Kun laava virtasi Kylmyyden meressä

Mare Frigoris on se omituisenmuotoinen tumma kaistale Kuun lähipuolen pohjoisosissa. Pitkän matkaa se reunustaa Mare Imbriumia muodostaen Kuu-ukon kulmakarvan, ja jatkeineen (Sinus Roris ja Lacus Mortis) se kattaa reilut sata pituusastetta, tai tuollaiset 1700 km. Mistään vähäpätöisestä pläntistä ei siis ole kyse. Toisin kuin pyöreämmät meret, Mare Frigoriksen ei tiedetä täyttävän mitään törmäysallasta. Tämä voi osaltaan selittää sitä, että Frigorista on tutkittu moniin muihin Kuun meriin verrattuna hyvin vähän.

Mare Frigoriksen tutkimusalueelta kartoitetut vulkaaniset yksiköt. Yksiköiden ikäsuhteet ja koostumukset on annettu seuraavassa kuvassa. CD = cryptomare deposit, EBF = eastern basalt feature, ECF = eastern central Frigoris, EF = eastern Frigoris, PD = pyroclastic deposit, WCF = western central Frigoris, WF = western Frigoris. Kuva: Kramer et al. 2015 / JGR / Wiley.

Tutkimusalueen kivilajiyksiköiden ikäsuhteet
(vanhimmat alimpana) ja niiden rauta- ja
titaanipitoisuudet. Kuva: Kramer et al. 2015 / 
JGR / Wiley.

Korkean alumiinipitoisuuden basaltit taas ovat Apollo-näytteissä harvinaisia Kuun basaltteja. Niissä on 12–18 painoprosenttia alumiinia (Al2O3), kun tavallisissa mare-basalteissa Al2O3-pitoisuus on vain 7–12 painoprosenttia. Lisäksi Apollo 14:n korkean alumiinipitoisuuden basalttinäytteistä löydettiin ainutlaatuisen korkeita kaliumpitoisuuksia. Kenties kiinnostavin piirre korkean alumiinipitoisuuden basalteissa on kuitenkin se, että kaikista mare-basalteista vanhimmat, noin 4,3 miljardin vuoden taakse ajoitetut Apollo 14:n basalttinäytteet ovat juuri korkean alumiinipitoisuuden tyyppiä. Niinpä nämä basaltit avaavat ikkunan Kuun varhaiseen magmaattiseen toimintaan.

Mitä tekemistä Mare Frigoriksella ja korkean alumiinipitoisuuden basalteilla sitten on toistensa kanssa? Paljonkin, ainakin jos uskomme Georgiana Kramerin ja kollegojen painotuoretta artikkelia Mare Frigoriksen basalteista. Ja itse ainakin uskon, sillä minulla oli ilo olla viimeisen muutaman vuoden aikana mukana tuossa seitsemisen vuotta kestäneessä, viime tammikuussa kuolleen B. Ray Hawken ideasta poikineessa projektissa, jonka ensimmäiset tulokset julkaistiin jo keväällä 2009. Silloin tutkimusryhmän koostumuskin oli varsin toinen kuin tutkimuksen lopullisessa artikkeliversiossa.

Kramerin laaja tutkimus perustui etenkin spektrianalyysiin Clementine-luotaimen monikanava-aineistosta, joka yltää ultravioletista lähi-infrapunaan. Oleellisia analyysissä olivat Mare Frigoriksen pintaa ruopineet pienet kraatterit, jotka tarjoavat nähtäväksi säteilyn ja mikrometeoriittipommituksen muokkaamaa pintaa tuoreempaa materiaalia. Näitä Frigoriksen basaltteihin syntyneitä kraattereita tutkittiin peräti 1533 kappaletta, ja ne antavat kattavan kuvan Frigoriksen alueen laavojen koostumuksesta ja alueen vulkaanisesta historiasta. Äkkiseltään vilkaisten piirteettömältä vaikuttava mare-tasanko on geologisessa mielessä kaikkea muuta kuin yksitoikkoinen.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että Frigoriksen vulkaaninen historia on ollut pitkä ja todella monivaiheinen. Vaikka eri aikoina eri puolilla Frigorista purkautuneiden laavojen ja vähäisempien pyroklastisten ainesten koostumus on vaihdellut, niistä useimpia kuitenkin yhdistää yksi tekijä: Frigoriksen laavoista valtaosa on korkean alumiinipitoisuuden tyyppiä. Frigoris onkin pinta-alaltaan laajin korkean alumiinipitoisuuden basalttien esiintymisalue. Vaikka tällaiset basaltit siis ovat suuria harvinaisuuksia Apollo-näytteissä, ovat ne kuitenkin todellisuudessa Kuun pinnalla luultua yleisempiä. Tämä osoittaa jälleen kerran todeksi sen, että niin loistavia kuin Apollo-lennot olivatkin, on käsityksemme Kuusta väkisinkin hieman vääristynyt laskeutumispaikkojen vähyyden ja samankaltaisuuden vuoksi.

Frigoriksen seutukunta osuu yksiin erään Jeff Andrews-Hannan viime vuonna ehdottaman mahdollisen repeämävyöhykkeen kanssa. On tällä hetkellä arvailujen varassa, onko Frigoriksen basalttien koostumuksella suoraa yhteyttä ehdotetun repeämävyöhykkeen kanssa, mutta mahdolliselta se vaikuttaa. Mare Frigoris voikin paljastaa vielä kaikenlaista uutta ja yllättävää Kuun geologisesta historiasta ja niistä monimutkaisista prosesseista, jotka siihen ovat vaikuttaneet. 

P.S. 27.11.2015. Juttu pääsi Journal of Geophysical Research: Planets -lehden lokakuun numeron kanteenkin. Kuvassa ylinnä on Mare Frigoriksen rautapitoisuus, alinna titaanipitoisuus, ja keskellä 1533:n tutkimuksessa käytetyn pienen kraatterin sijainti. Kraatteripisteet on merkitty myös rauta- ja titaanikarttoihin. Kohdissa, joissa kraatteria osoittava piste erottuu taustastaan, on pintaregoliitin ja kraatterin paljastaman syvemmän, tuoreen aineksen koostumuksissa ero.

 

Vale, emävale, tietokonesimulaatio?

Viime kuukausina on taas saanut valitettavasti nähdä, kuinka suurella nimellä ja aggressiivisella markkinoinnilla saadaan julkisuudessa ja valitettavasti myös ns. arvostetuissa tiedelehdissä läpi tutkimusta, jonka tieteelliset meriitit ovat hyvin vähissä. Ja koska tiedetoimittajilla ei ole mahdollisuutta olla joka alan asiantuntijoita, maineikkaan tutkijan nimellä suureen ääneen markkinoitu tutkimus menee ensin läpi suuremmissa tiedetoimituksissa, ja tihkuu sitten ennen pitkää sieltä Suomeenkin. Näinhän se menee, ja vika ei siis todellakaan ole toimittajien, vaan lisää rahaa halajavien tutkijoiden ja otsikoita (ja niiden myötä rahaa) haluavien yliopistojen ja tutkimuslaitosten. Ei, tällä kertaa kyse ei ole siitä, että NASA jälleen kerran löytää Marsista vettä (Sivumennen sanoen en tunne yhteen planeettatutkijaa tai planeettatutkimuksesta kiinnostunnutta maallikkoa, joka suhtautuisi vähintään kerran–pari vuodessa julkistettaviin hämmästyttäviin uusiin löytöihin Marsin vedestä minään muuna kuin kestovitsinä, joka vielä nauratti joskus vuosikymmen sitten. Miksi niitä siis jatkuvasti suureen ääneen edelleen toitotetaan tiedeviestimissä?), vaan siitä, kuinka tietokonesimulaatioissa ”löydetään” Kuun kraattereiden keskuskohoumista mineraaleja, jotka ovat muka ”eksoottisia”. Toisesta, melkein vastaavasta ja samaan aikaan sattuneesta mediatapauksesta jaksan ehkä urputtaa joskus myöhemmin.

Nature Geoscience -lehdessä julkaistiin toukokuun lopulla tutkimus nimeltään Projectile remnants in central peaks of lunar impact craters. Suomessakin tuo juttu pääsi Tähdet ja Avaruus -lehden sinänsä ansiokkaisiin uutisiin, kun sitä ensin oli muun muassa Space.comissa hehkutettu. Jo artikkelin otsikointi paljastaa mediapelin: otsikossa ei mitenkään viitata siihen, että kyseessä on vain uusiin tietokonesimulaatioihin ilmestynyt mahdollisuus, vaan valittu sanamuoto herättää lukijan kiinnostuksen antamalla rivien välissä ymmärtää, että törmänneen kappaleen jäänteitä olisi havaittu Kuun kraattereiden keskuskohoumissa. Mistään havainnoista ei kuitenkaan ole kyse, vaan perinteisten tietokonemallintajien kunniatonta perintöä vaalien Z. Yue ja kumppanit eivät turhaan rasita tutkimustaan vertaamalla malliensa tuloksia enemmän tai vähemmän suoriin havaintoihin keskuskohoumista, tai ylipäätään juuri mihinkään todellisuuteen liittyvään.

Lyhyesti sanottuna artikkelin perusajatus on, että Kuussa törmäysnopeuden ollessa riittävän hidas, eli tässä tapauksessa alle 12 km/s, törmänneestä kappaleesta huomattava osa ei höyrysty, sula, lennä heitteleen mukana ulos kraatterista, tai sekoitu törmäyssulaan ja breksioihin, vaan jää mystisesti lillumaan kaiken muun kraatterin kiviaineksin päälle, ja päätyy siitä keskuskohoumaan. Koska oliviini on tyypillinen mineraali monissa meteoriittityypeissä, mutta vähäinen tekijä Kuun yläkuoresta suurimman osan muodostavassa anortosiitissä, esittävät Yue ja kumppanit keskuskohoumissa spektroskooppisesti tunnistettujen oliviinirikkaiden kivilajien olevan törmänneen kappaleen saastuttamia, eivätkä ne näin ollen kertoisi mitään Kuun pinnanalaisesta koostumuksesta. Törmäävien kappaleiden nopeusjakaumien perusteella Yue kollegoineen väittää, että jopa 25%:ssa Kuun suurten kraatterien keskuskohoumista pitäisi löytyä tämä ”eksoottinen” oliviinirikas koostumus.

Copernicuksen synty Yue et al:in (2013) tietokonemallin mukaan. Törmäysnopeus 10 km/s ja duniittisen törmäävän kappaleen läpimitta 7 km. Punaisena kuvattu törmäävästä kappaleesta peräisin oleva aines jää kaivautumiskraatterin reunoille (yläkuva), ja myöhemmässä vaiheessa kerääntyy sitten keskuskohoumaan (alakuva). Ruskealla kuvattu vaipan aines ei yllä lähellekään pintaa, vaikka Copernicuksen keskuskohoumassa oliviinia onkin havaittu. Vaikka tietokonemallissa homma toimii, sillä ei välttämättä ole mitään tekemistä todellisuuden kanssa. Kuva: Yue et al. (2013) / Nature Geoscience

Näissä väitteissä on lukuisia pahoja ongelmia. Kuten vanhempi ja viisaampi kollega muutaman työhuoneen päästä, eli Paul Spudis omassa erinomaisessa blogissaan tästä samaisesta aiheesta painotti, ei oliviinin tunnistaminen sieltä täältä Kuun pinnan spektreistä ole mitenkään kummallista. Oliviinia on havaittu Kuun pinnalla niin eräiden suurempien kraatterien, kuten Copernicuksen keskuskohoumista, kuin eritoten pienempien kraatterien reunoiltakin. Mitään erityisen merkillistä näissä havainnoissa ei pääsääntöisesti siis ole, mutta oliviinin jakauma sinänsä on kiinnostava kysymys. Yuen ja kumppaneiden artikkelissa vain jotenkin merkillisesti oletetaan paitsi oliviinin olevan kovinkin kummallista Kuun pinnalla, myös että kaikki tutkijat kuvittelisivat keskuskohoumissa havaitun oliviinin olevan peräsin Kuun vaipasta tai ainakin alakuoresta. Kuun kerrosjärjestystä ovat kuitenkin suuret törmäysaltaat muokanneet moneen kertaan, ja sen lisäksi Kuussa on ollut runsaasti erilaista magmaattista toimintaa, myös intruusioita, joissa väkisinkin syntyy oliviinirikkaita kivilajeja, joista myöhempien törmäysten on hyvä nostaa oliviinia pintaan koskematta lainkaan Kuun vaippaan. No, ehkä tietokonemallintajat haluavat kuvitella, että kaikki muut luulevat yksinkertaisesti Kuun yläkuoren olevan vain ja ainoastaan anortosiittia, alakuoren noriittia, ja vaipan duniittia. Globaalina yksinkertaistettuna peruslähtökohtana tuo tämänhetkisen tiedon valossa toki edelleen pätee, mutta paikallinen geologinen todellisuus voi olla kuitenkin kovin erilainen.

Tein huvikseni pienen testin Yue et al:in artikkelin väitteille. Valitsin ensin Kuun nimetyistä kraattereista ne, joille on iäksi määritetty varhaisimbrikautinen tai nuorempi, ja näistä edelleen ne, joiden läpimitta on 40–200 km, ja joilla siis kokonsa puolesta pitäisi olla selvä keskuskohouma. Lisäksi poistin joukosta pienen määrän selvästi peittyneitä kraattereita. Jäljelle jäi 215 kraatteria. Tämän jälkeen kaivoin esiin kolme julkaisua, joissa on yritetty määrittää keskuskohoumien koostumuksia. Valitsin näistä tutkimuksista ”oliviinirikkaat” keskuskohoumat varsin väljällä seulalla, jotta mukaan varmasti tulisivat kaikki, joissa spektroskooppisesti on edes jonkinlainen oliviiniin vähänkään viittaava signaali havaittu. Käytännössä tämä tarkoitti yli 22,5 tilavuusprosenttia oliviinia tai ”anortosiittinen troktoliitti” Cahill et al. 2009:n mukaan, ”troktoliitti” tai ”anortosiittinen troktoliitti” Tompkins & Pieters 1999:n mukaan, ja intermediäärinen tai sitä mafisempi koostumus Song et al. 2013:n mukaan. Tunnustan suoraan, että vertailuni lähtökohdissa on jo sinänsä joitakin ongelmia, koska kyseessä ei ole laisinkaan satunnainen otanta, pienten numeroiden statistiikkaan ajaudutaan väistämättä, eivätkä eri spektroskooppisten tutkimusten tulokset järin hyvin vastaa toisiaan, mutta kaikki tämä huomioidenkin alla olevassa taulukossa koottuna olevat tulokset ovat silti mielenkiintoisia.

Ikä	Kokonais-lukumäärä	Havaitut ”oliviinirikkaat” Lukumäärä	Mallin ennuste (25%) Lukumäärä
Kopernikaaninen	23	4	5,75
Eratostheninen	49	5	12,25
Myöhäisimbrinen	88	2	22
Varhaisimbrinen	55	3	13,75
Yhteensä	215	15	53,75

 

Keskuskohoumissa on siis ainakin toistaiseksi havaittu merkittävästi vähemmän ”oliviinirikkaita” (”oliviinipitoinen” olisi geologisesti parempi termi, mutta koska spektroskooppisesti tarkkoja pitoisuuksia ei käytännössä pystytä luotettavasti määrittämään, kutsuttakoon tällä kertaa noita koostumuksia oliviinirikkaiksi) koostumuksia kuin mitä uusi tietokonemalli ennustaa. Korostan sitä, että esimerkiksi kopernikaanisia kraattereita taulukossa on niin vähän, etteivät luvut ole tilastollisesti lainkaan merkittäviä, ja toisaalta voi väittää, että varhaisimbristen kraatterien keskuskohoumista osa on erodoituneita ja osa peittyneitä, eikä niistä siten voisikaan havaita oliviiniä. Eratosthenisten ja myöhäisimbristen kraatterien kohdalla tällaisia ongelmia ei kuitenkaan äkkiä ajatellen pitäisi olla ainakaan kovin merkittävissä määrin, ja silti havainnot ja mallin ennuste eivät laisinkaan vastaa toisiaan: Yue kollegoineen ennustaa merkittävästi enemmän oliviinirikkaita keskuskohoumia kuin mitä toistaiseksi on havaittu. Olisi ollut mielenkiintoista lukea, mitä mieltä artikkelin kirjoittajat ovat tällaisesta epäsuhdasta, mutta koska havaintoihin vertaaminen ei heitä kiinnostanut, jää tämä arvailujen varaan.

Vaikka siis en juurikaan arvosta Yuen ja kollegoidensa artikkelia (Josta myös löytyy – etenkin sen vain sähköisenä julkaistuista liitteistä – runsaasti hupaisia munauksia, jotka osoittavat, ettei kukaan lukenut läpi viimeistä versiota artikkelista, mikä on nykyään valitettavan tavallista.), todettakoon tässä osittaisena vastauksena provokatiiviseen otsikkooni, että en minä suinkaan pidä tietokonesimulaatioita kraatterien synnystä turhina. Päinvastoin, ne ovat erittäin merkittävä apuneuvo yritettäessä ymmärtää äärimmäisen monimutkaista prosessien sarjaa, joka ei kunnolla laboratoriossa tutkittavaksi taivu.

Esimerkkinä mielestäni erittäin ansiokkaasta simulaatioihin perustuvasta tuoreesta tutkimuksesta, joka myös käsittelee törmäävän kappaleen kohtaloa kraatteroitumisprosessissa, mutta josta ei ole pahemmin kylillä huudeltu, mainittakoon Meteoritics & Planetary Science -lehden toukokuun numerossa ollut Ross Potterin ja Gareth Collinsin oivallinen artikkeli. Siinä tutkittiin eri tekijöiden vaikutusta törmäävän kappaleen säilymiseen sulamatta tai höyrystymättä, ja verrattiin tuloksia Morokwengin kraatteriin ja sen synnyttäneeseen meteoriittiin, jonka sulamattomia kappaleita yllätten löydettiin keskeltä törmäyssulaa. Tekijät, joilla Morokwengin meteoriitin säilyminen selittyy, ovat hidas törmäysnopeus, alhainen huokoisuus, pitkänomainen muoto, ja jyrkkä törmäyskulma. Pojasta on selvästi polvi parantunut, sillä kirjoittajista Collinsin väitöskirjatyön yksi ohjaaja oli Yuen tutkimuksen taustapiru ja mediassa paistattelija Jay Melosh, ja Potter puolestaan teki väitöskirjansa Collinsin hellässä huomassa. Sivumennen sanoen, Morokwengin synnyttäneen kappaleen löytöartikkelin ykköskirjoittaja Wolf Maier päätyi sittemmin kaikista mahdollisista paikoista Oulun yliopiston geologian professoriksi.

Varsinaiseen asiaan palatakseni, simulaatioiden tekijöiden pitäisi aina muistaa vanha viisaus, ”garbage in, garbage out”. Jos siis mallin peruslähtökohdat ovat älyttömät, saadaan myös älyttömiä tuloksia. On toki paljon mahdollista, että Yue kumppaneineen on lopulta oikeassa, en yritäkään kiistää sitä. Tuurillaan ne laivatkin seilaavat. On vain kovin vaikea nähdä järin suurta merkitystä tutkimuksessa, jonka yksi perusolettamuksista ei vastaa todellisuutta (Oliviini ei ole mitenkään poikkeuksellinen mineraali Kuun pinnalla), jonka yhtä perusmekanismia ei edes yritetä selittää (Mikä pitää raskaamman oliviinirikkaan materiaalin kellumassa kevyemmän anortosiittisen materiaalin päällä koko äärimmäisen turbulenttisen kraatterin synnyn ja muokkautumisen ajan, ja estää sitä sekoittumasta törmäyssulien ja breksioiden kanssa?), ja jonka ennusteita ei edes yritetä verrata havaintoihin. Pistää kieltämättä vaan vähän vihaksi, että iso nimi (Melosh) isosta yliopistosta (Purdue) takaa julkaisun isossa pintaraapaisulehdessä (Nature Geoscience), ja maailma on rähmällään sen edessä, vaikka artikkelin todelliset ansiot ovat hyvin kyseenalaiset, samalla kun kukaan ei huomaa vähän pienempien nimien (Potter & Collins) erinomaista artikkelia yhdessä alan tärkeimmistä täysmittaisia tutkimusartikkeleja julkaisevista lehdistä (Meteoritics & Planetary Science).

Mitä tästä opimme? Emme kai mitään, mutta tulipahan jälleen kerran muistutus siitä, että tiedeuutisointiakin hallitsevat markkinamiehet ja -naiset, eikä sillä, mistä tiedeuutisissa hehkutetaan ja mistä vaietaan ole juuri mitään tekemistä sen kanssa, mikä on oikeasti hyvää tutkimusta.