Kaali. Meteoriidid, süsi ja vanus

2017. aasta suvel leiti Kaalist killustumata meteoriidid – suurim leitud puhastamata meteoriidi kaal oli 396 grammi. Seniste teadmiste valguses olid need leiud mõnevõrra ootamatud.

JÜRI PLADO

Kaali kraatritest kui tähelepanuväärsetest kõrvalekalletest sileda maastiku üksluisuses on väga palju kirjutatud. Nende lohkude kirjeldused pääsesid paberile juba 1827. aastal, mil Saaremaal elanud pastor, arst ja estofiil Johann Wilhelm von Luce otsustas oma aastakümnete­tagused vaatlused kirja panna. Von Luce arvas, et Kaali kraatrid, vähemalt peakraater, on tekkinud maa-aluse tule plahvatusel, s.t on vulkaanilise päritoluga. Tema mõttekäiku ei saa omaaegsete teadmiste valguses sugugi pahaks panna. Kuigi taevast langevaid kive oli von Luce ajal tunnistatud juba Eestiski – näiteks oli 17. VIII 1821 ilmunud Marahwa Näddala-Lehes Otto Wilhelm Masingu heakskiidul teade Kaiavere meteoriidist¹ –, kulus veel pea sajand selleni, kui maailmas üldse kraatreid meteooridega seostama hakati. Mõtterännakud Kaali päritolu üle jätkusid pärast von Luce eluaega, kaldudes kord karstikoopa kokkuvarisemise, kord muistsete saarlaste kätetöö, kord maarikraatrite² poole.

Arvamuse Kaali kraatrite meteoriitse päritolu kohta pani esimesena 1922. aastal kirja loodusloo õpetaja Julius Osvald Kalkun (aastast 1928 Kaljuvee) oma õpiku „Üldine geoloogia“ 101. leheküljel paiknevas joonealuses märkuses: „Sarnaseks meteoorilöögi jäljeks julgen pidada ka mitmekesisteks vaidlusteks põhjust andvat Kaali järve Saaremaal.“ „Mitmekesiste vaidlustega“ viitab autor erinevatele arvamustele päritolu osas; „sarnasusega“ aga Kaali ja Barringeri kraatri (USAs Arizonas) sarnasusele. Barringer (läbimõõduga 1,18 km, sügavusega 170 m ja vanusega 49 000 aastat) oli esimeseks kraatriks maailmas, mille meteoriitse päritolu tõestas 1910. aastal³ kaevandustööstur Daniel Moreau Barringeri kraatri ja tema ümbert leitud Canyon Diablo raudmeteoriitide seose kaudu. Sarnaselt Barringeriga leidis eesti mäeinsener Ivan Reinwald 1937. aasta suvel Kaali kraatriväljalt meteoriitse raua tükke,⁴ tõestas sellega kraatrite päritolu ja kustutas edasised võimalikud spekulatsioonid struktuuride päritolu üle.

Kraatriväljal külastatakse sageli vaid kõige suuremat, 110meetrise läbimõõduga peakraatrit, jättes kõrvalkraatrid tähelepanuta. Paljudele külastajatele tuleb üllatusena, et peale peakraatri on Kaali väljal veel kaheksa väiksemat lohku, mis paiknevad peakraatrist mõnesaja meetri kuni peaaegu kilomeetri kaugusel kagu-, lõuna- ja edelakaares. Kraatrite paigutus väljal viitab Kaali meteoori langemisele kagu- kuni lõunasuunast. Kahjuks on kaitse alla võtmisest hoolimata mõned kraatrid vähem või rohkem oma esialgsest kujust kaotanud põllumajandustegevuse, teede-treppide ehituse ja ka uuringutega kaasnenud kaevamiste tõttu. Kaali ala tabanud meteoori „märklauaks“ oli maastik, kus Paadla lademe (Silur) dolokive katab mõne meetri paksune mandrijäätumist tähistav moreenikiht. Dolokiviplokid rebiti plahvatusel oma algsest asendist lahti, lükati ümaraks kõrgeks valliks ja kivitükke paisati tekkivast kraatrist välja. Meteoor koosnes, nii nagu kraatriväljalt leitud meteoriididki, peamiselt rauast ja niklist, liigitudes raudmeteoriitide klassi IAB. Peale raua ja nikli on meteoriitidest leitud ka haruldasemaid metalle, nt iriidiumi, galliumi, germaaniumi, reeniumi, plaatinat ja kulda.⁵ Ometi on Kaalist leitud meteoriitide hulk väga väike (muuseumidesse on jõudnud vaid mõni kilogramm Kaali meteoriitset ainest) võrreldes teiste samalaadsete struktuuridega, näiteks eelnevalt mainitud Barringer või Poolas Morasko ja Venemaal Kamtšatkal Sihhote-Alin, mille ümbrusest on korjatud tonnide kaupa raudset ainest. Siin ei ole küsimus ebapiisavas uurituses ega Saaremaa seppade sajanditepikkuses meteoriidisepistamises. Kaali meteoor juhtus olema paraja tugevusega – või siis paraja haprusega –, mistõttu ta ei lagunenud lennul läbi atmosfääri eriti paljudeks tükkideks. Algse meteoorkeha massiks on hinnatud⁶ 400–10 000 tonni. Tundub olevat väga suur vahemik, mis aga läbimõõdus vastab 4,6 kuni 13,4 m suurusele sfäärile (arvestades tihedusega 8000 kg/m³). Asteroidi kõige tõenäolisemaks Maale lähenemise kiiruseks on 20 km/s, kusjuures Kaali puhul on räägitud kiirusest 15–45 km/s. Asteroid pidi õhus muidugi pidurduma ja purunema. Eelduslikult jäid aga tükid suureks ja maapinnale jõudes plahvatasid kokkupõrke tagajärjel, moodustades kraatreid. Plahvatuste käigus osa taevasest külalisest aurustus, osa sulas ning killustus. Peamised Kaali meteoriidileiud ongi killud, mis jäid plahvatusel tahkesse olekusse, kuid rebiti lööklaine poolt meteoorkehast lahti. Leitud killud on mõnekümne grammi raskused, ebamäärase kujuga, roostetanud, kuid tugevalt magnetilised.

2017. aasta suvel Tartu ülikooli geoloogia instituudi osalusel korraldatud doktorantide suvekooli „Meteoriidiplahvatused ja nende roll elu arengus“ („Impacts and their Role in the Evolution of Life on Earth“) käigus leiti Kaalist aga ka killustumata meteoriidid – suurim leitud puhastamata meteoriidi kaal oli 396 grammi. Seniste teadmiste valguses olid need leiud mõnevõrra ootamatud, viidates meteoori arvatust suuremale lagunemisele atmosfääris.

Kunas Kaali tekkis, on ta siis noor või vana?

See on küsimus, millele uurimisrühmadel on erinevaid arvamusi ja need on põhjustanud kirglikke omavahelisi diskussioone. Ühes on kõik uurijad nõus: Kaali ala vabanes vee alt Antsülusjärve taseme alanemisel ning kuna selle ega varasemate veekogude setteid ei ole Kaali kraatri põhjast leitud, on Kaali sündmus dateeritav nooremaks kui 7500 a eKr. Sellest vanusest tänapäeva poole võib uurimistulemuste põhjal aga rääkida kolmest vanusest: vanast, keskmisest ja noorest Kaalist. Vana Kaali toetub kraatrivälistele vaatlustele, mida on juhtinud eesti geoloogide vana kaardivägi. Kraatriväljast umbes kümme kilomeetrit loode suunas asub Piila raba, mille turbast 3,1 meetri sügavuselt avastati pisikesi kuni millimeetriseid silikaatseid sulanud terasid – mikroimpaktiite. Terasid kandev turvas dateeriti vanusele ligikaudu 6400 a eKr.⁷ Sellesarnast materjali on leitud veel mitmest soost, kaugeim lausa Hiiumaal Kõpu poolsaarel, 65 kilomeetri kaugusel Kaalist.⁸ Vana Kaali ideed toetavad Reo-Kilbumäe kruusakarjääri (~7,5 km Kaalist edelas) alusest turbast leitud silikaatsed ja magnetiitsed mikroimpaktiidid.⁹ Kahjuks peab nentima, et võimalikku keemilist seost nende leidude ning Kaali sündmuse vahel ei ole kunagi loodud. Kuna leiumaterjal on vana Kaali pooldajate sõnul kadunud ja uut ei ole siiani õnnestunud reprodutseerida, ei ole seost võimalik uurida ega ka vaidlustada.¹⁰

Noor Kaali, vanusega 400–800 aastat eKr, toetub sarnaselt Vana-Kaaliga Piila raba turbale.^11,12 Nimelt märgati rabas laialdasel alal veel üht anomaalset kihti, kuid meeter ja veerand kõrgemal (sügavusel 1,7–1,8 m) kui eelnev. Sellest kihist mõõdeti ülal ja all oleva turba taustaväärtustest kordades suuremat iriidiumi ja anorgaanilise materjali sisaldust, leiti suurele põlengule viitavaid söe- ja kännufragmente ning taustaga võrreldes vähenenud õietolmusisaldust. Nii vana kui ka noore Kaali idee jääb mõnevõrra jänni kraatriväljal esinevate leidude vanuste kirjeldamisega. Ja vastupidi, kraatrivälja leiud ei täpsusta vana ja noore Kaali eksistentsi põhjusi.

Kaali kraatri sisse on aegade vältel kraatrivallide kulutuse tagajärjel sattunud mitu meetrit setteid, sealhulgas orgaanilist materjali. Orgaaniline materjal kannab loetavat informatsiooni omaenda vanuse kohta. Selle informatsiooni nimel on Kaali järves olevaid setteid korduvalt puuritud. Kõige sügavamate ehk kõige vanemate setete orgaaniline materjal on dateeritud vanustele 1510–1870 a eKr,^13,14 määramisviga sealhulgas. Selle vanuse mõõtmisel on postuumselt kuulsaks saanud isegi üks mardikas, jooksiklane, kelle maised jäänused leiti Kaali põhjast ja ohverdati radiosüsiniku meetodile. Põhjasetete õietolmuanalüüsi andmed¹⁵ viitavad keskmise Kaali sarnasele vanusele.

Peale põhjasetete ja jooksiklase annavad Kaali vanuse mõistmisele tuge söeleiud pea- ja kõrvalkraatrite vallidest. Pinnasest söe leidmises ei ole iseenesest midagi erilist, sest võrreldes söestumata orgaanilise materjaliga säilib süsi maapinnas tuhandeid aastaid. Kaalist leidis sütt Ivan Reinwald juba enne Teist maailmasõda, kuid tol ajal ei olnud tal leiuga midagi muud peale hakata kui kirja panna – radiosüsiniku kui dateerimise meetodi leiutamiseni kulus veel kümmekond aastat. Entusiastlik Kaali kraatrite uurija Ago Aaloe, kelle sünnist möödus 2017. aasta sügisel 90 aastat, oli esimene, kes leidis sütt piisavas koguses ning tellis kõrvalkraatrite söe dateerimise Tartus tollases teaduste akadeemia zooloogia ja botaanika instituudi geobiokeemia laboratooriumis. Vanuseks saadi suhteliselt lai vahemik: 1750–370 aastat eKr.^16,17 Kriitika söe kasutamise kohta kraatrite vanuse kindlakstegemise katsetes on seisnenud väidetes, et tegemist võib olla metsatulekahju või inimtegevuse jälgedega, näiteks karjuselõketest pärineva materjaliga.

Millimeetrisuurusi söefragmente on viimaste uuringute¹⁸ alusel leitud aga kuni meetri sügavusel Kaali peakraatri ja kaksikkraatri (2/8) välisnõlva alt. See, et inimtekkeline süsi satuks nii suurde sügavusse, ja samaaegselt mitme kraatri puhul, on võimatu. Vallialune süsi on tekkinud anaeroobsetes tingimustes, võrreldes lõkkega suhteliselt madala (350–450 ºC) temperatuuri juures. Kas metsatulekahju jäljed? Ei ole, sest röntgentomograafiliste uuringute alusel pärineb süsi kuuseokstest, mitte juurtest. Kohati on söetükid otsekui kleepunud suurte väljapaisatud dolokivitükkide külge. Peakraatriga seotud söe vanus on 1530–1450 aastat eKr [dateerimisel kasutati kiirend-mass-spektromeetrit (AMS), mis on tundlikum võrreldes konventsionaalse radiosüsinikumeetodiga]. Peab märkima, et süsinik on söest ja Kaali sündmusest õige pisut vanem, sest radiosüsiniku dateeringud näitavad puude kasvuaega, mitte nende hukkumise momenti.

Seostades söe kraatri tekkega jääb seniajani selgusetuks, milline oli detailides see protsess, mis kuuseoksad süütas. Kuigi meteoor purunes atmosfääris ja aeglustus oluliselt, võrreldes atmosfääri sisenemise kiirusega, langes ta maapinnale ikkagi kiirusega kilomeetreid sekundis. Maapinna suhtes väga kiiresti liikuv meteoorkeha pressis end kontakti käigus pinnasesse, surudes seda kokku. Meteoori enese liikumine aeglustus järsult, kuid tekkinud lööklaine kiirendas pinnase liikumist suunaga plahvatuskeskmest eemale. Plahvatusprotsessi arvutimudelid näitavad, et kokkupõrkehetkest Kaali peakraatri tekkeni kulus vähem kui üks sekund, valle kattev jämedamat sorti kraatrisüvikust välja paisatud materjal lendas vahest veel sekundikese. See tähendab, et maksimaalselt paari sekundiga sattusid kuuseoksakillud, nüüdne süsi, oma praegusesse asendisse, kus nad hapnikuvaeses keskkonnas edasi miilasid.

Valdav enamik kraatrisüvikust väljapaisatud materjali oli jahe, mistõttu süttimine valli all oli vähetõenäoline. Seega pidi orgaanika süütamine toimuma lühikese ajavahemiku vältel enne mattumist.

Kui suurt rolli mängis süütamisel meteoorkeha enese hõõgumiseni ülesköetud pind? Kui suur oli sündmusega kaasnenud, meteoori eel maapinnale jõudnud rõhu- ja kiirguslaine mõju? Kui palju mõjus okste niiskusesisaldus, kas plahvatusel süttisid ja rebiti lahti puude kasvavad oksad või süttisid vaid kuivanud oksad? Need küsimused on veel vastuseta, oodates lahendusi eksperimentide kaudu. Kuna Kaali ei ole maailmas ainuke söega meteoriidikraater, siis aitavad vastuse leidmisel loodetavasti kaasa teised, geoloogilises mõistes noored, sütt sisaldavad struktuurid, sealhulgas Kagu-Eesti Ilumetsa kraatrid.¹⁹

Tänan keskkonnaametit loa eest teadustöö tegemiseks Kaali maastikukaitsealal ning Ilumetsa kraatrites.

Jüri Plado on Tartu Ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudi geofüüsika ja petrofüüsika vanemteadur.

1 Vt ka Jaan Kross, 1975. Taevakivi. Eesti Raamat, Tallinn, 216 lk.

2 Maarid on madalad lamedapõhjalised kraatrid, mis on tekkinud plahvatusel, mille on põhjustanud suure rõhu alt vabanev põhjavesi. Maaride algseks põhjuseks on kuum magma, mis kontaktis põhjaveekihiga aurustab osa veest.

3 D. M. Barringer, 1910. Meteor Crater (formerly called Coon Mountain or Coon Butte) in northern central Arizona. Paper presente at the National Academy of Sciences, Princeton University, Nov. 16, 1909.

4 I. Reinwald, 1938. The finding of meteoritic iron in Estonian craters. A lõng search richly awarded. The Sky Magazine of Cosmic News, 2/6, 6–7.

5 A. Kracher, J. Willis, J. T. Wasson, 1980. Chemical classification of iron meteorites-IX. A new group (IIF), revision of IAB and IIICD, and data on 57 additional irons. Geochimica et Cosmochimica Acta, 44, 773–787.

6 V. Bronšten, K. Stanyukovich, 1963. On the fall of the Kaali meteorite. Eesti NSV Teaduste Akadeemia Geoloogia Instituudi Uurimused, 11, 78–83 (vene keeles).

7 A. Raukas, R. Pirrus, R. Rajamäe, R. Tiirmaa, 1995. On the age of the meteorite craters at Kaali (Saaremaa Island, Estonia). Proceedings of Estonian Academy of Sciences. Geology, 44, 177–183.

8 A. Raukas, 2000. Investigation of impact spherules – a new promising method for the correlation of Quaternary deposits. Quaternary International, 68–71, 241–252.

9 T. Moora, A. Raukas, W. T. J. Stankowski, 2012. Dating of the Reo site (Island of Saaremaa, Estonia) with silicate and iron microspherules points toa n exact age of the fall of the Kaali meteorite. Geochronometria, 39, 262–267.

10 T. Moora, A. Raukas ja L. Lõugas, 2016. Reo Kilbumäe ümbruse paleogeograafia ja Kõnnu neolootiline asula. Eesti Geograafia Seltsi aastaraamat, 41, 11–28.

11 K. L. Rasmussen, B. Aaby, R. Gwozdz, 2000. The age of the Kaalijärv meteorite craters. Meteoritics ja Planetary Science, 35, 1067–1071.

12 S. Veski, A. Heinsalu, K. Kirsimäe, A. Poska, L. Saarse, 2001. Ecological catastrophe in connection with the impact of the Kaali meteoriite about 800–400 B. C. on the island of Saaremaa, Estonia. Meteoritics ja Planetary Science, 36, 1367–1375.

13 L. Saarse, R. Rajamäe, A. Heinsalu, J. Vassiljev, 1991. The biostratigraphy of sediments deposited in the Lake Kaali meteorite impact structure, Saaremaa Island, Estonia. Bulletin of the Geological Society of Finland, 63, 129–139.

14 S. Veski, A. Heinsalu, V. Lang, Ü. Kestlane, G. Possnert, 2004. The age of the Kaali meteoriite craters and the effect of the impact on the environment and man: evidence from inside the Kaali craters, island of Saaremaa, Estonia. Vegetation History and Archaeobotany, 13, 197–206.

15 H. Kessel, 1981. Kui vanad on Kaali järviku põhjasetted? Eesti Loodus, 24, 231–235.

16 A. Aaloe, A. Liiva, E. Ilves, 1963. Kaali kraatrite vanusest. Eesti Loodus, 1963, 262–265.

17 A. Aaloe, H. Eelsalu, A. Liiva ja V. Lõugas, 1975. Võimalusi Kaali kraatrite vanuse täpsustamiseks. Eesti Loodus, 1975, 706–709.

18 A. Losiak, E. M. Wild, W. D. Geppert, M. S. Huber, A. Jõeleht, A. Kriiska, A. Kulkov, K. Paavel, I. Pirkovic, J. Plado, P. Steier, R. Välja, J. Wilk, T. Wisniowski, M. Zanetti, 2016. Dating a small impact crater: An age of Kaali crater (Estonia) based on charcoal emplaced within proximal ejecta. Meteoritics & Planetary Science, 51, 681–695.

19 A. Losiak, J. Plado, A. Jõeleht, M. Szyszka, E. M. Wild, M. Bronikowska, C. Belcher, K. Kirsimäe and P. Steier, 2017. An age of both Ilumetsa structures – support of their impact origin. EPSC Abstracts, 11: European Planetary Science Congress. European Planetary Science.