metaani

Suomen Akatemia palkitsee vuosittain ansioituneita tutkijoita akatemiapalkinnoin. Tänä vuonna palkinnon tieteellisestä rohkeudesta sai akatemiatutkija Arri Priimägi Tampereen yliopistosta ja yhteiskunnallisesta vaikuttavuudesta palkittiin akatemiatutkija Mari Pihlatie Helsingin yliopistosta. Priimägin tutkimuskohteena on valo ja sen vuorovaikutus eri materiaalien kanssa. Pihlatie tutkii maaperän, kasvien ja ilmakehän välistä vuorovaikutusta. Palkinnot luovutettiin tutkijoille viime keskiviikkona 6.2.2019.

Mari Pihlatien tärkein ja näkyvin tutkimuskohde on puiden rooli metaanin tuottajina. Kyseessä on monitieteinen kokonaisuus, jossa yhdistyvät maaperän biokemia, kemia, fysiikka ja mikrobiologia, kasvien biokemia ja fysiologia sekä ilmakehän fysiikka ja kemia.

”Meitä kiinnostaa, mikä on boreaaliseen eli pohjoiseen havumetsävyöhykkeeseen kuuluvien metsien rooli kasvihuonekaasujen nieluna ja lähteenä. Puut metaanin lähteinä ovat uusi tutkimusala. Aiemmin luultiin, että metaania syntyy ainoastaan hapettomissa oloissa, kuten boreaalisilla soilla. Tutkimusryhmäni kuitenkin havaitsi, että kaikki boreaalisen vyöhykkeen puut tuottavat metaania”, Pihlatie kertoo.

Pihlatien tutkimuksessa ovat vahvasti esillä erilaiset takaisinkytkennät. Kasvi vaikuttaa maaperän prosesseihin, maaperä vaikuttaa kasvien toimintaan, ja ilmakehä vaikuttaa maaperän ja kasvien vuorovaikutukseen. Havainnoimalla ilmakehän koostumusta ja esimerkiksi kasvihuonekaasujen pitoisuuksien muutosta, saadaan selville maaperän ja kasvien toimintaa kuten hiilen sidontaa, kasvihuonekaasujen sidontaa tai -päästöjä.

Pihlatie on kehittänyt luotettavia ja aiempaa vertailukelpoisempia mittauksia kasvihuonekaasujen arviointiin. Työ on ollut kansainvälisesti merkittävää. Pihlatie on osallistunut aktiivisesti ICOS-tutkimusinfrastruktuurin (Integrated Carbon Observation System) mittausprotokollien työstämiseen. ICOS on luomassa kansainvälistä standardia kasvihuonekaasujen havainnointiin.

Pihlatie on onnistunut erinomaisesti tuloksista tiedottamisessa: hän on kirjoittanut useita yleistajuisia artikkeleita ja antanut haastatteluja ilmastonmuutoksen vaikutuksista soihin ja turvemaihin sekä metsiin. Parhaillaan Pihlatie on akatemiatutkija (2015–2020). Hänelle on myös myönnetty Euroopan tutkimusneuvoston ERC Starting Grant kaudelle 2018–2023.

Juttu ja video ovat Suomen Akatemian tuottamia.

Joet ovat järvien lailla hiilidioksidin ja metaanin lähteitä, mutta mitkä tekijät vaikuttavat kasvihuonekaasujen vaihtoon veden ja ilmakehän välillä? Sitä tutkitaan nyt suurella mittauskampanjalla Sodankylässä.

Jos näet Lapissa, Sodankylässä Kitisen joeklla jotain kummallista kellumassa ja ulkopuolisen näköisiä hiippareita sen ympärillä, ei kannata säikähtää. Ne ovat vain tutkijoita, jotka ovat tulleet tekemään mittauksia.

Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskus INAR on nimittäin aloittanut Ilmatieteen laitoksen kanssa syyskuun loppuun kestävän laajan jokimittauskampanjan Kitisen joella.

Kampanjan taustalla on tieto siitä, että järvien tavoin joet ovat yleensä kasvihuonekaasujen, etenkin hiilidioksidin ja metaanin, lähteitä. Mekanismeja jokien kaasunvaihdon takana ei kuitenkaan vielä täysin ymmärretä, minkä vuoksi tarkkaa tietoa tämän kasvihuonekaasulähteen globaalista merkityksestä ei ole.

"Kitinen oli luonnollinen valinta mittauspaikaksi, koska pohjoisten ekosysteemien tutkimuksen merkitys on kasvamassa", sanoo kampanjaa johtava akatemiaprofessori Timo Vesala Helsingin yliopistosta.

"Joki on kooltaan riittävän suuri, niin että paikalle saattoi rakentaa mittauslautan. Ja vieressä olevat Sodankylän geofysiikan observatorio ja Ilmatieteen laitoksen yksikkö tarjoavat hyvät puitteet niin mittauksille kuin tutkijoillekin", jatkaa väitöskirjaansa tähän tutkimukseen liittyen valmisteleva Kukka-Maaria Erkkilä niin ikään Helsingin yliopistosta.

Kitinen on hyvä mallijoki

Kampanjassa tarkkaillaan kasvihuonekaasujen pitoisuuksia ilmassa ja vedessä, veden virtausta ja turbulenssia sekä veden lämpötilaa eri syvyyksillä.

Kampanjan avulla pyritään ymmärtämään biologisia, fysikaalisia ja meteorologisia tekijöitä, jotka vaikuttavat kaasujen vaihtoon veden ja ilmakehän välillä. Tätä tietoa voidaan hyödyntää globaaleissa hiilenkierto- ja ilmastomalleissa. Kitisen mittaukset tukevat myös eurooppalaisen kasvihuonekaasujen seurantajärjestelmän ICOS:n työn kehittämistä, sillä vesistöt ovat siinä aliedustettuina.

Mittauskampanja on globaalisti harvinainen ja vaatii kotimaisten partnerien lisäksi laajaa kansainvälistä yhteistyötä; mukana on tutkijoita myös Itä-Suomen yliopistosta, Saksasta German Research Centre for Geosciences -tutkimuslaitoksesta Potsdamista ja Koblenz-Landaun yliopistosta, Ruotsista Lundin, Linköpingin ja Uppsalan yliopistoista, Yhdysvalloista Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta, Venäjältä Moskovan yliopistosta sekä Iso-Britanniasta Southamptonin yliopistosta.

Tulokset kampanjasta tulevat kansainväliseen ja kotimaiseen käyttöön loppuvuodesta 2018.

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen. Otsikkokuva: Kukka-Maaria Erkkilä.

Tagit

INAR

hiilidioksidi

metaani

Sodankylä

Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallisto Nasa rummutti jälleen jo useita päiviä etukäteen tänää tulossa olevasta "merkittävästä" uutisesta Marsin tutkimuksen suhteen. Kuten aikaisemmissakin vastaavissa tapauksissa, uutiset olivat kiinnostavia, mutta eivät mullistavia; ei ole epäilystäkään, että Marsissa on voinut olla aikanaan elämää.

Nasa piti tänään illalla Suomen aikaa tiedotustilaisuuden, missä kerrottiin Science-lehdessä perjantaina julkaistavista tutkimuksista, jotka liittyvät Curiosity-kulkijan Marsissa tekemiin löytöihin.

Löydöt ovat monimutkaisia orgaanisia molekyylejä noin kolme miljardia vuotta vanhasta kivestä sekä metaanin määrästä Marsin kaasukehässä. Kyseessä eivät ole siis merkit elämästä, mutta jälleen eräitä merkkejä lisää siitä, että aikanaan Marsissa on voinut olla ainakin alkeellista elämää.

Orgaaniset molekyylit

Marsista on löytynyt jo aikaisemmin orgaanisia molekyylejä, mutta nyt Curiosityn Aeolis Mons -vuoren vieressä olevista mutakivikerrostumista löytämät molekyylit ovat hyvin kiinnostavia. Kerrostumat syntyivät noin kolme miljardia vuotta sitten, kun paikalla olleen järven pohjalle painui sedimenttejä, jotka ajan kuluessa ovat kivettyneet.

Aivan pinnalla Marsissa on liikaa ultraviolettisäteilyä, jotta molekyylit voisivat säilyä. Siksi Curiosity otti porallaan näytteen kiven sisältä ja näyte analysoitiin kulkijan sisällä olevassa minilaboratoriossa. Se kuumentaa näytettä. jotta siitä irtoaa aineita, jotka ohjataan massaspektrometriin. Tulosten mukaan näytteessä oli ainetta nimeltä
tiofeeni. Maan päällä sitä on esimerkiksi kivihiilitervassa.

Havainto tosin voi viitata myös kerogeeniin, samankaltaiseen orgaaniseen yhdisteeseen, missä on myös rikkiä. Rikki voisi auttaa sitä osaltaan selviämään vuosimiljardien ajan käytännössä muuttumattomana.

Kyseessä EI ole siis elämä, tai edes mikään lähellä sitä oleva, vaan ainoastaan monimutkainen orgaaninen yhdiste, jota elämä tarvitsee. Se voi myös olla elämän tuotos: Maan pinnalla kerogeenia on runsaasti kerrostumissa, joissa on puristuneena ammoisia leviä. Kerogeeni voi olla myös peräisin Marsissa aikanaan olleista aktiivisista tulivuorista.

Milton Keynesissä oleva Avoimen yliopiston tutkija Monica Grady toteaa Sciencen jutussa, että "oletan, että aine on geologista perua, mutta toivon, että se on biologista."

Curiosity on viisikilometrisen vuoren vieressä olevalla entisellä järvenpohjalla.

Entä metaani?

Toinen Sciencessä julkaistu juttu kertoo siitä, että Curiosity on havainnut Marsin kaasukehässä lähellä pintaa vähäisiä määriä metaania, ja lisäksi metaanin määrä vaihtelee vuodenaikojen mukaan. Curiosity on tehnyt mittauksiaan jo viiden vuoden ajan, joten kyse ei ole enää yksittäisistä tapauksista.

Marsin metaani on ollut suuren kiinnostuksen kohteena aina siitä alkaen, kun ESAn Mars Express löysi sitä ensimmäisen kerran vuonna 2004. Metaanille on oikeastaan vain kaksi mahdollista lähdettä: vulkanismi tai elämä.

Nykytiedon mukaan Marsissa ei ole enää aktiivista tulivuoritoimintaa, mutta on toki mahdollista, että näkymättömissä pinnan alla tapahtuu edelleen jotain. Yhtä lailla mahdollista on se, että vuodenaikojen mukaan aktiivinen ja passiivinen mikrobielämä pinnan alla tuottaa metaania esimerkiksi sään lämpenemisen innostamana.

Tästäkään ei voi havainnon perusteella sanoa yhtään enempää. Onneksi Marsia kiertää nyt ESAn Trace Gas Orbiter, kiertolainen, joka havaitsee kiertoradaltaan varsin tarkasti Marsin kaasukehässä olevia merkkikaasuja (kuten metaania), ja tämän vuoden marraskuussa Marsiin laskeutuu InSight -laskeutuja, joka pystyy toivottavasti seismometrillään havaitsemaan mahdollista pinnanalaista aktiivisuutta.

Varsinaisen elämän etsimisen kannalta parasta olisi kuitenkin saada Marsista näyte maanpäällisissä laboratorioissa tutkittavaksi. Jo pieni määrä marsperää melkein mistä päin tahansa planeettaa voisi pitää sisällään selviä merkkejä elämästä – jos mitään ei löytyisi, olisi sekin selvä tulos.

Tagit

Barentsinmeren pohjasta purkautui viime jääkauden lopulla suuria määriä metaania. Samoin voi käydä vielä uudestaankin, mikäli Grönlannin tai Antarktiksen jäätiköt alkavat sulaa vauhdilla. Tuore tutkimus antaa vihiä tapahtumien määristä ja laajuudesta.

Barentsinmeren pohjalta löytyy satamäärin suuria "kraattereita". Ne ovat läpimitaltaan 300-1000 metriä ja syvyydeltään jopa 30 metriä. Näitä laakeita monttuja on löydetty Huippuvuorten Karhusaaren eteläpuolella, hieman yli 300 metrin syvyydestä.

Jättimäiset kuopat löydettiin jo 1990-luvun alussa. Vasta nyt tutkijat ovat viimein onnistuneet selvittämään kunnolla olosuhteet, jossa ne saivat alkunsa.

Ne syntyivät viimeisen jääkauden loppuvaiheessa jättimäisten kaasupurkausten yhteydessä. Asiaa valaiseva tutkimus julkaistiin kesäkuun alussa tiedelehti Sciencessä.

Alueen kalliosta pulppuaa luonnostaan koko ajan metaania, jossa on pieni määrä (n. 3 %) muita orgaanisia kaasuja. Kaasut ovat peräisin tiukkaan puristuneista orgaanisista sedimenttikerroksista syvältä merenpohjan alta.

Normaalisti (esimerkiksi nykyisin) kaasut pulppuavat hitaasti eivätkä päädy ilmakehään. Merenpohjan sedimenttien mikrobit käyttävät niitä ravintonaan ja muuttavat valtaosan muiksi aineiksi. Meriveteen asti päässyt osa taas ehtii liueta hyvissä ajoin ennen ilmaan pääsyä.

Jääkauden aikaan tilanne oli kuitenkin toinen.

Jääkauden kylmimmässä vaiheessa mannerjäätikkö yhdisti Huippuvuoret Euraasian mantereeseen. Nykyisen Barentsinmeren kohdalla lepäsi tuolloin kaksi kilometriä paksu jäätikkö, vakaasti merenpohjalla maaten. Kylmyys jäädytti kaasut paikoilleen kiven sisään. Niitä kertyi muutaman sadan metrin syvyyteen merenpohjan alle tuhansien tai kymmenien tuhansien vuosien ajan.

Kun jäätikkö alkoi viimein oheta ja vetäytyä, olosuhteet hellittivät. Kaasut pääsivät uudelleen hitaasti liikkeelle. Ne nousivat maan alla hieman ylemmäs ja jäätyivät pian uudelleen. Sama toistui useita kertoja. Lopulta kaasut kertyivät merenpohjan tuntumaan, mutta yhä kallion sisään, ja alkoivat muodostaa pingoja. Ne ovat jääsydämisiä kohoumia, joskin näiden tapauksessa ydin oli metaaniklatraattia (jäätä, jonka hilarakenteeseen on jäänyt jumiin paljon metaania).

Pingot kasvoivat kasvamistaan, kun niihin pumppautui altapäin aina vain enemmän metaania. Myös pingojen klatraatti alkoi sulaa, vapauttaen lisää metaania. Tämä nosti painetta entisestään, kunnes kiven sietokyky ylittyi. Pingon pinta repesi ja metaani purkautui yhdessä rysäyksessä. Kaasuuntuva metaani siis räjäytti itsensä vapaaksi meriveteen asti, kallion läpi.

Kaasua vapautui kerralla valtavat määrät. Osa siitä pystyi liukenemaan meriveteen, mutta luultavasti ei kaikki. Voi olla, että valtaosa päätyi ilmakehään.

Barentsinmeren "kraatterit" on ajoitettu muutaman tuhannen vuoden tarkkuudella. Ne syntyivät mannerjäätikön vetäydyttyä alueelta 15 000 v sitten. Joissain niistä näkyy kuitenkin uurteita, jotka ovat syntyneet suurten pohjaa raastaneiden jäävuorten toimesta. Riittävän isoja jäävuoria alueella liikkui viimeksi jääkauden lopulla, noin 12 000 v sitten. Pingot siis syntyivät tuossa välillä.

Millaisista määristä puhutaan?

Laskeskellaanpa hieman kuinka mittavasta asiasta nyt puhutaan.

Suurimmista yksittäisistä Barentsinmeren "kraattereista" on poistunut runsaat 10 miljoonaa kuutiometriä metaaniklatraattia. Näin siis, mikäli "kraatterin" tilavuus todella vastaa sieltä poistunutta ainemäärää. Koska pingo on saattanut olla voimakkaastikin koholla ennen purkausta, todellinen määrä saattoi olla paljon tätä arviota suurempikin.

Sadan neliökilometrin alueelta metaaniklatraattia purkautui arviolta 25–250 miljoonaa kuutiometriä. Vapautuneen metaanikaasun määrä lieni noin 3–30 miljardia kiloa. 10x10 kilometrin alueelta vapautui siis määrä, joka vastaa 0,8–8,5 prosenttia koko ihmiskunnan vuotuisista (2012) metaanipäästöistä.

Mannerjään vaikutusalue ulottui kuitenkin paljon Barentsinmeren tutkimusaluetta laajemmalle, ympäri Arktista. Tutkijoiden mukaan metaanivarantoja on ehkä jopa 33 miljoonan neliökilometrin, eli tuplasti Venäjän laajuisella alueella. Koska jää kuitenkin vetäytyi eri alueilta eri aikoihin, eikä metaanin pulppuaminen ole joka paikassa yhtä voimakasta, eivät metaanipurkaukset kuitenkaan tapahtuneet kaikkialla yht'aikaa tai samalla intensiteetillä.

Jääkauden viimeisten tuhansien vuosien aikana tapahtuneet "röyhtäykset" olivat kuitenkin hyvin mittavia.

Prosessin todisteena merenpohjaa koristamaan jäi "kraattereita". Niitä on löydetty Barentsin-, Norjan- ja Pohjanmeren alueilta, mutta esiintymisaluetta ei ole kartoitettu.

Ylläolevalle kartalle on merkitty myös Pohjois-Venäjällä muutaman viime vuoden aikana sattuneet ja maailmaa hätkähdyttäneet kaasupurkaukset. Ne olivat kuitenkin varsin mitättömiä pihauksia jääkauden lopun tapahtumiin verrattuna – lisää näistä kuopista aiemmista jutuistamme.

Karu tulevaisuudenkuva – vai ehkä ei?

Malli on hyvin vakuuttava. Se myös kertoo karun ennusteen ilmastonmuutoksen mahdollisista vaikutuksista. Moisia voi olla odotettavissa kymmenien, satojen tai ehkä vasta tuhannenkin vuoden sisällä – geologisesti ajatellen kuitenkin silmänräpäyksessä.

Jos nykyiset mannerjäätiköt alkavat sulaa vauhdilla, myös niiden alle jäätyneet metaanivarastot vapautuvat. Moisia löytyy ainakin Grönlannin ja Länsi-Antarktiksen alta. Länsi-Antarktiksen jäätikkö on lisäksi kymmeniä miljoonia vuosia vanha, eli paljon vanhempi kuin jääkauden aikainen kollegansa Pohjois-Euroopassa. Sen alle on siis ehtinyt kerääntyä merkittävästi suuremmat metaanivarastot kuin Barentsinmereltä voi arvioida vapautuneen.

Metaani on kasvihuonekaasuna 20–30 kertaa tehokkaampi kuin hiilidioksidi. Etelämantereen metaanivarantojen suuruutta ei tunneta, mutta niiden mahdolliset ilmastovaikutukset saattaisivat hyvinkin vastata kaikkia niitä kasvihuonekaasupäästöjä, mitä koko ihmiskunta on ehtinyt ilmaan tuprutella jo kymmenien vuosien aikana. Moisen lisämetaanimäärän pääsy ilmakehään olisi katastrofaalista. Ainakin jos vapautuminen sattuisi kerralla.

Tilanne ei kuitenkaan ole aivan noin pelottava, kahdesta syystä.

Ensinnäkään nykyjäätiköt eivät voi sulaa kokonaan pois kovinkaan vauhdikkaasti: nopeimmillaankin se veisi satoja tai tuhansia vuosia. Kuitenkin jo pelkkä reuna-alueiden merkittävä vetäytyminen saattaa vapauttaa metaanista osan.

(Sivuhuomautus: Jättiläismäisimpienkään jäävuorten lohkeaminen Antarktiksen jäähyllyjen reunoilta ei vaikuta suoraan metaanin vapautumiseen. Jäähyllyt ovat nimittäin "vain" satoja metrejä paksuja ja kelluvat meressä, eivätkä paina tai juuri viilennä merenpohjaa. Ne vaikuttavat mannerjään tilanteeseen välillisesti: Jäähyllyn massan huvetessa mantereelta merelle tuleva jäävirta kohtaa vähemmän vastustusta ja virtaa siksi nopeammin. Näin mannerjäänkin massa pienenee.)

Toiseksi ilmakehän luonnollinen metaanipitoisuus ei näytä vaihdelleen kovinkaan paljoa. Sen osuus on viimeisen 800 000 vuoden aikana heilahdellut noin 0,3–0,7 miljoonasosan tienoilla, vaikka monia jääkausia metaanipurkauksineen on ehtinyt tulla ja mennä. Metaani siis joko sittenkin onnistuu purkausten yhteydessä liukenemaan veteen, tai sitten se on siirtynyt ilmakehästä muualle, yllättävän nopeasti.

Nykyisin tilanne on kuitenkin hieman erilainen, kiitos ihmisen toiminnan. Metaanipitoisuus on kivunnut jo 1,7 miljoonasosaan ilmakehän kaasutilavuudesta, eli 2,5–5 -kertaiseksi "normaaliin" jääkauden jälkeiseen tilanteeseen verrattuna. Arktiksen pohjoisosissa on lisäksi jo nyt meneillään ikiroudan sulamisen kausi, mistä todisteena ovat vaikkapa Jamalin niemimaan tuoreet räjähdyskuopat. Ne tuovat lisää ei-oikein-enää-tervetulleita metaanipäästöjä.

Jäätiköiden alta paljastuvilta seuduilta tulevat metaaniröyhtäykset tekisivät tähän vielä oman lisänsä. Pienen vai suuren – se riippuu ihan siitä mihin määrää vertaa, ja millä aikajänteellä ne tapahtuvat.

Tutkimuksesta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tekniikan Maailma.

Ensimmäisen väliotsikon alla olevat laskelmat ovat kirjoittajan tekemiä. Kirjoittaja on jäätiköitäkin jonkin verran tutkinut planetologi.

Päivitys 5.6. klo 19.45: Korjattu kirjoitusvirheitä.

Lähteet: Andreassen ym. (2017), Solheim & Elverhøi (1993), Lammers ym. (1995), World bank

Otsikkokuva: Andreassen et al. (2017) Science/AAAS

Tagit

Laitteen nimi on RASSOR, eli Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot, ja se on eräänlainen automaattinen kaivuri.

Sen tehtävänä on kaivaa Marsin pinnan alta kiviainesta, josta voitaisiin ottaa talteen tarvittavia raaka-aineita, kuten esimerkiksi jäätä. Koska jää on vettä, saadaan siitä elektrolyysin avulla suhteellisen helposti happea ja vetyä. Ja luonnollisesti vesi sinällään on tärkeää, jos Marsissa on ihmisiä, jotka koettavat kasvattaa siellä kasveja ruoakseen.

RASSORia on testailtu ja kehitetty jo jonkin aikaa, mutta nyt syyskuussa sitä testattiin yhdessä polttoainetta paikan päällä Marsissa tekevän laitteiston kanssa. Marco Polo -niminen laitteisto eriyttää Marsin pinta-aineesta (tai maanpäällisessä kokeessa sen koostumusta jäljittelevästä aineesta) vettä ja happea.

Testeissä RASSOR pystyy keräämään kerralla 18 kiloa hiekkaa ja soraa, ja se on suunniteltu toimimaan 16 tuntia vuorokaudessa. Se liikkuu nopeasti ja pystyy kuljettamaan ainetta erittyjälaitteistoon pitkienkin matkojen päästä.

Kauhakuormaajarooveria ei suinkaan olla lähettämässä tällaisenaan Marsiin, vaan kyseessä on perustutkimus sitä aikaa varten, kun Marsissa aloitettaisiin oikeasti veden tiristäminen pinta-aineesta ja sen tuloksena olevaa vettä ja happea tarvittaisiin ihmisille.

Tämä tekniikka on ensiarvoisen tärkeää tulevien miehitettyjen Mars-lentojen kannalta, ja etenkin jos Marsiin ollaan perustamassa kokonaista siirtokuntaa.

Taannoisessa Elon Muskin esittelemässä suunnitelmassa tämä Marsin pinnalla tehtävä toiminta olikin jäänyt varsin pienelle huomiolle, kun hän keskittyi suunnitelmassaan lähinnä ihmisten kuljettamiseen Marsiin.

Joku tarkka lukija saattaa muistaa, että Musk – kuten monet muutkin Mars-lennoista haaveileva – oli ehdottanut rakettien polttoaineeksi metaania, koska sitä on laajalti saatavissa Marsissa. Pinnan alta sitä ei sellaisenaan pysty kaivamaan, mutta Marsin kaasukehässä on jonkin verran metaania. Sitäkin enemmän kaasukehässä on kuitenkin hiilidioksidia, josta yhdessä vedyn kanssa saa varsin yksinkertaisella kemiallisella reaktiolla (Sabatier-reaktiolla) metaania.

Alla on vielä IEEE Spectrumin tekemä RASSORin edellisen version esittely.

Saturnusta kiertävä Cassini-luotain on tehnyt havaintojaan rengasplaneetan kuista jo yli kymmenen vuoden ajan, mutta se löytää koko ajan lisää kummallisuuksia. Eräs tarkimmin tutkittu kohde on omituinen kuu Titan, joka on kuin pakastettu, nuori maapallo. Sen pinnalla on järviä, jotka tosin ovat kovin erilaisia kuin Maan päällä...

Titan on Saturnuksen suurin kuu, ja jos se kiertäisi Aurinkoa yksistään, kutsuttaisiin sitä eittämättä planeetaksi. Se on suurempi kuin Merkurius ja olennaisesti kookkaampi kuin Kuu.

Planeettamaisen siitä tekee myös se, että Titanilla on paksu kaasukehä. Pääosin typestä koostuvan kaasukehän olemassaolo tiedettiin jo ennen avaruusluotaimien aikaa, mutta vasta lähelle pääseminen paljasti kunnolla Titanin salaisuuksia: sen pinnalla on vuoria ja laaksoja, ja niiden välissä enemmän ja vähemmän laajoja järviä.

Titanin pintaa Cassini-luotaimen matkassa Saturnukseen lentänyt Huygens laskeutui vuonna 2004 kuun pinnalle ja kopsahti todennäköisesti vast'ikään kuivuneen järven pohjalle. Se oli kuin paahtovanukasta: kova, jäinen pinta ja höttöä ainetta sen alapuolella. Luotaimen lähettämät kuvat (kuten oikealla) paljastivat myös kerrassaan omituisen, punaruskean usvan verhoaman maailman.

Pinnalla näkyy kiviä, jotka eivät kuitenkaan ole kiviä, vaan vesijäätä.

Suurin osa Titanin pinnasta on jäätä, joka hyvin matalan lämpötilan (noin −180 °C) vuoksi on hyvin kovaa ja käyttäytyy kuin kallio täällä maapallolla. Se on siis kivikovaa jäätä, jota pinnalla virtaava neste kovertaa ja muokkaa samaan tapaan kuin vesi muovaa kiveä kotoisissa ympyröissä.

Pinnalla virtaava neste on hiilivetyjä, todennäköisesti pääasiassa metaania. Mukana voi olla myös hieman etaania.

Ne käyttäytyvät Titanissa kuin vesi Maan päällä: nestemäisinä ne muodostavat järviä ja jokia pinnalle, mutta niitä höyrystyy jatkuvasti myös ilmaan – tai siis kaasukehään – ja siellä ne muodostavat pilviä, sekä myös satavat alas pisaroina.

Metaani myös jäätyy ja siitä muodostuu ajoittain jäätiköitä. Metaania voi suihkuta myös pinnan alta geysireinä ylös.

Kuva: Kartta näyttää, että suurin osa nestealtaista on kuun pohjoisella pallonpuolella.

Järviä, saaria, aaltoja...

Titanissa on aivan uskomattoman hienosti toimiva vesijään ja hiilivetyjen kiertosysteemi. Tässä mielessä ei ole lainkaan yllättävää, että Cassini on havainnut Titanin pinnalta monia hyvin kotoisia näkymiä.

Eräs näistä on Ligeia Mareksi kutsuttu nestemetaaniallas, joka hieman Suomen ja Ruotsin välissä olevaa Pohjanlahtea suurempi meri. Se on arvioiden mukaan jopa 200 metriä syvä.

Eikä se ole ainoa suuri meri. Lisäksi Titanissa on mm. Kraken Mare ja Punga Mare, joista Krakenmeren syvyys on noin 160 metriä.

Tänään on uutisoitu paljon aalloista, joita tutkakuvista on voitu nähdä metaanijärvien pinnalla, mutta ensimmäisen kerran näitä havaittiin ja niistä raportoitiinkin jo pari vuotta sitten. Sittemmin aaltoja on havaittu kaikista Titanin meristä, kun on tiedetty mitä etsiä.

Aallot eivät ole kovin suuria: ne ovat voin noin puolitoista senttimetriä korkeita ja liikkuvat pinnalla noin 70 senttimetriä tunnissa. Aaltoja on havaittu paikoissa, joissa selvästikin niitä synnyttävä tuuli ohjautuu puhaltamaan samaan suuntaan esimerkiksi saarien tai muiden rannalla olevien pinnanmuotojen ohjaamana.

Jokainen veneellä vesillä kulkenut on huomannut saman ilmiön kotoisillakin järvillä.

Ja mitä tulee saariin, niin Cassinin ottamissa tutkakuvissa (paksun pilvikerroksen vuoksi suurin osa Titanin pinnan "kuvista" on tutkahavaintoja) on havaittavissa varsin paljon erilaisia saaria ja niemekkeitä. Osassa näistä on havaittavissa myös selviä merkkejä ranta-alueiden muuntumisista.

Erityisen hyvin tätä muuttumista on havaittu Ligeiameressä olevassa "mystisessä saaressa", jonka reunat muuttavat väriään vuosien kuluessa. Saarta on pidetty silmällä erityisen tarkasti vuodesta 2007 alkaen. Syynä muutoksiin ovat todennäköisimmin hitaasti nouseva ja laskeva vuorovesi, muusta syystä muuttuva metaanin pinnan taso tai muutokset maaperässä ranta-alueella.

Yksi tekijä muutoksissa voi olla vuodenajat. Vuonna 2009 Titanin pohjoisella pallonpuolella alkoi kevät, kun se kääntyi osoittamaan kohti Aurinkoa, ja parhaillaan kevät on muuttumassa kesäksi. Titanista tehdyt ilmastomallit ennustavat tuulien voimistuvan näinä aikoina, ja siksi aaltojakin havaitaan nyt enemmän. Kesä koittaa Titanin pohjoispuolella vuonna 2017.

On syynä mikä tahansa, on havainto vain yksi merkki siitä, että Titan ja sen meret ovat jatkuvassa muutoksessa. Aurinkokunnassa kaukana olevat kylmät maailmat eivät ole todellakaan mitään paikalleen jäätyneitä kuolleita maailmoja!

Kuva: Taiteilija on piirtänyt Cassini-luotaimen samaan kuvaan Saturnuksen ja hieman luonnottoman suuren Titanin kanssa. Cassinin kyljessä näkyy tässä vielä lautasmainen Huygens-laskeutuja, joka irtaantui vuonna 2004 omille teilleen ja laskeutui laskuvarjon varassa Titanin pinnalle. Kuvat: NASA / JPL / Cassini

Tagit

Saturnusta kiertävä Titan on Aurinkokunnan toiseksi suurin kuu. Merkuriusta kookkaampi kiertolainen häviää läpimitassa Jupiterin Ganymedekselle vain runsaat 100 kilometriä.

Titan on kuin syväjäädytetty muinainen Maa. Sillä on tiheä, pääosin typestä koostuva kaasukehä, jonka paine on noin puolitoista kertaa suurempi kuin maapallolla merenpinnan tasolla.

Jättiläiskuun pinnalla on meriä, järviä ja jokia, mutta noin -180 celsiusasteen lämpötilassa niissä ei lainehdi ja virtaa vesi, vaan metaani ja etaani. Saturnusta vuodesta 2004 kiertänyt Cassini-luotain on tutkinut myös Titania. Sen kuvien ja mittausten perusteella "vesistöjä" on erityisesti kuun napaseuduilla.

Metaanin ja etaanin täyttämiä painanteita on kahdenlaisia: laajoja, satojen kilometrien läpimittaisia ja satojen metrien syvyisiä meriä, joihin laskee mutkittelevia jokia, sekä pienempiä ja matalampia järviä, jotka keskittyvät tasaisemmille alueille.

Järviin ei yleensä laske jokia, joten niiden arvellaan täyttyvän sateista ja pinnan alta tihkuvasta nesteestä. Ajoittain osan järvistä on todettu kuivuvan vuodenaikojen vaihdellessa.

Painanteiden synty on kuitenkin ollut arvoitus. Ratkaisun jäljille on päästy vertailemalla Titanin järviä maapallon karstialueiden pinnanmuotoihin. Seuduilla, joilla esiintyy esimerkiksi kalkkikiveä, sadevesi syövyttää kallioperää. Seurauksena on erilaisia uurteita ja vajoamia, esimerkiksi syviä doliineja, jotka voivat olla läpimitaltaan satoja metrejä.

Karstimuodostelmien syntyyn vaikuttaa kallioperän koostumus, sademäärä ja lämpötila, jotka ovat Maassa ja Titanissa hyvin erilaisia. Tutkijoiden mukaan pinnan painanteiden syntyprosessi voi silti olla yllättävän samanlainen näillä kahdella toisistaan poikkeavalla Aurinkokunnan kappaleella.

Thomas Cornetin johtama ryhmä laski, kuinka kauan Titanissa havaittujen maastonmuotojen synty kestäisi. Tutkijat olettivat, että kuun pintaa peittää kiinteä orgaaninen aine, liuottimena toimivat nestemäiset hiilivedyt ja lämpötila on aikojen saatossa ollut Titanin nykyisten ilmastomallien mukainen – eli hyvin alhainen.

Tuloksena oli, että satametrisen painanteen synty veisi kuun sateisilla napa-alueilla noin 50 miljoonaa vuotta. Se vastaa käsitystä Titanin melko nuoresta pinnasta.

"Totesimme liukenemisen olevan Titanissa noin 30 kertaa hitaampaa kuin Maassa, koska Titanin vuosi on pidempi ja siellä sataa vain kesäisin. Silti uskomme liukenemisen olevan suurin tekijä Titanin pinnanmuotojen muuttumisessa ja järvien synnyssä", Cornet arvioi.

Lähempänä Titanin päiväntasaajaa sataa vähemmän ja harvemmin, joten laskelmien mukaan painanteiden muodostuminen on siellä paljon hitaampaa ja kestää satoja miljoonia vuosia. Siksi niillä seuduilla ei juuri ole järviä.

Järvien synnystä kerrottiin NASAn uutissivuilla ja tutkimus julkaistiin Journal of Geophysical Research, Planets -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA

Tagit

Saturnusta kiertävä Cassini-luotain on tehnyt havaintoja, jotka viittaavat hydrotermiseen toimintaan jäisen Enceladus-kuun uumenissa. Jo aiemmin on arveltu, että sellaista voisi esiintyä Jupiterin Europa-kuussa, jonka jääkuoren alla on syvä meri.

Havaintoja ei ole tehty suoraan Enceladuksesta, jonka etelänavan seutuvilta löytyi jo kymmenen vuotta sitten vesihöyryä ja jääkiteitä suihkuttavia geysirejä. Eri olomuodoissa olevan veden mukana avaruuteen kulkeutuu pieniä, alle kymmenen nanometrin läpimittaisia kivensiruja, joita luotaimen kosmisen pölyn mittalaite on tutkinut.

Pitkällisen analyysin, laboratoriokokeiden ja tietokonemallinnusten perusteella tutkijat ovat päätelleet, että piipitoiset kivensirut ovat syntyneet, kun Enceladuksen sisuksista on noussut kuumaa, mineraalipitoista vettä, joka on joutunut kosketuksiin kylmemmän veden kanssa. Hiukkasten ominaisuuksien perusteella vaadittava lämpötila on vähintään 90 celsiusastetta.

Samanlaisia hitusia syntyy Maan valtamerten syvänteissä, kun emäksisen, mineraalipitoisen veden lämpötila laskee äkisti. Tällainen ilmiö esiintyy hydrotermisten purkausaukkojen eli niin sanottujen valkoisten savuttajien, mustien savuttajien "serkkujen" yhteydessä.

Näyttää siis siltä, että Enceladuksen jäisen kuoren alla on meri, jonka pohjassa on samankaltaista hydrotermistä toimintaa kuin maapallon merissä. Ja valkoisten savuttajien arvellaan olleen mahdollisesti merkittävässä osassa, kun Maan elämä muinoin syntyi.

Kivensirujen pieni koko viittaa siihen, että ne kulkeutuvat alkulähteiltään avaruuteen melko nopeasti, muutamassa kuukaudessa tai korkeintaan muutamassa vuodessa. Painovoimamittausten perusteella on päätelty, että Enceladuksella on 30–40 kilometriä paksu jääkuori, jonka alla on kymmenen kilometriä syvä meri. Kivensirut olisivat siis peräisin noin 50 kilometrin syvyydestä.

Hydrotermiseen toimintaan viittaa myös Enceladuksen pinnan alta veden ja jään mukana purkautuva metaani. Kuun sisuksissa olevan meren suuressa paineessa voi syntyä klatraattia, jossa metaanimolekyylejä on sitoutunut vesijään kiderakenteeseen. Sitoutuva metaani olisi peräisin hydrotermisestä toiminnasta, johon myös kivensirujen tutkimus viittaa.

Kumpikaan havainto ei kerro elämän esiintymisestä – vaikka sensuuntaisia otsikoita aiheesta epäilemättä tulemme näkemään – mutta ne osoittavat, että jättiläisplaneettojen jäisten kuiden sisuksissa olosuhteet voivat olla samankaltaiset kuin maapallolla elämän ilmaantuessa tänne.

Tagit

hydroterminen toiminta

Tutkijat ovat viimein päässeet laskeutumaan Siperian tundralle syntyneisiin outoihin reikiin. Kerroimme näistä Tiedetuubissa jo kesällä.

Tutkimuksen kohteena on suurin kolmesta kesällä Jamalin niemimaalta löydetystä sylinterin muotoisesta tai "piippumaisesta" reiästä. Reikä on 16,5 metriä syvä. Tämän lisäksi pohjaa peittää pinnalta jäätyntyt vesikerros. Tarkka syvyys selvenee tehtyjen luotausten analysoinnin jälkeen, nyt se tiedetään ainakin 10-metriseksi. Maanpinnalla reikää ympäröi monen metrin korkuinen maavalli, joka syntyi räjähdyksessä.

Tutkimusmatka tehtiin 10.11. alkaneella viikolla, sillä kuoppaan pystyi laskeutumaan vasta talven tultua. Tutkimusmatka tehtiin 11 asteen pakkassäällä. Helposti murenevien seinien täytyi jäätyä, jotta alas pystyttiin kiipeämään.

Asiasta kertoi Siberian Times, jonka sivuilla löytyy myös huima kuvasarja tutkimuksesta.

On mahdollista, että vastaavia reikiä on syntynyt aiemminkin, mutta niitä ei vain ole huomattu. Vastaavien reikien synty voi olla hyvin vaarallista alueella kulkeville paimentolaisille, sekä lähellä toimiville maakaasua pumppaaville laitoksille.

Tutkijoiden alustava oletus on, että reiät syntyivät metaanipurkauksissa. Usean tutkimuslaitoksen yhteisprojektissa räjähdysmekanismi toivottavasti selviää lopullisesti.

Retkikuntaa johtava Venäjän Arktisen tutkimuskeskuksen johtaja, Vladimir Pushkarev, kertoo: "Saimme tehtyä kaikki luotaukset ja mittaukset mitä aioimmekin. Nyt tutkijoiden täytyy setviä aineistot, ja vasta sitten voimme tehdä johtopäätöksiä. Pintaa tutkattiin 200 metrin syvyyteen ja otettiin näytteitä jäästä, maaperästä, kaasuista ja ilmasta. Tutkijat ovat nyt vieneet näytteet koti-instituutteihinsa läpikäyntiä varten. Seuraava askel on kerätyn aineiston käsittely. Sitten aiomme tutkia ympäröivää aluetta, vertaillen satelliittikuvia ja vanhempiin, 1980-luvulla otettuihin. Näin saamme käsityksen onko vastaavia reikiä lisää - tai oliko niitä kenties jo aiemmin."

Pushkarev itse on kiipeilijä, pelastustyöntekijä ja tutkimusmatkailija.

"Ei näitä tarvitse pelätä," Pushkarev rauhoittelee. "Tällä hetkellä emme pidä reikien äkillistä syntymistä vaarallisena. Olen kuullut Bermudan kolmio -tyylisistä ideoista. Tutkijoiden on tehtävä työnsä ennen ratkaisun saavuttamista. Tällä hetkellä meillä ei ole riittävästi tietoa sanoaksemme mistä tämä johtuu."

Syiksi on tähän mennessä esitetty ainakin ilmaston lämpenemistä, muutaman lämpimän vuoden satunnaista peräkkäisyyttä, sekä geologisten siirrosten aiheuttamaa kaasupurkausta. Paljon epätodennäköisempiäkin syitä on esitetty. Näihin lukeutuvat meteoriittitörmäys, maanulkoisten vierailijoiden luotauskokeet, pieleen mennyt ohjuskoe ja tarkoituksellinen huijaus.

Todennäköisin syy on metaanikaasupurkaus. Ainakin kesällä tehdyt mittaukset viittaavat tähän. Hydraateissa jään sisällä on kaasuja, pääosin metaania. Niitä löytyy sekä Siperian kaltaisilta ikiroudan alueelta että monin paikoin merten pohjista. Hydraatteja on Siperiassa paitsi satojen metrien syvyydellä, myös ehkä aivan pinnan lähellä olevassa kerroksessa.

Syitä voi olla muitakin, mutta yhteisvaikutuksesta kaasu purkautui räjähtävästi. Lisäksi reikä sijaitsee kahden tektonisen siirroksen risteämäkohdassa. Jamalin niemimaalla ei seismisesti paljoa tapahdu, mutta juuri tällä paikalla on aktiivista toimintaa. Samalla myös lämpötila on keskivertoa korkeampi.

Otsikkokuva: Vladimir Pushkarev/Venäjän Arktisen tutkimuksen keskus

Tagit

Heinäkuun puolivälissä Pohjois-Siperiasta löydettiin outo reikä, joka on kymmenien metrin levyinen ja lähes sata metriä syvä. Viikkojen kuluessa muualtakin Jamalin niemimaalta on raportoitu useista samankaltaisista onkaloista. Kaikkien olemassaoloa ei kuitenkaan ole vielä varmistettu.

Päivitys 15.11.2014: Räjähdysreikiin päästiin viimein paikan päälle marraskuussa, kun seinämät ovat jäätyneet riittävän vahvoiksi. Tästä tarkemmin toisessa jutussamme.

Päivitys 2.8.2014 klo 19:00: Liitetty viittaukset suomalaismedioiden uutisiin.

Alkuperäinen uutinen:

Reikien synnyttäjäksi on varmistumassa metaani. Sitä epäiltiin heti alusta lähtien, mutta pitäviä todisteita ei aiemmin ollut.

Nyt niiden pohjalla tehdyssä mittauksessa ilman metaanipitoisuuden on havaittu olevan jopa 10 % tienoilla. Se on noin 50000-kertainen ilmakehän keskimääräiseen verrattuna.

Jamalin niemimaan reiät lienevät syntyneet jättimäisen metaanimäärän erittäin nopeassa räjähdysmäisessä purkauksessa.

Ei kuitenkaan vaikuta siltä, että metaani olisi purkautuessaan palanut. Tämä olisi kuitenkin periaatteessa mahdollista, sillä aine voi leimahtaa jo muutaman prosentin pitoisuuksissa.

Asiantuntijat ovat jo aiemmin todenneet muutamat alkuun esitetyt reiän syntyideat mahdottomiksi. Näihin kuuluvat esimerkiksi ikirouta-alueile tyypilliset palsat, pingot ja suppakuopat, tulivuorenpurkaukset, sekä kaikenlaiset maanpinnalla tapahtuneet räjähdykset, kuten meteoriittitörmäykset tai ohjustestit. Silti tapahtuma siivittää ihmisten mielikuvitusta, ja mahdottomiakin ideoita viljellään edelleen sekä perinteisessä että sosiaalisessa mediassa. Esimerkiksi Youtubesta löytyy pilvin pimein asiaa kantilta jos toiseltakin selitteleviä videoita.

Lisäys klo 19:00: Tänään sekä Ilta-Sanomat että Uusi Suomi uutisoivat reikien paljastuneen doliineiksi eli maanvajoamiksi. Tämä ei pidä paikkaansa, sillä sellaisissa pinta nimenomaisesti vajoaa tai romahtaa syvällä olevaan tyhjään tilaan. Siperiassa reikien ympärillä on selvää heittelettä, joten tavara on lentänyt kuopista ylös- ja ulospäin.

Andrei Plekhanovin johtama pieni retkikunta tekee mittauksia ja esittää mielipiteitään paikan päältä. Venäjänkielinen uutisvideo.

Uusi tapahtuma, vanha syy

Tuloksista raportoi Andrei Plekhanovin johtama retkikunta, joka on koittanut päästä selvyyteen reiän alkuperästä. Plekhanov toimii arkeologina Salehardin kaupungissa toimivassa arktisen alueen tutkimukseen erikoistuneessa tiedeinstituutissa.

Tutkijaryhmän tulkinta on, että reikä liittyy pariin viimeiseen erityisen lämpimään kesään. Vuosina 2012 ja 2013 alueen keskilämpötila on ollut viitisen astetta normaalia korkeammalla. Ne olivat kuin piste iin päällä, pitkään jatkuneen hitaamman lämpenemisen lopussa.

Myös saksalainen geokemisti Hans-Wolfgang Hubberten on samoilla linjoilla. Hän työskentelee Alfred Wegener -instituutissa Potsdamissa. Tiedemiehet olettavat ymmärtävänsä tapahtumien kulun. Kaikki täsmää metaaniin.

Jo pitkään on tiedetty, että alueen paksu ikijääkerros pitää seudun suuria metaanivarantoja aisoissa metaanihydraatin muodossa. Normaalisti sitä esiintyy yli 100 metrin syvyydellä. Jamalin reikien syvyyttä ei vielä tunneta: Niiden pohjaa peittää vesi, jonka pinta on 70 metrin tienoilla. Altaan syvyyttä taas ei ole vielä mitattu.

“Kaasun paine kohosi kunnes se oli tarpeeksi suuri puskeakseen jääkerroksen syrjään voimakkaassa purkauksessa, joka muodosti kraatterin”, kuvailee Hubberten. Hän ei ole ikinä aiemmin nähnyt mitään Jamalin kraatterin kaltaista.

Eikä ole kukaan muukaan. Jatkuvan lämpenemisen myötä niistä voi kuitenkin tulla arkipäivää, samalla kiihdyttäen lämpenemistä. Metaani kun on noin sata kertaa tehokkaampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi.

Tiedemiehet ovat jo pitkään varoittaneet tapahtuman mahdollisuudesta.

Ihmisen toiminta on jo nyt nostanut ilmakehän metaanipitoisuutta viimeisten muutamien satojen vuosien aikana roimasti. Kansainvälisen ilmastopaneelin siteeraamat tutkimukset kertovat, että se on nyt lähes 2,5 kertaa korkeampi kuin milloinkaan viimeisen 800 000 vuoden aikana. Siperian ikijään lämpötila on noussut vain parissa vuosikymmenessä kahdella asteella 20 metrin syvyydellä. Keskimäärin siis – paikoin se voi olla enemmänkin.

Jos – tai kun – samanlaisia metaanipurkauksia syntyy lisää, ne voivat tehdä elämän alueella hankalaksi. Muutaman kymmenen kilometrin päästä löytyy maakaasua pumppaava laitos, jossa syntyvä reikä voisi olla katastrofaalinen. Alueella on myös useita pieniä kyliä ja poroja seuraavia paimentolaisia.

Selitys ei kuitenkaan ole vielä absoluuttinen. Lisätutkimuksia ja varmistusta tarvitaan. Seuraavaksi Plekhanovin retkikunta aikoo tutkia reiän seinämiä, etenkin sen kaasupitoisuuksia. Se on kuitenkin Plekhanovin mukaan ongelmallista.

”Reunat sulavat hiljalleen ja tippuvat pohjalle. Voi kuulla, kuinka maata putoilee, ja vettä solisee maassa. Se on aika aavemaista.”

Teksti perustuu suurelta osin tiedelehti Naturen uutisartikkeliin aiheesta. Reiän halkaisijasta liikkuu monenlaisia huhuja (raportit liikkuvat 15-100 metrin välillä), oletettavasti käännös- ja ymmärrysongelmien vuoksi. Naturen uutisen mukaan se on 30-metrinen.

Tagit

Hans-Wolfgang Hubberten

ilmasto