Pluton vuoret ja kryovulkanismi
Geologiset prosessit aurinkokunnassamme
Koko aurinkokuntamme mittakaavassa on laskutavasta riippuen vain noin kolmesta viiteen todella merkittävää kiinteiden kappaleiden pintoja uudistavaa geologista prosessia. Maa on omituinen poikkeus muiden joukossa, sillä tämä on ainoa tuntemamme paikka, jossa laattatektoniset voimat hallitsevat koko planeetan kehitystä. Aurinkokunnan kokonaiskuvaa hallitsevat törmäykset, etenkin planeettojen hurjassa nuoruudessa. Jupiterin toiseksi suurin kuu Kallisto, Merkurius ja myös oma Kuumme ovat oivia esimerkkejä maailmoista, joissa törmäysten seuraukset näkyvät yhä kaikkialla.
Irtaimen aineksen uudelleenkerrostuminen eli sedimentaatio taas on tärkeää paitsi laajoilla alueilla Maassa, myös Marsissa ja Titanissa sekä paikallisesti esimerkiksi Venuksessakin.
Sitten on vielä vulkanismi, vallankin kun sen ymmärtää laajasti prosessina, jossa kiinteäpintaisen kappaleen sisuksista tursuu pinnalle jotain virtaavaa ainesta tai vaihtoehtoisesti pinnalle kertyy jonkinlaisen tulivuoren tai purkausaukon kautta kaasukehän tai käytännössä tyhjän avaruuden läpi lentänyttä tavaraa. Aurinkokunnan sisäosissa vulkanismin tuotteet ovat lähinnä piihin ja happeen pohjautuvia yhdisteitä eli erilaisia silikaatteja, joiden perusrakennuspalikka on SiO44- -ioni. Joskus harvoin tulivuorista purkautuu myös hiili- ja happipohjaisia yhdisteitä (tarkemmin sanottuna karbonaatteja eli yhdisteitä, joissa keskeisenä komponenttina on CO32- -ioni). Tuliperäinen toiminta hallitsee mm. aurinkokuntamme vulkaanisesti aktiivisinta kappaletta Ioa, ja samoin Venus on erilaisten tulivuorten ja vulkanismin dominoima planeetta.
Kryovulkanismi
Kauempana jättiläisplaneettojen kuilla ja Kuiperin vyöhykkeen kappaleilla kallioperän pääosan muodostavat silikaatteja tai karbonaatteja helpommin haihtuvat aineet. Lähinnä kyseessä on yksinkertaisesti vesijää höystettynä lorauksella erilaisia pakkasnesteitä. Niillä seuduin sula vesi vastaa meille tutuista tulivuorista virtaavaa laavaa. Tällaista vulkanismin (laajasti ymmärrettynä) muotoa kutsutaan kryovulkanismiksi.
Nykyisinkin aktiivista kryovulkanismia esiintyy Enceladuksella ja Tritonilla, kenties Europallakin. Myös asteroidivyöhykkeen suurimmasta kappaleesta, kääpiöplaneetta Cereksestä on tehty nykyiseen aktiivisuuteen viittaavia havaintoja, mutta purkausten takana lienee vain pintaa lämmittävä Auringon säteily eikä Cereksen sisäinen energia. Joka tapauksessa Cereksellä on ollut myös sisäsyntyistä kryovulkaanista toimintaa geologisessa mielessä vastikään.
Lentäjien vuoret
Tammikuussa kirjoittelin Pluton geologiasta. Jutun loppupuolella esittelin lyhykäisesti uusia ideoita koskien Pluton tunnetuimpien vuorten eli Wright ja Piccard Montesin syntyä. Tuolloin tulokset olivat alustavia, mutta nyt aiheesta saatiin julkaistua vertaisarvioitu artikkeli. Kelsi Singerin ja – planeettageologian perusartikkeliksi varsin erikoisesti – peräti 24:n muun kirjoittajan juttu Large-scale cryovolcanic resurfacing on Pluto ilmestyi Nature Communications -verkkolehdessä maaliskuun lopulla.
Piccard Mons ja etenkin Wright Mons ovat herättäneet ihmetystä siitä lähtien kun New Horizons -luotain kuvasi ne kesällä 2015. Huonosti, vain Pluton kaasukehän autereen heijastamassa valossa kuvattu Piccard Mons kohoaa ympäristöstään noin 7 km ja on läpimitaltaan suunnilleen 250 km. Jos sen keskipiste olisi Jyväskylässä, sijaitsisivat Kuopio ja Tampere vastakkaisilla puolilla vuoren juurella. Aika iso vuori siis.
Wright Mons puolestaan on noin 4–5 km:n korkuinen ja 150 km:n läpimittainen. Sen huipulla oleva kuoppa on halkaisijaltaan noin 50 km. Omituisinta on kuopan syvyys, noin 4 km. Se on siis yhtä syvä kuin vuori on korkea. Vielä hurjempi on Piccard Monsin kuoppa, joka yltää jopa ympäröivän pinnan alapuolelle. Samoin tekee pienemmän Coleman Monsin yhteydessä oleva kuoppa. Se ei kuitenkaan ole vuoren huipulla vaan sen vieressä, joten on epäselvää onko vuorella ja kuopalla varsinaisesti mitään tekemistä toistensa kanssa.
Wright ja Piccard Montesia pidettiin aiemmin yleisesti kryovulkaanisina tulivuorina, joiden huipuilla on romahtamalla syntyneet kalderat. Ongelmallista tosin oli, että kalderoiksi huippujen kuopat olivat valtavia, eivätkä ne oikeastaan edes näyttäneet kalderoilta, sillä niiltä puuttuivat kalderoille ominaiset monivaiheisista romahduksista kertovat sisäkkäiset terassimaiset piirteet. Mitään merkittävästi parempaakaan ideaa kukaan ei kuitenkaan tuntunut keksivän.
Merkillinen muhkuramaasto
Paitsi itse vuoret, myös niitä ympäröivä muhkuramaasto on omituista. Singerin ja kollegoiden artikkelin mukaan muhkuramaaston yksittäisten möykkyjen läpimitta on tyypillisesti 6–12 km. Niiden korkeus puolestaan on muutamasta sadasta metristä noin kilometriin. Maastossa ei näy minkäänlaisia merkkejä virtauksesta tai myöskään purkausaukkoja, sillä Wright, Piccard tai Coleman Montesin yhteydessä esiintyvistä syvistä kuopista ei vaikuta valuneen pihalle mitään. Mitään tällaista ei ole havaittu muualla aurinkokunnassa tai edes muualla Pluton pinnalla.
Vuorten ja muhkuroiden koostumus ei anna merkittäviä lisävihjeitä niiden synnyn selvittämiseksi. Pääosin alue koostuu vesijäästä. Korkeimmilla kohdilla pinnalla on lisäksi Pluton ohuesta kaasukehästä peräisin olevaa metaanikuuraa. Ammoniakki auttaisi alentamaan veden jäätymispistettä, mutta siitä ei ole havaintoja. Sen puute voidaan tosin tarvittaessa selittää sillä, että metaanikuura estää ammoniakin spektrin havaitsemisen varsin tehokkaasti.
Muhkurat ja vuoret ovat geologisesti Pluton mittakaavassa kohtalaisen nuoria, sillä yhtäkään törmäyskraatteria ei New Horizonsin kuvista alueelta ole löydetty. Tämän perusteella muhkuramaaston ja vuorten pinnan iäksi on arvioitu noin 1–2 miljardia vuotta.
Mitä oikeastaan selvisi?
Lupaavasta otsikostaan huolimatta Singerin ja kollegajoukkion artikkeli ei tarjoa kovinkaan paljon helpotusta Pluton aiheuttamaan päänsärkyyn. Plutotutkijoiden valiojoukon selitys muhkuramaaston ja niiden yhteydessä esiintyvien vuorten synnylle nimittäin on vain se, että alueella on tapahtunut useita suuria kryovulkaanisia purkauksia, jotka ovat synnyttäneet kohoumia. Niistä osa on yhtynyt toistensa kanssa muodostaen vielä monimuotoisempia piirteitä. Muhkuramaasto olisi syntynyt jollain tapaa jäykkäliikkeisen aineksen virratessa pinnalla. Purkausaukot ovat heidän mukaansa jääneet vuorten ja muhkuramaaston alle.
Artikkelissa tarjoiltu selitys vuorten ja niiden ympäristön synnylle ei oikeastaan pohjimmiltaan selitä yhtään mitään. Vaikka muhkurat nyt tulkitaan kryovulkaanisiksi, niiden varsinainen syntyprosessi on ihan yhtä pahasti autereisen hämärän peitossa kuin ennenkin. Singer ja kumppanit eivät myöskään ainakaan selväsanaisesti ota mitään kantaa vuorten yhteydessä olevien erittäin laajojen ja syvien kuoppien muodostumiseen. Lähinnä rivien väleistä on tulkittavissa, että ne saattaisivat olla kohtia, joita kryovulkaaniset ainekset eivät vain sattuneet peittämään. On suoraan sanottuna hyvin vaikea kuvitella, että ainakaan kaikki jutun lukuisista kirjoittajista uskoisivat tuohon itsekään.
Ongelmallista on myös alueen oletettavasti nuorehko ikä. Pluto on pieni kappale, halkaisijaltaan noin 2377 km eli alle viidesosa Maasta. Tilavuudeltaan siitä noin 55–60 % on vesijäätä. Niinpä Plutolla on hyvin vähän radioaktiivisia alkuaineita ylläpitämässä sisäisiä prosesseja. Myös sen syntyessä muodostuneen lämmön olisi noin pieneltä kappaleelta luullut jo aikaa sitten hiipuneen. Pluton ja Charonin vuorovesivoimien tuottaman energiankaan ei pitäisi riittää pitkään jatkuneeseen geologiseen toimintaan. Mutta niin vain Pluto on jollain ilveellä onnistunut olemaan sisäisesti aktiivinen varsin kauan. Tähänkään ongelmaan Singer ja kumppanit eivät liiemmin ota kantaa.
Kryovulkanismin huoneessa asustelee myös melkoisen iso elefantti. Olen viime päivinä päässyt nautiskelemaan kevätjäillä hiihtelystä vain siitä syystä, että vedellä on sellainen merkillinen ominaisuus, että se on kiinteänä harvempaa kuin nestemäisenä. Siksi jäät eivät makaa järvien pohjilla. Tavalliset silikaattiset tai karbonatiittiset kivisulat käyttäytyvät juuri päinvastoin. Vaikka tämä on hiihtämisen ja ylipäätään maapallon nykyisenkaltaisen elämän kehityksen kannalta varsin kätevää ja myös välttämätöntä, on se kryovulkanismille pahemmanpuoleinen ongelma. Koska vesi on tiheämpää kuin jää, on varsin hankala kuvitella millainen olisi se geologinen voima, joka uskottavasti saisi veden purkautumaan pari sataa kilometriä paksun jääkerroksen läpi pinnalle.
Jotta tuo onnistuisi edes kohtalaisen helposti, pitäisi veden ja jään tiheyksien olla lähempänä toisiaan. Tähän tarvitaan jotain, jolla joko Pluton kuoren muodostavan jään tiheyttä kasvatetaan tai pinnalle purkautuvan veden tiheyttä lasketaan. Esimerkiksi kiviaines tai hiilidioksidi sekoitettuna jäähän tai ammoniakki veteen toimisi. Näihin vaihtoehtoihin artikkelissa ei kuitenkaan oteta tarkemmin kantaa. Vaikka Singer kollegoineen siis ehdottaa Plutossa olleen mahtavat vuoret muodostanutta ja niitä ympäröivän muhkuramaaston kattanutta laaja-alaista kryovulkaanista aktiivisuutta, ei heillä ole tarjota mekanismia, jolla se saataisiin toimimaan.
Vaikka Singerin ryhmän artikkeli siis jättääkin vastaamatta useimpiin keskeisiin kysymyksiin, ei kirjoittajia silti parane liiemmin moittia muusta kuin korkeintaan rohkeiden hypoteesien esittämisen puutteesta. Kannattaa muistaa, että muhkuramaaston ja siihen liittyvien vuorten kaltaisia pinnanmuotoja ei ole ennen nähty, eikä meillä ole pidempiä havaintosarjoja aktiivisesta kryovulkanismista mistään päin aurinkokuntaa, näytteistä puhumattakaan. Toisin sanoen Plutoa nyt vain sattuu olemaan erittäin vaikea ymmärtää.
Singer ja kumppanit tarjoilivat siis yhden hyvin yleisluontoisen idean selittämään eräitä Pluton huomattavimmista pinnanmuodoista. Erittäin paljon jäi yhä auki. Oleellisinta onkin, että artikkelin myötä muhkuramaaston sekä Wright, Piccard ja Coleman Montesin pinnanmuodoista ja koostumuksesta on nyt kasassa mahdollisimman tarkat havainnot. Ehkäpä niiden pohjalta joku vielä oivaltaa, mistä tässä kaikessa oikein on kyse.