Touchdown Etelämantereella?
Euroopan avaruusjärjestössä (ESA) ja YK:n avaruusasioiden osastolla (UNOOSA, United Nations Office for Outer Space Affairs) pelattiin tällä viikolla kovilla panoksilla. Paino on sanalla ”pelattiin”, sillä tänään päättyi kahden vuoden välein järjestettävä Planetary Defense Conference, jossa harjoiteltiin, mitä tapahtuisi ja mitä tehtäisiin, jos asteroidin havaittaisiin olevan törmäyskurssilla Maan kanssa.
Asteroidien kokojen määritteleminen on hankalaa hommaa. Kun olin tätä blogitekstiä suunnittelemassa puolen viikon paikkeilla, kuvitteellisen törmäyksen harjoituksessa tutkijat arvelivat vääjäämättömästi Maata lähestyvän asteroidin halkaisijaksi mitä tahansa 30 metrin ja puolen kilometrin väliltä. Näin suuri epävarmuus tekee parhaan torjuntatavan valinnasta hyvin vaikeaa.
Kymmenien ja satojen metrien kokoluokka on planeetaanpuolustajien kannalta sikälikin ongelmallinen, ettemme järin hyvin tiedä, mitä sellaisen törmätessä oikeastaan tapahtuu. Emme tiedä sitäkään, kuinka usein osumia tulee.
Pienempien, lähinnä vain komeita tulipalloja ja hiljalleen maahan tömähtäviä meteoriitteja synnyttävien törmäysten tahti eli törmäysvuo voidaan määrittää suorista havainnoista. Isompien kappaleiden osumien yleisyyttä taas voidaan arvioida maapallon törmäyskraatterien lukumäärän pohjalta. Planeettamme aktiiviset geologiset prosessit tekevät ikävä kyllä parhaansa vaikeuttaakseen hommaa tuhoamalla ja peittämällä kraattereita erittäin tehokkaasti. Onneksi Kuun kraatterien ikien ja kokojen määrittäminen auttaa osaltaan asian ratkaisussa.
Kuukausi takaperin Suomessakin uutisoitiin mielenkiintoisesta Science Advances -verkkolehdessä julkaistusta tutkimuksesta, joka osaltaan auttaa ymmärtämään pienehköjen törmäysten olemusta.
Matthias van Ginneken ja Steven Goderis johtivat kansainvälistä geokemistien, geologien, meteoriittitutkijoiden ja törmäysmallintajien ryhmää, joka tutki Etelämantereelta löydettyjä sferuleja. Sferulit ovat pieniä, yleensä joidenkin satojen tai kymmenien mikrometrien läpimittaisia lasi- ja/tai mineraalipallosia, joita syntyy monenmoisissa kuumissa prosesseissa. Ihmiskunta on synnyttänyt niitä runsain mitoin esimerkiksi polttamalla ihan liian paljon hiiltä. Luonnossa niitä muodostuu mm. salamaniskujen ja eräiden tulivuorenpurkausten seurauksena, meteoroidien palaessa ilmakehässä meteoreina, sekä asteroiditörmäysten synnyttämissä sienipilvissä eli törmäyspluumeissa.1
Van Ginnekenin ja Goderiksen ryhmän tutkimat sferulit löydettiin Walnumfjellet-nimiseltä vuorelta Kuningatar Maudin maalta itäiseltä Etelämantereelta. Toisin kuin voisi helposti kuvitella, sferuleita ei löydetty vanhasta mannerjäästä, vaan noin kuuden kilon maaperänäytteestä. Siitä saatiin eroteltua 17 kpl mustia, noin 100–400 µm:n läpimittaisia sferuleja, joista noin puolet muodostui kahden tai useamman sferulin klimpistä.
Tekstuureiltaan Walnumfjelletin sferulit muistuttivat tavallisia meteoroideista höyrystymällä ja sitten tiivistymällä syntyviä sferuleja. Sferuliklimppien suurta osuutta oli kuitenkin vaikea selittää. Meteoroidin höyrystyessä sen syöksyessä ilmakehän yläosien läpi meteoroidihöyry on nimittäin niin harvaa, että sferulien osuminen ja takertuminen toisiinsa on erittäin harvinaista.
Walnumfjelletin sferuleissa oli lisäksi eräitä kemiallisia eroja meteoroideista peräisin oleviin sferuleihin nähden. Walnumfjelletin sferulien koostumuksia tutkittaessa huomattiin, että ne muistuttavat ennemminkin törmäyspluumeista tiivistyviä oliviini- ja spinellikiteitä sisältäviä sferuleja, eli mikrokrystiittejä. Mikrokrystiitteihin verrattuna Walnumfjelletin sferuleissa oli kuitenkin poikkeuksellisen runsaasti törmänneestä kappaleesta peräisin olevaa ainesta. Tavallisissa mikrokrystiiteissä tämän taivaallisen aineksen pitoisuus laimenee lähes olemattomiin, koska törmäyspluumissa on reippaanlaisesti myös kohdekallioperästä peräisin olevaa tavanomaista kivihöyryä.
Etelämantereelta on aiemminkin saatu esiin melkoiset määrät sferuleja. Van Ginneken ja Goderis ovat itsekin löytäneet ja tutkineet niitä. Walnumfjelletin sferuleja aiempiin löytöihin vertaillessaan he huomasivat, että ne muistuttavat erittäin paljon Dome Concordian ja Dome Fujin jäätikkökairauksissa löydettyjä sferuleja. Niiden ikä on noin 430 000 vuotta. Walnumfjelletin sferulien ikää sen sijaan ei pystytty määrittämään, mutta alueen kallioperä on ollut paljastuneena noin 0,87–1,74 miljoonaa vuotta. Tämä ei ainakaan sulje pois sitä mahdollisuutta, että kaikki kolme samanlaisten sferulien esiintymää ovat peräisin yhdestä ja samasta tapahtumasta.
Walnumfjelletin ja Concordian tutkimusaseman välimatka on kuitenkin noin 2700 km. Mikäli niiden alkuperä on sama, täytyy kyseessä olla jo kohtalaisen merkittävä törmäys, ei ainoastaan pieni paikallisia vaikutuksia aiheuttanut possahdus.
Eräs sferuleissa havaittu merkillisyys oli niiden happi-isotooppikoostumus. Se ei muistuttanut tavallisten kondriittisten kivimeteoriittien isotooppikoostumusta. Van Ginneken ja Goderis kollegoineen huomasivatkin, että mitattu happi-isotooppikoostumus selittyy vain siten, että törmänneen kappaleen aines on ollut vuorovaikutuksessa jään kanssa. Koska myöhempi rapautuminen ei havaintoja selitä, jäljelle jää vain törmäyksen yhteydessä tapahtunut materian sekoittuminen.
Normaalisti tällainen kohteen ja törmänneen kappaleen ainesten sekoittuminen vaatisi törmäyskraatteria. Van Ginnekenin ja Goderiksen ryhmä kuitenkin toteaa artikkelissaan, ettei Etelämantereen jäätiköiltä ole löydetty useiden satojen metrien läpimittaista kraatteria. Näin ollen heidän mukaansa jäätikköön syntynyt kraatteri ei kykene selittämään havaintoja.2 Siten, jos heitä uskomme, ainoaksi mahdollisuudeksi jää ihan uudenlainen malli. Sitä tutkijaryhmä jostain syystä kutsuu amerikkalaisesta jalkapallosta tutulla termillä touchdown.
Touchdown-idean mukaan satametrinen koostumukseltaan kondriittinen asteroidi törmäsi Maan ilmakehään 45°:n kulmalla ja nopeudella 20 km/s. Se höyrystyi ilmakehässä kokonaan. Toisin kuin hieman pienemmissä törmäyksissä, esimerkiksi maineikkaan Tunguskan tapauksen kokoluokassa, asteroidihöyry kuitenkin törmäsi Etelämantereen jäätikön pintaan vielä lähes kosmisella nopeudella, noin 6–10 km/s. Hivenen sulassa tilassa ollutta ainestakin sisältäneen höyrysuihkun leveys oli suuri, lähes kertaluokkaa enemmän kuin itse alkuperäisellä asteroidilla. Suihkun tiheys oli kuitenkin liian pieni, ainoastaan noin 0,1–0,01 g/cm3, että se olisi kyennyt synnyttämään jäähän kraatteria. Se kuitenkin sulatti salamannopeasti noin 0,01 km3 jäätä.3
Tämän touchdownin seurauksena syntyi törmäyspluumi. Se oli sekoitus törmännyttä asteroidia, ilmaa ja Etelämantereen ikijäästä höyrystynyttä vettä. Muutamassa minuutissa se kohosi jopa noin 400 km:n korkeuteen. Tuossa vaiheessa sferulit olivat jo tiivistyneet. Sitten tämä jättimäinen törmäyspluumi romahti muodostaen tuhansien kilometrien läpimittaisen sferuleita sisältävän pilven, joka peitti Etelämantereen.
Van Ginneken ja Goderis kollegoineen arvioivat, että tämän kokoluokan törmäyksiä tapahtuisi kerran sadassatuhannessa vuodessa. He kuitenkin myöntävät, että iänmääritysten epävarmuuksien vuoksi Walnumfjelletin, Dome Concordian ja Dome Fujin sferulit voivat edustaa myös erillisiä pienempiä törmäystapahtumia. Pienehköjen kappaleiden törmäysvuon selvittämiseksi olisikin oleellista löytää keinoja määrittää sferulien ikiä huomattavasti aiempaa tarkemmin.
Jos kaikki kolme sferuliesiintymää ovat tosiaan peräisin yhdestä ja samasta törmäystapahtumasta, ja jos sellainen sattuisi tapahtumaan asuttujen alueiden kohdalla, olisi jälki karua. Se aiheuttaisi vakavaa tuhoa satojen kilometrien alueella. Pienehköjen asteroidien törmäykset ovat kuitenkin suurista luonnonmullistuksista ainoita, jotka ihmiskunta voisi halutessaan estää. Siksi tämän kokoluokan törmäysten perusteiden – kuten törmäysvuon ja törmäävän kappaleen kohtalon – selvittäminen olisi ensiarvoisen tärkeää.
Sferuliesiintymien löytäminen, tunnistaminen, ajoittaminen ja niiden synnyn ymmärtäminen ovat välttämättömiä askelia tässä työssä. Ajan myötä nämä askeleet kumuloituvat paremmiksi mahdollisuuksiksi suojella ihmiskuntaa turhan läheistä tuttavuutta tekeviltä asteroideilta.
1”Törmäyspluumi” ei ole järin hyvä sana, mutta vakiintunutta suomenkielistä termiä ei ole. Pelkästä ”pluumista” puhuminen ei oikein sovi, sillä vaikka asiayhteydestä pitäisi käydä ilmi, mistä on kyse, lienee parempi välttää termiä, jolla on geologiassa jo hyvin vakiintunut Maan vaippakerrokseen liittyvä merkityksensä.
2Puhtaasti omana mielipiteenäni todettakoon, että tässä on yksi artikkelin kompastuskivi. Jos olisin jostain syystä ollut artikkelin esitarkastajana, olisin vaatinut edes jonkinmoista perustelua toteamukselle, jonka mukaan kraatteria ei jäätikköön ole syntynyt, koska sellaista ei ole löydetty. Ottaen huomioon, kuinka mitättömän pieni muutaman sadan metrin läpimittainen kraatteri on Etelämantereen pinta-alaan verrattuna ja kuinka heikosti Etelämanner edelleenkin tunnetaan, johtopäätös on mielestäni lievästi sanottuna kohtalaisen rohkea. Lisäksi jää on merkittävästi kiveä muovautuvampaa, joten 430 000 vuoden kuluessa jäätiköt ehtivät virrata, no, pitkästi. Tuona aikana kertyy myös lunta aikamoisen paljon. Voin toki olla täysin väärässäkin, mutta itseäni ainakin hämmästyttäisi todella kovasti, jos joku löytäisi jäätiköltä 430 000 vuotta vanhan kraatterin. Siksipä perinteisen kraatterimallin hylkääminen asiaa oikeastaan millään lailla perustelematta tuntuu varsin kummalliselta. Toki on kuitenkin niin, että ihan uudenlaista, tarttuvasti nimettyä mallia esittämällä saa artikkelin varmemmin julki Science Advancesin tyyppisessä lehdessä.
3Jenkkifutiksen touchdownissa ns. pallo viedään vastustajan maalialueelle. Varsin usein ns. pallo juntataan suurieleisesti ja voimalla kentän pintaan, minkä jälkeen poseerataan. Itselleni jäi hämäräksi, miksi Etelämantereen possahduksen selittävää hypoteesia kutsutaan touchdowniksi, koska siinä mitään ns. palloon verrattavaa kappaletta, siis asteroidia, nimenomaisesti ei juntata voimalla kentän tahi jäätikön pintaan. Vaikkapa lehmän – tai ehkä kuitenkin lohikäärmeen – henkäys olisi huomattavasti kuvaavampi nimi.