The Isthmus of Panama: Out of the Deep Earth

Etelä-Amerikan ja Pohjois-Amerikan yhdistävän hoikan maasillan muodostuminen on geologisen historian päivämäärinä punainen kirjain. Useammin kuin kerran viimeisten 100 miljoonan vuoden aikana nämä kaksi suurta maa-aluetta on erotettu toisistaan syvillä merivesillä. Keski-Amerikan kapea osa, joka nyt yhdistää ne – kapeimmillaan Panaman kannaksella – ei muuttanut vain maailmankarttaa, vaan myös valtamerten kiertokulkua, biologisen evoluution kulkua ja luultavasti maailmanlaajuista ilmastoa. Monenlaisten voimien kidutettu tuote, Isthmusin nykyversio muotoutui todennäköisesti vulkanismin ja tektonisten laattojen liikkeiden vaikutuksesta jossain 15 miljoonan ja 3 miljoonan vuoden välisenä aikana.

Cornelia Class, geokemisti Columbian yliopiston Lamont-Doherty Earth Observatory -observatoriossa, ja Esteban Gazel, Lamontin apulaistutkija, joka työskentelee nykyisin Virginian Polyteknisessä instituutissa, tutkivat yhtä salaperäisimmistä voimista, jotka vaikuttavat tällä luonnon rakennustyömaalla: Galápagos Plume.Plume on maan syvyyksistä peräisin oleva pitkäikäinen kuuma ainevirtaus, joka sulaa lähellä pintaa ja on muodostanut tulivuorijonoja sekä veden alla että valtameren saarina. Maan vaipasta kymmenien kilometrien syvyydestä tuleva, edelleen aktiivinen plume on samanlainen kuin Havaijin ja Yellowstonen alta tihkuvat kuumat magmapisteet. Sen uskotaan alkaneen valtavista laavapurkauksista noin 100 miljoonaa vuotta sitten nykyisen Karibianmeren alla, mutta se on sittemmin siirtynyt etelään ja länteen Tyynellämerellä, pääasiassa yläpuolella olevien mannerlaattojen liikkeiden ansiosta, nykyiseen aktiiviseen sijaintipaikkaansa Galápagos-saarten alla, noin 600 kilometrin päässä. Gazel ja Class yrittävät auttaa selvittämään sen elämäntarinaa ja sen roolia maasillan luomisessa. Yleensä tällaiset kivet ovat hautautuneet kauas pinnan alle tai sijaitsevat syvällä meren pohjassa. Tässä ne istuvat enemmän tai vähemmän kuivalla maalla, mikä tarjoaa epätavallisen ikkunan syvän maan prosesseihin.

Syksyllä 2012 Class ja Gazel metsästivät plumeen synnyttämiä kiviä Panaman Azueron niemimaalla, joka työntyy Tyyneen valtamereen. Gazel, joka kasvoi viereisessä Costa Ricassa (jossa on samanlaisia kiviä), on erikoistunut tämän alueen tutkimiseen. Hän on yhtä lailla kuin kotonaan keskustelemassa sulan fraktioitumisen kemiasta tai kävelemässä ympäriinsä kahdeksan kilon painoinen moukari olkapäällään, kun hän etsii todennäköisiä lohkareita, jotka hän voi murskata auki. Saksasta kotoisin oleva geokemisti Class on vaipan kemian asiantuntija; hän on tutkinut kiviä Itä-Afrikasta, Etelämantereelta ja Atlantin pohjasta. ”Ihmiset yrittävät usein ymmärtää kaukaisia asioita, kuten sitä, miten tähdet muodostuvat”, Class sanoo. ”Itse asiassa meidän pitäisi katsoa paljon lähemmäs kotia. Yritämme ymmärtää, mitä meidän alapuolellamme on. Miten itse maapallo kehittyi?”

Azueron niemimaan suurelta osin asuttamaton länsiosa on geologeille kova paikka. Sen jyrkkiä kukkuloita peittää paksu punamulta ja kosteat metsät ja laitumet; kiviä näkee harvoin, paitsi joissakin purojen uomissa tai rannikolla, jossa voimakas eroosio on karsinut kasvillisuuden ja lian. Rannikkoa pitkin on vasta hiljattain kulkenut pieni päällystetty tie, joten sisämaassa työskentely edellyttää mutaisia polkuja, purojen ylittämistä ja jäämistä jumiin jättimäisissä sadekuuroissa, jotka pyyhkäisevät sisään joka iltapäivä sadekauden aikana. Itse rannikolla parhaat tutkimuskohteet ovat merijyrkänteitä, niemekkeitä, irrallisia saarekkeita ja rauniokasoja, jotka syöksyvät suoraan vaarallisesti kuohuvaan mereen. Gazel ja Class palkkaavat paikallisen kalastajan, joka ajaa veneellään niin lähelle kuin uskaltaa. Sitten he syöksyvät laidan yli moukarin ja muiden välineiden kanssa ja uivat aallokon läpi. Jos he ovat onnekkaita, löytyy pieni ranta, jolle laskeutua; jos ei, heidän on varottava, etteivät aallot törmää kallioihin. Kun he ovat hakanneet näytteet, he uivat takaisin veneeseen, jota painavat nyt sekä työkalut että kivet. Onneksi Gazel ja Class ovat vahvoja uimareita – ja haita ja krokotiileja, jotka joskus kummittelevat näillä vesillä, ei näytä olevan lähistöllä.

Panaman tämän osan kalliot ovat monimutkainen sekoitus, joka edustaa kannaksen monimutkaista historiaa. Niiden vahvasti sääntelemän ulkokuoren perusteella on vaikea erottaa yhtä lajia toisesta. Vain rikkomalla ne auki Gazel ja Class voivat todeta, ovatko he löytäneet louhoksensa. Tämä on pikriittiä – eräänlaista magmakiveä, joka kiteytyy, kun vaipasta tuleva magma nousee ylöspäin. Se on yleensä muodostunut merenpohjassa, ja siinä on kimaltelevia kellanvihreitä oliviinikiteitä, tyypillistä vaipasta peräisin olevaa mineraalia, jota ei esiinny lähempänä pintaa muodostuneissa kivissä. Gazel ja hänen jatko-opiskelijansa Jarek Trela puskevat tiensä pyöreiden lohkareiden kasojen läpi kuin vangit vankilan kivikasassa, ja he heiluttavat kelkkaa todennäköisiltä näyttäviin lohkareisiin, kunnes jokin reuna lohkeaa irti. Jos he ovat onnekkaita, sisältä löytyvät paljastavat kiteet; sitten he murskaavat kiven pienemmiksi paloiksi. Class käyttää pienempää geologin vasaraa puhdistaakseen nyrkin kokoisista näytteistä sään aiheuttamat ulkoreunat ennen niiden pussittamista.

Geologit uskovat, että Galápagossaarten plume aktivoitui yli 100 miljoonaa vuotta sitten nykyisen Keski-Amerikan alla. Noin 75 miljoonaa vuotta sitten – dinosaurusten aikakauden kynnyksellä – valtavat laavapurkaukset auttoivat muodostamaan aikaisemman version maasillasta. Tektoniset laatat myös työntyivät toisiaan vasten ja työnsivät merenpohjan osia ulos vedestä. Jossain vaiheessa yhdistetyt prosessit muuttivat valtameren ensin suomaaksi, sitten saaristoksi ja lopulta kuivaksi maaksi. Amerikat yhdistyivät. Oliot, jotka olivat aiemmin olleet eristyksissä jommallakummalla mantereella, pystyivät vaeltamaan ja sekoittumaan edestakaisin. Todisteena tästä ovat nykyään fossiilit, jotka osoittavat sukua olevien dinosaurusten evoluutiopuita sekä varhaisia matoja, käärmeitä ja nisäkkäitä niinkin kaukana toisistaan kuin Utahissa ja Argentiinassa. Tämän ensimmäisen maasillan uskotaan kuitenkin hajonneen noin 50 tai 65 miljoonaa vuotta sitten, kun tektoniset liikkeet jatkuivat. (Jälkimmäinen ajankohta sopii suunnilleen yhteen Meksikon edustalle iskeytyneen jättimäisen meteoriitin kanssa, joka tappoi dinosaurukset; mutta ei tiedetä, liittyikö se millään tavalla hajoamiseen.)

Noin 15 miljoonasta 65 miljoonaan vuotta sitten Galápagossaarten plume vaelsi länteen Tyynellemerelle muodostaen tuliperäisten saarien ja vedenalaisten tulivuorten ketjuja. Samaan aikaan sen yläpuolella oleva Tyynenmeren mannerlaatta siirtyi takaisin itään. Levyn liikkuessa se kuljetti tulivuorten jäänteitä takaisin Keski-Amerikkaan. Täällä Tyynenmeren mannerlaatta törmäsi hitaasti erilliseen mannerlaattaan, joka liikkui nykyisen Karibianmeren alueelta. Kun vastakkaiset laatat kohtasivat, niiden osat puristuivat ylöspäin, ja toinen maasilta alkoi muotoutua. Joitakin Tyynenmeren lautasella kulkevia luumusta syntyneitä saaria ja merenalaisia vuoria kertyi kehittyvän maamassan päälle kuin kirsikoita kuppikakkuun. Näiden matkalla olleiden tuliperäisten vuorten murenevat jäänteet muodostavat monet niemimaan kukkulat ja rantakalliot. Tulivuori purkautuu edelleen kaukana sijaitsevien Galápagos-saarten alla (jotka kuuluvat Ecuadoriin, eivät Panamaan). Sen tarkka muoto ja nykyisten purkausten dynamiikka ovat edelleen arvoituksen kohteena.

Takaisin tutkijoiden laboratorioissa Lamont-Dohertyn ja Virginia Techin laboratorioissa panamalaisten pikriittien kemialliset analyysit auttavat paljastamaan, missä ajassa, missä lämpötiloissa ja missä muissa olosuhteissa kivet muodostuivat. Tutkijat toivovat tämän valaisevan paitsi kannaksen muodostumista myös maan syvyyksissä tapahtuvia prosesseja. Gazel ja muut kollegat ovat työskennelleet Galápagossaarten juolukan parissa jo jonkin aikaa. Heidän ensimmäisiin havaintoihinsa kuuluu, että dinosaurusten ajoista lähtien magmat näyttävät jäähtyneen noin 200 celsiusastetta; myös purkausten koko ja nopeus ovat vähentyneet. Gazelin mukaan tämä saattaa tarkoittaa, että ”manttelipilvet voivat olla kuin ihmiset: ne vanhenevat ja kuolevat”. Mutta tällä on hänen mukaansa vielä matkaa ennen kuin se sammuu – luultavasti kymmeniä miljoonia vuosia.

Nykymuotoisesta maasillasta Gazel suosii nykyistä teoriaa, jonka mukaan se on muodostunut pätkittäin ja aloittaen aikaisemman maasillan tapaan sarjana suoalueita, salmia ja saaria, ehkä 15 miljoonaa vuotta sitten. Noin 8 miljoonaa vuotta sitten liikkuvat saumavuoret nousivat merenpohjasta ja törmäsivät yhteen sulautuviin maamassoihin. Hän uskoo, että juuri nämä vuoret sulkivat lopulta kannaksen kokonaan ja tekivät Panamasta ja Costa Ricasta Amerikan saranapisteen. ”Ilman niitä meillä ei olisi maasiltaa”, hän sanoo. Täydellinen sulkeutuminen on tapahtunut noin 3,5 miljoonaa vuotta sitten, mutta Gazel uskoo, että se on voinut tapahtua pari miljoonaa vuotta aikaisemmin. Tämä on kiistanalaista; muiden tutkijoiden hiljattain tekemän tutkimuksen mukaan se tapahtui 13-15 miljoonaa vuotta sitten.

Tarkasta järjestyksestä ja ajoituksesta riippumatta fossiilit osoittavat, että kymmenien miljoonien vuosien ajan erillisissä Amerikoissa eristyksissä kehittyneet eliöt alkoivat jälleen kerran virrata ja kehittyä pohjoisesta etelään. Jotkut ensimmäisistä olivat sellaisia, jotka pystyivät hyvin uimaan tai ainakin kahlaamaan: etelään suuntautuvat tapiirit, pekkarit ja elefanttimaiset Gomphotheres-lajit sekä pohjoiseen suuntautuvat jättiläislaiskiaiset eli Megatheriumit, joista jotkut olivat jopa 15 metriä pitkiä. Kun maasilta täyttyi, siirtolaisten tulva muuttui tulvaksi. Tämä huipentui muutama miljoona vuotta sitten niin sanottuun suureen amerikkalaiseen biologiseen vaihtoon. Eri aikoina Etelä-Amerikasta virtasivat ylöspäin nykyisten pohjoisamerikkalaisten vyötiäisten, piikkisikojen ja opossumien esi-isät sekä nykyään jo kauan sitten sukupuuttoon kuolleet 9 metriä korkeat lentokyvyttömät petolinnut. Pohjois-Amerikasta alaspäin tulivat peurat, mastodonit, kamelit, pesukarhut, kissat, koirat ja kaikenlaiset jyrsijät. Tuntemattomista syistä pohjoisesta tuleva invaasio oli paljon menestyksekkäämpi kuin etelästä tuleva. Tämän seurauksena monet eteläiset lajit korvautuivat pohjoisilla – nykyisten jaguaarien, laamojen ja muun Etelä-Amerikalle ominaisen eläimistön esi-isät.

Kannaslahti yhdisti maanosia, mutta se jakoi valtameriä. Kun Atlantti ja Tyynimeri erotettiin toisistaan, matalalla, lämpimällä Karibian puolella elävät merenelävät, kuten nilviäiset, kulkivat hyvin erilaisia evoluutiopolkuja kuin kylmemmällä, syvemmällä Tyynenmeren puolella elävät. Myös itse meriveden kierto muuttui täysin; ennen jakoa vesi virtasi idästä länteen, Atlantilta Tyynellemerelle, mutta nyt virtaus oli estynyt. Tämä loi Atlantille pysyvän jättimäisen kiertotien – Golfvirran – joka työntää nyt lämpimiä vesiä tropiikista ylöspäin arktisen alueen reunalle. Lämpimän veden kulkeutuminen antaa nyt Pohjois-Euroopalle sen tavanomaisen lämpimän ilmaston. Ja koska lämpö lisää haihtumista, se on todennäköisesti lisännyt myös pohjoisen sademääriä lumen muodossa. Eri aikoina maapallon kiertokulussa tämä on kerääntynyt jäätiköiksi, mikä on ajanut pohjoisen pallonpuoliskon suuriin jääkausiin, joita on koettu viimeisten miljoonien vuosien aikana. Myös Tyynenmeren puolella säämallit muuttuivat: molempien maanosien länsirannikoiden syvänteet nousivat jatkuvasti ja vallalla oli syklinen El Niño -ilmiö, jossa itäisen valtameren pinta vuoroin lämpenee ja vuoroin jäähtyy. El Niño ohjaa nyt suoraan tai epäsuorasti sademääriä ja siten myös maataloutta vuosikymmenten mittakaavassa suuressa osassa Aasiaa ja molemmilla Amerikan mantereilla.

”Kalliot, meidän tutkimuskenttämme, on niin kapea”, Gazel sanoo. ”Mutta se auttaa meitä myös ymmärtämään paljon maapallon biologiasta ja ilmastosta.”

Panamanan kannas ei ole ainutlaatuinen. Muualla on tullut ja mennyt muitakin maasiltoja. Beringinsalmi, joka nykyisin jakaa Alaskan ja Siperian, on ajoittain ollut Beringin maasilta, kun jääkaudet lukitsivat suuren osan maapallon vedestä jäähän ja laskivat merenpintaa. Se oli ehkä reitti, jota pitkin ihmiset ja muut olennot saapuivat Amerikkaan. Matalamman merenpinnan aikaan muut nyt kadonneet sillat yhdistivät aikoinaan Ison-Britannian Manner-Eurooppaan, Sri Lankan Intiaan ja osan Indonesiaa tai Australiaa Aasiaan. Egyptin Siinain niemimaa yhdistää nykyään Afrikan ja Euraasian, mutta niin ei ollut aina; nämä mantereet olivat kerran erillään toisistaan, ja saattavat olla sitä jonain päivänä jälleen.

Panama on edelleen risteys kaikin tavoin. Kun espanjalaiset tulivat 1500-luvun alussa, he kiinnittivät sen nopeasti kahden suuren valtameren väliseen kapeikkoon ja käyttivät sitä ponnahduslautana valloittaakseen läntisen Amerikan. He puhuivat kanavasta jo vuonna 1524, mutta eivät koskaan toteuttaneet sitä. Vuoden 1849 Kalifornian kultalöytöjen jälkeen kannaksen poikki kulkeva rautatie kuljetti tulvamuuttajat länteen. Ranskalaiset yrittivät rakentaa kanavaa 1880-luvulla, mutta malaria ja maanvyöryt pysäyttivät heidät. Yhdysvaltojen haltuunotto johti 45 mailin pituisen Panaman kanavan valmistumiseen vuonna 1914, ja se on edelleen keskeinen kauppatie. Kahden suuren mantereen välisenä saranapisteenä Panama (samoin kuin Costa Rica) ylläpitää valtavaa biologista monimuotoisuutta: satoja matelija- ja sammakkoeläinlajeja, ainakin 950 lintulajia ja legendaarisia vuosittaisia lintu- ja merikilpikonnavaelluksia Azueron niemimaalla ja sitä ympäröivillä alueilla.

Panamanan kanaali oli siunaus geologeille, jotka saivat monia alkuperäisiä käsityksiään alueen historiasta kaivauksilla paljastuneista kivistä. Nykyään rinnalle kaivetaan vieläkin suurempaa kanavaa, ja tutkijat suuntaavat jälleen sinne. Toistaiseksi Gazel ja Class suosivat kuitenkin villimpää ja syrjäisempää Azueron niemimaata. ”Meidän on tärkeää tulla tänne ja yrittää lukea kiviä”, Gazel sanoo. ”Nautin myös luonnosta. Jäljellä ei ole enää kovin montaa paikkaa, jossa voi päästä näin kauas sivilisaatiosta.”

KATSO SLIDESHOW KENTTÄTUTKIMUKSESTA

KATSO VIDEO KENTTÄTUTKIMUKSESTA