haihtuvat aineet

Kuun laavasuihkujen voimanlähteenä oli hiili

Ma, 08/24/2015 - 14:38 By Markus Hotakainen
Oranssia "hiekkaa" Kuussa

Vielä 1960-luvulla arveltiin, että Kuun kraatterit tai ainakin iso osa niistä olisi syntynyt tulivuoritoiminnan seurauksena. Vaikka kuulennot osoittivat käsityksen vääräksi, Kuussa on kuitenkin ollut vulkanismia: onhan Maata kohti kääntyneellä puoliskolla laajoja tulvatasankojakin, joita muinoin pidettiin merinä.

Kuun pinnalta on löytynyt muutamasta paikasta pieniä lasipalloja, jotka kertovat yhdestä tulivuoritoiminnan tyypistä. Palloset ovat syntyneet pyroklastisessa purkauksessa eli sulan kiviaineen suihkutessa ylös kovalla paineella pinnan alta. Vastaavia laavasuihkuja esiintyy Maassakin, esimerkiksi Havaijilla, joten niiden synty tunnetaan melko hyvin.

Maan uumenissa liikkuvan magman seassa on useita kaasuja ja/tai helposti kaasuuntuvia aineita. Ne laajenevat sulan kiven kohotessa kohti pintaa, ja lisäävät samalla magman painetta. Kun magma kaasuineen pääsee viimein pinnalle saakka, tapahtuu räjähdysmäinen purkaus. Pienimmilläänkin kyse on näyttävästä "tulisesta suihkulähteestä". Maasta purskuavat kivipisarat jähmettyvät nopeasti löydetyn kaltaisiksi pieniksi pallosiksi.

Ilmiötä voi jäljitellä ravistamalla virvoitusjuomapulloa ja avaamalla sen sitten – tätä ei kuitenkaan kannata kokeilla kotioloissa tai ainakaan sisätiloissa. 

Kuun laavasuihkujen kohdalla ongelmana on ollut, etteivät tutkijat ole tienneet, mikä kaasu on saanut aikaan sikäläiset purkaukset. "Kaasu on kadonnut aikoja sitten, joten sen selvittäminen ei ole ollut helppoa", toteaa Alberto Saal, joka tutkimusryhmineen on nyt löytänyt arvoitukseen mahdollisen ratkaisun. 

Kuun laavasuihkuissa purkautuneessa laavassa on ollut huomattavan paljon hiiltä. Kun laava on kohonnut syvyyksistä kohti pintaa, hiili on reagoinut hapen kanssa ja muodostunut suuren määrän hiilimonoksidia. Ja se on saanut aikaan voimakkaan purkauksen, kun laava on päässyt pinnalle saakka. 

Pitkään oltiin siinä käsityksessä, että Kuussa ei ole vedyn ja hiilen kaltaisia helposti haihtuvia aineita. Vasta vajaa vuosikymmen sitten niistä tehtiin luotettavia havaintoja. Vuonna 2008 Saalin ryhmä löysi vulkaanisista lasipalloista vettä, sitten myös rikkiä, klooria ja fluoria. 

Mikään näistä aineista ei kuitenkaan sopinut laavasuihkujen "voimanlähteeksi". Jos purkauksia olisi aiheuttanut esimerkiksi vesi, siitä olisi pitänyt jäädä jälkiä Kuusta tuotuihin näytteisiin. Sellaisia ei kuitenkaan ole havaittu.

 

 

Uudessa tutkimuksessa Saal tarkasteli ryhmineen näytteitä, joissa oliviinikiteiden joukossa olisi pieniä magmahitusia. Magmassa ollut kaasu on jäänyt nalkkiin kiderakenteeseen ennen kuin se on ehtinyt haihtua pois.

Tuloksiin pääseminen edellytti mittaustarkkuuden huomattavaa parantamista. Ioniluotaustekniikalla pystyttiin mittaamaan kahta kertaluokkaa pienempiä pitoisuuksia kuin aiemmin. Sillä saatiin näkyviin jopa kymmenesmiljoonasosan pitoisuudet.

Mittausten mukaan tutkituissa näytteissä oli 44–64 miljoonasosaa hiiltä. Kun hiilen esiintyminen oli saatu varmistettua, tutkijat kehittivät teoreettisen mallin siitä, miten magmassa oleva kaasu käyttäytyy eri syvyyksillä, ja varmistivat laskelmansa laboratoriokokein. 

Tulosten mukaan hiili kaasuuntui muita aineita aiemmin ja syvemmällä, jolloin se saattoi reagoida hapen kanssa. (Happea laavakivistä on löydetty jo kauan sitten.) Muut aineet, kuten esimerkiksi vety, kaasuuntuivat lähempänä pintaa eivätkä olisi voineet toimia samalla tavalla laavasuihkuja aiheuttavana kaasuna.

Tutkimus osoittaa myös, että osa Kuun sisusten haihtuvista aineista on samaa alkuperää kuin Maassa. Oliviinikiteissä olevissa magmahitusissa on hiiltä saman verran kuin Maan valtamerten keskiselänteissä esiintyvässä basaltissa.

Jos päätelmät pitävät paikkansa, tuloksella on merkitystä Kuun syntyä koskevien käsitysten kannalta. Kuun arvellaan saaneen alkunsa, kun Maahan osui sen varhaisessa nuoruudessa suunnilleen Marsin kokoinen kappale. Kuu tiivistyi törmäyksessä avaruuteen sinkoutuneesta aineesta.

"Aineisto viittaa siihen, että joko osa Maan haihtuvista aineista selvisi törmäyksestä ja päätyi muodostumassa olleeseen Kuuhun, tai niitä kertyi sekä Maahan että Kuuhun samaan aikaan yhteisestä lähteestä – ehkä alkuaikojen meteoriittipommituksen mukana", Saal arvioi.

Tutkimuksesta kerrottiin Brownin yliopiston uutissivuilla ja se julkaistaan Nature Geoscience -tiedelehdessä (maksullinen).