PLANETAARINEN GEOFYSIIKKA 2011 Tänään!

PLANETAARINEN GEOFYSIIKKA 2011

Aikataulu, Kl 2011- Periodit III&IV; Luennoitsijat L.J. Pesonen, M. Poutanen ja K. Muinonen; kurssiassistenttina Olli Wilkman

Luennot maanantaisin klo 12-14 Physicum E206 ellei toisin mainita 17.1.11 Kurssin esittely, käytännön asiat +Johdantoluento, Lauri, Karri ja Markku 2h 24.1.11 Maailmankaikkeuden ja aurinkokunnan synty ja rakenne, Markku 2h 31.1.11 Taivaanmekaniikan perusteet, satelliittien/planeettojen radat ja liikkeet, Markku 2h 07.2.11 Lähiavaruuden asteroidit ja komeetat sekä törmäykset, Karri 2h 04.2.11 Neptunuksen takaiset kohteet, Karri 2h 21.2.11 Painovoima, vetovoima, vaikutukset ja mittaaminen, Markku 2h 28.2.11 Jupiter-järjestelmä ja Galileo-luotain, Karri 2h 07.3.11 Väliviikko: ei luentoa 14.3.11 Harjoitusten I osan palautus (4 pakollista + 4 vapaaehtoista tehtävää), Olli 14.3.11 Saturnus-järjestelmä ja Cassini-Huygens-luotain, Karri 2h 14.3.11 Harjoitusten osan I tehtävien läpikäynti, Olli 21.3.11 Uranus ja Neptunus-järjestelmät, Karri 2h 28.3.11 Törmäyskraattereista, Lauri 2h 04.4.11 Meteoriittien ja asteroidien fysikaaliset ominaisuudet, Lauri 2h tänään! 11.4.11 Maankaltaiset planeetat I, Lauri 2h 18.4.11 Maankaltaiset planeetat II, Lauri 2h 25.4.11 Pääsiäismaanantai: ei luentoa 02.5.11 Harjoitusten II osan palautus (4 pakollista + 4 vapaaehtoista tehtävää), Olli 02.5.11 Harjoitusten osien I/2 tehtävien läpikäynti, Olli 1h (Huom: laskarit ovat 20% ja ekskursio 5% arvosanasta!) 02.5.11 Ekskursio geofysiikan laboratorioon (meteoriitteja, kuunäytteitä jne), Lauri 1h

09.5.11 Tentti (Sali, aikataulu vielä auki) ...75% arvosanasta 1

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen TÖRMÄYSKRAATTEREISTA

Lauri J. Pesonen Kiinteän maan geofysiikka Helsingin yliopisto • Törmäyskraattereiden rooli planeettojen kehityksessä

• Planeetta Maan törmäyskraattereista: koko, muoto, iät: Geofysiikan rooli tutkimuksissa

• Kuinka tunnistaa törmäyskraatteri? - energia, shokkimuutokset kivissä

• Joukkotuhot ja suuret törmäykset. Esimerkkejä: Keski-Suomen törmäyskraatterit Karikkoselkä ja Keurusselkä

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Tärkeätä perustutkimukselle: • planeetta Maan kehitys • shokkimetamorfoosi • kraatteroitusmistiheys (aika, paikka) • projektiilimääritys (meteoriitti?, komeetta?) Törmäyskraattereissa on taloudellisia raaka-ainevaroja: Metalli Kraatteri → Ni, Co, PGE Sudbury → Timantit Popigai, Lappajärvi, Ries Fe Ternovaka U Carswell Lake Pb-Zn Siljan → Öljy, metaani Ames, Red wing Bauxiitti Zhamansin Kalkkikivi Lumparn

Muut Kraatteri Vesivarantoja Lappajärvi Rakennuskiviä Ries Tienpäällysmateriaali Arizona Carter Koruja Ries (moldaviitit)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Tämä kuva on kaikille tuttu: satelliittikuva Maapallosta, fokuksena Afrikka. Peittävätkö pilvet (ilmakehä), valtameret ja sisävedet Maan kuoren todellisen historian, mukaanlukien meteoriittitörmäykset?

Hydrosphere Lithosphere

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Tämä kuva on kaikille tuttu: Jos haluamme tietää mantereiden (esim. satelliittikuva Maapallosta, fokuksena Afrikan) todelliset geeologiset piirteet Afrikka. Peittävätkö pilvet (ilmakehä), kuten törmäyskraatterit, meidän pitää valtameret ja sisävedet Maan kuoren poistaa ilmakehä, vedet ja peitteiset todellisen historian, mukaanlukien nuoret sedimentit. Tässä tulos ! meteoriittitörmäykset?

Hydrosphere Lithosphere

Vredefort

Mm. Etelä-Afrikassa on useita suuria Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen törmäyskraattereita Törmäyskraattereista IMPAKTI

PERUSPIIRTEET

KRAATTEROITUMISMEKANISMI KRAATTEROITUMISVUO

PLANETAARINEN KEHITYS

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen MAAN KUOREN SYNTY

LAATTATEKTONIIKKA vai METEORIITTITÖRMÄYS

J. Tuzo Wilson G. Shoemaker 1908-1993 1928-1997

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen MAAN KUOREN SYNTY LAATTATEKTONIIKKA METEORIITTITÖRMÄYS

GEOLOGINEN ASETTUMINEN • Syvällä • Pinnallinen • Sisäsyntyinen • Eksogeeninen

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen MAAN KUOREN SYNTY LAATTATEKTONIIKKA METEORIITTITÖRMÄYS

GEOLOGINEN ASETTUMINEN • Syvällä • Pinnallinen • Sisäsyntyinen • Eksogeeninen PAINE • < 3 GPa • ≥ 400 GPa

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen MAAN KUOREN SYNTY LAATTATEKTONIIKKA METEORIITTITÖRMÄYS

GEOLOGINEN ASETTUMINEN • Syvällä • Pinnallinen • Sisäsyntyinen • Eksogeeninen PAINE • < 3 GPa • ≥ 400 GPa LÄMPÖTILA • < 1000 oC • > 10,000 oC

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen MAAN KUOREN SYNTY LAATTATEKTONIIKKA METEORIITTITÖRMÄYS

Tämä esitys GEOLOGINEN ASETTUMINEN • Syvällä • Pinnallinen • Sisäsyntyinen • Eksogeeninen PAINE • < 3 GPa • ≥ 400 GPa LÄMPÖTILA • < 1000 oC • > 10,000 oC TAPAHTUMAAN KULUVA AIKA • Hidas (milj.v) • Erittäin nopea (sek)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen “Impact cratering is the most fundamental process for formation and evolution of the terrestrial bodies in the Solar System...”

Gene Shoemaker Moon Gene Shoemaker

1928-1997

South Pole mosaic 1500 UV-VIS pictures Clementine 1994 Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen THE ROLE OF LARGE IMPACTS IN PLANETARY SCIENCES • Our Moon is probably a product of an Mars-sized asteroid (Theia) collision on Earth

• Solar system impact craters seen in all bodies from meteorites in Jupiter

• All impact morphologies seen in our solar system and also very exotic ones

• Most likely, impacts and tectonism has Magneettikenttä wiped out the early isotopic/magnetic Ikä, Ga record of rocks on Earth (4.6-4.1 Ga)

• The impacting still continues but in decayed flux

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Comet Shoemaker-Levy on Jupiter; July 18, 1994 Esimerkkejä ”läheltä-piti” meteoriittitörmäyksistä

Comet Shoemaker-Levy on Jupiter; July 18, 1994

Grand Teton National Park August 10, 1972 Near flyby!

Tutkija L. Kulik (1883-1942) omisti koko elämänsä Tunguskan tapahtuman Tunguska June 30, 1908 tutkimiselle

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen RESEARCH OF TERRESTRIAL IMPACT STRUCTURES

STRENGTH Meteor Crater, Arizona, USA • basic knowledge of impact processes with true materials • a 3-D view of the structures • structures can be dated and sampled

WEAKNESS D ~ 1.2 km, Age ~ 49 kyrs • small sample record due to erosion, burial and plate tectonics

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen IMPACT FLUX OF EARTH 4.6 Ga - PRESENT

Tieto saadaan Kuusta ja Merkuriuksesta, jotka ovat säilyttäneet törmäyskraatteroitumishistoriansa pinnallaan

Kraatteroitumisvuo lasketaan ”kraatterit/pinta- ala”-periaatteella. Samalla saadaan ao. pinnan suhteellinen geologinen ikä

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Late Heavy Bombarment (4.1 – 3.8 Ga)

www.centauri-dreams.org www.xenophilia.com www.unm.edu

• Earth had remained molten until about 3800 mya? = "cutof point"? • Degassing from the magma ocean (and additional material from comets) • Earth's water oceans and second (reducing) atmosphere. • Hadean surface solid? First sediments

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Impact structures on Earth • ~ 180 craters known....Earth´s impact database • Ø 15 m – 300 km

Popigai

Sudbury Ries

Barringer

Chicxulub

Vredefort Gosses Bluff

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen TÖRMÄYSKRAATTREREIDEN LÖYTÖHISTORIASTA

Löydettyjen (ja todistettujen) törmäyskraattereiden löytöhistoria

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Impact structures in Finland 1 Lappajärvi 2. Sääksjärvi 3. Söderfjärden 4. Iso-Naakkima 5. Lumparn 6. Suvasvesi N 7. Karikkoselkä 8. Saarijärvi 9. Paasselkä 10. Suvasvesi S. 11. Keurusselkä (new!)

Impact structures in Finland

• 11 known so far • Ø 3 – 23 km • ages poorly constrained (?): 1.1 Ga - Cretaceous • original depth, erosion poorly known Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen FENNOSCANDIAN IMPACT RECORD

N= 33 D: 0.08 - 52km Age: 0.002 - 2200 Ma Projectiles: only a few known

Several Ordovician structures! Note: there is also a”peak” of discovered Ordovician in-tact meteorites in Sweden.....was there a meteorite rain during the ordovician at ca. 460 Ma ago

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Planetaarinen geofysiikka09: Luento 7...törmäyskraattereista

Törmäyskraattereiden lukumäärä per pinta-ala aikayksikköä kohti antaa kraatteroitumisvuon.

Kraatteroitumisvuo:

Ai on planeetan alueen i pinta-ala N = 8 A = 280 km2 Ni kraattreieden lukumäärä tällä alalla ja ∆t tarkasteltava aikaintervalli

Esim: 4.4 -3.9 = 0.5 Ga

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen IN FINLAND, 7 NEW IMPACT STRUCTURES WERE DISCOVERED DURING THE GREAT IMPACT SEARCH PROJECT 1990-2000

The succes was based on the following facts: we knew what we were looking for, we used integrated geophysics and we included to the project teams working with kimberlite pipes and the drilling companies.

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen ESIMERKKEJÄ

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Impact craters archived in our Solar System I

Mercury Moon Earth

Mars Asteroid Eros

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Impact craters archived in our Solar System II

Impact craters in satellites

Jupiter: Callisto Mars: Phobos Saturn: Mimas

Saturn: Dione Saturn: Phoebe Uranus: Oberon

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen asteroid Ida - moonlet Dactylus

56 km

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Myös jäiset planeetat ja kuut ovat kokeneet rajuja törmäyksiä mutta niistä tiedetään hyvin vähän

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen KRAATTEROITUMISEN TEORIASTA - vain mainintana- - ks. Melosh 1991: Impact Cratering

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen The impact structure forms via a hypervelocity projectile impact on earth

hypervelocity impact strikes with cosmic velocity, whereas meteorites fall with free - koko 1 m - 100 km gravity! - nopeus 7 - 70 km/s - projektiilityyppi ”hötöisästä” hiilikondriitista aina tiiviisiin (tiheisiin) rautameteoriitteihin unohtamatta kometaarisia törmäyksiä

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Törmäyskraattereista

Shokkimetamorfoosi

. On tekijä mikä tekee monista planetaarisista kappaleista erilaisen kuin Maa, koska Maa on geologisesti aktiivinen

. Suurin osa planetaarisista (ei-aktiivisista) kappaleista ovat kokeneet voimakkaan shokkimetamorfoosin (5...150 GPa)

. Eräät ovat hajonneet törmäyksissä, eräiden kappaleiden pintaa DOMINOI giganttiset (lähes kappaleen itsensä kokoiset) törmäyskraatterit

. Shokin huomioiminen geofysikaalisissa piirteissä ja näytteiden petrofysiikassa on tärkeä “planetaarinen” aspekti.

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Yksinkertaisen maljakraatterin synty

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Lappajärven huikea törmäys 71 milj.v. sitten

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen The main stages of impact event: complex impact structure hypervelocity body

1 s

10 s

100 s

days target rocks 36

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Törmäyskraatterit Shokkitapahtuman pääpiirtet • Meteoriitti Projektiili: • Asteroidi } Nopeus: 20 - 70 kms-1 (kosminen nopeus) • Komeetta Koko: 25:1

D kraatteri D projektiili

Tapahtumaketju:Törmäys + räjähdys + höyryyntyminen + asettuminen - shokkiaallot (ylittää kohteen Hugoniat-rajan) - kaivautuminen, heitteleet ja takaisin asettuminen

D kraatteri D projektiili

Tapahtumaketju:Törmäys + räjähdys + höyryyntyminen + asettuminen - shokkiaallot (ylittää kohteen Hugoniat-rajan) - kaivautuminen, heitteleet ja takaisin asettuminen - suuria siirroksia, ”portaita” - keskuskohoama jos D ≥ 4km - lopullinen muotoutuminen - kuluminen, peittoutuminen

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Planetaarinen geofysiikka 07. Luento 5……. Törmäyskraatterit Shokkitapahtuman pääpiirtet • Meteoriitti Projektiili: • Asteroidi } Nopeus: 20 - 70 kms-1 (kosminen nopeus) • Komeetta Koko: 25:1

D kraatteri D projektiili

Törmäys + räjähdys + höyryyntyminen + asettuminen - shokkiaallot (ylittää kohteen Hugoniat-rajan) - kaivautuminen, ejektat, takaisin asettuminen - suuria siirroksia, ”portaita” Multiring crater - keskuskohoama jos D ≥ 4km - lopullinen muotoutuminen - kuluminen, peittoutuminen

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen IMPAKTIKRAATTERIN KOKO JA MUOTO ja tapahtuman kesto

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Impaktikraatterin Muoto

Riippuu: • Kappaleen nopeus ja törmäyskulma • Kappaleen massa Törmäyskappale • Meteoriittityyppi

•Kohdealustan lujuus • Alustatyyppi: manner, meri jää Kohdealusta • Kohdealustan lämpötila

• Painovoima • Ilmakehä Planetaarinen Skaalaus • Eroosio • Deformaatio Aika

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Two basic shapes of impact structures

Lonar Lake, India D ~ 1,8 km Age ~ 0.052 Ma

Manicouagan, Canada D ~ 100 km, Age ~ 210 Ma Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Keskuskohouma Kuun komleksisen kraatterin keskellä

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Monirengas kraatterin synty

Melosh, 1989

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Examples of impact structures on Earth II

Yalallie D 13km, >65Ma Paasselkä D 10km complex < 1. 8 Ga

simple

ArizonaArizona DD 1.186km,1 km < 0.0049 Ga 0.049Ma Karikkoselkä D 1.5km, 230 Ma

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Examples of impacts on Earth I

Multiring

Chicxulub D 170km, 65Ma Vredefort D 300km, 2023 Ma Sudbury D 250km, 1850 Ma

complex

Manicougan D 100 km, 214 Ma Popigai, D 100 km, Age 35 Ma Siljan D 52km, 361 Ma

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen MISR 24.3.00 Washington D.C.

Chesapeake Bay

35 Ma

Ø ≤ 80 km

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Recent impacts ≤ 2 MA

Wolf Creek, Australia, D=24 km, Age<0.3 Ma Campo del Cielo, Argentina,, D=0.05 km, Age < 0.04 Ma

Monturaqui, Chile, D=0.46 km, Age<1 Ma Morasko, Poland, D=0.1 km, Age<0.01 Ma

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Results Chicxulub Formation Model (Courtesy of Dugan O’Keefe)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Results Chicxulub Formation Model

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Chicxulub crater: prsent erosional level Täsätä kairareiästä Tiiu Elbra tekee väitöskirjaansa (väittelee 13.5. 2011!)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Vaikka satelliiteista katsottuna törmäyskraatteri ja vulkaaninen kraatteri näyttävät samanlaisilta niin geologisesti ja geofysikaalisesti ne ovat AIVAN ERILAISIA Tulivuori Törmäyskraatteri

Kraattereiden aiheuttamat painovoimahäiriöt positiivinen kohoama negatiivinen kuoppa

Tulivuori Etna

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Törmäyskraatteri Sääksjärvi IMPAKTIN TUNNISTAMINEN

TÖRMÄYSKIVET JA MINERAALIT sekä geokemian tarjoama ”meteoriitin sormenjälki”

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Esimerkki 2: Keurusselkä

S. Raiskila New Discovery

Keurusselkä Keurusselkä Shatter cone PDFs in quartz The 11th proven impact structure in Finland

Meteoritics&Planetary Science, July 2010

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen INDICATORS OF IMPACT I Impactites in some Fennoscandian structures

Impact melt: Suvasvesi S, Finland Impact breccia, Kärdla (Estonia), age 450 Ma B

Shatter cone: Keurusselkä, Finland Impact melt: Lappajärvi, Finland, 71 Ma

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Siperia opettaa !

our samples

photo by Victor Masaitis

Gigantic impact breccias, Popigai, Siberia (35 Ma, D ~ 100 km

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen INDICATORS OF IMPACT III

The Lappajärvi crater (71 Ma) carries all impact indicators

meteoritic contamination (Ir) geology

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen INDICATORS OF IMPACT II

N = 11

* S *Paasselkä

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen IMPAKTIN GEOFYSIIKASTA

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Airborne geophysics: excellent tool to find new and to study old impact structures

impact lake? Suvasvesi N impact structure, Finland Total field magnetic anomaly map D ~ 5 km Age: Permian

Twin Otter aircraft h 40 m L 150 m -magnetics -- EM Impact melt body -- radiometrics

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Geophysical signatures of impacts II

Signatures • weak magnetic relief + occasional peaks

Electromagnetic anomaly • minimum gravity + positive C.U.-effect (Karikkoselkä, Finland) • negative aero-EM anomalies with distinc Re/Im • seismic reflectors

• seismic time-delay anomalies Yalallie D 13km, >65Ma • often K-%-anomalis seen in radiation maps

Bosumtwi D 10 km, Age~1.07 Ma Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Using modern geophysical techniques to ”isolate” ring-fractures, caused by the impact process

Note ring-shaped VLF-EM anomaly of the Siljan structure, Sweden

D 52 km, Age 360 Ma

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Geophysical signatures of the Bosumtwi Impact Structure, Ghana

D 10.5 km, Age 1.09 Ma

Note distinct multiring anomalies reflecting terrace patterns of the target granite?

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Panoramic photo of Bosumtwi impact structure (by C. Koeberl).

Bosumtwi-järven nopeusmalli (Karp et al., 2002)

3-dimensional topographic image of the lake Bosumtwi impact structure, Ghana. The water has been removed as based on bathymetric data.

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen THE SUVASVESI STRUCTURES The Suvasvesi N has distinct Airborne geophysics ”bull-eye” magnetic peak in the center, which was drilled as a ”kimberlite”. It turned out to be an impact melt layer with shock features

Quartz grains of the drillcore reaveals pdf`s

The Suvasvesi S, however does not have a central (melt-) anomaly, but has a broad weak magnetic relief, typical for Airborne total magnetic field map of impact structures! the Suvasvesi structures

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen THE SUVASVESI STRUCTURE - a doublet ? Topography and bathymetry

The Suvasvesi N has a distinct bathymetric bowl

The Suvasvesi S has also a bathymetric low, but not so distinct

The Suvasvesi lakes resemble the Clearwater doublet in Canada

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Example 2: The Karikkoselkä structure

Bathymetric maps are very useful (diagnostic) in impact studies

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Airborne electromagnetic survey over the Karikkoselkä structure...survey done already during the 1950´s!

Note marking made by the draftperson (in Finnish) onto the contour map: ”häiriö rekisteröinnissä”, which translates to ”error in registration”...we now know that it was not an error in registration but a real signal which overshot the registration device due to impact produced highly conductive layer

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Geophysical features of Keurusselkä

Aeromagnetic signature Topographic signature

Possible seismic signature of Keuruselkä W border

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Sääksjärven törmäyskraatteri A

Bouguer- anomaaliakartta

2. vertikaaliderivaatta Bouguer- anomaaliakartasta

5 km

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Törmäyskraattereiden geofysikaalisesta mallinnuksesta petrofysiikan avulla

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen TÖRMÄYSKRAATTERIT: muutama nyrkkisääntö (geofyysikot laskevat aina asioita!)

Bosumtwi D = 10.5 km D sula a d dt DDC

• • • 0.15 0.85 • DDC = DQ D = 9.1km Dcu DCU = 0.22 × D = 2.31km

0.43 dA = 0.15 × D = 0.41km Nyrkkisääntöjä € d = 0.52 × D0.2 = 0.83km € t projektiilinin nopeus 25...50 km/s h/D.....1/10 € hB = dt − da = 0.42km D ~ 25...50 x projektiilin d 4 3.4 8 3 Vm = 3.8 ×10 × D =1.12 ×10 m € simple to complex onset DQ ~ 4 km

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen € € Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen IMPAKTIN PETROFYSIIKASTA

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Huomaa: usean petrofysiikan suureen RADIAALINEN vaimeneminen joko sivusuunnassa (poispäim shokin keskustasta) tai alaspäin (kairareiíssä)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Huomaa trendejä: impaktikivien tiheys on pienentynyt ja huokoisuus kasvanut impaktin aiheuttaman rakoilun vuoksi. Remanentti magnetoituma on vuorostaan kasvanut impaktissa (joko shokkiremanenssi tai terminen remanenssi) mikä näkyy Q-arvon (Koenigsbergerin suhde) kasvuna.

missä k suskeptibilteetti

µ0 tyhjön permeabiliteetti NRM remanenssi B vallitseva kenttä

Q =NRM/kB

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen IMPAKTIN VAIKUTUKSET BIOSFÄÄRIIN JA ILMAKEHÄÄN

Kokonaan uusi tiede: astrobiologia

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Erityisesti meteoriittitörmäysten rooli Maapallon biologiselle elämälle on kasvanut. Ovatko eräät joukkotuhot / sukupuuttoon kuolemiset) meteoriittitörmäysten aikaansaannoksia?....tuliko elämä Maapallolle meteoriitin (esim. hiilikondriitin myötä(käsite ”panspermia...astrobiologia)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Energy of Impacts

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Major mass extinctions in Earth‘s history

65 Ma ”rajapinnassa” impaktin todennäköisyys on suuri

K/T Numbers of extinct families of extinct Numbers

Liitu-Tertäärikauden (65 Ma) rajasavikerros (ejektalaskeuma) on löydetty globaalisti kaikkialta Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Special case: Chicxulub (Mexico) impact structure

Chicxulub: D = 180 km Tiiu Elbra Geophysical data revealed a huge impact structure. Datings point out a 65 Ma event

Our Chicxulub samples The distal impact ejecta This catastrophe is a strong candidate for has been found globally global mass-extinction at K/T-boundary

Spain Mass extinctions Mass

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen 65 Ma sitten tapahtuneen suunnattoman impaktin (Chicxulub, Yukatan, Mexico, D = 180 km) heittelekerros eli ejekta on löydetty kaikkialta maailmassa, mm. Tanskasta (Stevns Klint) K/T-rajakerros

Hiljattain on lköydetty Sudburyn heittelekerros (ejekta) mm. Michiganista ja Minnesotasta. Voisimmeko mekin löytää Lappajärven (73 Ma) heitteleen Ruotsin 90-60 Ma sedimenteistä? tai, Keurusselän (n. 1.6 Ga?) heittelekerroksen Tampereen hyvin säilyneistä metasedimenteistä

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Satellite, notably radar (SAR) images may be useful in tracing scars of impact structures

Sudbury, Canada Age ~ 1850 Ma D ~ 180 km

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Trace old and ”suspect” breccia or spherule layers...they may represent Archean impact ejectas

find suspect ejecta! Examples: 1. Archean spherule layers...most likely representing old impact event 2. Sudbury impact ejecta found recently in Michigan!...some 400 km away from Sudbury

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen ENVIRONMENTAL EFFECT OF IMPACTS

Possible effects • Impact and global catastrophes (impact winter) • Impact and wild fires (soot layers) impakti- • Impact produced tsunamis tsunaminjälkiä • Impact produced volcanism -not likely on löydetty • Impact produced earthquakes ?- probale

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Effects of impacts on atmosphere/stratosphere and crust/lithosphere

Törmäys nostattaa impaktipilven joka leviää aina stratosfääriin saakka ja peittää koko maapallon. Pilven elinaika voi olla vuosia ja sen seurauksena tulee ns. impaktitalvi (viileneminen)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen MIKSI IMPAKTIKRAATTEREITA TUTKITAAN?

Tärkeätä perustutkimukselle: • planeetta Maan kehitys • shokkimetamorfoosi • kraatteroitusmisvuo (aika, paikka) • projektiilimääritys (meteoriitti?, komeetta?)

Törmäyskraattereissa on taloudellisia raaka-ainevaroja:

Metalli Kraatteri Ni, Co, PGE Sudbury Timantit Popigai, Lappajärvi, Ries Fe Ternovaka Pb-Zn Siljan Öljy, metaani Ames, Kalkkikivi Lumparn

Muut Kraatteri Vesivarantoja Lappajärvi Rakennuskiviä Ries Tienpäällysmateriaali Arizona Carter Koruja Ries (moldaviitit)

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Economic value of impacts – I

Impact crater hide Examples • oil and gas reservoirs Ames, Kardla, Lappajärvi, Sudbury, • water reservoirs Ternovka, Lappajärvi • ore bodies Ni, Fe ….. Sudbury • impact diamonds and jewelries, e.g. agate Popigai, Sääksjärvi, Ries (moldovites) • construction material Ries

Impact crater have become Kaali, Lappajärvi • tourist attractions • models for planetary processes

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Economic value of impacts – II

Sudbury impact structure, Canada

• D~180 km Age~1.85 Ga • complex, deformed • SIC is huge impact melt - not of mantle origin • hides world largest Ni - ore bodies + other metals • impact museum + exhibition

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Economic value of impacts – III

Impact diamonds, jewelries etc.

Nördlingen-Ries church

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen Economic importance of impact structures Daniel-Johnson-Damm max. power output 2.6 MW Hydroquebec

Manicouagan

Québec Canada Ø ~ 100 km 212 Ma

Landsat 7

Ensikerralla:

”Meteoriitit - köyhän miehen avaruusnäytteet!

Planetaarinen geofysiikka 2011 Törmäskraattereista L.J. Pesonen