vulkanismi

Meteoriitti paljasti - tulivuoria oli ennen planeettoja

Ma, 09/09/2019 - 20:47 Jarmo Korteniemi
Kuva meteoriitista. (ASU Center for Meteorite Studies)

Aurinkokunnan alkuvaiheista on tehty uusi erikoinen löytö. Tutkijat huomasivat poikkeuksellisen vanhan meteoriitin olevan vulkaanista alkuperää. Kivi osoittaa, että tulivuoria saattoi kehittyä jo melko pienillä kappaleilla, kauan ennen planeettojen syntyä.

Muutama vuosi sitten tuntematon meteoriittien etsijä löysi 453-grammaisen epätavallisen kiven hiekkadyyniltä Mauritaniasta. Vuonna 2017 se myytiin alueella käyneelle tutkijalle, ja on nyt nimetty tunnuksella NWA 11119. (Sivukommentti: Se on siis järjestyksessä 11119. Luoteis-Afrikasta (North-West Africa) löydetty ja nimetty meteoriitti.)

Kivi on meteoriitiksi epätavallisen näköinen. Pinnan sulamiskuori on oliivinvihreä ja sisempi aines vaaleampaa kuin useimmissa meteoriiteissa. Kiveä täplittävät kauniin vihreät pyrokseenikiteet.

Varsinaisesti meteoriitin tekee kuitenkin erikoiseksi kaksi asiaa: sen ikä ja kivilaji. Kumpikaan ei yksinään ole kovin erikoinen asia, mutta yhdessä ne kertovat jotain ennenkuulumatonta aivan Aurinkokunnan alkuajoista.

Tutkimus aiheesta julkaistiin Nature Communications -julkaisusarjassa.

Kumpi oli ensin - tulivuori vai planeetta?

Noin 4,6 miljardia vuotta sitten Aurinkokuntamme alkoi muotoutua (tähtitieteellisesti) pienen pöly- ja kaasupilven tiivistyessä. Sen keskelle syttyi Aurinko. Ympäröivä aines painui pyöriväksi kiekoksi, jossa pöly ja ainemuruset takertuivat ja törmäilivat toisiinsa, synnyttäen aina vain suurempia kappaleita, jotka jatkoivat edelleen yhdistymisiään. Syntyi kilometrisiä "planetesimaaleja", niistä edelleen protoplaneettoja, ja lopulta planeettoja.

Sama prosessi jatkuu yhä. Kaikkein viimeisimpiä planeettojen kokoa kasvattavia hitusia ovat niiden pinnalle putoavat meteoriitit. Nyt me vain satumme olemaan täällä, tulkitsemassa hitusten mukana tulevaa tietoa muinaisesta maailmasta.

Analyysien mukaan NWA 11119 on 4,5651–4,5645 miljardin vuoden ikäinen. Se siis syntyi kymmeniä tai satoja miljoonia vuosia ennen Maata tai muita planeettoja ja edustaa näin Aurinkokunnan vanhimpia aineksia. (Sivukommentti: Se ei kuitenkaan ole juuri se kaikkein vanhin löydetty meteoriitti. Tuo titteli on tällä haavaa NWA 2364:llä, josta on mitattu vielä 3–4 miljoonaa vuotta NWA 11119:kin vanhempia ikiä.)

Monet NWA 11119:n ominaisuudet kertovat sen olevan selkeästi vulkaanista alkuperää. Kolmannes kivestä on tridymiittia, kvartsin kaltaista suuressa lämpötilassa syntyvää silikaattimineraalia. Vastaavia osuuksia tridymiittiä on tähän mennessä löydetty ainoastaan joistain Maan vulkaanisista kivistä. Kiveä täplittävä pyrokseeni taas syntyy kiteytymällä sulasta magmasta paineen pienentyessä. Kivessä on lisäksi paljon merkkejä nopeasta jäähtymisestä, mistä voi päätellä kiven päätyneen vauhdilla hyvin kuumasta hyvin kylmään. Tärkeintä kuitenkin on meteoriitin kivilaji, andesiitti.

Andesiittia syntyy tiettävästi ainoastaan monimutkaisten geologisten prosessien myötä. Emokappaleen täytyy ensinnäkin olla varsin pitkälle "differentioitunut" eli erottunut: raskaat aineet ovat vajonneet sen sisällä syvemmälle samalla kun kevyemmät aineet kelluvat pinnalla. Myöhemmin raskaamman syväaineksen täytyy nousta sulana pintaan paineen vaikutuksesta, ja matkalla osan siitä pitää kiteytyä. Magman tulee myös pystyä sulattamaan päällä olevaa silikaattista kevyttä materiaa, minkä jälkeen kivisulien tulee sekoittua, ennen pinnalle purkautumista.

Maapallolla andesiittia löytyy etenkin saarikaarten tulivuorista. Merellisen basalttisen laatan painuessa mantereisen alle se sulaa, ja magma alkaa nousta ylöspäin. Pinnalle syntyy tulivuoria, joista joistain purkautuu andesiittista laavasekoitusta.

Videolla pyöritellään palasta tutkittua meteoriittia.

Andesiittia on toistaiseksi löydetty lähinnä Maasta. Lisäksi siitä on löydetty viitteitä ainakin Marsista. Kivilajin on pitkään oletettu syntyvän vain varsin suurilla ja pitkälle kehittyneillä planeetoilla, ehkä protoplaneetoillakin

Muinaista andesiittia on kuitenkin löydetty myös meteoriiteista aiemminkin, mutta nuo kivet ovat olleet selvästi NWA 11119:ä nuorempia. Niiden emo(proto)planeetoilla oli 40 miljoonaa vuotta enemmän aikaa kasvaa ja differentioitua.

NWA 11119 on nyt kaikkein vanhin tunnettu magmakivestä koostuva meteoriitti - tai magmakivi ylipäätään. Sen materia on siis alunperin purkautunut sulana jonkin suurehkon emo(proto)planeetan syvemmistä kerroksista pinnalle. Oletetun syntyprosessin mukaan emon aines myös lieni varsin pitkälle erottunutta. Toistaiseksi ei kuitenkaan ymmärretä, kuinka riittävän suuria protoplaneettoja olisi vielä ehtinyt syntyä vain muutaman miljoonan vuoden ikäisessä Aurinkokunnassa.

Nyt tehty löytö joko työntää Aurinkokunnan syntyä hieman taaksepäin, tai antaa aiheen pohtia voisiko andesiittia syntyä muutoinkin kuin vain suurilla pitkälle kehittyneillä (proto)planeetoilla.

NWA 11119 lieneekin siis peräisin joltain aiemmin tuntemattomalta emokappaleelta, minkä kokoinen se sitten olikin - planetesimaali, protoplaneetta tai jotain muuta. Suurin osa tuosta kappaleesta on luultavasti käytetty jonkin planeetan rakennusaineeksi, tai sitten se on levinnyt avaruuteen suuren törmäyksen ansiosta. (Sivukommentti: Happi-isotoopianalyysin myös meteoriitit NWA 7235 ja Almahata Sitta saattavat olla peräisin samalta kappaleelta. Jos näin oli, ne ovat kuitenkin peräisin täysin eri alueelta sen pinnalla.)

"Tämä tutkimus on avain siihen, kuinka planeettojen rakennuspalikat muodostuivat. Olemme nyt löytäneet periaatteessa puuttuvan palasen palapeliimme. Siitä näkee, että tuliperäiset prosessit toimivat pienten masuunien tavoin ja prosessoivat suuren osan Aurinkokunnan kiinteistä aineista. Lopulta se johti planeettojenkin syntymiseen", summaa tutkimuksessa mukana ollut, Uuden Meksikon yliopiston meteoriitti-instituutin johtaja Carl Agee.

Löydön myötä vaikuttaa siltä, että vulkanismi (ja raskaiden ja kevyiden aineiden erottuminen) saattoikin käynnistyä jo paljon aiemmin ja paljon pienemmillä kappaleilla kuin on aiemmin oletettu. Kauan ennen kuin ne planeetan kokoisia kappaleita muodostui.

Lähteet: Srinivasan ja kumpp.: Silica-rich volcanism in the early solar system dated at 4.565 Ga (Nature Communications 2018); Arizonan valtionyliopiston tiedote.

Aloituskuva: ASU Center for Meteorite Studies

Dinosaurukset kulkivat 166 miljoonassa vuodessa katastrofista katastrofiin

Ti, 04/17/2018 - 11:48 Markus Hotakainen

Vallitsevan käsityksen mukaan dinosaurukset katosivat, kun Maahan osui 66 miljoonaa vuotta sitten iso asteroidi. Tai ainakin se oli viimeinen naula jättiläisten arkkuun.

Tuoreen tutkimuksen mukaan myös dinosaurusten valtakauden alkua siivitti katastrofi, 232 miljoonaa vuotta sitten sattunut joukkotuho. Triaskauden loppupuolella, Carnia- ja Noricum-vaiheiden rajalla ilmasto näyttää muuttuneen hyvin rajusti.

Syypää on tutkijoiden mukaan todennäköisesti voimakas vulkanismi, joka tuolloin käynnistyi nykyisen Kanadan länsiosien ja Alaskan alueella. Tulivuoret syytivät ilmaan savua, tuhkaa ja erilaisia kaasuja, jotka saivat ilmaston lämpenemään ja muuttumaan aiempaa huomattavasti kosteammaksi.

Suuri osa silloisista eläinlajeista ei pystynyt sopeutumaan nopeisiin muutoksiin, mutta dinosauruksille kosteat olot tarjosivat tilaisuuden ottaa Maan herruus haltuunsa. Dinosauruksia oli esiintynyt jo triaskauden alusta lähtien, mutta ne olivat harvinaisia ensimmäisten 13 miljoonan vuoden ajan.

Tutkijat ovat nyt tarkastelleet Italian Dolomiiteilta löytyneitä dinosaurusten kivettyneitä jalanjälkiä. Carnia-vaiheen mullistuksia edeltävältä ajalta jälkiä ei ole ollenkaan, sitten niitä on paljon. Ajallinen raja on hyvin selvä.

Tulkintaa tukevat Argentiinasta ja Brasiliasta tehdyt fossiililöydöt, joiden perusteella dinosaurukset yleistyivät siellä samaan aikaan lähes räjähdysmäisesti.

"Olimme tutkineet Dolomiittien jalanjälkiä jo jonkin aikaa ja oli hämmästyttävää, miten selvä muutos on tapahtunut 'ei dinosauruksista' 'pelkkiin dinosauruksiin'”, tutkimusta johtanut Massimo Bernardi toteaa.

Carnia-vaiheen lopulla tapahtuneen ilmastonmuutoksen on aiemminkin arveltu aiheuttaneen merkittäviä muutoksia maapallon elämässä. Vuonna 2015 saatiin kerrostumien ajoitukset sekä hapen ja hiilen runsauksia koskevat mittaukset linkitettyä toisiinsa.

"Olemme löytäneet Dolomiiteilta todisteita ilmastonmuutoksesta. Lämpenemistä ja ilmaston rajua vaihtelua tapahtui neljään otteeseen suunnilleen miljoonan vuoden aikana. Sen on täytynyt aiheuttaa toistuvia sukupuuttoaaltoja", arvioi Piero Gianolla.

"Joukkotuho ei ainoastaan raivannut tietä dinosaurusten valtakaudelle, silloin saivat alkunsa myös monet nykyiset lajiryhmät, kuten liskot, krokotiilit, kilpikonnat ja nisäkkäät", Mike Benton lisää.

Tutkimuksesta kerrottiin Bristolin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Nature Communications -tiedelehdessä.

Kuva: Davide Bonadonna

Italian supertulivuoren purkaushistoria onkin yllättävän vaatimaton

Su, 05/21/2017 - 12:43 Jarmo Korteniemi
Kuva: Jarmo Korteniemi 2017

Campi Flegrei on jyhkeä tulivuori Napolin kupeessa. Sen purkausten yrmeys on hiipunut aikojen saatossa paljon. Tulevaan purkaukseen kannattaa varautua, muttei sitä kannata pelätä.

Campi Flegrei on suuri, mutta paikan päällä varsin huomaamaton tulivuori. Se ei itse asiassa edes ole vuori, vaan pari sisäkkäistä loivareunaista kalderaa (eli romahduksessa syntynyttä kattilalaaksoa). Laakson alueelta löytyy useita purkausaukkoja - joista useat sitten näyttävät omilta pieniltä vuoriltaan. Vuorten laella on vielä näihin yksittäisiin pihauksiin liittyviä pienempiä kalderoita.

Campi Flegrei on vähintäänkin 160 000 vuoden ikäinen. Se on purkautunut 1000–50 000 vuoden välein varsin voimakkaasti (räjähtävyystaso VEI 6–7). Näiden isojen räjähdysten väliin mahtuu lukuisia maltillisempia purkauksia.

Vuoren iäksi sanotaan kuitenkin monissa lähteissä vain 40 000 vuotta. Tuolloin nimittäin sattui vuoren kaikkein suurin tunnettu ja myös tuhoisin purkaus. Sen tuottamat kerrokset peittivät ja/tai tuhosivat suurimman osan vanhemmista jäljistä.

Purkaushistorian monet mutkat

Runsaat 39 000 vuotta sitten vuorella sattui käänteentekevä ja kuuluisa jättipurkaus. Vulkaanisella räjähdysasteikolla tapahtuman taso oli VEI 7–7.1. (VEI eli volcanic explosivity index on logaritminen asteikko, joka kertoo ilmaan nousseen kiviaineksen määrästä ja samalla purkauksen suorasta vaarallisuudesta. Vertailun vuoksi Pompeijin 79 jaa. tuhonnut purkaus oli voimakkuudeltaan VEI 5 ja lentokaaoksen aiheuttanut Eyjafjällajökullin 2010 purkaus Islannissa vain VEI 4.)

Tässä Campi Flegrein suurimmassa purkauksessa ilmaan sinkoutui 150–500 kuutiokilometriä kuumaa kiviainesta, pääosin tuhkaa. Magmasäiliön tyhjentyessä sen katto romahti, synnyttäen suuren noin 20x25 -kilometrisen kalderan. Napoli sijaitsee nykyisin tuon kalderan itäreunalla.

Purkauksen aikaansaama alueellinen tuho oli merkittävää, sillä tuhansia neliökilometrejä Italiaa ja Välimeren aluetta peittyi paksuilla ignimbriitti- ja tuffikerroksilla. Napolin tienoilla peite oli noin sadan metrin paksuinen, ja Mustanmeren pohjoispuolellakin vielä viitisen senttimetriä. Purkaus laski globaalia lämpötilaakin, arviolta 1–2 asteella, muutamaksi vuodeksi. Tapahtuman on myös ehdotettu olevan syynä moniin suurpiirteisesti noina aikoina sattuneisiin sukupuuttoihin, mutta asian syy-seuraussuhteen varmistaminen on työlästä, ellei mahdotonta.

Suuren kalderansa vuoksi Campi Flegrei on saanut epävirallisen tittelin "supertulivuori". Termiä käytetään lähinnä mediassa – tieteellisesti se on täysin turha.

Kuva: Jarmo Korteniemi 2017
Vertaa otsikkokuvaan, jossa näkyvät alueen asutuskeskukset.

Toinen suuri (VEI 6) purkaus sattui noin 15000 vuotta sitten. Tuolloin ilmaan nousi ja ympäristöön levisi "vain" kymmeniä kuutiokilometrejä kiviainesta. Loppuromahduksessa syntyi hieman pyöreämpi 15-kilometrinen kaldera isomman sisälle. Pozzuolin kaupunki sijaitsee tämän kalderan keskellä.

Sittemmin Campi Flegrei on purkautunut noin 20 kertaa kolmessa päävaiheessa (8500–7500 eaa., 6700–6300 eaa. ja 2900–1700 eaa.). Samalla aktiivisuuden keskus on liikkunut ympäri kaldera-aluetta. Kaikki nämä purkaukset olivat kuitenkin pienehköjä (VEI 2–5) ja aiheuttivat vain paikallista tuhoa. Purkausaukkojen kohdalle syntyi pienen vuoren näköisiä tuhkakeiloja.

Historiallisena aikana on sattunut kaksi purkausta. Niistä ensimmäinen oli hyvin vaatimaton (VEI 1, vuonna 1198), ja saattoi itse asiassa olla vain suuri hydroterminen reaktio, eikä suoraan tuliperäinen. Kaikkein viimeisin purkaus (VEI 3) sattui 1538 ja kesti noin viikon.

Kolmen kuulun tulivuoren purkaukset aikajanalla.

Nykyinen aktiivisuus

Viimeisten 70 vuoden aikana Campi Flegrein alueen aktiivisuus on jälleen lisääntynyt. Siellä on sattunut lukuisia maanjäristyksiä 50-luvulta lähtien, ja kalderan keskiosa on alkanut hitaasti kohota - tismalleen Pozzuolin kaupungin alla.

Todennäköisesti luvassa on siis pitkästä aikaa uusi purkaus, mutta itse tapahtumaan voi kulua vielä kymmeniäkin vuosia. Tulivuorten toiminnan ennustaminen ei ole lähimainkaan yhtä tarkkaa kuin purkaustuhojen jälkikäteen tulkitseminen.

Nykyinen kohoaminen on kuitenkin vain alle kolmanneksen vuoden 1538 purkausta edeltäneestä. Tuolloin (mallien mukaan) purkauskeskuksen kohta kohosi noin 17 metrillä purkausta edeltäneen sadan vuoden aikana. Nyt kohoaminen on optimistisimmankin näkemyksen mukaan vasta neljässä metrissä. Tämä tarkoittaa, ettei magmasäiliössä todennäköisesti ole läheskään yhtä suuri paine kuin 479 vuotta sitten.

Jos purkaus sattuu siis pian (eikä vuoren paine kasva sitä ennen), se ei luultavasti tule olemaan kovinkaan suuri. Purkauksen aiheuttamista vaaroista tarkemmin toisessa Campi Flegrei -jutussamme.

Napolin kaakkoispuolella sijaitseva pahamaineinen Vesuvius voi olla yhtä vaarallinen (tai vaarallisempikin) kuin Campi Flegreikin. Pelkästään viimeisen tuhannen vuoden aikana se on purkautunut kymmeniä kertoja, ja sillä on tiettävästi myös ollut useampia suurehkoja (VEI 5) purkauksia kuin Campi Flegreillä! Vesuviuksenkin puolella Napolia lähettyvillä elää paljon väkeä, jotka ovat vaarassa vuoren purkautuessa yllättäen.

Sekä Vesuvius että Campi Flegrei kuuluvat Napolinlahden kohdalle keskittyneeseen Campanin tulivuorikaareen. Italian länsirannikon pitkä tulivuoriketju ulottuu kokonaisuudessaan aina Sisiliasta Rooman pohjoispuolelle. Syynä niiden syntyyn on Afrikan ja Euraasian mannerlaattojen törmäys.

Kirjoittaja on tulivuoriakin tutkinut planetologi.

Lähteet: Global volcanism program, Kilburn et al. (2017), Chiodini et al. (2016), Volcano Global Risk Identification and Analysis Project

Päivitys klo 13.20: Lisätty alkuun lyhyt alustus yli 40 000 vuotta vanhemmista purkauksista.

Otsikkokuva: Campi Flegrein korkeuserot sekä asutuskeskukset.

Campi Flegrei -tulivuori on vaarallinen - mutta kuinka vaarallinen?

Su, 05/21/2017 - 12:24 Jarmo Korteniemi
Kuva: Fiore Silvestro Barbato

Supertulivuorenakin tunnettu mediasensaatio Campi Flegrei saattaa piakkoin purkautua Italiassa. Vaikka purkaus ei tule olemaan mikään todellinen maailmanluokan show, se on omalla tavallaan merkittävä.

Campi Flegrei on suuri tulivuori Italiassa. Se ulottuu Napolin keskustasta länteen aina Tyrrhenanmeren rannalle asti.

Viime aikoina vuori on ollut erityisen paljon uutisissa, sekä uuden aktiivisuusjakson että tuoreiden tutkimusten vuoksi. Vuoresta puhutaan usein mediassa vaarallisena "supertulivuorena", koska se on purkautunut aikoinaan erittäin voimakkaasti. Lisää vanhemmista episodeista toisessa Campi Flegrei -jutussamme.

Mutta millaista on nyt odotettavissa?

Viimeisen 70 vuoden aikana vuori on oikutellut useaan otteeseen. Alueella on tapahtunut tuhansia, joskin pieniä maanjäristyksiä (ks. kuva alla). Samalla kalderan keskiosa on kohonnut hitaasti. Tämä kertoo siitä, että vuoren alla olevaan magmasäiliöön pumppautuu aika ajoin lisää sulaa kiveä. Parinkin teoreettisen mallin mukaan magmasäiliön paine on kasvanut niin, että seuraava purkaus voi sattua geologisesti katsoen varsin pian. Käytännössä tuo voi kuitenkin viedä kymmeniä vuosia, tai purkaus voi alkaa ensi kuussakin.

Luvassa ei kuitenkaan ole mitään superpurkausta. Päinvastoin: se tulee luultavasti olemaan varsin pieni. On lähes varmaa, ettei se aiheuta hämminkiä koko Euroopassa. Voi olla, etteivät edes kaikki napolilaiset huomaakaan koko tapahtumaa. Purkaus ei aiheuttane ydintalvea, kesättömiä vuosia, tai edes punertuvia taivaanrantoja. Taivaalta ei satane metrikaupalla tuhkaa yhtään missään, ja lentokoneetkin saavat luultavasti lentää ihan vapaasti.

Jos Campi Flegrei siis purkautuu lähitulevaisuudessa ollenkaan – teoreettiset mallit voivat hyvin olla väärässäkin. Vuori voi myös rauhoittua odottelemaan muutamia satoja tai tuhansia vuosia.

Kuva: Kilburn et al. (2017)

Mitä jos kuitenkin?

Hyvinkin pieni Campi Flegrein purkaus voi kuitenkin olla vaaraksi suurelle ihmisjoukolle, koska alue on tiheään asuttua. Napolin metropolialueen länsiosa on rakennettu vuoren 39 000 vuotta vanhan kalderan pohjan päälle. Metropolin muutamasta miljoonasta ihmisestä vaaravyöhykkeellä asuu arviolta kymmenesosa.

Jo pelkästään todennäköisimmän purkauspaikan, eli Pozzuolin kaupungin, väkiluku on hieman alle satatuhatta. Sopivalla tuulella purkauksessa ilmaan päässyt tuhkapilvi saattaisi helposti aiheuttaa ongelmia Napolin keskustassakin asti.

Tulivuoren purkautuessa suurimman uhan ihmisille muodostaa juuri ilmaan nouseva tuhka, joka koostuu terävästä kivipölystä. Se aiheuttaa keuhko-ongelmia hengitettynä ja tukkii helposti polttomoottorien ilmanoton. Maanpinnalle nietoksiksi sataessaan tuhka saattaa haitata ajoneuvojen liikkumista muutoinkin.

Laavavirrat, myrkylliset purkauskaasut ja lentävät kivenmurikat (vulkaaniset pommit) ovat vaaraksi ainoastaan purkauspaikan välittömässä läheisyydessä.

Miten suuri purkaus sitten on luvassa, ja koska? Kumpaakaan ei voi ennustaa varmasti, mutta jotain voi kuitenkin päätellä vuoren historiasta ja nykyaktiivisuudesta tehdyistä havainnoista. Käsittelemme tätä toisessa Campi Flegrei -jutussamme.

Kirjoittaja on tulivuoriakin tutkinut planetologi.

Lähteet: Kilburn et al. (2017), Chiodini et al. (2016)

Otsikkokuva: Näkymä Campi Flegrein tuoreimman purkausaukon kraatteriin (Fiore Silvestro Barbato)

Islannin jättipurkauksen kulku viimein selvitetty

To, 08/11/2016 - 15:35 Jarmo Korteniemi
Kuva: Magnús T. Gudmundsson ja kumpp. / Science 2016

Islannin suurin tulivuorenpurkaus yli 200 vuoteen loppui puolitoista vuotta sitten. Nyt julkaistu tutkimus selvitti, mitä vuoren sisällä oikein tapahtui.

Islannin viimeisen jättipurkauksen lopulliset mitat on julkistettu. Samalla harvinaisen purkaustyypin toimintamekanismi saatiin kunnolla selvitettyä. Tutkimus julkaistiin heinäkuun puolivälissä tiedelehti Sciencessa.

Bárðarbunga [Baur-thar-bunga] -vuoren purkaus sattui vuosien 2014–2015 aikana Keski-Islannin aavikkoseudulla. Sen haitat ihmisille jäivät myrkyllisiin kaasupilviin, joita tuulet puhalsivat rannikon kyliin ja kaupunkeihin.

Kyse oli kuitenkin maan mittavimmasta purkauksesta sitten vuoden 1783. Tiedetuubi seurasi tapahtumia päivä päivältä pitkässä seuranta-artikkelissa.

Nyt julkaistu tutkimus keskittyi erityisesti kalderaromahduksen osuuden selvittämiseen. Kaldera syntyy, kun osa vuorta romahtaa alas magmasäiliön päälle. Tapahtuman merkitys on ollut jonkinasteinen kysymysmerkki. On esimerkiksi esitetty, että huima massa toimisi prosessia ajavana mäntänä, puristaen viimeisetkin magmapisarat ulos. Tutkimus kertoo kuitenkin muuta.

Kalderaromahdukset liittyvät erityisen suuriin purkauksiin, ja ovat harvinaisia ja yleensä varsin syrjäisiä. Niitä on sattunut koko planeetalla vain seitsemän sitten 1900-luvun alun, ja yleensä niitä päästään tutkimaan vasta itse tapahtumien jälkeen.

Bárðarbungan tapauksessa tapahtumien kulkua saatiin seurata alusta loppuun tiheän valvontaverkoston vuoksi. Tutkimuksessa yhdistettiin paljon erilaisia aineistoja vuoren ja sitä peittävän jäätikön muutosten selvittämiseksi. Mukana oli esimerkiksi seismisiä havaintoja, satelliitti- ja pintatutkimuksia, tutkaluotausta, sekä tietokonemallinnusta.

Tapahtumien kulku

Kaiken alku oli 12 kilometrin syvyydellä vuoren alla sijaitsevassa pitkäikäisessä magmasäiliössä. Kun sinne pumppaantui altapäin vielä lisää sulaa kiveä, säiliön paine kasvoi. 16.8.2014 sen seinämä antoi viimein periksi. Magma alkoi tunkeutua kallioon repien rakoa kohti itäkoillista. Kärjen etenemistä säesti tiheiden maanjäristysten parvi.

Jo muutaman päivän päästä, kun säiliöstä oli poistunut vain noin 0,3 kuutiokilometriä magmaa, ja paljon ennen itse purkausta, tapahtui jotain uutta. Sarja suuria maanjäristyksiä suoraan vuorelta.

Magmasäiliön ylipaineen hellittäessä sen yläpuolella oleva kallio ei ollut enää kunnolla tuettu. Vanhaa ja aiemminkin samasta syystä romahtanutta kalderaa reunustavat rengashalkeamat aktivoituivat uudelleen. Kalderan pohja alkoi vajota 20.-23.8.

Magmasäiliön päälle rojahti kilometrien paksuinen kalliomötikkä. Vaikka huima massa todella toimi tavallaan kuin mäntä, se ei ollut purkauksen ajava voima. Tutkimuksessa nimittäin selvisi, että romahtelu lähinnä seurasi magmasäiliön tyhjentymistä, ei toisinpäin. Mäntä kuitenkin aiheutti lisäpainetta, ja ilmeisesti tehosti purkauksen kulkua.

Seuraavan viikon ajan maanpinnan alla avautui pitkä sulaa kiveä täynnä oleva rako. Mittausten mukaan raon leveys oli keskimäärin vain parisen metriä, mutta korkeus hulppeat viisi kilometriä. Halkeama kulki käytännössä täsmälleen mannerlaattojen erkanemislinjaa pitkin, sillä se oli helpoin suunta murtaa.

Lopulta (31.8.) rako puhkaisi pinnan lähes 50 kilometrin päässä magmasäiliöstä. 180 vuorokauden ajan Holuhraunin alueella suihkusi pinnalle laavaa. Yhteensä 1,4–1,5 kuutiokilometriä.

Kuva: AP Photo / Eggert Johannesson, via Sparkle Motion / Flickr

Toiminta hiipuu

Bárðarbungan kaldera vajosi koko prosessin aikana yli 110 neliökilometrin laajuiselta alueelta. Reunat painuivat metrillä, keskiosat 65 metrillä. Yhteensä vuoren tilavuus hupeni noin 1,8–1,9 kuutiokilometrillä. Poistuneesta magmasta noin neljännes täytti syntyneen raon, loppu pulppusi pinnalle.

Tutkijoiden mukaan purkaus hiipui lähes eksponentiaalisesti. Syy tähän piili raossa kulkevan magmavirtauksen ja kalderan vajoamisen yhteispelissä.

Kalderan keskiosa painui alas hieman reunoja nopeammin. Kun "mäntä" ei toiminut yhtenäisenä kappaleena vaan muuttui aina vain kiilamaisemmaksi, sen aiheuttama lisäpaine väheni. Paine-ero purkauspaikan ja magmasäiliön välillä tasaantui. Virta rakoon muodostuneessa putkistossa alkoi hiipua, tökkiä ja lopulta sakkautua. Purkaus tyrehtyi viimein kokonaan 27.2.2015.

Suurten tulivuorenpurkausten ymmärtämisessä on vielä paljon selvitettävää, ja jokainen niistä on omanlaisensa. Bárðarbunga opetti kuitenkin, kuinka hyvin kalderan vajoamasta voidaan ennustaa purkauksen etenemistä. Se myös antaa viitteitä suurten rakopurkausten synnystä. Useimmat saaren historian suurimmista tunnetuista purkauksista ovat juuri rakopurkauksia, joista pulpunnut laava on peräisin kymmenien kilometrien päästä purkauspaikasta, suurten tulivuorten alla sijaitsevista magmasäiliöistä.

Artikkeli perustuu Islannin ilmatieteen laitoksen ja Futurevolc-sivuston tiedotteisiin. Tutkimus on luettavissa tiedelehti Sciencessa – maksumuurin takana, tosin.

Otsikkokuva: Magnús T. Gudmundsson ja kumpp. / Science 2016. Suurempi versio löytyy Science-artikkelin esittelysivun lopusta.

Musta savuttaja suihkuaa syvyyksissä

Ma, 05/23/2016 - 10:15 Markus Hotakainen
Musta savuttaja

Päivän kuvassa on tänään niin sanottu musta savuttaja. 

Päivän kuvaMustat savuttajat ovat merenpohjassa, mannerlaattojen mereisissä saumakohdissa olevia purkausaukkoja, joista suihkuaa yli 400 asteen lämpötilassa olevaa vettä. Tumma väritys johtuu sulfideista, joita on liuennut maankuoresta kuumaan veteen.

Kilometrien syvyydessä vallitseva suuri paine pitää veden korkeasta lämpötilasta huolimatta nestemäisessä olomuodossa. Vesi on paitsi kuumaa myös hapanta, jokseenkin etikan luokkaa. Mustien savuttajien ympärillä on usein kukoistavia eliöyhdyskuntia, jotka käyttävät ravintonaan veteen liuenneita kemiallisia yhdisteitä. 

Kiteytyneet metallisulfidit voivat muodostaa valtavia malmiesiintymiä merenpohjaan. 

Ensimmäiset mustat savuttajat löydettiin vuonna 1977 Galápagossaarten lähistöltä. Nykyään niitä tiedetään olevan ainakin Atlantin valtameressä ja Tyynessä valtameressä, keskimäärin 2 100 metrin syvyydessä. 

Jupiterin Europa-kuun 100 kilometriä syvän meren pohjassa arvellaan olevan vastaavanlaisia muodostelmia.

© MARUM Forschungszentrum Ozeanränder, Universität Bremen

Pieluksia merten syvyyksissä

Pe, 03/11/2016 - 07:43 Markus Hotakainen
Tyynylaavaa

Mitä tapahtuu, kun maan uumenista purkautuu laavaa merenpohjassa? Syntyy tyynylaavaa.

Päivän kuvaSulan kiviaineksen eli magman lämpötila on vähintään satoja, usein yli tuhat celsiusastetta, joten merivesi on trooppisimmillakin seuduilla paljon sitä viileämpää.

Kun kuuma laava joutuu kosketuksiin "kylmän" veden kanssa, laavavirtauksen pinta jäähtyy nopeasti ja muodostaa ohuen, kiinteän kuoren. Laavaa tulvii kuitenkin koko ajan lisää, mikä kasvattaa pallomaiseksi jähmettyneen laavamuodostelman sisällä vallitsevaa painetta.

Paineen kasvaessa riittävän suureksi kuori halkeaa, ja kuuma laava pääsee jälleen suoraan kosketuksiin veden kanssa. Prosessi toistuu, kunnes purkauspaikalla on jonottain ja riveittäin kivisiä pallukoita, jotka muistuttavat tyynyjä.

Vähitellen laava jäähtyy myös "tyynyjen" sisällä. Kuoren nopea jäähtyminen tekee siitä hyvin hienorakeisen, usein pinnaltaan lasimaisen, mutta hitaammin jäähtyvät sisäosat ovat hieman karkearakeisempia.

Tyynylaavaa löytyy myös Suomesta, mutta sillä on ikää pari miljardia vuotta. Silloin täälläkin oli tulivuoria. Muinaisen vulkanismin jäljet näkyvät jäätiköiden hiomissa kallioissa pyöreähköinä muodostelmina. 

Helsingin Vuosaaressa on jopa Tyynylaavantie, mutta kadunnimen antanut kalliomuodostelma räjäytettiin rakennustöiden tieltä 1990-luvun loppupuolella.

Kuva: OAR/National Undersea Research Program

 

Kuun laavasuihkujen voimanlähteenä oli hiili

Ma, 08/24/2015 - 14:38 Markus Hotakainen
Oranssia "hiekkaa" Kuussa

Vielä 1960-luvulla arveltiin, että Kuun kraatterit tai ainakin iso osa niistä olisi syntynyt tulivuoritoiminnan seurauksena. Vaikka kuulennot osoittivat käsityksen vääräksi, Kuussa on kuitenkin ollut vulkanismia: onhan Maata kohti kääntyneellä puoliskolla laajoja tulvatasankojakin, joita muinoin pidettiin merinä.

Kuun pinnalta on löytynyt muutamasta paikasta pieniä lasipalloja, jotka kertovat yhdestä tulivuoritoiminnan tyypistä. Palloset ovat syntyneet pyroklastisessa purkauksessa eli sulan kiviaineen suihkutessa ylös kovalla paineella pinnan alta. Vastaavia laavasuihkuja esiintyy Maassakin, esimerkiksi Havaijilla, joten niiden synty tunnetaan melko hyvin.

Maan uumenissa liikkuvan magman seassa on useita kaasuja ja/tai helposti kaasuuntuvia aineita. Ne laajenevat sulan kiven kohotessa kohti pintaa, ja lisäävät samalla magman painetta. Kun magma kaasuineen pääsee viimein pinnalle saakka, tapahtuu räjähdysmäinen purkaus. Pienimmilläänkin kyse on näyttävästä "tulisesta suihkulähteestä". Maasta purskuavat kivipisarat jähmettyvät nopeasti löydetyn kaltaisiksi pieniksi pallosiksi.

Ilmiötä voi jäljitellä ravistamalla virvoitusjuomapulloa ja avaamalla sen sitten – tätä ei kuitenkaan kannata kokeilla kotioloissa tai ainakaan sisätiloissa. 

Kuun laavasuihkujen kohdalla ongelmana on ollut, etteivät tutkijat ole tienneet, mikä kaasu on saanut aikaan sikäläiset purkaukset. "Kaasu on kadonnut aikoja sitten, joten sen selvittäminen ei ole ollut helppoa", toteaa Alberto Saal, joka tutkimusryhmineen on nyt löytänyt arvoitukseen mahdollisen ratkaisun. 

Kuun laavasuihkuissa purkautuneessa laavassa on ollut huomattavan paljon hiiltä. Kun laava on kohonnut syvyyksistä kohti pintaa, hiili on reagoinut hapen kanssa ja muodostunut suuren määrän hiilimonoksidia. Ja se on saanut aikaan voimakkaan purkauksen, kun laava on päässyt pinnalle saakka. 

Pitkään oltiin siinä käsityksessä, että Kuussa ei ole vedyn ja hiilen kaltaisia helposti haihtuvia aineita. Vasta vajaa vuosikymmen sitten niistä tehtiin luotettavia havaintoja. Vuonna 2008 Saalin ryhmä löysi vulkaanisista lasipalloista vettä, sitten myös rikkiä, klooria ja fluoria. 

Mikään näistä aineista ei kuitenkaan sopinut laavasuihkujen "voimanlähteeksi". Jos purkauksia olisi aiheuttanut esimerkiksi vesi, siitä olisi pitänyt jäädä jälkiä Kuusta tuotuihin näytteisiin. Sellaisia ei kuitenkaan ole havaittu.

 

 

Uudessa tutkimuksessa Saal tarkasteli ryhmineen näytteitä, joissa oliviinikiteiden joukossa olisi pieniä magmahitusia. Magmassa ollut kaasu on jäänyt nalkkiin kiderakenteeseen ennen kuin se on ehtinyt haihtua pois.

Tuloksiin pääseminen edellytti mittaustarkkuuden huomattavaa parantamista. Ioniluotaustekniikalla pystyttiin mittaamaan kahta kertaluokkaa pienempiä pitoisuuksia kuin aiemmin. Sillä saatiin näkyviin jopa kymmenesmiljoonasosan pitoisuudet.

Mittausten mukaan tutkituissa näytteissä oli 44–64 miljoonasosaa hiiltä. Kun hiilen esiintyminen oli saatu varmistettua, tutkijat kehittivät teoreettisen mallin siitä, miten magmassa oleva kaasu käyttäytyy eri syvyyksillä, ja varmistivat laskelmansa laboratoriokokein. 

Tulosten mukaan hiili kaasuuntui muita aineita aiemmin ja syvemmällä, jolloin se saattoi reagoida hapen kanssa. (Happea laavakivistä on löydetty jo kauan sitten.) Muut aineet, kuten esimerkiksi vety, kaasuuntuivat lähempänä pintaa eivätkä olisi voineet toimia samalla tavalla laavasuihkuja aiheuttavana kaasuna.

Tutkimus osoittaa myös, että osa Kuun sisusten haihtuvista aineista on samaa alkuperää kuin Maassa. Oliviinikiteissä olevissa magmahitusissa on hiiltä saman verran kuin Maan valtamerten keskiselänteissä esiintyvässä basaltissa.

Jos päätelmät pitävät paikkansa, tuloksella on merkitystä Kuun syntyä koskevien käsitysten kannalta. Kuun arvellaan saaneen alkunsa, kun Maahan osui sen varhaisessa nuoruudessa suunnilleen Marsin kokoinen kappale. Kuu tiivistyi törmäyksessä avaruuteen sinkoutuneesta aineesta.

"Aineisto viittaa siihen, että joko osa Maan haihtuvista aineista selvisi törmäyksestä ja päätyi muodostumassa olleeseen Kuuhun, tai niitä kertyi sekä Maahan että Kuuhun samaan aikaan yhteisestä lähteestä – ehkä alkuaikojen meteoriittipommituksen mukana", Saal arvioi.

Tutkimuksesta kerrottiin Brownin yliopiston uutissivuilla ja se julkaistaan Nature Geoscience -tiedelehdessä (maksullinen).

Venuksessa virtaa sula laava

To, 06/18/2015 - 18:33 Markus Hotakainen

Naapuriplaneettamme Venus on ollut hyvin tuliperäinen maailma. Sen pinnasta noin 80 prosenttia on vain joidenkin satojen miljoonien vuosien ikäisten laavakenttien peitossa ja ympäri planeettaa on satoja sammuneita tulivuoria. Tutkijoita on askarruttanut jo pitkään, onko Venuksessa edelleen vulkanismia. Nyt näyttää siltä, että vastaus on kyllä.

Venuksen pinnan tutkiminen on hankalaa, sillä planeettaa verhoaa paksu ja pysyvä pilviverho. Tutkan avulla on kuitenkin mahdollista kartoittaa maastonmuotoja ja infrapunasäteilyn aallonpituuksilla saadaan tietoa pinnan lämpötilasta.

Jo vuonna 2010 havaittiin Euroopan avaruusjärjestön Venus Express -luotaimen avulla, että kolmen vulkaanisen muodostelman alueella infrapunasäteily oli hieman ympäröiviä seutuja voimakkaampaa. Sen tulkittiin tarkoittavan, että alueiden laavavirrat ovat melko nuoria, kenties alle 2,5 miljoonan vuoden ikäisiä.   

Kaksi vuotta myöhemmin julkaistiin tieto, että vuosina 2006–2007 kaasukehän yläosien rikkidioksidipitoisuus kasvoi selvästi ja väheni sitten hitaasti seuraavien vuosien aikana. Se puolestaan saattoi olla merkki tulivuoritoiminnasta, joka vapautti rikkidioksidia Venuksen kaasukehään. 

Nyt ESAn luotaimen välittämistä tiedoista on laadittu karttoja eri alueiden lämpösäteilystä ja niissä näkyy selviä muutoksia jopa muutaman päivän kuluessa. Havainnot on tehty Venus Expressin VMC-kameralla (Venus Monitoring Camera).

 

 

"Olemme löytäneet useita tapauksia, joissa pinnalla oleva alue äkkiä kuumenee ja jäähtyy sitten taas", toteaa tutkimusryhmää johtanut Eugene Shalygin. Tarkkaillut alueet ovat Ganiki Chasmassa sijaitsevien kuoren halkeamien kohdalla, joten on mahdollista, että lämpötilan nousu on ollut seurausta tuoreista laavapurkauksista. Lähistöltä löytyvät myös esimerkiksi Ozza ja Maat Monsin tulivuoret.

Venuksen pilviverhon takia luotaimen havaintolaitteen tarkkuus ei riitä sadan kilometrin läpimittaista aluetta pienempien yksityiskohtien erottamiseen, mutta tutkijat arvelevat, että tavanomaista voimakkaampi infrapunasäteily on lähtöisin paljon pienemmästä kohteesta. 

 

 

Yllä olevassa kuvasarjassa keskimmäisessä ruudussa erottuvan punaisen ”kuuman pisteen” säteily tulee laskelmien mukaan ainoastaan noin neliökilometrin kokoiselta alueelta. Sen kohdalla lämpötila on ollut korkeimmillaan 830 celsiusastetta, kun se on Venuksen pinnalla keskimäärin 480 astetta. 

"Näyttää siltä, että voimme lopultakin laskea Venuksen vulkaanisesti aktiivisten Aurinkokunnan kappaleiden pieneen joukkoon", päättää Håkan Svedhem, Venus Express -luotainprojektin tutkija.

Venuksen vulkanismista kerrottiin ESAn tiedotteessa ja tutkimus on julkaistu Geophysical Research Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: ESA/AOES Medialab (maisemakuva), E. Shalygin et al ja E. Marcq et al

Tulivuoret auttavat elämän etsinnässä

Ke, 06/10/2015 - 11:32 Markus Hotakainen

Maapallolla on noin 1 500 tulivuorta, jotka ainakin periaatteessa voivat vielä purkautua, sekä tuntematon määrä merenpohjassa olevia purkausaukkoja. Viitisensataa tulivuorta on purkautunut historiallisena aikana ja joka hetki on käynnissä 10–20 purkausta eri puolilla maailmaa.

Miten se liittyy elämään ja sen etsintään?

Tutkijat yrittävät selvittää tuntemiemme purkausten ja niiden seurausten avulla, miltä eksoplaneetoilla mahdollisesti esiintyvä vulkanismi näyttää eli millaisia merkkejä se jättää muita tähtiä kiertävistä planeetoista heijastuneeseen valoon.

Mutta entä se elämä?

Nykykäsityksen mukaan tuliperäinen toiminta on ollut merkittävä tekijä Maan elämän synnyn ja kehityksen kannalta. Tulivuorenpurkausten vapauttamat kaasut tekevät kaasukehän koostumuksesta elämälle suotuisan, ja vulkanismin taustalla oleva laattatektoniikka eli mannerlaattojen liike kierrättää esimerkiksi hiilidioksidia kaasukehän ja planeetan kuoren alla olevan vaipan välillä. 

Ilman tulivuoritoimintaa Maassa ei olisi elämää. Entä muualla?

Washingtonin yliopistossa on kehitetty menetelmä, jolla vulkanismin vaikutukset eksoplaneetan kaasukehään voidaan havaita, kun se kulkee tähtensä editse. Oleellista on se, millaisia purkauksia planeetan pinnalla tapahtuu. 

Pienempien ja rauhallisempien purkausten jäljet katoavat kaasukehästä melko nopeasti, mutta hyvin voimakkaissa räjähdysmäisissä purkauksissa kaasua ja pölyä kulkeutuu kymmenien kilometrien korkeudelle. Siellä se voi pysytellä kuukausien tai vuosien ajan.

Kaasukehän yläosien koostumus vaikuttaa eksoplaneetasta heijastuneeseen valoon ja se on kenties mahdollista havaita tehokkailla kaukoputkilla, esimerkiksi vuonna 2018 laukaistavalla Webb-avaruusteleskoopilla. 

"Jos voimme havaita eksoplaneetalla tulivuorenpurkauksia ja jos se kiertää tähteään elinkelpoisella vyöhykkeellä, sitä voi pitää lupaavana ehdokkaana elämän esiintymisen kannalta", arvioi tutkimusta johtanut Amit Misra, joka oli muiden ryhmän jäsenten tavoin työtä tehtäessä vasta jatko-opiskelija. 

Vulkanismin avulla saattaa olla mahdollista päätellä planeetan elinkelpoisuuden ohella myös se, onko sen pinnalla todella elämää. Happea on perinteisesti pidetty merkkinä elämän esiintymisestä, mutta sitä voi vapautua kaasukehään myös elottomissa prosesseissa.

Jos eksoplaneetalla havaitaan viitteitä sekä vulkanismista että hapesta, elämän todennäköisyys on suurempi. Tulivuorenpurkauksissa vapautuvat kaasut reagoivat hanakasti hapen kanssa, jolloin kaasukehän vapaa happi vähenee. Mikäli happea silti esiintyy, sitä täytyy vapautua jatkuvasti lisää huomattavia määriä – ja silloin elämä on vankka vaihtoehto.

Tutkimuksesta kerrottiin Washingtonin yliopiston uutissivuilla ja se julkaistiin Astrobiology-tiedelehden kesäkuun numerossa. 

Kuva: NASA