Marsilaiset piparkakut
Reiän kaivaminen toisen planeetan pintaan on hankalaa hommaa. Jos asiasta on epäilyksiä, kannattaa kysäistä vaikka Apollo 15:n komentajalta Dave Scottilta tai vuosi sitten kollektiivisen pyyhkeen kehään heittäneiltä DLR:n ja NASAn insinööreiltä, jotka pitkään ja urheasti mutta lopulta kokolailla turhaan taistelivat InSight-luotaimen keinokontiaisen kanssa marsperän vähäistä kitkaa vastaan.
Niin Apollo 15:n kuin InSightinkin tapauksessa reikien kaivamisen yksi tarkoitus oli tutkia Kuun ja Marsin lämpövuota. Sen selvittämiseksi hyviä vaihtoehtoja kaivuhommille ei juuri ole. Monesti kuitenkin riittää, että kaukokartoituksen avulla selvitetään, mitä pinnan alla todennäköisesti on. Silloin on helpompi ja halvempi antaa luontoäidin hoitaa kaivaukset.
Törmäyskraattereiden keskuskohoumat ja heittelekentät ovat ilmainen ikkuna planeettojen pinnanalaiseen maailmaan. Jotta esimerkiksi heittelekenttien välittämä viesti saadaan tulkittua, pitää tietenkin ymmärtää, kuinka ne syntyvät. Maapallolla on vain kourallinen vähänkään suurempia kraattereita, joiden heittelekenttä on säästynyt pahimmalta eroosiolta ja peittymiseltä. Siksi Maa ei ole paras mahdollinen paikka heitteleen tutkimiseen.
Koska Mars muistuttaa olosuhteiltaan melkoisesti Maata, ovat marsilaiset heittelekentät paras vertailukohta Maan heittelekentille. Siksi Maan heittelekenttien ymmärtämiseksi on fiksua katsoa Marsiin. Marsissa heittelekentät ovat myös monimuotoisempia kuin millään muulla tunnetulla aurinkokunnan kappaleella. Jos ymmärtää Marsin heittelekenttien synnyn, on aika hyvä käsitys niiden synnystä myös muualla aurinkokunnassa.
Törmäyskraattereiden tapauksessa heittele tarkoittaa kaikkea sitä ainesta, joka lentää ns. kaivautumiskraatterin ulkopuolelle. Kaivautumiskraatteri on hetkellinen, jossain mielessä kuvitteellinenkin otus, joka romahtaa lopulliseksi kraatteriksi. Toisin kuin äkkiseltään voisi ajatella, heittelettä löytyykin siksi myös lopullisen kraatterien reunojen sisäpuolelta, etenkin reippaasti romahtaneiden ns. kompleksikraatterien tapauksessa.
Heittele on kerros törmäyksessä kärsinyttä kiveä, joka on sekoittunut huomattavasti suurempaan määrään ihan tavallista kraatterin ulkopuolella ollutta kiviainesta. Kerros on paksuimmillaan kraatterin reunalla ja ohenee varsin nopeasti mutta tasaisesti etäisyyden kasvaessa. Laboratorio-olosuhteissa ja vaikkapa Kuussa heittelekentät käyttäytyvätkin useimmiten tuon perusperiaatteen mukaisesti.
Kuitenkin jo viisi vuosikymmentä sitten Marsia kiertäneen NASAn Mariner 9 -luotaimen kuvien perusteella huomattiin, että Marsissa tilanne on usein hyvin erilainen. Sen sijaan, että heittelekenttä ohenisi hiljalleen näkymättömiin, se monesti päättyykin yhtäkkiä töksähtäen. Ja kun laboratorio-olosuhteissa heittelekenttä on suurin piirtein pyöreä, Marsin kraattereita ympäröivä heittele on usein lähinnä lasten piirtämän kukan tai perinteisen piparkakun muotoinen. Heittelekielekkeiden reunaa kiertää tyypillisesti kohonnut harjanne, aivan kuin pipareihin tehty sokerireunus. Tällaisia piparkakkumaisia heittelekerroksia voi olla kaksi tai useampiakin päällekkäin (käytössä olevien kuvien erotuskyvystäkin riippuen), tai alempi heittelekenttä voi muistuttaa Kuun heittelekenttiä päällimmäisen ollessa enemmän tai vähemmän outo.
Piparkakkuheitteleiden synnystä on yksityiskohdissaan useita erilaisia teoriota. Ne voidaan kuitenkin nykyisin tiivistää lähinnä kahteen päämalliin. Niistä jälkimmäisen mukaan piparkakkuheitteleet syntyivät, kun kraatterista ulos sinkoutuva heittele vuorovaikutti Marsin (muinoin huomattavasti nykyistä paksumman) kaasukehän kanssa. Tähän malliin sopii, ettei tällaisia heittelekenttiä havaita kaasukehättömien Kuun tai Merkuriuksen kraattereilla. Ajatuksella on edelleen vakaat kannattajansa, mutta se on silti ollut jo pitkään vähemmistön suosiossa. Mallille vaikeuksia aiheuttaa mm. se, että Jupiterin jäisillä mutta kaasukehättömillä kuilla, etenkin Ganymedeellä ja vähäisemmässä määrin myös Europalla, esiintyy hyvin saman tapaisia heittelekenttiä kuin Marsissa.
Tavallinen, kuivasta kohdeaineksesta syntynyt heittele lentää kraatterista ulos kohtalaisen helposti hahmotettavien ballistiikan lakien mukaan, möyhentää maastoa alas tullessaan ja leviää suht siistiksi kerrokseksi kraatterin ympärille. Jos kuitenkin kohteessa on merkittävä määrä jäätä, tilanne mutkistuu merkittävästi. Valtavirtanäkemyksen mukaan Marsin kohdalla asia onkin juuri näin, eli piparkakkuheitteleet ovat osoitus roudan esiintymisestä Marsin pinnan alla.
Vaikka syvemmällä Marsin pinnan alla olisikin jäätä, Marsin pintakerrokset ovat pitkään olleet kuivia. Siksi törmäyksessä ensimmäisenä syntyvä ja kauimmaksi lentävä heittele on pääsääntöisesti ballistista. Sen sijaan syvemmältä peräisin oleva vetiseksi muuttunut heittele vain joiltain osin lentää ulommas, osittain taas vain plörtsähtää kraatterin reunan yli ja jatkaa kulkuaan mutavellimäisenä pintavirtauksena. Marsin pinnalla näkyy lukuisia esimerkkejä siitä, kuinka tällainen heittelevirtaus on kiertänyt vanhemman kraatterin reunojen tai muun pinnalta törröttävän esteen ympäri.
Kerroksellisen heittelekentän kohonnut reunus syntyi tämän mallin mukaan siten, että virtauksen ulkoreunan jo jämähdettyä paikoilleen virtaus jatkui sisempänä vielä hetken kasaten heittelekerroksen reunaan vallin. Tämäkään teoria ei kuitenkaan ole aivan ongelmaton, sillä esimerkiksi harjanteita heittelekielekkeiden reunojen niissä osissa, jotka sijaitsevat säteittäisesti kraatteriin nähden, on hieman hankala selittää millään yksinkertaisella versiolla mutavellimallista.*
Mikäli uskotaan piparkakkuheitteleiden vetiseen syntymalliin, ne tarjoavat kätevän tavan kartoittaa pintakerrosten alapuolisen roudan esiintymistä Marsissa. Koska eri kokoiset kraatterit kuopaisevat näkyville ainesta eri syvyyksiltä, saadaan heitteleiden avulla roudan esiintymisestä tietoa paitsi eri pituus- ja leveysasteilla, myös syvyysulottuvuuden osalta. Jonkinlaista ajallistakin kehitystä voidaan yrittää hahmotella, joskin tässä ongelmaksi muodostuu, että kaikki heitteleen ympäröimät kraatterit ovat geologisessa mielessä nuoria. Näin ollen heittelekentän ympäröimien kraatterien ikäjärjestyksen määrittäminen on hankalammanpuoleinen homma.
Mutavellimallin uskottavuutta tukee se, että piparkakkuheitteleiden ja ylipäätään kerroksellisten heitteleiden perusteella tehdyt tulkinnat roudan muinaisesta esiintymisestä Marsin kuoressa ovat pääpiirteissään olleet yhteneviä muiden tulkintojen kanssa. Esimerkiksi kraattereiden keskuskuopat, jotka voivat esiintyä osana keskuskohoumaa tai kokonaan sen korvaten (ja joista voisi joskus kirjoittaa ihan oman blogijuttunsa), lienevät myös routaindikaattori, ja suurissa puitteissa viittaavat samankaltaiseen muinaiseen roudan jakaumaan kuin heittelekentätkin. Samoin heittelekartat ovat kutakuinkin sopusoinnussa neutronispektrometrin tuloksista tulkittujen nykypäivän roudan esiintymisalueiden kanssa.
Marsin heittelekenttiä tutkitaan edelleen aktiivisesti. Icarus-lehden maaliskuun numeroon on julkaistavaksi hyväksytty Leah E. Sacksin ja kollegoiden maksumuurin takana oleva artikkeli Hargraves Crater, Mars: Insights into the internal structure of layered ejecta deposits¸ joka perustuu Sacksin häkellyttävän huippusalaiseen graduun. Se täydentää mukavasti viidenkymmenen viime vuoden aikana muodostunutta, mutta edelleen pahasti vajavaista käsitystämme kerroksellisten heittelekenttien synnystä.
Artikkelin lähtökohta on sikäli mielenkiintoinen, että 60-kilometrinen Hargraves ei ole perinteinen piparkakkuheittelekraatteri, eikä sitä löydy yleisimmistä kerroksellisen heitteleen luetteloista. Tämä johtuu siitä, että Hargravesin heittelekenttä on melko voimakkaasti kulunut. Näin ollen siitä ei helposti erotu tyypillisimpiä piparkakkuheitteleen piirteitä. Tarkemmalla analyysillä Sacks kollegoineen kuitenkin osoitti, että Hargravesin heittelekenttä muodostuu kahdesta selvästi erilaisesta kerroksesta.
Hargravesin alempi heittelekerros tulkittiin tavalliseksi ballistiseksi heitteleeksi. Sille tyypillistä on vaaleampi ja kirjavahko epätasainen pinta sekä useiden kymmenien tai satojen metrien läpimittaisten lohkareiden esiintyminen. Ylempi kerros taas on tummempi ja huomattavasti tasaisempi. Lohkareet ovat selvästi pienempiä ja niitä on vähemmän kuin alemmassa kerroksessa. Eroosion ansiosta ylempään kerrokseen on muodostunut ikkunoita, joiden ansiosta voidaan nähdä, että alempi heittelekerros todellakin jatkuu ylemmän alapuolella.
Yksi Hargravesin ylemmän heittelekerroksen oleellinen piirre ovat siinä paikoitellen nähtävät noin kymmenen metrin läpimittaiset pyöreähköt kuopat, jotka eivät ole törmäyskraattereita. Sellaisia on viimeisen reilun kymmenen vuoden aikana havaittu satojen muidenkin Marsin kraatterien ympärillä. Ne on tulkittu vesipitoisessa törmäyssulakivessä (tai ainakin sulaa sisältävässä törmäysbreksiassa) syntyneiksi piippumaisiksi rakenteiksi, joissa kuumat fluidit muokkasivat kiveä ja joiden kautta höyry pääsi purkautumaan törmäyssulasta. Maapallolla sellaiset tunnetaan parhaiten Riesin hyvin säilyneestä kompleksikraatterista, mutta niitä on löydetty myös muista kraattereista eri puolilta maailmaa.
Sacksin ja kollegoiden artikkeli siis vahvistaa käsitystä, jonka mukaan niin Marsissa kuin Maassakin törmäyskraattereiden kerrokselliset heittelekentät muodostuvat kahdessa peräkkäisessä, mutta mekanismeiltaan erilaisessa prosessissa. Alempi ”kuiva” kerros syntyy ballistisen heitteleen kerrostuessa ja möyhentäessä pintaa. Ylempi ”märkä” kerros puolestaan sisältää merkittävän määrän sekä törmäyssulaa että vettä, minkä ansiosta mutavellimäinen virtaus on oleellinen osatekijä sen synnyssä.
Hargravesin kaltaisia sopivasti kuluneita kraattereita ei jatkossakaan kannata unohtaa, kun yritetään syventää ymmärrystämme Marsin, Maan tai muiden vetisten taivaankappaleiden heittelekenttien synnystä tai niiden pinnanalaisesta koostumuksesta. Kraattereiden heittelekentät ovat vuosimiljardien kuluessa peittäneet esimerkiksi Marsin pinnan lähes kauttaaltaan. Niiden rapautuminen on tuottanut merkittävän osan siitä irtoaineksesta, jota esimerkiksi tuuli ja virtaava vesi ovat myöhemmin muokanneet ja kerrostaneet. Niinpä heittelekentät eivät ne ole pelkästään kraatteritutkijoita kiinnostava ongelma, vaan keskeinen palanen Marsin ja muiden planeettojen geologisen kehityksen selvitystyössä.
*Omassa pienessä mielessäni olen joskus pohtinut, onnistuisiko tuo pelkällä kitkalla, hieman samaan tapaan kuin aallot aina lyövät vasten rantaa. Tutkimuksia aiheesta ei ole silmiini osunut, joten kyseessä voi hyvin olla pelkkä aivopieru.