Mikä räjäyttää järviä Titaniin?
Ihmisten mielikuvissa Mars lienee eniten maapalloa muistuttava paikka aurinkokunnassamme. Lämpötilan kannalta punaisen planeetan päiväntasajaan kesäpäivät voivatkin parhaimmillaan tuntua meikäläiseltä tammikuulta. Räntää vain sataa Marsissa huomattavasti vähemmän. Hiilidioksidihiutaleita kuitenkin leijailee joskus Marsin navoilla ja kuuraa kertyy lauhemmillakin alueilla. Varsinaisista sateista on silti kulunut miljardeja vuosia. Jonkinlaista suolavettä saattaa silloin tällöin yhä pirskahdella pintaan rinteiden rakosista, mutta suuret jokiuomat ovat kuivuneet aikapäiviä sitten.
Jos tarkasteltavaksi ottaa nykyisin aktiiviset geologiset prosessit ja haluaa löytää toisen, jossain mielessä vielä Marsia enemmän Maata muistuttavan kohteen, täytyy tähyillä paljon kauemmaksi aurinkokuntaan, aina Saturnukseen saakka. Sen suurin kuu Titan on Merkuriusta kookkaampi, paksun ja läpinäkymättömän enimmäkseen typestä koostuvan kaasukehän verhoama hyinen versio varhaisesta Maasta.
Tuulet ovat kasanneet etenkin Titanin päiväntasaajan seuduille hiekkadyynejä. Ne myös pistävät merien ja järvien pinnat aavistuksenomaisesti väreilemään. Manneralueille langennut sade on uurtanut jokiuomia ja tehnee sitä silloin tällöin vielä nykyäänkin. Mikä kiehtovinta, Titanin sisäinen energia saattaa pitää paikallista versiota tulivuoritoiminnasta käynnissä tänäkin päivänä.
Edellä kerrottu on ns. peruskauraa, eikä sitä määräänsä enempää viitsi toistella. Viisi vuotta sitten kirjoittelin Titanin vähistä törmäyskraattereista. Vuosi sitten en malttanut olla hiljaa merkillisistä aavesaarista, joiden on havaittu syntyvän ja katoavan vuosien aikaskaalalla. Nuo jutut kannattanee lukaista, jos noiden teemojen lisäksi haluaa virkistää muistiaan Titanin yleisgeologian ja tutkimusmenetelmien osalta, vaikkei niillä tämänkertaisen tarinan kannalta suurempaa merkitystä olekaan. Vanhoihin tuttuihin teemoihin palaan silti.
Kraatterijärvet
Titanin pohjoisosissa on runsaasti varsin pyöreitä pieniä hiilivetyjärviä. Kesällä 2020 blogistelin niiden syntytavoista. Tuolloin Chuck Woodin ja Jani Radebaugh’n tutkimusten mukaan vaikutti vahvasti siltä, että tällaiset painanteet, ovat ne sitten nykyisinkin järven täyttämiä tai kuivuneita (tai muuten vaan tyhjiä), muistuttavat syntytavaltaan maapallon maareja: kryovulkaaninen toiminta saa veden nousemaan Titanin jääkuoressa ylöspäin, kunnes se kohtaa jotain helpommin haihtuvaa ainesta, kuten nestemäistä typpeä tai metaania. Tämä kohtaaminen on räjähdysmäinen, jolloin syntyy hämäävästi pientä törmäyskraatteria muistuttava kohonneen reunan ja heittelekentän ympäröimä pyöreähkö kraatteri. Tyypillisesti sellainen täyttyy Maassa vedellä ja Titanissa lähinnä nestemäisellä metaanilla, johon on liuenneena hieman muita aineita.
Viime lokakuussa Journal of Geophysical Research: Planets -lehdessä julkaistiin uusi mielenkiintoinen idea Titanin pohjoisten kraatterijärvien synnystä. Hawai‘i Institute of Geophysics and Planetologyssa vaikuttavat Gwendolyn Brouwer, Lauren Schurmeier ja planeettojen vulkanismia jo muutaman kymmenen vuotta ansiokkaasti tutkinut Sarah Fagents tutkivat artikkelissaan An Endogenic Origin for Titan’s Rampart Craters: Assessment of Explosion Mechanisms samoja kraattereita kuin Wood ja Radebaugh aiemmin.
Brouwer ja kumppanit ovat artikkelissaan Woodin ja Radebaugh’n, sekä jo heitä ennen asiaa tutkineen Giuseppe Mitrin ryhmän kanssa samaa mieltä siitä, etteivät kyseessä ole minkäänlaiset romahdusrakenteet. Sen sijaan tyypillisesti läpimitaltaan viidestä kymmeneen kilometriä olevat järvialtaat ja niitä ympäröivät, tutkakuvissa kirkkaina näkyvät 100–300 m ympäristönsä yläpuolelle kohonneet kehät ovat peräisin jonkinlaisista räjähdyksistä. Törmäyskraattereista ei ole kyse, mutta voisiko maarien lisäksi olla jokin muu sisäsyntyinen prosessi, joka voi synnyttää riittävän voimakkaita räjähdyksiä? Tutkijat päätyivät suomalaisten hyvin tuntemaan opinkappaleeseen: Siperia opettaa.
Kaasupurkaukset
Vuodesta 2012 alkaen Länsi-Siperiassa Jamalin ja Gydan niemimailla on havaittu kymmenien metrien läpimittaisia ja jopa yli 50 m:n syvyisiä pyöreitä kraattereita. Niitä ympäröi satojen metrien läpimittainen heittelekenttä. Kraatterien tarkka syntymekanismi on yhä aktiivisen tutkimuksen aihe. Siitä tutkijat kuitenkin ovat melkoisen yksimielisiä, että kyseessä ovat kaasupurkauskraatterit, ja että niiden ilmestyminen viimeisen vuosikymmenen aikana liittyy arktisten alueiden erittäin voimakkaaseen lämpenemiseen.
Siperian ikiroudassa, samoin kuin merten pohjilla, on suunnattomat määrät metaaniklatraatteja ((CH4)4(H2O)23). Niissä metaani, siis maakaasu, on jäänyt korkeassa paineessa ja alhaisessa lämpötilassa vangiksi vesijään kiderakenteen sisään. Kun lämpötila nousee, metaani vapautuu klatraatista. Sopivissa olosuhteissa tuo vapautuminen voi tapahtua räjähdysmäisesti.
Periaatteessa samaa mekanismia havaijilaistutkijoiden artikkelissa nyt ehdotetaan Titanin kraatterijärvien synnyttäjäksi. Heidän mukaansa jonkinlaisen kryomagmaattisen toiminnan aikaansaama lämpöpulssi voi hitaasti vapauttaa kaasua klatraateista, kunnes jäinen kuori ei enää kestä kohonnutta painetta vaan poksahtaa puhki. Tutkijat eivät ota kantaa siihen, mistä tämä kryomagmaattinen toiminta olisi peräisin tai miten se yksityiskohtaisesti toimisi. Jos sitä kuitenkin Titanissa on, voi se laskujen ja mallinnusten mukaan synnyttää havaitunkaltaiset kraatterit ja niitä ympäröivät heittelekentät. Tietenkin tämä vaatisi myös sitä, että että Titanin kuoressa on klatraatteja tai orgaanista ainesta. Asiaa myös auttaisi, jos Titanin kuori olisi lujempaa tekoa kuin sen nykyisin yleensä oletetaan olevan.
Brouwer kollegoineen laskeskeli myös maar-mallin vaatimia olosuhteita. Niissä kävi ilmi, että myös se on nykytietämyksen valossa täysin mahdollinen selitys kraatterijärville. Sen perusteella, mitä Titanin olosuhteista tiedämme, maar-malli on jopa kaasupurkauskraatteria todennäköisempi. Tämä johtuu siitä, että metaanin vapauttamiseen klatraatista tarvittavan lämpöpulssin on oltava paljon kuumempi kuin nestemäisen metaanin tai typen räjähdysmäiseen höyrystämiseen tarvittava. Puhdas nestetyppi ei myöskään heidän mukaansa vaikuta ilmeisimmältä maarin synnyttävän räjähdysmäisen höyrystymisen aiheuttavalta aineelta. Metaani on todennäköisempi vaihtoehto, tai metaanin, typen ja etaanin liuos, jollaisia Titanin meretkin todennäköisimmin ovat.
Uusien tulosten mukaan siis maar-malli kuin klatraatteihin pohjautuva kaasupurkausmallikin ovat Titanin nykyolosuhteissa mahdollisia. Maareja on kuitenkin hieman helpompi saada aikaiseksi, joten se vaikuttaa parhaalta kandidaatilta.
Kaasukehän metaanin lähde?
Riippumatta siitä, kumpi malleista on oikea, tutkimuksella on merkitystä yritettäessä ymmärtää Titania hieman laajemminkin kuin vain pohjoisten kraatterijärvien osalta. Titanin paksu kaasukehä koostuu enimmäkseen typestä, mutta siinä on viitisen prosenttia myös metaania. Tämä on hieman ongelmallista, sillä metaani ei ole pysyvää jatkuvassa ultraviolettisäteilyn pommituksessa. Säteily nimittäin rikkoo metaanimolekyylit, mikä johtaa monimutkaiseen orgaaniseen kemiaan. Sen lopputuloksena hiilestä, typestä ja vedystä syntyy monimutkaisempaa orgaanista töhnää eli toliineja, jotka antavat monelle ulomman aurinkokunnan kappaleelle ominaiset oranssit värisävyt. Näissä prosesseissa metaania häviää sellaista tahtia, että 10–100 miljoonan vuoden aikajänteellä metaanista tulisi uupelo, ellei sitä saataisi jostain lisää kaasukehään. Kukaan ei vain tiedä selvää lähdettä korvausmetaanille.
Brouwerin ja kumppanien tutkimuksessa selvitettiinkin kaasukehään vapautuvan metaanin määriä eri vaihtoehdoissa. Jos metaania ei tulisi mistään muualta kaasukehään, tarvittaisiin 10 000 – 1 000 000 tavallisen pohjoisen kraatterijärven kokoista räjähdystä. Tämä on aivan toista suuruusluokkaa kuin nykyisin havaittavien Titanin sisäsyntyisten räjähdyskraatterien määrä.
Osahelpotusta voi kuitenkin löytyä Titanin päiväntasaajan seuduilta ja sen eteläpuolelta. Vuonna 2021 sieltä nimittäin kartoitettiin runsaasti 1–6 km:n läpimittaisia kuoppia. Niiden syntymekanismia ei tunneta, mutta Brouwer kollegoineen pyöritteli ajatusta, että ne voisivat olla vanhempia versioita napa-alueiden kraatterijärvistä. Lisäksi Cassini-luotaimen tutkakuvien erotuskyvyn alla voi olla runsaasti samankaltaisia, mutta pienempiä kuoppia.
Lisäksi kannattaa muistaa, että Titanin pinta näyttää nuorelta, mutta kukaan ei tiedä kuinka nuorta se todellisuudessa on. Näin olen kukaan ei tiedä sitäkään, kuinka monta kaasuräjähdysten synnyttämää kraatteria Titanin pinnalla poksahtelee vaikkapa sadan miljoonan vuoden kuluessa. Aktiiviset geologiset prosessit voivat hävittää ne näkyvistä nopeammin kuin luulemme. Maarit tai kaasupurkauskraatterit voivat siis näytellä huomattavaa osaa Titanin kaasukehän metaanipitoisuuden ylläpitämisessä. Muitakin mekanismeja silti varmasti tarvitaan.
Metaanitason ylläpito on nykyisten Titanin olosuhteiden kannalta ensiarvoisen tärkeää. Aivan kuten maapallolla, myös Titanissa metaani on merkittävä kasvihuonekaasu. Mikäli geologiset prosessit eivät pumppaisi lisää metaania kaasukehään, jäähtyisi Titanin ilmasto niin paljon, että pintalämpötila laskisi kolmesta seitsemään astetta nykyistä noin -179°C:a kylmemmäksi. Se on riittävästi, ettei typpi voisi enää esiintyä kaasumaisessa muodossa. Ilman riittävää metaanipitoisuutta Titanin kaasukehä siis valtaosin katoaisi.
Nyt tammikuussa ilmestyneessä Geochimica et Cosmochimica Acta -lehden helmikuun numerossa julkaistuissa laboratoriotutkimuksissa vahvistui aiempi käsitys siitä, mistä kaasukehän metaani voisi olla peräisin. Kun sekoitetaan vettä ja hiilikondriittimeteoriitteja, eli hiiliyhdisteitä sisältäviä todennäköisiä Titanin rakennuspalikoita, ja pistetään sekoitus muhimaan Titanin sisäosia vastaavaan lämpötilaan ja paineeseen, saadaan aikaiseksi metaania ja ammoniakkia (NH3) havaintoihin ja teorioihin sopivissa määrin.
Metaanin tuottamiseksi kaasukehään ei siis tarvita mitään ihmeellistä. Eri asia sitten on, millaisten prosessien kautta se syvältä Titanin uumenista nousee pinnalle ja kaasukehään. Yksi hyvä selitysvaihtoehto ovat kraatterijärviä synnyttävät räjähdykset, ovatpa ne sitten maareja tai klatraateista peräisin olevia kaasupurkauksia.
Vajaan kymmenen vuoden päästä NASAn Dragonfly–helikopteri saapuu Titaniin. Sen massaspektrometrillä pääsemme haistelemaan Titanin mahdollisia metaanipäästöjä. Seismometri puolestaan suo mahdollisuuden kuunnella, möyrivätkö Titanin sisuskalut edelleen. Odottavan aika on vain kiusallisen pitkä. Onneksi tuskaa helpottaa se, että tällaisia kiinnostavia uusia tutkimustuloksia julkaistaan jatkuvasti.
