Olin vuoden 2007−2008 talvella keräämässä näytteitä tulvabasaltteihin liittyvistä kivistä väitöskirjaani varten. Syksyllä 2021 tarkoitukseni oli palata sinne osana Luomuksen yli-intendentti Arto Luttisen johtamaa ja Suomen Akatemian rahoittamaa projektia. Olisimme tehneet mittauksia kannettavalla röntgenlaitteella saadaksemme yksityiskohtaista tietoa laavojen koostumusvaihtelusta. Lähtöviikolla koronaviruksen omikronmuunnos ilmaantui kauttakulkumaassamme Etelä-Afrikassa, ja perui matkani. Matkakertomuksen sijasta tämä retki tehdäänkin ajassa taaksepäin – ja hyvin kauas sinne.

Suomen etelämannertutkimusasema Aboa avattiin helmikuussa 1989 Basen-nimiselle nunatakille. Sana nunatakki on peräisin inuittikielistä ja tarkoittaa kallionyppylää tai vuorta, joka on paljastunut sitä ympäröivästä jäätiköstä. Se on pohjoisin nyppylä Vestfjellan nunatakkiketjussa läntisellä Kuningatar Maudin maalla, melko lähellä Weddellinmeren rannikkoa. Etelämantereen valtavasta koosta kertoo, että Aboalta on etelänavalle matkaa vielä 1300 kilometriä. Etelänavalla nunatakkeja ei näy, sillä siellä mannerjäätikön paksuus on miltei kolme kilometriä.

Aboan ympäristössä ainoita elonmerkkejä ihmisistä koostuvien retkikuntien lisäksi ovat kiviaineksessa sinnittelevät harvalukuiset jäkälät (kuva alla) ja kesäisin alueella pesivät lumimyrskyliitäjät (Pagodroma nivea) sekä etelämantereenkihut (Stercorarius maccormicki). Kihu on saalistaja ja opportunisti. Se on ensimmäisenä paikalla tarkastamassa vahingot, jos satut pudottamaan tarvikelaatikon moottorikelkan kyydistä. Senkin huomasin, kun tein alueella väitöskirjani kenttätöitä.

Keisaripingviinejäkin (Aptenodytes forsteri) eleli pieni yhdyskunta noin 100 kilometrin päässä asemasta mannerjäätikön reunalla vielä tämän vuosituhannen alkupuolella, mutta nyt niitä tavataan siellä vain harvakseltaan.

Oksennusjäämät kertovat jäätikön historiasta

Toisin kuin kihuja, ihmisen toiminta ei juurikaan kiinnosta lumimyrskyliitäjiä. Ne ovat kuitenkin hanakoita puolustamaan pesiään, jotka sijaitsevat nunatakkien kallionkoloissa (kuva alla). Jos päätyy epähuomiossa liian lähelle pesäkoloa, voi saada syliinsä erittäin pahanhajuista punertavaa oksennusta. Tämän on moni tunkeileva kihukin saanut kokea. Pesäkolot erottaa jo kaukaa niiden suuaukkoa peittävistä ja osittain kivettyneistä oksennuskerrostumista.

Kuorrutuksesta on ollut suurta hyötyä mannerjäätikön historian selvittämisessä, sillä pesien eloperäistä ainesta voidaan ajoittaa radiohiilimenetelmällä. Mittausten perusteella osa Kuningatar Maudin maan nunatakeista on ollut paljastuneena jo kymmeniätuhansia vuosia, silloinkin kun Suomen maankamara oli mannerjäätikön alla. Joissakin yksittäisissä pesissä on ilmeisesti ollut kesäasukkaita yhtäjaksoisesti jopa yli viisituhatta vuotta.

Itse olin Etelämantereella geologina ja kiviä tutkimassa. Viisituhatta vuotta on meille ihmisille ja lumimyrskyliitäjille valtavan pitkä aika, mutta geologisesti varsin lyhyt pyrähdys. Onko Etelämanner esimerkiksi ollut aina hyytävän kylmä paikka? Se selviää perehtymällä nunatakkien kivien kätkemiin salaisuuksiin.

Kukoistavat saniaismetsät kiveksi muuttuneina

Kun jättää taakseen Basenin mustanpuhuvat kalliot ja ajaa moottorikelkalla kohti etelänapaa noin neljäkymmentä kilometriä, päätyy nunatakille, jossa osa kallioista on väriltään harmahtavia. Kalliot ovat rapautuneet ja lohkeilleet teräväsärmäisiksi liuskeisiksi kappaleiksi. Kun kappaleita kääntelee ja katselee tarkemmin, niissä voi nähdä erilaisia kasvinosia muistuttavia muotoja (kuva alla). Norjalaisten tutkimusmatkailijoiden nunatakille antama nimi paljastaakin sen salaisuuden: Fossilryggen, vapaasti käännettynä fossiiliselänne.

Osa Fossilryggenin kivien sisältämistä fossiileista on lehtien painaumia. Niiden on tulkittu kuuluvan Glossopteris-suvun puuvartisille siemensaniaisille. Nämä saniaiset olivat nykyisiin serkkuihinsa verrattuna jättiläisiä ja kasvoivat jopa kymmeniä metrejä korkeiksi. Saniaisten jäänteiden tallentuminen kallioihin kertoo siitä, että Etelämanner ei aina ole ollut mannerjäätikön kahlitsema ja hyisen ilmaston vallitsema.

Missä manner tuolloin oli? Se selviää paleomagnetismin avulla, jolla selvitetään muinaisten mantereiden sijaintia. Magneettiset mineraalirakeet ovat tallentaneet niiden kiteytymisen aikaisen magneettikentän suunnan, ja rakeiden asentoja tutkimalla voidaan selvittää kiven leveysaste sen kiteytymishetkellä. Kun siemensaniaset kukoistivat permikauden keskivaiheilla noin 270−260 miljoonaa vuotta sitten, Etelämantereen perusta sijaitsi noin 60. eteläisellä leveysasteella. Tämä oli suunnilleen yhtä kaukana etelänavasta, kuin Helsinki on pohjoisnavasta nykyisin. Noihin aikoihin Etelämantereen jo olemassa olevat maamassat olivat osa valtavaa ja kaikkien nykyisten mantereiden siemenet sisältävää Pangea-supermannerta. Glossopteris-siemensaniaisten fossiilien löytyminen eri mantereilta oli ensimmäisiä todisteita laajan permikautisen supermantereen olemassaolosta.

Siemensaniaisten fossiilien löytyminen oli ensimmäisiä todisteita permikautisen supermantereen olemassaolosta.

Glossopteris-saniaiset viihtyivät lauhkeassa ja jopa viileässäkin ilmastossa. Vaikka Fossilryggenin tallentaman ekosysteemin keskilämpötilat olivat permikaudella selvästi plussan puolella, saniaiset pudottivat lehtensä syksyisin ja kohtasivat talvisin todennäköisesti myös lunta ja pakkasta. Fossilryggenin sijasta Etelämantereen tulikuumasta menneisyydestä kertovatkin muut Vestfjellan nunatakkien kalliot.

Tulvabasaltit liittyvät supermantereen hajoamiseen

Oli alusta asti selvää, että Aboalle, suomalaisten tutkimusasemalle, rakennetaan sauna. Polttopuita ei Etelämantereelta löydy, joten kiukaan tuli olla sähköinen. Kiuaskiviä ei kuitenkaan tarvitsisi kaukaa hakea.

Basaltti on yli tuhatasteisesta laavasta kiteytynyt tumma kivilaji (kuva alla). Sen pinnanalaisia sukulaiskiviä, kuten diabaasia, käytetään Suomessakin yleisesti kiuaskivenä. Basalttisia jäätikön nakertamia lohkareita on Aboan takapiha väärällään. Itse asemakin on ankkuroitu mustaan basalttikallioon ja – Fossilryggeniä lukuun ottamatta – koko laaja Vestfjella on basalttisten nunatakkien hallitsema.

Vestfjellan basaltit sijaitsevat kerrosjärjestyksessä Fossilryggenin muodostuman päällä, joten ne ovat sitä nuorempia. Epätavallisen paksuja, laajalle levinneitä ja geologisesti lyhyessä ajassa eli muutaman miljoonan vuoden aikana muodostuneita basalttikerrostumia kutsutaan laakio- tai tulvabasalteiksi.

Maailman nuorimmat tulvabasaltit ovat läntisen Pohjois-Amerikan noin 15 miljoonaa vuotta vanhat Columbia-joen tulvabasaltit. Ihmiskunnalla ei siten ole kokemusta tästä luonnonilmiöstä, jolle tavallisemmat basalttisen laavan purkaukset Havaijissa ja Islannissa kalpenevat. Suurimmat yksittäiset tulvabasalttivirrat ovat olleet jopa tuhat kilometriä pitkiä. Silmänkantamattomiin laavaa! Tutkimuksen yksi keskeisistä syistä on selvittää, mitä purkauksista seurasi ympäristölle ja ilmastolle.

Vestfjellan tulvabasaltit kuuluvat Karoon suureen niin sanottuun magmaprovinssiin. Suurin osa Karoo-provinssin tulvabasalteista ja niihin liittyvistä maanpinnan alla kiteytyneistä magmakivistä löytyy Afrikasta, vaikka ei olekaan varmaa, kuinka paljon mannerjäätikkö niitä vielä sisäänsä kätkee.

Miksi samaan purkausjaksoon liittyviä laavakiviä löytyy kahdelta eri mantereelta? Vastaus kertoo mannerten ikiaikaisista liikkeistä planeettamme pinnalla. Kuten todettu, Etelämantereen maamassat olivat aikoinaan osa Pangea-supermannerta, tarkemmin sen eteläpuoliskoa eli Gondwanaa (kuva alla). Siellä Etelämantereen ytimen vieressä sijaitsivat myös nykyisen Afrikan mantereen maamassat.

Mantereiden rekonstruktio jurakaudella noin 200 miljoonaa vuotta sitten. Lähde: https://natmus.humboldt.edu/exhibits/life-through-time/visual-timeline/jurassic-period

Elettiin jurakautta ja hirmuliskojen valta-ajan, mesotsooisen maailmankauden, keskivaiheita. Pangeasta ja osittain erkaantunut Gondwana alkoi repeillä liitoksistaan ja Etelämantereen ja Afrikan väliin muodostui hautavajoamia, joihin purkautui valtavia määriä kivisulaa maapallon vaipasta. Tulvabasaltteja päätyi molemmille uusille mantereille ja Gondwanan lopullisesti ratketessa ne matkasivat uusien isäntiensä mukana nykyisille paikoilleen. Miksi tällainen repeämä sitten syntyi?

Suurten basalttipurkausten alkulähteillä

Eteläisen Afrikan Karoo-basaltit ovat usein hyvin voimakkaasti rapautuneita ja kasvillisuuden peittämiä. Tämä hankaloittaa niiden tutkimista, vaikka suurin osa varsinkin viime vuosisadan tieteellisistä julkaisuista on keskittynyt niihin. Onhan Afrikka ihmiselle mukavampi ja helpommin lähestyttävä paikka harjoittaa tutkimusta kuin Etelämanner.

Etelämantereella ei juuri ole kasvillisuutta eikä kemiallista rapautumista, joten Vestjfellan nunatakkien päällä ja sivuilla voi kartoittaa basalttipatjoja ja niihin liittyviä muita kiviä ja rakenteita satojen metrien yhtenäisinä linjoina aina mannerjäätikön reunalle asti. Alueen ainutlaatuiseen kallioperään perehtyminen onkin ollut Aboan perustamisesta lähtien yksi keskeisimpiä suomalaisten tutkimusaiheita Etelämantereella. Mutta mikä on aiheuttanut muinaisen supermantereen repeämisen ja valtavat basalttipurkaukset?

Siihenkin kallioperän tarkka tutkimus antaa vastauksia.

Magnesium on yleinen alkuaine maapallon vaippakerroksessa, ja korkean magnesiumpitoisuuden magmakivet ovatkin usein peräisin maapallon vaippakerroksesta. Ne antavat siten tärkeää tietoa purkausten syvistä alkulähteistä. Vestfjellan pikriittien harvinaislaatuisuuden vuoksi niitä on tutkittu useissa Suomen Akatemian rahoittamissa hankkeissa ja olemme analysoineet niiden koostumusta kansainvälisissä huipputason laboratorioissa. Näihin tutkimuksiin liittyi myös väitöskirjatyöni.

Tutkimuksissamme on selvinnyt, että nämä harvinaiset kivet ovat peräisin epätavallisen kuuman vaipan kivisulista ja että joihinkin niistä on sekoitettu maapallon syvän vaippakerroksen kautta kierrätettyjä aineksia. Vaipan lämpötiloja ovat voineet nostaa lähes koko kolmen tuhannen kilometrin paksuisen vaippakerroksen läpäissyt valtava kuuman kiviaineksen nousuvirtaus eli vaippapluumi, tai ikään kuin kattilan kantena toiminut supermanner – tai vaikka molemmat. Sienimäisten pluumien leveät kärkiosat voivat tuottaa valtavan määrän kivisulaa maapallon yläosissa ja siten selittää tulvabasalttien syntyä. Pluumien kapeat häntäosat ovat nykyään vastuussa esimerkiksi Islannin ja Havaijin vulkanismista.

Vaippapluumien kohoaminen on liitetty syvällä vaipassa majailevien läpimitaltaan tuhannen kilometrin kokoisten ”möykkyihin”, eli niin kutsuttuihin alhaisen seismisen nopeuden suurprovinsseihin. Ne erottuvat lämpötilaltaan tai koostumukseltaan tai molemmilta ominaisuuksiltaan muusta vaipasta. Niiden reuna-alueilla voi esiintyä kuumia pulsseja käynnistäviä häiriöitä maapallon vaipan ja ytimen rajapinnalla. Gondwana-manner sijaitsi juuri tällaisen syvän vaipan anomalian reuna-alueen yläpuolella Karoon purkausten aikoihin. Vaikka tähän hypoteesiin liittyykin paljon epävarmuuksia, niin Gondwanan sisäiset heikkousvyöhykkeet vaikuttivat siihen, mistä Karoon kivisulat pääsivät purkautumaan pinnalle ja mistä kohdin manner lopulta repesi.

Maapallon ja tulvabasalttien synty-ympäristön poikkileikkaus. Maapallon poikkileikkauksessa litosfäärin suhteellista paksuutta on suurenneltu. Osa tulvabasalttien kantasulista muodostaa magmasäiliöitä litosfääriin, mutta osa kohoaa miltei suoraan vaipasta maanpinnalle. Ensin mainitut reagoivat litosfäärin kanssa ja niiden koostumus muuttuu ja siksi jälkimmäiset ovat erityisen tärkeitä tulvabasalttien vaippalähteiden tutkimuksessa. Maapallon poikkileikkaus, lähde: https://www.geologinenseura.fi/sites/geologinenseura.fi/files/geologi_-_artikkelit/geologi_2_2020_2.pdf

Siirtyminen kuumasta kylmään

Karoon tulvabasalttipurkaukset tuhosivat elokehän paikallisesti lähes kokonaan ja vapauttivat ilma- ja vesikehään suuren määrän rikkiyhdisteitä ja kasvihuonekaasuja. Purkauksissa vapautuneella hiilidioksidilla oli nykyäänkin hyvin tunnettu vaikutus jurakauden ilmastoon ja valtameriin: se lämmitti ilmastoa ja happamoitti valtameriä. Näistä muutoksista kertovat muun muassa tuona aikana muodostuneet paljon kuollutta eloperäistä ainetta sisältävät valtameren pohjakerrostumat.

Jurakaudelta tunnetaan myös monisoluisiin merieläimiin vaikuttanut joukkosukupuutto, joka on ajoitettu tapahtuneen yhteneväisesti Karoon suurimpien basalttipurkausten kanssa. Purkausten päästöillä oli suuri vaikutus muun muassa ammoniitteihin, huokoseläimiin ja simpukoihin, vaikkakin ne pääsivät vähemmällä kuin asteroiditörmäyksen pyyhkimät dinosaurukset reilut sata miljoonaa vuotta myöhemmin. Uusimpien tutkimusten mukaan myös Karoon päävaihetta edeltäneet ja sen jälkeen tapahtuneet purkaukset aiheuttivat pienempiä ympäristökriisejä ja sukupuuttoja.

Jurakautta seurasi ilmaston lämpeneminen, joka tapahtui hitaasti miljoonien vuosien kuluessa.

Jurakautta seurasi ilmaston lämpeneminen, joka tapahtui hitaasti miljoonien vuosien kuluessa. Liitukaudella 165−66 miljoonaa vuotta sitten maapallon ilmasto oli keskimäärin muutamia celsiusasteita lämpimämpi kuin jurakaudella ja yli viisi astetta lämpimämpi kuin nykyään. Etelämannerkin oli eteläisestä sijainnistaan huolimatta jäästä vapaa ja siellä eleli dinosauruksia.

Vanhimmat todisteet Etelämantereen jäätiköitymisestä tulevat sen edustalta kairatuista sedimenttinäytteistä. Niiden perusteella jäätiköt alkoivat levitä noin 35 miljoonaa vuotta sitten. Tällöin mantereen jäähtymistä ja jäätiköitymistä kiihdyttivät Etelämantereen lopullinen irtautuminen Etelä-Amerikasta ja kylmän Etelämannerta kiertävän kylmän Länsituulten merivirran käynnistyminen. Mantereesta alkoi muodostua se viileä ja eristynyt paikka, jollaisena tunnemme sen nykyään.

…ja taas lämpimään?

Etelämantereen vuosimiljoonia vanha mannerjäätikkö osoittaa nykyään sulamisen merkkejä. Nyt ilmastoa eivät lämmitä epätavallisen suuret laavapurkaukset vaan ihmisen toiminnan aiheuttamat hiilidioksidipäästöt. Lämpenemisen nopeus on silti vastaavaa ellei jopa suurempaa mittaluokkaa kuin jurakauden sukupuuttoaallon aikana.

On hyvinkin mahdollista, että Etelämanner on taas joskus jäästä vapaa, etenkin jos se matkaa kivikehän laattojen valssissa pois napa-alueelta. Sen jäätiköiden sulaminen nostaisi merenpintaa kymmeniä metrejä.

Uusia tulvabasalttialueita on paljastunut mannerjäätikön alta ja osa niistä on jo kasvillisuuden peitossa. Myrskyliitäjien sijasta tulvabasalttien onkaloissa voisi oleskella vaikka joitain pieniä jyrsijöitä, sillä ne ovat selvinneet hyvin aiemmistakin ympäristökatastrofeista. Toivottavasti silloinkin olisi joku näitä monimuotoisen luonnon ihmeitä tutkimassa ja pohtimassa.

Kirjoittaja on dosentti ja vieraileva tutkija Helsingin yliopistossa. Hän aloittaa juuri tietokirjaprojektia Suomen muinaisista tulivuorista – myös Suomessa on jälkiä muinaisista monisoluista elämää edeltäneistä tulvabasalttipurkauksista. Projektin etenemistä voit seurata osoitteessa www.tulivuoret.net. Jussi oli myös asiantuntijana mukana Luonnontieteellisen museon näyttelyn ”Antarktika – tiedettä ääriolosuhteissa” suunnittelussa. Peruuntunut tutkimusretki pyritään järjestämään ensi talvena.