Pirstekartiot muilla taivaankappaleilla?
Törmäyskraattereiden synty on tyypillisin geologinen prosessi aurinkokunnassamme. Kiven näkökulmasta siinä on kyse šokkimetamorfoosista. Šokkiaalto – ääntä nopeampi ja tavallisissa maapallon sisäisten voimien synnyttämissä prosesseissa muodostuvia maanjäristysaaltoja huomattavasti väkevämpi paineaalto – puristaa kiven kasaan. Šokkiaallon synnyttämä ja sitä seuraava vielä nopeampi niin sanottu purkuaalto puolestaan laajentaa kiveä ja sen mineraaleja äärimmäisen nopeasti. Sitä ei kivikään kestä vaan se posahtaa taivaan tuuliin. Samalla syntyy törmäyskraatteri.
Alhaisemmassa paineessa, kun kiviaines ei šokkimetamorfoosin seurauksena höyrysty tai sula, siihen syntyy erilaisia šokkimetamorfisia muutoksia. Osa näistä on sellaisia, joita voi muodostua myös tektonisissa tapahtumissa, eivätkä ne näin ollen kelpaa todisteeksi törmäyksestä. Eräät kuitenkin ovat niin erikoislaatuisia, ettei niitä luonnossa tapaa muualla kuin törmäyskraattereissa. Harmillista on, että nämä varmat törmäystodisteet tuppaavat olemaan mikroskooppisia, eikä niiden tunnistaminen ole ihan helppoa.
On kuitenkin olemassa yksi varma törmäystodiste, jonka voi nähdä ja tunnistaa ihan paljain silmin: pirstekartiot. Maapallolta tunnetaan nykyisin noin 200 törmäyskraatteria ja niistä nelisenkymmentä prosenttia sisältää pirstekartioita. Ne ovat olleet hyvin merkittävässä asemassa myös monia Suomen kraattereita löydettäessä ja tutkittaessa. Oivallisia esimerkkejä tästä ovat Keurusselkä ja Summanen.
Pirstekartiot muodostuvat kaarevista rakopinnoista. Käytännössä koskaan pirstekartio ei muodosta kokonaista kartiota, vaan ainoastaan suuremman tai pienemmän osan kartion pinnasta. Pintoja koristavat kartion huipun alueelta lähtevät ”harjanteet” ja niiden väliset ”laaksot”, jotka eivät ole yhdensuuntaisia eivätkä teräväreunaisia vaan pyöristyneitä. Nämä piirteet erottavat ne tavallisten tektonisten liikuntojen aiheuttamista haarniskapinnoista (liuku- eli siirrospinnoista). Pirstekartioilla ei myöskään ole haarniskapinnoille ominaista liikesuuntaa osoittavaa portaittaista hammastusta, jonka usein tuntee kun haarniskapintaa sivelee sormella.
Pienimmät tunnistetut pirstekartiot ovat alle sentin läpimittaisia, suurimmat yltävät yli kymmeneen metriin. Oleellinen pirstekartioiden ominaisuus on, etteivät ne ole vain pintakuviointia vaan koko kiven läpäisevä rakenne. Jos pirstekartiota napauttaa kivivasaralla, sen sisältä voikin paljastua toinen, entistä kauniimpi pirstekartiopinta. Useammin tosin tietysti käy niin, että tällöin tulee vain tuhonneeksi näytteensä ja kirottua raskaasti.
Kirjoittelin Suomen Geologisen Seuran Geologi-lehden tämän vuoden vitosnumeroon jutuntapaisen pirstekartioista, niiden tutkimushistoriasta maailmalla ja Suomessa, sekä eräistä niihin liittyvistä ongelmista. Siksipä tarkempia pirstekartiokuvauksia ja valokuvia kaipaavan kannattanee lukaista se, eikä tässä yhteydessä liene tarpeen uppoutua sen syvemmälle pirstekartioiden varsinaiseen olemukseen. Sen sijaan tässä on hyvä tilaisuus pohdiskella kysymystä, joka oli pakko Geologin sivuilta jättää tilanpuutteen vuoksi pois: jos kerran pirstekartiot eivät maapallon törmäyskraattereissa ole mitenkään erityisen harvinaisia ja törmäyskraattereita esiintyy aurinkokunnassamme Merkuriuksesta Arrokothiin, onko pirstekartioita muilla taivaankappaleilla?
Robert Dietz ja meteoriittien rakopinnat
Tärkein yksittäinen tutkija, joka toi väsymättömällä työllään esille pirstekartioiden merkityksen törmäyskraatterien tutkimuksessa oli Robert Sinclair Dietz (1914–1995). Hänen seikkailuistaan Maan pirstekartioiden parissa kirjoittelin Geologi-lehden jutussa, joten ne voidaan nyt sivuuttaa.
Dietz on parhaiten tunnettu yhtenä ensimmäisistä tutkijoista, jotka oivalsivat valtamerten levenevän keskiselänteiden kohdalla. Edelleen käytetty englannin termi sea floor spreading on peräisin hänen vuonna 1961 Naturessa julkaisemastaan artikkelista. Dietz oli siis keskeinen hahmo kehityksessä, joka johti maapallon geologian tärkeimmän opinkappaleen eli laattatektoniikkateorian syntyyn. Hän tutki merigeologiaa laajemminkin kartoittaen muun muassa merenalaisia kanjoneita ja merivuoria. Dietz esimerkiksi nimesi Havaijin saariryhmän merenalaisena jatkeena olevan Emperor Seamounts -ketjun ja oli mukana maineikkaan batyskafi Triesten tutkimussukelluksilla. Etelämannerta hän oli tutkimassa amiraali Richard E. Byrdin mukana vuosina 1946–47.
Dietz oli myös yksi varhaisimmista vakavasti otettavista tutkijoista, joka ymmärsi Kuun kraattereiden olevan törmäyssyntyisiä. Vuonna 1946 hän julkaisi aiheesta kaksikin artikkelia, joissa myös vertaili Kuun kraattereita pirstekartioiden avulla tunnistamiinsa Maan törmäyskraattereihin. Nuo artikkelit olivat kuitenkin aivan liiaksi aikaansa edellä, joten ne unohdettiin vuosikymmeniksi.
Dietz oli monipuolinen ja intohimoinen tutkija, joka ei eläkepäivilläänkään 1980- ja 90-luvuilla malttanut olla hissukseen. Hän jatkoi tutkimustöitään, mutta aloitti myös aktiivisen ja julkisen kreationismin vastustamisen. Silläkin saralla Dietzille riittäisi töitä edelleen.
Dietz on maailman ainoa geotieteilijä, jonka kunniaksi on nimetty jyrkänne Etelämantereella (Dietz Bluff, joka tosin Dietzin omien sanojen mukaan on vuori), merivuori Tyynen valtameren pohjassa (Dietz Tablemount, tunnetaan myös nimellä Dietz Guyot) ja asteroidi pääasteroidivyöhykkeellä Marsin ja Jupiterin kiertoratojen välimaastossa (Carolyn Shoemakerin löytämä 4666 Dietz, jolla saattaa olla kaksi kuuta). Eipä tuollaista sarjaa taida monella muunkaan alan edustajalla olla.
1960-luvulla Dietz alkoi tutkia, olisiko meteoriiteissa pirstekartioita. Niissä oli jo vuosisadan alkupuolella kuvattu viiruisia pintoja, jotka oli tulkittu haarniskapinnoiksi. Dietz ei kuitenkaan ollut tästä tulkinnasta alkuunkaan vakuuttunut. Hän kävi läpi kuusi suurta meteoriittikokoelmaa Yhdysvalloissa, Englannissa, Intiassa ja Neuvostoliitossa etsien mahdollisia pirstekartioita. Lopputulos valitettavasti oli, ettei Dietzin haaviin tarttunut yhtään varmaa pirstekartiometeoriittia.
Yhdessätoista meteoriittinäytteessä* Dietz kuitenkin havaitsi selkeitä rakopintoja, jotka eivät hänen mukaansa näyttäneet haarniskapinnoilta. Hänen tulkintansa mukaan kyseessä ovat šokkimetamorfoosin synnyttämät raot, jotka ovat läheistä sukua pirstekartioille.
Kaikki Dietzin havainnot olivat tavallisista kondriittisista kivimeteoriiteista (H-, L- ja LL-tyypin kondriiteista). Kuten hän itsekin totesi, ne eivät ole kivilajeina otollisimpia pirstekartioiden synnylle ja havaitsemiselle, etenkään kun saatavilla olevat näytteet ovat yleensä väkisinkin pieniä.
Koska Dietzin lyhyt artikkeli ei sisältänyt kuvia eikä tarkkoja kuvauksia, jälkikäteen on tietenkin mahdotonta sanoa varmasti, mitä hänen mainitsemansa rakopinnat oikeastaan ovat. Jälkipolvet ovat suosineet Dietzin itsensä harjoittamaa kriittistä linjaa, eikä Dietzin saavutuksiin näin ollen lasketa pirstekartioiden löytämistä meteoriiteista.
Maapallon pirstekartioihin kuitenkin liittyy ainoastaan englanninkielisellä nimellä multiply striated joint sets (MSJS) tunnettu rakoiluilmiö, johon on alettu kiinnittää enemmän huomiota vasta viime vuosikymmeninä. MSJS-rakopinnat poikkeavat pirstekartioista lähinnä siten, etteivät MSJS-pinnat ole kaarevia vaan kutakuinkin tasomaisia, ja yksittäisellä pinnalla olevat laaksot ja harjanteet voivat olla lähes yhdensuuntaisia. Onkin houkuttelevaa ajatella, että Dietzin havaitsemat rakopinnat olisivatkin saattaneet olla MSJS-pintoja. Ainakaan minun tietääkseni kukaan ei kuitenkaan ole käynyt läpi Dietzin mainitsemia meteoriittinäytteitä tästä näkökulmasta, vaikka kyseessä olisi erittäin kiinnostava kysymys niin tieteelliseltä kuin tieteenhistorialliseltakin kannalta.
2000-luvun havainnot meteoriittien pirstekartioista
Dietzin 1960-luvun tutkimusten jälkeen kiinnostus meteoriittien mahdollisia pirstekartioita kohtaan näyttää kadonneen hämmästyttävän tehokkaasti. Vasta vuonna 2012 aikoinaan Dietzin kanssa runsaasti yhteistyötä tehneen John F. McHonen vetämä ryhmä raportoi kokousjulkaisussa ensimmäiset laajalti varmoina pidetyt pirstekartiot meteoriiteista.
McHone kollegoineen löysi kaksi pirstekartiometeoriittia. Molemmat Luoteis-Afrikasta löydetyt meteoriitit kulkevat nimellä NWA 869. NWA 869 on käytännössä ryhmänimi, joka sisältää yli kaksi tonnia meteoriitteja, joiden tarkkaa löytöpaikkaa ei tunneta ja joka sisältää useita eri aikoihin pudonneita meteoriitteja. Pirstekartiot löytyivät 40 kg:n bulkkierästä.
Molemmat pirstekartiometeoriitit ovat tavallisia kondriitteja. Kivistä suurempi on H-tyypin kondriitti (H4–5), painaa 1,74 kg ja on mitoiltaan noin 15 x 9 x 9 cm. Pienemmän pirstekartion strategiset mitat ovat 851 g ja noin 2 x 4 x 4,5 cm. Se on L-tyypin kondriitti (L5). Se ei McHonen kokousjulkaisun kuvassa ole aivan yhtä vakuuttavan näköinen kuin suurempi pirstekartio, mutta itse ainakin olen valmis uskomaan molempien aitouteen. Koska meteoriitit ovat eri tyyppejä, ovat ne myös mitä suurimmalla todennäköisyydellä peräisin eri emäkappaleilta.
McHonen ryhmän tuloksista innostuneina Wienin maineikasta meteoriittikokoelmaa pengottiin pirstekartioiden toivossa. Vuonna 2013 Ludovic Ferrière kollegoineen julkaisikin valitettavasti kuvattoman kokousabstraktin, jossa he totesivat Ybbsitz– ja Zavid-meteoriittien sisältävän pirstekartioita. Nämäkin ovat hyvin tavallisia kivimeteoriitteja – Ybbsitz on H-kondriitti (H4) ja Zavid L-kondriitti (L6).
Nykypäivänähän pelkkä maininta siitä, että löysi pirstekartioita, ei riitä minkäänlaiseksi todisteeksi aiheesta. Mutta koska Ferrière ja abstraktissa mukana ollut Christian Koeberl itse ovat kirjoittamassa kansainvälisiä sääntöjä siitä, mikä kelpaa pirstekartioksi ja mikä ei, sallittakoon heille omista säännöistään poikkeaminen, vallankin kun kumpainenkin kuuluu maailman johtavien pirstekartio- ja törmäyskraatteriasiantuntijoiden joukkoon. Ja sitä paitsi ”älkää tehkö niin kuin minä teen vaan tehkää niin kuin minä sanon” on tieteessäkin toimivaksi havaittu periaate.
Itse en ole ainakaan huomannut, että näiden neljän tapauksen lisäksi muita luotettavahkoina pidettäviä raportteja pirstekartioista meteoriiteissa olisi julkaistu. Varmasti niitä kuitenkin tälläkin hetkellä meteoriittikokoelmissa on. Meteoriittien ikävä puoli vain on, että niiden emäkappaleita ei yleensä tunneta. Oikein mukavaa olisikin, jos vaikkapa Marsista löydettäisiin näyttäviä pirstekartioita.
Marsin ventifaktit
Apollo-astronautit eivät havainneet Kuussa pirstekartioita, eikä sellaisia ole Apollo-, Luna- tai Chang’e-näytteistä sen paremmin kuin Kuusta peräisin olevista meteoriiteistakaan löydetty. Marsin osalta tilanne on kuitenkin sikäli toinen, että Curiosity-mönkijän kuvissa on ehdotettu olevan mahdollisia pirstekartioita.
Parissa alan kirjallisuudessakin esitellyssä Curiosityn kuvassa näkyy heikosti viiruisia hieman kartiomaisia kiviä. Julkaistujen (ja oletettavasti myös parhaiden saatavilla olevien raakakuvien) erotuskyky vain on varsin vaatimaton. Nämä pirstekartioehdokkaat eivät missään tapauksessa läpäise kriittistä tarkastelua.
Todennäköisempi selitys Curiosityn kuvaamille etäisesti pirstekartiota muistuttaville kiville ovat ventifaktit. Ne ovat aavikko-olosuhteissa tyypillisiä tuulen kuljettaman hiekan kuluttamia kiviä tai kallioita. Vaikka Marsin kaasukehä on erittäin ohut, se on kuitenkin riittävän paksu kuljettamaan hienorakeista kiviainesta mukanaan ja tarpeeksi pitkän ajan kuluessa synnyttämään erilaisia kulutusmuotoja. Kun tuulet puhaltavat säännöllisesti vain yhdestä suunnasta, syntyy helposti suurempia ja usein pitkänomaisia yardangeja sekä kartiomaisia ventifakteja, joilla voi olla uurteinen pinta. Näistä on käytetty englanniksi termiä wind abrasion cone. Ne ovat aiheuttaneet maanpäällisten törmäyskraatterikandidaattien tutkijoillekin ongelmia.
Tunnetuin ongelmatapaus on Egyptin Gilf Kebir, jonka pyöreähköjen kraatterimaisten rakenteiden ja pirstekartioita muistuttavien ventifaktien uutisointi karkasi vuonna 2006 pahasti käsistä. Pelkkien valokuvien perusteella kiistatta onkin niin, että eräät Gilf Kebirin kartiot muistuttavat erehdyttävästi pirstekartioita. Geologit, joilla ei pahemmin kraatteritutkimustaustaa ollut (eikä ilmeisesti myöskään isommin tietoa ventifakteista), eivät kuitenkaan ilmeisesti missään vaiheessa tutkineet, ovatko kartiomaiset piirteet vain pinnassa vaiko kiven läpikotainen rakenne. Myös kartioiden suuntauksen vallitsevaan tuuleen nähden olisi pitänyt soittaa hälytyskelloja. Toinen asia on, että Gilf Kebiristä julkaistujen artikkelien vertaisarviointi petti pahasti. Kun kaksi vuotta myöhemmin riippumattoman tutkimusryhmän artikkeli Gilf Kebirin pyörylöistä ja kartioista julkaistiin, se ei tietenkään suurempaa huomiota herättänyt muissa kuin kraatteritutkijoissa, sillä ventifaktit ja tuliperäiset painanteet eivät ole järin mediaseksikkäitä.
Haasteista huolimatta lienee silti vain ajan kysymys, milloin Marsista löydetään ainakin kuvien perusteella vakuuttavia pirstekartioita. Kiviä on kuitenkin mönkijöiden kuvissa paljon, mutta tarkkasilmäisiä, pirstekartiot ja ventifaktit tuntevia Marsiin perehtyneitä geologeja hyvin vähän. Siksipä nyt onkin alettu tutkia, voisiko koneoppimisesta ja neuroverkoista olla apua mönkijäkuvien tutkimisessa.
Syyskuun Meteoritics & Planetary Science -lehdessä aiheesta julkaistiin itävaltalaistutkijoiden vapaasti luettavissa oleva artikkeli. Kokeissaan he olivat skannanneet maanpäällisiä pirstekartioita ja sitten sijoittaneet näitä pirstekartiokuvia aitoihin näkymiin Marsin pinnalta.
Toisaalta pirstekartioita oli myös viety Etiopiassa sijaitsevaan Mars-analogia-alueen maastoon ja sitten kuvattu. Koneen tehtäväksi annettiin tunnistaa pirstekartiot kuvista. Vääriä positiivisia tuli ja toisaalta pirstekartioita jäi myös tunnistamatta. Ihmisiä siis edelleen tarvitaan.
Ensimmäiset tulokset ovat silti lupauksia herättäviä. Lähitulevaisuudessa koneoppiminen ja erilaiset tekoälysovellukset ovat varmasti arkipäivää niin toisten planeettojen pinnalta kuin kiertoradaltakin otettujen kuvien ja muun mittausaineiston tutkimisessa. Onkin mielenkiintoista nähdä, löytääkö ensimmäisen varma(hko)n pirstekartion toisen planeetan pinnalta ihminen vai kone.
*Dietzin havaitsemat pirstekartioita muistuttavat rakopinnat olivat meteoriiteissa Harrisonville (nykyinen meteoriittiluokitus L6), Kharkov (L6), Khohar (L3.6), Long Island (L6; kahden eri kokoelman näytteissä), Merua (H5), Monroe (H4), Pultusk (H5), Queen’s Mercy (H6), Vavilovka (LL6) ja Zovnevy Khutoz, jota tosin ei ainakaan sillä nimellä nykyluetteloista löydy.