aminohapot olivat proteiinien rakennuspalikoita.

Tutkijat perustavat käsityksensä harvinaislaatuiseen kiveen, joka löydettiin läheltä Grönlannin pääkaupunkia Nuukia. Löydöllä ei ole suuri merkitys ainoastaan Maan historialle, vaan se voi myös vaikuttaa merkittävästi elämän etsimiseen maapallon ulkopuolelta.

Loppusilaus oli elämän edellytys

Veden Maahan toimittaneesta meteoripommituksesta käytetään kansainvälisesti englanninkielistä nimitystä the late veneer.

Late-sana kertoo, että kyseessä oli jälkitoimitus: maapallo sai lisää ainetta kauan sen jälkeen, kun se oli kerännyt perusmassansa melkeinpä yhdessä hujauksessa planeetan muodostuessa 4,54 miljardia vuotta sitten.

Pinnoitteena käytettävää viilua tarkoittava veneer-sana tulee ymmärtää viimeistelyksi eli loppusilaukseksi.

Elämän ainekset tulivat jälkitoimituksena

Grönlannista löydetty erikoinen kallio paljastaa, että maapallo ei syntynyt kerralla, vaan myöhempi meteoripommitus viimeisteli sen kemialliset ominaisuudet.

  • © ken ikeda madsen

    Pienet kappaleet koostivat Maan

    Maapallo muotoutui aineksista, jotka kiersivät Aurinkoa suunnilleen samalla säteellä. Ainekset kokkaroituivat yhä isommiksi kappaleiksi painovoiman vaikutuksesta. Koska Maa oli kuuma ja sula, raskaat alkuaineet, kuten rauta ja kulta, painuivat sisäosiin ja muodostivat planeetan ytimen.

  • © ken ikeda madsen

    Kosminen kolari synnytti Kuun

    Joitakin miljoonia vuosia vanha Maa törmäsi Theia-nimiseen esiplaneettaan, joka oli Marsin kokoinen. Jos maapallolla oli tuolloin vettä, se haihtui. Theian rautaydin vajosi syvälle, ja sen kevyemmät aineet sinkoutuivat avaruuteen. Niistä muodostui Maan kiertolainen, Kuu.

  • © ken ikeda madsen

    Meteoreissa piili elämän edellytys

    Joitakin miljoonia vuosia myöhemmin loppusilaukseksi nimitetty meteorisade viimeisteli maapalloa. Meteorit sisälsivät vettä, hiiltä ja niitä aineita, jotka olivat hävinneet Maan ytimeen. Uudet aineet muuttivat maapallon kemiallista koostumusta vaipan osalta radikaalisti.

  • © ken ikeda madsen

    Ratkaiseva tekijä löytyi Grönlannista

    Vuonna 2019 Grönlannista löydettiin kivi, joka sisältää loppusilausta edeltäneen kuoren rippeitä. Siksi kivi todistaa, että meteorit satoivat Maahan ja että niiden joukossa oli runsaasti hiilikondriitteja.

Nimenomaan se oli edellytyksenä tulevalle elämän kehitykselle. Ajatus, että meteorit huolehtivat loppusilauksesta, heräsi, koska sellaisia jalometalleja kuin kultaa ja platinaa esiintyy maanpinnan tuntumassa.

Kun Maa muodostui, kaikki raskaat metallit päätyivät nimittäin ytimeen. Selitys metallien vajoamiseen löytyy siitä tavasta, jolla Aurinkokunnan sisäosien kiviplaneetat syntyivät.

Aine kerääntyi planeetoiksi

Kun vastasyntynyt Aurinko syttyi 4,6 miljardia vuotta sitten, sitä ympäröi niin sanottu esiplanetaarinen kiekko.

Kun aine kiersi uutta tähteä, se kasaantui aina vain suuremmiksi kokkareiksi, kunnes yksi suuri taivaankappale hallitsi kyseistä kiertorataa.

Maapallo asettui runsaan 150 miljoonan kilometrin päähän Auringosta ja imuroi tämän vyöhykkeen tyhjäksi kappaleista. Mars puolestaan raivasi ratansa reilun 225 miljoonan kilometrin etäisyydelle Auringosta.

Meteorit maustoivat maapalloa

Maa ei olisi nykyisenkaltainen ilman niitä tärkeitä aineita, jotka tulivat tänne meteoripommituksen mukana. Elämä ja monet metallit loistaisivat poissaolollaan.

Maa siivosi ratansa niin nopeasti, että yhteentörmäyksien energia sulatti sen heti tuoreeltaan.

Nestemäisessä planeetassa raskaammat alkuaineet vajosivat sisäosiin differentaatioksi kutsutussa prosessissa.

Pääosassa oli rauta, joka päätyi Maan ytimeen, ja sellaiset kevyemmät alkuaineet kuin pii, happi ja alumiini nousivat ja muodostivat maapallon kaksi ylintä kerrosta: kuoren ja vaipan.

3 miljoonaa 10 kilometrin suuruista dinosaurukset tappanutta asteroidia viimeisteli tuhon.

Kerrostava aineiden erottuminen päättyi ilmeisesti jokusia miljoonia vuosia planeetan syntymän jälkeen.

Yhdessä raudan kanssa hävisi pinnalta myös valtaosa ”rautaa rakastavista alkuaineista”. Niihin kuuluu valkoinen, kova rutenium, jolla on tärkeä osa uudessa löydössä.

Yhtä aikakapselia kaivattiin

Platinaryhmään kuuluvaa ruteniumia esiintyy luonnossa seitsemänä vakaana isotooppina. Isotoopeissa on kysymys sinänsä saman alkuaineen varianteista, joita erottavat atomiytimen eri neutronimäärä ja massa.

Isotooppierot vaikuttavat jossain määrin muun muassa kemiallisiin reaktioihin. Kun aurinkokunta muodostuu, taivaankappaleiden välille syntyy lukemattomia pieniä eroja alkuaineiden isotooppijakauman osalta.

Asia on näin myös ruteenin varianttien suhteen. Kölniläinen tutkimusryhmä, jonka jäse­niä on muun muassa tanskalainen geologi Kristoffer Szilas Kööpenhaminan yliopistosta, analysoi tältä pohjalta isotooppijakaumaa erilaisissa meteoreissa, jotta saataisiin selville, milloin Maa oli pommituksen kohteena, millaiset meteorit Maahan osuivat ja mistä meteorit tulivat.

© Ken Ikeda Madsen & Agilent

Eri atomien määrä lasketaan

Kun kiven kemiallinen koostumus halutaan selvittää tarkasti, avuksi otetaan massaspektrometri. Ensin näyte hienonnetaan, ja sitten eri aineet lähetetään kaasuina magneettiselle esteradalle.

  • © Ken Ikeda Madsen & Agilent

    Laser ja plasma kaasuttavat kiven

    Laser höyrystää kivenpalan. Kaasu johdetaan 10 000-asteiseen argonplasmaan, joka saa kiven alkuaineet muuttumaan ioneiksi. Nämä sysätään massaspektrometriin.

  • © Ken Ikeda Madsen & Agilent

    Vähän kiinnostavat aineet kaartavat sivuun

    Kaasu kulkee magneettikentässä, joka ohjaa massan ja varauksen perusteella ioneja ja seuloo toisarvoiset aineet. Kevyet ionit ja ionit, joissa on kolme lisäelektronia, kääntyvät syrjään.

  • © Ken Ikeda Madsen & Agilent

    Ilmaisimet rekisteröivät mielenkiintoiset ionit

    Joukko ilmaisimia laskee kiinnostavia ioneja. Jotkin massaspektrometrit voivat paljastaa ruteniumin kaltaisten metallien isotooppeja näytteestä, jossa pitoisuus on alle biljoonasosa.

Ennen kuin voitiin osoittaa meteoripommituksen todellakin tapahtuneen, piti verrata ruteniumin profiilia kolmenlaisessa niin sanotussa geologisessa aikakapselissa.

Kaksi aikakapselityyppiä oli jo tutkijoiden hallussa: nykyinen Maa ja hiilikondriiteiksi kutsuttu kivimeteoriryhmä.

Hiilikondriitit voivat koostua jopa 22-prosenttisesti vedestä, joten ne ovat hyvä ehdokas elämän kehityksen vaatiman loppusilauksen antajaksi. Päästäkseen perille asiasta tutkijat tarvitsivat kuitenkin vielä kolmannen aikakapselin, kuten esimerkin varhaisen maapallon ruteniumpitoisuudesta.

Hiilikondriitit voivat koostua jopa 22-prosenttisesti vedestä.

Grönlantilaiskivi oli noussut maan uumenista melkein kuin vain palvelemaan juuri tätä päämäärää.

Vanhat ominaisuudet paljastuivat

Kristoffer Szilas ja hänen tutkijatoverinsa paikansivat läheltä Nuukia erikoisen kallion. Kaupungin liepeillä kohoavissa vuorissa on säilynyt erittäin vanhaa maankuorta, joka avaa harvinaisella tavalla näköaloja planeetan varhaisvaiheisiin.

Nuukin seudun peruskallio koostuu enimmäkseen tonaliittisesta gneissistä, joka on suhteellisen vaalea ja kevyt kivilaji. Se on syntynyt maanpinnan alla jähmettyneestä magmasta ja muuttunut myöhemmin osittain paineen ja lämpötilan vaikutuksesta.

Gneississä esiintyy niin sanottuina linsseinä tummempaa ja vanhempaa kiveä. Ei tiedetä tarkalleen, kuinka linssejä sisältävä kallio on muodostunut, mutta Kristoffer Szilas pitää sitä maapallon ensimmäisten maamassojen jäänteenä.

Lähde Grönlantiin tutustumaan maailman vanhimpiin kiviin

Paljon ennen kuin maankuoren laattojen liike alkoi ja varsinaisia mantereita ilmestyi, Maa oli yhtä magmamerta, joka jähmettyi pinnalta.

Kivisulan kovettuva kuori tuli lopulta niin paksuksi ja samalla pohjastaan niin kuumaksi, että ne mineraalit, joiden sulamislämpötila oli matala, nesteytyivät jälleen ja muodostivat kemiallisilta ominaisuuksiltaan uudenlaista magmaa.

Grönlannin tonaliittinen gneissi juontuu uudesta magmasta, joka Kristoffer Szilasin mukaan keräsi itseensä linssimäisesti tummia kivilajeja ja säilöi ne pysyvästi. Sillä ei ole juuri merkitystä, onko linssi 3,8 miljardia vuotta vanha niin kuin sitä ympäröivä tonaliittinen gneissi vai ei.

Olennaista on se, että linssit sijaitsivat syvällä maan uumenissa – ehkä noin 30 kilometrin syvyydessä – silloin, kun loppusilauksen antaneet meteorit osuivat maapalloon.

30 kilometriä Grönlannin kamarasta on kulunut 4 miljardissa vuodessa.

Siksi linssit jäivät ilman niitä aineita, joita meteorit toivat. Tutkijoiden onneksi kamaran yläosasta on kulunut pois 30 kilometriä.

Pinnan eroosion ansiosta miljardeja vuosia vanha kallio on tätä nykyä näkyvissä.

Kun Kristoffer Szilasin tutkimusryhmä analysoi kalliosta otetun kivinäytteen eri alkuaineiden osalta laboratoriossa, tulos lunasti kaikki odotukset.

Kristoffer Szilas on osoittanut neljä miljardia vuotta vanhalla grönlantilaiskivellä, millainen Maa oli nuoruudessaan.

© Kent Pørksen

Kivi sisälsi ruteniumin eri isotooppeja ja saattoi siten toimia nuoren Maan kolmantena geokemiallisena aikakapselina.

Kosminen koktaili on suora viiva

Tutkijat selvittivät ruteniumin isotooppien 100 ja 101 sekä isotooppien 101 ja 102 välisen suhteen nuorella ja nykyisellä maapallolla sekä hiilikondriiteissa.

Puhuessaan isotooppisuhteesta geologit tarkoittavat näytteiden poikkeamaa määritetystä vakioarvosta.

Ruteniumin tapauksessa vakioarvo on isotooppien keskimääräinen jakauma vaipaksi kutsutussa Maan kerroksessa.

Kun nykymaapallon isotooppijakaumalle annetaan arvoksi nolla, voidaan suhde ilmaista miinus- tai plusmerkkisenä ja aikakapselien ruteniumprofiili merkitä kaksiakseliseen koordinaatistoon.

Nykyisen Maan ja hiilikondriittien ruteniumkoostumuksesta syntyvää suoraa viivaa jatkaa myös grönlantilaiskiven ruteniumsuhde, mutta viiva jatkuu hiilikondriiteista poispäin.

Maa on sekoitus uutta ja vanhaa

Maan nykyiset kemialliset ominaisuudet ovat täydellinen sekoitus planeetanalkuperäisiä rakennuspalikoita ja hiilikondriittien tuomia rakennuspalikoita,osoittaa kolmen ruteniumin isotoopin välisiä suhteita koskeva tutkimus.

Toisin sanoen ruteniumin nykyinen isotooppijakauma maapallolla on täydellinen sekoitus planeetan alkuperäisiä kemiallisia ominaisuuksia, joita grönlantilainen peruskallio edustaa, ja niitä kemiallisia ominaisuuksia, jotka loppusilauksen antaneet hiilikondriitit saivat aikaan.

Jupiter heitti meteoreja tännepäin

Sen lisäksi, että tutkimusryhmä todisti teorian loppusilauksesta, se esitti arvion siitä, kuinka suuri osa Maan nykyisestä massasta on peräisin meteoripommituksesta.

Tutkijat päätyivät reiluun 0,3 prosenttiin, mikä tarkoittaa 20 000 triljoonaa tonnia.

Kristoffer Szilas ja hänen tutkijatoverinsa eivät ole kuitenkaan vielä selittäneet, miksi meteoripommitus ylimalkaan tapahtui.

Siitä huolimatta, että hiilikondriitteja on nykyään Marsin ja Jupiterin välisellä asteroidivyöhykkeellä, yhdysvaltalaisen Lawrence Livermore National Laboratoryn astrokemistin Thomas S. Kruijerin johdolla tehty tutkimus vuodelta 2019 paljasti, että ne ovat syntyneet alkuperäisen Aurinkokunnan ulko-osissa hyvin kaukana Maasta.

© ken ikeda madsen

Jupiter viskeli kiviä

Hiilipitoiset meteorit, kuten hiilikondriitit, lähtivät Aurinkokunnan ulko-osista. Jupiterin painovoimakenttä paiskasi ne Auringon suuntaan, ja niistä tuli elämän kehittymisen alullepanijoita.

  • Kevyet aineet katosivat läheltä Aurinkoa

    Aurinkokunnan ensimmäisinä vuosimiljoonina aineet joutuivat erilleen niin, että Auringon läheisyyteen jäi vain vähän kevyitä aineita, kuten hiiltä.

  • Hiili kertyi Aurinkokunnan ulko-osiin

    Kevyet alkuaineet ajautuivat kauas Auringosta ja päätyivät muodostuviin asteroideihin ja pienplaneettoihin. Muun muassa hiilen määrä kasvoi niissä suureksi.

  • Jupiter syyti Maahan hiiltä

    Saadessaan lisää massaa Jupiter sinkosi painovoimallaan jatkuvasti enemmän ainetta Aurinkokunnan laidalta sisäosiin. Jupiter saattoi itsekin käydä lähempänä Aurinkoa.

Kruijer ja hänen kollegansa löysivät mahdollisen selityksen käyttämällä hyväksi varhaista Aurinkokuntaa ja Jupiterin kasvua jättiläisplaneetaksi koskevaa mallia. Jupiter keräsi vain 500 000 vuodessa 20 kertaa Maan massan ja esti painovoimallaan Aurinkokunnan sisä- ja ulko-osien ainetta sekoittumasta. Jupiter kasvoi kasvamistaan ja hankki itselleen kahdessa miljoonassa vuodessa 50 kertaa Maan massan.

Mallin mukaan raju painonlisäys johti siihen, että Jupiterin radasta tuli epävakaa ja planeetta siirtyi lähemmäksi Aurinkoa.

Siitä seurannut häiriö levisi Aurinkokunnassa kuin aaltorintama renkaina vedessä ja ryöpsäytti ainetta Aurinkokunnan ulko-osista sisemmäksi. Tästä syystä sisäplaneetat joutuivat vielä näin myöhään jatkuvien meteori-iskujen armoille – loppusilaus oli alkanut.

Nykyään massaltaan 318:aa maapalloa vastaava Jupiter oli avainasemassa tapahtumasarjassa, jonka ansiosta Maasta tuli elävä planeetta. Jättiläisplaneettaa saadaan kiittää siitä, että kultaa, platinaa ja – kaikkein olennaisimpana – vettä tuli tänne asti.

Aineen jakautumista nuoressa Aurinkokunnassa koskevat laskelmat pitävät nyt paremmin kutinsa. Tutkimus on tuottanut kuitenkin myös muuta uutta tietoa, joka voi ennen pitkää saada suuren merkityksen.

Maan ulkopuolella voi olla elämää

Loppusilauksen todistamisen myötä on saatu varmuus siitä, että valtaosa elämän kehittymiselle välttämättömistä aineista tuli maapallolle suhteellisen pitkän ajan kuluttua planeetan muodostumisesta.

Koska elämän edellytykset olivat olemassa vasta melko myöhään, on ajateltavissa, että elämä pystyi kehittymään nopeasti.

Tästä voidaan päätellä, että ne muiden aurinkokuntien planeetat eli eksoplaneetat, joita on pidetty liian nuorina elämän esiintymisen kannalta, voivat ansaita uudelleen­arvioinnin. Myös Maan naapurusto saattaa vielä järjestää suuria yllätyksiä.

Mars sijaitsee Maan tapaan niin sanotulla elinkelpoisella vyöhykkeellä.

Marsissa elämän oli ehkä mahdollista kukoistaa siitä lähtien, kun planeetta sai vettä neljä miljardia vuotta sitten, siihen asti, kun planeetta menetti magneettikenttänsä ja sen kaasukehä oheni olemattomiin.

Mars-kulkija Perseverancen on tarkoitus alkaa etsiä loppu­silauksen jälkiä ja elämän merkkejä punaiselta planeetalta heti sen jälkeen, kun se on laskeutunut helmikuussa 2021.

Lue myös:

Maa

Koetorni synnyttää planeettoja

8 minuuttia
Maan magneettikenttä suojaa planeettaa.
Maa

Tutkijat: Maan magneettikenttä heikkenee

8 minuuttia
Maa

KATSO YLÖS: Yötaivas hohtaa punaista ja vihreää

2 minuuttia

Kirjaudu sisään

Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
Näytä Piilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!

Nollaa salasana

Syötä sähköpostiosoitteesi, niin saat ohjeet salasanasi nollaamiseksi.
Tarkista sähköpostiosoite

Tarkista sähköpostisi

Olemme lähettäneet sinulle sähköpostia osoitteeseen . Siinä on ohjeet, joiden avulla voit nollata salasanasi. Jos et ole saanut sähköpostia, tarkista, että se ei ole joutunut roskapostin joukkoon.

Anna uusi salasana.

Nyt sinun pitää antaa uusi salana. Salasanassa pitää olla vähintään 6 merkkiä. Kun olet luonut uuden sanasanan, sinua pyydetään kirjautumaan sisään palveluun.

Salasana vaaditaan
Näytä Piilota