Kaalin kraatteri

Meteoriitti

On hyvin mahdollista, että ilmakehään saapui yksinäinen meteoroidi, joka hajosi vasta ilmakehässä useaan osaan. Näistä osista on jäänyt näkyviin 9 erikokoista kraatteria, joista suurin on Kaalin kraatteri.

Saapuminen ilmakehään

Yleisesti on hyväksytty, että meteoriitti putosi maahan noin 35 asteen kulmassa. Tulosuunnasta ollaan kuitenkin oltu useaa eri mieltä. Reinwald arveli vuonna 1937, että meteoriitti saapui Saarenmaalle kaakosta. Tutkija Kinov ehdotti vuonna 1961 etelää ja Bronshten (1962) ja Aaloe (1968) koillista. Nykyään koillinen tai itäinen tulosuunta on hyväksytyin.
Saapumis- ja osumisnopeus ovat kuitenkin vaikeammin arvioitavissa. Ne päätellään yleensä syntyneen kraatterin koosta, kallion muutoksista ja tulokulmasta. Tutkijat Bronshten ja Stanykovich arvioivat 1963, että meteoriitin vauhti oli sen saapuessa ilmakehään 15–45 km/s ja osuessa maahan 10–20 km/s. G. Pokrovski esitti vuonna 1963, että sen paino oli alussa 450 tonnia ja siten sen halkaisija oli 4,8 metriä. Saapumisnopeus olisi tällöin ollut 21 km/s. V. I. Koval arvioi vuonna 1974, että osumisnopeus olisi ollut 13 km/s. Kappaleiden painot olisivat tällöin olleet 40-50 tonnia ja pienemmillä kappaleilla 1-6 tonnia.
Osuessaan maahan meteoriitit vapauttivat suuren määrän liike-energiaa, joka kaasuunnutti metallin räjähdysmäisesti ja poltti ympäristöään kuumuudellaan. Kokonaisenergian suuruus on arvioitu olevan 4 x 10¹⁹ ergiä tai 4,7 x 10¹² J . Tämä on vastannut 5-20 tuhatta tonnia TNT:tä, mikä on pienen ydinräjähteen voima. Raukas on päätynyt pienempään arvioon 1-2 tuhatta tonnia TNT:tä .

Ominaisuudet

Osuessaan maahan meteoriitti hävisi räjähtäen. Kraattereita tutkittaessa on kuitenkin löydetty pieniä metallinpaloja, joiden massa on korkeintaan muutaman gramman. Suurimman palasen paino noin 30 grammaa. Nykyään tunnetaan jo 3,5 kg Kaalin meteoriitin jäännöksiä.
Metallinpaloja on analysoitu meteoriitin koostumuksen selvittämiseksi. Yavanel (1976) ilmoitti raudan pitoisuudeksi 92,75 % ja nikkelin 7,25 %. Tarkemmissa analyyseissa löydettiin myös pieniä määriä muita metalleja: kobolttia, germaniumia (293 μg/g), iridiumia (2,8 μg/g) ja galliumia (7,5 μg/g). Alkuaine iridium on maan mineraaleissa niin harvinainen, että juuri sen avulla voidaan kappale tunnistaa meteoriitteihin kuuluvaksi. Meteoriitti määritettiin IAB-tyypin rautameteoriitiksi.

Kraatterit

Meteoriitti kuumeni lentäessään ilmakehän läpi ja hajosi useaan osaan. Yksi kappaleista oli muita suurempi ja aiheutti Kaalin kraatterin. Muut osat levisivät isomman kappaleen ympärille ja aiheuttivat muut löydetyt kahdeksan kraatteria. Kappaleiden lentoradat muodostivat viuhkan, jotka maahan osuessaan muodostivat 1 km² laajuisen laskeutumisalueen 19 km Kuresaaresta koilliseen.
Kairausnäytteistä on voitu päätellä kraatterin rakenne. Isku on osunut maastoon, jossa kalliona on kovaa Siluurikauden kalkkikiveä (dolomiitti) ja sen päällä on jääkauden kasaamaa tilliittiä. Iskun voimasta pintakerros hajosi ja kalkkikivikalliota lensi 16 metrin syvyydeltä ympäristöön. Kuopan alla oleva kallio kärsi iskun paineesta ja se mureni täyteen halkeamia. Kokonaisia kallion kappaleita lensi ympäristöön tai jäi törröttämään kraatterin reunoilta ylöspäin.
Kaalin kraatteri on kairausten ja mittausten mukaan halkaisijaltaan noin 105-110 metriä ja 16 metriä syvä. Jos kraatterin syvyyteen lasketaan mukaan myös reunavallit nykyisessä muodossaan, saadaan sen syvyydeksi 22 metriä. Vallin korkeus kuitenkin vaihtelee 4-7 metriä. Arkeologit ovat löytäneet vallien luota merkkejä asumisesta, jolloin alkuperäinen korkeus ei vastaa nykyistä kaikilta kohdin. Mikäli kraatterin säteeksi valitaan 55 metriä ja syvyydeksi 18 metriä, saadaan sen tilavuudeksi 81 300 m³. Kraatterin pohjalla on aina vettä riippuen vuodenajoista 1 - 6 metriä. Joskus harvoin se kuivuu kokonaan.
Pienemmät kraatterit ovat matalia ja niissä on vain harvoin vettä pohjalla. Niiden halkaisija vaihtelee 12 m - 40 m ja syvyys 1 – 4 m. (Lähde)
Kraatteri 1 on halkaisijaltaan 39 metriä ja 4 metriä syvä ja sijaitsee yli 200 metriä pääkraatterista länteen. Se kasvaa tiheänä pensaita ja puita. Törmäys irrotti kalkkikivipaaseja, joita on tuotu pelloilta takaisin kraatteriin.
Kraatteri 2 ja kraatteri 8 ovat osuneet lähes samaan paikkaan. Niiden halkaisijat ovat vastaavasti 27 ja 36 metriä sekä syvyydet 2 ja 3,5 metriä. Yhteinen suurin halkaisija kraatteriaukolla on 53 metriä. I. Reinvald löysi tästä kraatterista 102,8 grammaa meteoriitin murusia. Kaivaukset ovat lähes tuhonneet kraatterin, kun vallit ovat madaltuneet merkittävästi. Kraatterikaksikko sijaitsee Kaalista noin 500 metriä etelään.
Kraatteri 3 on säilynyt parhaiten ja sijaitsee parisataa metriä 2-kraatterista kaakkoon. Se sijaitsee kauimpana Kaalista katsoen ja on parhaiten säilyttänyt alkuperäisen muotonsa. Sen halkaisija on 33 metriä ja syvyys 3,5 metriä. Sen pohjalla on usein pohjavettä ja sitä ympäröi pähkinäpensaat.
Kraatteri 4 on ovaalin muotoinen ja sijaitsee 250 metriä Kaalista itään. Sen halkaisijat ovat 14-20 metriä riippuen mittaussuunnasta. Se on pahoin kaivausten turmelema. Pohjalla paljastuu kallio, josta Reinvald aikoinaan havaitsi pitkittäisen iskeymän. Kraatterista on löytynyt eniten meteoriitin frakmentteja.
Kraatteri 5 halkaisija on 13 metriä ja syvyys 3 m. Se sijaitsee 4-kraatterista etelään ja 400 metriä Kaalista kaakkoon. Myös tämän kraatterin pohjalta on havaittu iskun jälki ja eräs meteoriitin fragmentti painaa 38,4 grammaa.
Kraatterin 6 halkaisija on 26 metriä, mutta on syvyys vain 0,6 metriä. Se sijaitsee 1-kraatterista 100 metriä länteen. Meteoriitin palasia esiintyi tässä kraatterissa paljon.
Kraatteri 7 sijaitsee 250 metriä etelään ja sen halkaisija on 15 metriä ja syvyys 2 metriä. Kraatterin pohjalla on runsaasti ihmisten sinne heittämää ainesta.
Kraatteri 9 on joskus piirretty joihinkin karttoihin, joskin sen numero on merkitty sulkuihin.

Räjähdyksen simulointi

Vaikka meteoriittien tutkimuksen tieteenala on varsin nuori, on siinä kehitytty avaruustutkimuksen ja ballististen kokeiden ansiosta varsin pitkälle. Kaalin tapauksessa ongelmana ovat meteoriitin massan, tulokulman ja saapumisnopeuden epävarmuudet, jotka tekevät räjähdyksen voiman määrittämisen epätarkaksi.
Atomipommien aikakaudella on huomattu suurten kraatterien vaativan syntyäkseen paljon energiaa. Siksi Kaalin kraatterin synnyttämää räjähdystä on verrattu pienen atomipommin tai Hiroshimaa tuhoneeseen atomipommin räjähdykseen. Raukas ja Laiguna laskivat vuonna 2005, että jos 60 % meteoriitin liike-energiasta kului kraatterin muodostamiseen, kallion muutosten aiheuttamiseen ja maa-aineksen lennättämiseen lähiympäristöön, jäisi loput energiasta materian kaasuuntumiseen ja lämmittämiseen 2500 - 3000 kelviniä. Tämä kaasuvirta nostaisi pölyä ylös taivaalle 6,8 - 7,9 km:n korkeuteen.
Kyseiset lämpötilat aiheuttaisivat lämpösäteilyä osumiskohdan lähiympäristöön ja sulattaisivat hiekkaa ja pölyä pieniksi lasihelmiksi samalla kun sytyttäisivät luonnon tuleen. Näitä helmiä esiintyy vain meteoriittien ja tulivuorten läheisyydessä ja ne voidaan liittää niihin niiden koostumuksen perusteella. Lasihelmien etsintä onkin tarkentanut räjähdyksen voiman arviointia ja auttanut kraatterin ajoittamisessa.

Tutkimushistoria

Kaali muistuttaa huomattavasti Baltiassa olevia rautakauden turvalinnoja, joten ihmiset ovat voineet kytkeä Kaalin kraatterin tähän yhteyteen. Ensimmäiset epäilykset kraatterin muusta syntytavasta on puettu kirjalliseen muotoon 1800-luvulla. J. W. L. von Luce ”havaitsi” Kaalin vuonna 1780, mutta siitä on säilynyt hänen kirjoittamansa teksti vuodelta 1823. Myös E. R. Hofman kuvailu kohdetta kraatteriksi jo vuonna 1841 ja kuvaili sitä geologiseksi purkauskanavaksi. Aukosta olisi purkautunut kuumaa vetta ja höyryä yhdessä kaasujen ja mudan kanssa. Irronneet dolomiitin lohkareet selitettiin hyvin tämän avulla. Teoria hyväksyttiin 1930-luvulle asti, kun Ivan Renvald alkoi tutkia sitä vuodesta 1927 alkaen.
Kun Reinvald vuonna 1933 porasi kraatteria, syntyi kuva symmetrisen pyöreästä ja tasapohjaisesta kraatterista. Myöhemmin se sai asymmetrisia muotoja ja muuttui keskeltä syväksi. Vuonna 1937 Kaali todettiin ensimmäisen kerran meteoriitin kraatteriksi. Kaali oli ensimmäinen Euroopasta löydetty kraatteri ja maailmassa neljäs löydetty kraatteri kolmen Yhdysvaltalaisen löydön jälkeen. Seuraavana vuonna Reinvald sai talteen ensimmäiset meteoriitin kappaleet.
Koska ala oli vielä nuori, ei tieteellä ollut antaa mitään varmaa tietoa asian tiimoilta. Asiaan perehdyttiin aluksi geologisesti ja spekulaatiot kraatterin iästä vaihtelivat suuresti esittäjän mukaan (3000-5000 vuotta sitten). Vasta radiohiilimenetelmä antoi ensimmäisen tieteellisen menetelmän ratkaista asia. Ajoitusongelma on säilynyt ongelmana, sillä ajoituksesta ei ole vielä päästy yhteisymmärrykseen.
Aaloe määritti ensimmäiset radiohiiliajoitukset vuonna 1963. Näytteet otettiin kraattereista 2, 8 ja 4, joiden ajoitukset olivat 2530 ± 130 BP, 2660 ± 250 BP ja 2920 ± 240 BP. Näistä hän muodosti ajoituksen 2800 ± 100 vuotta sitten. Myöhemmin hän muutti kantaansa painottaen kraatterien 2 ja 8 tuloksia: kraatteri olisi 2600 vuotta vanha. Vuonna 1981 Kessel tutki näytteitä palynologisesti ja ajoitti ne sub-boreaaliseksi. Tällä tarkoitettiin, että näytteet olivat yli 3000 vuotta vanhoja. Asia ei jäänyt sikseen, sillä esimerkiksi vuonna 1992 Saarse tutki Kaalijärven pohjan sedimenttejä ja teetti niistä ajoituksen. Se oli 3390 ± 35 BP, mikä korotti kraatterin ikää. Kun ei varmuudella tutkittu pohjan vanhimpia sedimenttejä, pääteltiin kraatterin iäksi 4000 vuotta.
Uusi ja vertaileva tapa entisiin menetelmä saatiin vuonna 1994, kun läheiseltä Piilasoolla (Kaalista 10 km pohjoiseen) olevasta turpeesta tavattiin suuri pitoisuus mikroskooppisia lasihelmiä. Kerros oli 3,00-3,10 metriä syvällä ja vastasi radiohiiliajoitusta 3586 ± 67 BP. Vuonna 1995 määritettiin 18 km luoteeseen olevalta Pelisoolta ja Hiiumaan Koivasoolta otetut näytteet ja lasihelmien kerros ajoitettiin samanaikaisiksi. Vuoden 1996 Pitkasoon lasihelminäytteet ajoitettiin varhaiselle atlanttiselle kaudelle eli 7500 BP.
Koska meteoriiteissa on iridiumia, alettiin etsiä Piilasoon suoturpeista merkkejä siitä. Vuonna 2000 Rasmussen julkaisi tutkimuksen, jossa verrattiin iridiumin pitoisuuksia ja suokerrosten radiohiiliajoituksia. Ylimmän iridiumin kerroksen ajoitus antoi 2307 ± 22 BP eli kalibroituina vuosina 420 – 350 eaa. Rasmussen aikaisti näin törmäyksen ajoitusta huomattavasti. Veski varmisti tuloksen vastaavalla tavalla vuonna 2001 saaden ajoitukseksi 2560 ± 85 BP eli kalibroituna 820 - 570 eaa. Samalla hän huomasi, että siitepölyn lajisto iridium-kerroksen alapuolella oli metsäinen ja yläpuolella avomaastoinen. 
Veski palasi vuonna 2003 Kaalin kraatterille ja kairasi järven sedimenttejä mahdollisimman syvältä. Vanhimmat AMS-ajoitukset sedimenttien leväjäänteistä sijoittivat kraatterin synnyn aikajaksolle 1690 - 1510 eaa. Järven pohjamudista löytyi myös kuusen ja rukiin siitepölyä.
Muita tutkijoita osallistui ajoittamiseen käyttämällä optisesti stimuloitua- (OSL) tai termoluminenssitekniikkaa (TL) projektissa Extraterrestrial material and impact structures in Poland and Estonia. Menetelmä perustuu siihen ajatukseen, että kosmisen säteilyn ja maan radioaktiivisuuden lataama kideenergia tyhjenee kuumuudessa, jota meteoriitin isku aiheuttaa, ja alkaa lataantua uudelleen iskun jälkeen. Uuden energialatauksen määrästä voidaan päätellä näytteen ikä tyhjennykseen nähden. Raukas esittelee vuoden 2007 projektin tuloksia, jossa eri kraattereiden pohjista ja rinteiltä otettiin näytteitä ja ajoitettiin OSL-tekniikalla. Kraatterit syntyivät näiden tulosten perusteella noin 7000 BP.
Moora kairasi vuonna 2008 Kaalijärven sedimenttejä 98 kohtaa ja teki kahdesta kairausnäytteestä tarkemman analyysin. Sedimenteistä havaittiin järvellä olleen erilaisia vaiheita, joita on enää vaikeaa analysoida pohjan sekoittumisen takia.

Ajoitus

Kaalin kraatterin törmäyksen ajoitus näyttää tuottavan suuria vaikeuksia. Vaikka käytössä on modernit ajoitusmenetelmät, antavat ne varsin erilaisia tuloksia.
A. Aaloen radiohiiliajoitukset vuodelta 1963 viittasivat 2600 vuoden ikään. Räjähdyksessä kauaksi sinkoutuneiden lasihelmien löytyminen suoturpeesta mahdollisti löytökerrosten ajoittaminen radiohiilimenetelmällä. Raukas ajoitti kraatterin syntymisen tällä tavalla 7500 BP. Kun samalla iridiumia levisi ympäristöön, voitiin tälle suorittaa ajoituksen samalla periaatteella. Näiden ajoituksien tulokset poikkesivat edellisistä suuresti. Rasmussen sai ajoitukseksi 2307 ± 22 BP eli 420 – 350 eaa. ja Veski 2560 ± 85 BP  eli 820 - 570 eaa. Veskin myöhempi kairaus suoraan Kaalijärven sedimenteistä ajoitti sen 1690 - 1510 eaa. Raukas ja Stankowski suorittivat vuonna 2007 luminenssitutkimukset useasta kraatterista ja saivat ajoitukseksi 7000 BP.

Arkeologiaa

Kaalin kraatterin ympäristön arkeologinen merkitys on usein jäänyt geologisen keskustelun varjoon. Jo varhain on huomattu, että kraatterin lähellä on ollut ihmistoimintaa ja itse kraatterin valleja on vahvistettu kivimuurein. Eräs asuinpaikka oli kraatterin vallilla, mutta sen laajuus on vain joitakin satoja neliömetrejä. Kaivauksissa on löydetty talojen pohjia ja nuotioiden kivetyksiä, joiden ajoitukset viittaavat pronssikauteen. Löydetty pronssinen härnevityypin rintaneula todistanee saman. Vallien vahvistaminen kivillä liittyy muinaislinnan olemassaoloon, joita siis Saaremaalla oli kolme.
Kaalijärvestä otetut sedimenttikairaukset kertovat hieman myös lähiympäristön kasvillisuudesta. Siellä mainitaan muun muassa rukiin-, vehnän- ja ohran viljelyn sekä avoimen maaston takia karjanhoidon olleen seudun asukkaiden elinkeinoja pronssikaudella.
Viimeaikaiset kaivaukset ovat paljastaneet myös hautaamiseen ja siihen liittyvän kulttitoiminnan piirteitä.

Myyttispekulaatioita Kaalin meteoriitista

Vienankarjalaisessa Kalevalaisessa runoudessa saattaa olla muistumia tuon meteoriitin putoamisesta. Vallitsee pimeys, tulikipuna putoaa ilman immen käsistä ”läpi kuuden kirjokannen, halki taivahan yheksän”. Maahan osuttuaan tulikeränen polttaa taloja ja ihmisiä, ja joutuu lopulta järven aaltoihin, ja saa sen veden kuohumaan yli äyräidensä. Tämä tapahtuu ”Nevan joen takana”. Myös virolaisesta mytologiasta arvellaan löytyvän mahdollisia muistumia tapahtumasta. Uskottiin, että Taarapita-sodanjumala syntyi Virumaalla, ja lensi sitten Saarenmaalle. Kraatteria on käytetty jumalten palvontapaikkana.
Asiasta on kirjoittanut laajasti Lennart Meri kiistellyssä teoksessaan Hopeanvalkea (1983, 3.p. 2005). Hän todistelee, että meteoriitti on antanut aiheen myös Ultima Thule -nimitykselle ja heijastuu kreikkalaisessa ja roomalaisessa kirjallisuudessa. Hänen mukaansa Pytheaan tunnetuksi tekemä paikannimi Thule johtuisi itämerensuomalaisten kielten sanasta tuli, joka alun perin on ilmeisesti kuulunut tule, mihin sanan taivutusmuodot suomen kielessä (tulen, tulessa jne.) yhä viittaavat.