jäävulkanismi

Cereksen outo pyramidi paljastaa kylmiä salaisuuksiaan

Pe, 09/02/2016 - 20:26 Jarmo Korteniemi
Kuva: Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC & Science / AAAS

Science-tiedelehden uusimman numeron kansikuvana komeilee kääpiöplaneetta Cereksen ainoa suuri vuori, Ahuna Mons. Tutkijat ehdottavat sen olevan suolavesimagmaa puskeva tulivuori. Selitykseen jää kuitenkin monia aukkoja.

Ensimmäisten kuvien perusteella Ahuna Mons näytti pyramidilta, mutta on sittemmin osoittautunut paljon mielenkiintoisemmaksi. Melkeinpä mystiseksi.

Vuori on pidemmältä sivultaan 20 kilometriä pitkä. Otsikkokuvassa se komeilee kaksi kertaa todellista korkeampana jylhyysvaikutelman tehostamiseksi. Ahuna Mons on neljän kilometrin korkuinen.

Vuoren synnylle on viimein ehdotettu tieteellistä selitystä. Nimekäs tutkijajoukko ehdottaa Sciencen kansikuva-artikkelissa, että kyse on kryovulkaanisesta piirteestä. Jäisestä tulivuoresta, kryolaavadoomista.

Mutta voi hyvin olla, ettei Ahuna Mons olekaan aivan sellainen kuin tutkimuksessa uskotellaan.

Kryovulkanismi on tuliperäistä toimintaa, jota esiintyy Maata paljon kylmemmillä kappaleilla. Pinnan alta purkautuu sulan kiven sijasta nestemäistä vettä, typpikaasua, metaania tai muita aineita, jotka esiintyvät meilläpäin kaasuina ja nesteinä. Kryopurkauksen lopuksi ne jähmettyvät pinnalle normaalin laavan tapaan, tai häipyvät kaasuina avaruuteen.

Kryovulkaanista toimintaa huomattiin ensimmäisen kerran Neptunuksen Triton-kuun aktiivisista typpigeysireistä. Sen jälkeen prosessi on tunnistettu myös Saturnuksen Enceladus-kuun eteläisisten vesisuihkujen taustalta. Varsinaisia jäätulivuoria taas on löydetty Titanin ja Pluton pinnalta.

Cereksen Ahuna Mons on vuori, jonka huipulla on uurteita, harjanteita ja pehmeitä kukkuloita. Tutkijoiden mukaan tämä kertoo aktiivisuudesta, vuoren kasvusta, halkeilusta ja suolaisen kryomagman ulostulosta.

Mallien mukaan kryovulkanismi on joskus saattanut olla Cereksellä mahdollista, jos olosuhteet ovat olleet oikeat. Mallien täytyy kuitenkin täsmätä todellisuuden kanssa.

Suoria todisteita vulkanismista artikkelissa ei juuri ole. Magmavalumia ei löydy, eikä vuoren materiaali poikkea ympäristöstä, vaikka sen pitäisikin koostua pinnan alta tulleista aineista.

Pienten kappaleiden tuliperäinen toiminta on aina herättänyt epäilyksiä, sillä jatkuva sisäinen aktiivisuus kysyy joko kokoa tai aktiivista nitkutusta. Paljon Cerestä pienempi 4Vesta-asteroidi koki nuoruudessaan lyhyen vulkanismin puuskan, joka kuitenkin hiipui jo yli neljä miljardia vuotta sitten. Kuussa, joka taas on paljon Cerestä suurempi ja vieläpä nitkuu Maan ansiosta, vulkanismi oli mittavaa ja jatkui pitkään, mutta veteli viimeisiään jo miljardi vuotta sitten.

Cereksellä vulkanismi taas olisi tutkijoiden mukaan hyvin tuoretta. Vuoren arvellaan syntyneen dinosaurusten aikaan, virherajat mukaanlukien vain 50-240 miljoonaa vuotta sitten. Kenties paljon myöhemminkin.

Ikäarvio riippuu paljon geo(morfo)logisesta kartoituksesta. Useat kohdat, kuten vaikkapa ruskean yksikön raja ja huipun piirteet, ovat hyvin ylimalkaisia ja jättävät paljon yksityiskohtia huomiotta. Koko  kartoitustyö vaikuttaa hutaistulta.

Kuva: Dawn Science Team & NASA/JPL-Caltech/GSFC
Ahuna Mons suoraan ylhäältä kuvattuna, oikealla tutkimuksen pohjakartta. Vuoren pohjan pituus on 20 km.

Ahuna Mons olisi lisäksi ainoa piste koko pallolla, jossa tuliperäinen toiminta on itsenäisesti puhkaissut pinnan. Herää kysymys, miksi tulivuoria olisi vain yksi, tässä, ja näin jättimäinen? Mikä tekee paikasta erikoisen? Miksi vuori olisi niin tuore, ja mikä aktiivisuuden sai aikaan ja mikä sitä oikein ylläpitää?

Cereksen kuulut "kirkkaat pisteet" lienevät toisenlaisia esimerkkejä kryovulkanismista, mutta niissä tarvittiin törmäyksiä tuomaan sulatusenergiaa ja murskaamaan kryomagmalle helppoja kulkureittejä.

Todisteet Ahuna Monsin vulkaanisuudesta ovat parhaimmillaankin vain viitteellisiä. Mutta parempaakaan mallia ei ole vielä tarjolla.

Palaamme asiaan jos ja kun asia tarkentuu.

Lähteinä käytetty Arizona State Universityn tiedotetta, Sciencen tiedeartikkelia. Kirjoittaja on koulutukseltaan kuva-analysiin erikoistunut planetologi.

Päivitys 3.8.2016: Jutun ingressiä ja alkukappaleita muokattu kuvaavammiksi.

Otsikkokuva: Science / AAAS & Dawn Science Team & NASA/JPL-Caltech/GSFC
Muut kuvat: Dawn Science Team & NASA/JPL-Caltech/GSFC

Cereksen kirkkaat pisteet tarkentuivat tappiin asti

Ke, 03/23/2016 - 15:55 Jarmo Korteniemi
Kuva: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI / Jarmo Korteniemi

Cereksen kirkkaat pisteet alkavat vähitellen hahmottua. Uusista kuvista paljastuvat pinnanmuodot kertovat pinnan alta pursunneesta aineesta.

Cereksen kirkkaista pisteistä on julkaistu uusia kuvia. Optimoitu valotus näyttää nyt ensi kertaa kirkkaiden kohteiden pinnanmuotoja.  Aiemmissa kuvissa kohteet olivat joko liian pieniä tai ylivalottuneita. Uusien kuvien erotuskyky yltää 35 metriin kuvapistettä kohden. Cereksen pinnalla kurvaileva bussi tai näköalapaikalle rakennettu kesämökki saattaisivat siis erottua jo – vaikkeivät välttämättä kokonaista pikseliä täyttäisikään.

Tämän tarkempia kuvia Cereksen pinnalta ei näillä näkymin saada. Dawn-luotain on saavuttanut kääpiöplaneettaa lähimpänä olevan kartoitusratansa, ja sen lento lähestyy loppuaan.

Otsikkokuvassa uusi tarkka kuva on yhdistetty aiemmin otettuun väärävärikuvaan alueesta. Alla kirjoittajan hahmotelma kuvassa näkyvistä piirteistä.

 

Kuvasta erottuu kauniisti, kuinka lähes kaikki kirkkaat alueet ovat mittavan ja haarautuvan halkeamaverkoston varrella.

Laikuksi aiemmassa kartassa nimetty suurin ja kirkkain piste sijaitsee noin kymmenkilometrisen, halkeamien ja kielekkeiden ympäröimän kuopan sisällä. Laikun keskellä nousee 2–3 kilometrin levyinen kohouma, joka lienee kirkkaan materian lähde. Mikä se sitten on, onkin jo vaikeampi selvittää.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA / Jarmo Korteniemi

Yllä: Aiempi kartoitus antaa kontekstia kirkkaiden pisteiden sijainnille. Kuvien erot kertovat kirkkaiden pisteiden kenties muuttuvan varsin nopeasti.

 

Laikun kuoppa ei missään nimessä vaikuta törmäyskraatterilta. Siltä puuttuvat sekä reunavalli (vaikka sellaisen osia voikin halutessaan kuvassa nähdä) että heittelekenttä, eikä kraattereiden reunoja yleensä kierrä halkeamaverkostoakaan. Kuoppa lienee 92-kilometrisen Occator-emokraatterin keskuskuoppa, ja seurausta juuri tuosta törmäyksestä - vastaavia keskuskuoppia löytyy muiltakin taivaankappaleilta. Kun vielä oikealla näkyvät pienemmätkin kirkkaat pisteet sijoittuvat halkeamien varrelle, käy selväksi, että sisäsyntyinen prosessi selittää piirteet parhaiten. Jotain on pursunnut Cereksen pinnan alta.

Materian pursuttamiseksi pinnalle tarvitaan painetta. Maapallon tulivuorissa paine tulee alhaalta, kuuman materian vaatiessa lisää elintilaa, suoladoomeissa (jotka tosin eivät pinnalle asti yleensä tursua) syynä taas on päällä lojuvan kerroksen kasvanut tiheys. Mutatulivuoret ovat edellisten prosessien yhdistelmiä. Pingot ja palsat taas paisuvat maan alla kasvavan jääsydämen ansiosta.

Cereksen kirkkaiden pisteiden materia on hyvin suolapitoista – eivät kuitenkaan natriumkloridia vaan magnesiumsulfaattia. Kun tieto yhdistetään muutaman vuoden takaisiin ja nyt varmistettuihin löytöihin kääpiöplaneetan moninaisista vesiprosesseista, kuva alkaa selkiytyä. Luultavasti Laikku ja sen pienet serkut ovat jonkinlaisen meikäläisittäin ajateltuna varsin eksoottisemman tulivuoritoiminnan aikaansaamia. Suolaista vettä, vetistä suolaa, ja kenties koko systeemiä ajaa Occatorin varsin tuoreen kraatterin indusoima lämpö. Laikun keskiosat vaikuttavat myös olevan tiheämpää materiaalia kuin ympäröivä seutu.

Tai sitten ne ovat jotain hieman muuta. Vaikka kirkkaat pisteet siis erottuvatkin jo varsin selvästi, alkuperä jää vielä vähäksi aikaa hämärän peittoon.

Suomessa uusista kuvista kertoi ensimmäisenä Helsingin Sanomat.

Kirjoittaja on luotainkuvien analyysointiin erikoistunut planeettageologi.

Päivitys 23.3.2016 klo 20.00: Otsikkoa muutettu.
Päivitys 23.3.2016 klo 22.00: Selvennetty ensimmäistä leipätekstikappaletta.

Päivitys 24.3.2016 klo 17.30: Lisätty linkki Helsingin Sanomien juttuun.

Kaikki kuvat: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI / Jarmo Korteniemi

Cereksen kirkkaista pisteistä erottuu jotain ... todella outoa

To, 09/10/2015 - 12:14 Jarmo Korteniemi
Kuva: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA / Jarmo Korteniemi

Cereksen pinnalta huomattiin jo Dawn-luotaimen varhaisissa kuvissa useita selittämättömiä kirkkaita alueita. Vastikään pari niistä saatiin kuvattua entistä tarkemmin (katso eilinen juttumme aiheesta). Tässä jutussa katsotaan, mitä siellä tarkalleen näkyy.

Kuvaa hallitsee 92-kilometrinen törmäyskraatteri nimeltään Occator. Se on varsin tyypillinen kompleksinen kraatteri, joka ei enää pienten kraatterien tavoin ole maljamainen. Sen pohja on jokseenkin tasainen, reunat ovat laajalta alueelta romahtaneet terasseiksi, ja keskeltä löytyy jonkinmoinen kohouma. (Lisää Cereksen kraattereita voi muuten katsella Emily Lakdawallan blogista.)

Occatorin pohjalla on kaksi kirkasta läiskää. Jotta tiedämme missä mennään, ristimme kirkkaamman ja keskellä olevan tässä jutussa Laikuksi. Himmeämpi kohde koillisessa olkoon Suttu.

Mitä Laikku ja Suttu sitten ovat? Esitän alla muutaman valistuneen arvauksen niiden alkuperästä. Kirkkaus kuitenkin johtuu jokaisessa aivan samasta asiasta: jäästä (tai jostain suolaisesta jääliuoksesta). Kaikissa tuo tavara on peräisin pinnan alta.

Vaihtoehto 1: Törmäyskraattereita?

Aivan Laikun keskellä on lähes täydellisen pyöreä, kolmekilometrinen rinkula. Se voisi hyvin olla törmäyskraatteri (sellainen maljamainen), jolloin mutkikkaampi kirkas alue ympärillä olisi pinnalle lentänyttä jääpitoista tavaraa. Sutun taas voi nähdä rykelmänä pikkukraattereita, jotka syntyivät pääkappaleesta irronneiden palasten (tai ehkä vain sitä seuranneiden kuiden?) törmäyksissä.

Mutta suuremmillakin Cereksen kraattereilla on ympärillään jäinen heittelekenttä. Kuvia parista löytyy täältä. Vastaavia tuoretta jäätä paljastaneita törmäyksiä on löydetty useita esimerkiksi Marsista. Niissä kraattereiden läpimitta on tosin ollut paljon pienempi, yleensä vain kymmeniä metrejä.

Törmäysidea ei ole aivan ongelmaton. Laikku on tismalleen keskellä Occatoria. Vaikka tämä on tietysti mahdollista (törmäykset kun ovat satunnaisia), se on myös epätodennäköistä. Ja lisäksi Occatorin pohjan suuri halkeamamäärä johdattaa ajatukset toisaalle.

Vaihtoehto 2: Tulivuoria ja purkausaukkoja?

Occatorin oudoin piirre on suuri halkeamavyöhyke. Se lähtee viuhkamaisena eteläiseltä seinämältä ja ulottuu selvästi törmäysaltaan keskelle asti. Halkeamat kiertävät Laikkua samankeskisinä kaarina, lähes ympyröinä. Osa niistä kääntyy koilliseen, muuttuu epäselvemmiksi viivoiksi, ja päätyy keskelle Suttua. Sutun kirkkaat alueet vieläpä keskittyvät viivojen ympärille.

Yllä: Kuun Atlas-kraatterin pohjalla risteilee halkeamia. Paikoin halkeamat ovat toimineet myös purkauspaikkoina paikalliselle tulivuoritoiminnalle (tummat läiskät halkeamien varsilla). Kuva: Nasa/USGS

Laikku voisi hyvinkin olla (jää)tulivuoren purkausaukko. Se näyttää sellaiselta. Sitä kiertävät halkeamakaaret olisivat merkki pinnan vajoamisesta, joka johtui (jää)magmasäiliön tyhjenemisestä sen alla. Himmeämpi Suttukin saa kirkkautensa (jää)vulkanismista, mutta useiden pienempien purkausten aiheuttamana. Siellä purkauspaikkoina toimivat halkeamat, aivan kuten Kuussakin (tämä näkyy vaikkapa ylläolevasta kuvasta). Vaikka Kuussa purkausjäljet ovat yleensä ympäristöä tummempia, Ceresin olosuhteissa ympärille purskahtanut jäälaava näkyisi kuitenkin kirkkaana.

Mutta eihän asia tietenkään ole noinkaan yksiselitteinen. Halkeamat kertovat pinnan venymisestä ja repeämisestä. Occatorin halkeamaviuhka on outo ja epäselvä, eikä muistuta Marsin tai Kuun kraattereista löytyviä vulkaanisia tai tektonisia repeämiä. Syy voi olla yksinkertaisesti Ceresin erilaisissa aineissa. Tai sitten halkeamat eivät olekaan ihan täysin vulkaanista alkuperää.

Vaihtoehto 3: Jotain vähän sinnepäin mutta ei kuitenkaan?

Halkeamien järjestäytyminen viuhkaksi voi kertoa niiden seuraavan jotain jähmettynyttä valumaa, tai pinnanalaista salaojaputkiston tyylistä rakennetta. Silloin ne olisi helppo liittää Occatorin altaan syntyaikoihin, sen kuuman pohjamateriaalin virtaamiseen, jäähtymiseen ja jähmettymiseen. Kun ajatusta kehittää vielä eteenpäin, Laikulle ja Sutulle löytyykin tästä uusia syntyvaihtoehtoja. Ne voisivat olla Occatorin törmäyksen aiheuttamia. Voi olla, että kraatterin pohjan pinta jäähtyi, mutta alle jäi kuumaa ja kenties paineen alaista tavaraa. Tämä sitten lopulta purkautui Laikun (ja pienemmässä määrin Sutun) kautta pihalle. Halkeamat syntyivät alla olevan tavaran poistuttua.

Oli jää päässyt pinnalle millä mekanismilla tahansa, yksi asia on varma. Tapahtuma on geologisesti tuore, sillä jää ei liene edes Ceresin tienoilla pinnalla kauaa selviävä aine. (Vai suojaako jäätä ehkä sen suolaisuus?) Occatorin pohjalta ei näytä löytyvän montaakaan tuoreempaa kraatteria, joten ehkä Occatorin törmäys tapahtui varsin äskettäin, tuhansia tai miljoonia vuosia sitten? Tai ehkä altaan pohja uusiutuu ja on jollain tasolla yhä vieläkin geologisesti aktiivinen?

Laikku ja Suttu voivat olla sopivasti osuneiden törmäysten jälkiä, ja halkeamat vanhempia. Ehkä halkeamat jopa aktivoituivat uudelleen törmäyksen jälkeen? Ehkä halkeamien pohjois-etelä -pääsuunta kertoo vain jostain laajemmasta heikkousvyöhykkeestä, joka ei tässä kuvassa vain tule esille?

Paljon kysymyksiä. Mikä vaihtoehto (jos mikään) on oikea? Se riippuu piirteiden ikäsuhteista ja yksityiskohdista. Laikusta ja Sutusta täytyy siis saada vieläkin tarkempia kuvia ja muita mittauksia. Niitä on onneksi luvassa, sillä luotain kartoittaa kääpiöplaneettaa luultavasti ainakin tämän vuoden loppuun, todennäköisesti pidempään. Käytännössä siihen asti, että sen hydrasiinivarastot loppuvat.

Päivitys 11.9.: Korjattu Occator-kraatterin epäselvää kuvausta. Kyse on kompleksisesta kraatterista eikä törmäysaltaasta, kuten aiemmin saattoi ymmärtää. Ne ovat kaksi eri asiaa.

Otsikkokuva: Dawn-luotaimen ottama kuva Ceresin kirkkaista pisteistä ja kirjoittajan tekemä nopea hahmotelma alueesta. NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA / Jarmo Korteniemi

Kirjoittaja on planetologi, joka tutkinut niin törmäyskraattereita, tulivuoria kuin veden ja jäänkin toimintaa monilla planeetoilla. Tällä hetkellä tekeillä on kirja Suomen törmäyskraattereista.