Tasapainoista tietoa maailmankaikkeudesta

Kategoria: Laajenemistektoniikka

Laajeneva maapallo -teoria osa 3

Laajeneva maapallo osa 1
Laajeneva maapallo osa 2

Kahdenlaisia selitysmalleja

Laajeneva maapallo -teorian mekanistiset selitykset voidaan jakaa karkeasti kahteen eri luokkaan:

  1. Maapallon laajeneminen massan lisäyksen vuoksi.
  2. Maapallon laajeneminen massan pysyessä samana.

Molemmissa näissä on vahvuudet ja heikkoudet. Massanlisäysteoria selittäisi helposti edellisessä osassa käsitellyn dinosaurus-ongelman, sillä massan lisääntyminen vaikuttaisi suoraan lisääntyneeseen gravitaatioon. Haasteena tälle teorialle on itse mekanismi tälle massan lisäykselle, sillä ne pohjautuvat täysin hypoteettisiin prosesseihin maapallon kuoren sisällä.

Laajeneminen ilman massanlisäystä olisi helpompi selittää mekaanisesti, mutta tämä selitysmalli johtaisi maapallon tiheyden vähenemiseen, mikä taas tarkottaisi käänteisen neliön lain mukaisesti planeetan pinta-gravitaation lisääntymistä mentäessä ajassa taaksepäin. Mitkään havainnot eivät kuitenkaan tue suurempaa gravitaatiota esihistoriallisella ajalla.

Käänteisen neliön laki. Kuva: Borb (talk · contribs)

Varhaisia selitysmalleja

James Maxlow listaa laajeneva maapallo- teorialle viisi varhaista selitysmallia:

  1. Sykkivä maapallo. Tässä teoriassa maapallon syklisen laajenemisen on ajateltu avanneen valtameret, ja supistumisen on ajateltu aiheuttaneen vuoristot. Tämä ehdotus epäonnistuu selittämään eksponentiaalisen lisääntymisen maapallon laajentumisessa. Lisäksi S. W. Carey ei katsonut tämän mallin selitystä vuoristojen syntymiselle vakuuttavana.
  2. Meteoriitti- ja asteroidiaineen kerääntyminen. Tämän teorian mukaan maapallo on vähitellen kasvanut planeetallemme tippuneesta meteoriittien ja asteroidien aineesta. Tämä teoria ei selitä merenpohjan laajenemiskuvioita tai mantereiden eroamista. Lisäksi tämä ehdotus vaatisi, että maapallo olisi kauttaaltaan kilometrien syvyisesti meteoriittipölyn peittämänä, mitä se ei selvästikään ole.
  3. Pysyvä maapallon massa, ja vaihemuutokset alkuperäiseen supertiheään ytimeen. Carey hylkäsi tämän pääsyynä maapallon laajenemiselle, koska ajatteli tämän vaativan liian suuren pintagravitaation prekambriajalta paleotsooiselle kaudella. Careyn mukaan ei ole todisteita suuremmasta pintagravitaatiosta menneisyydessä, ja tarvittava laajentuminen alkuperäisestä nykyiseen vaatisi 50 kertaisen tilavuuden lisääntymisen, eikä aurinkokunnassa ole mitään esimerkkiä näin tiheästä kappaleesta.
  4. Universaalin gravitaatiovakion muuttuminen. Tämän teorian mukaan yleisen gravitaatiovakion heikentyminen on vähentänyt maan kuoren painetta saaden aikaan laajentumista. Tässä teoriassa on kuitenkin useampia ongelmia. Se ei selitä maapallon tilavuuden exponentiaalista kasvua ja se vaatisi liian suuren pintagravitaation prekambrisella ajalla. Ottaen huomioon, että suurimmat dinosaurukset olivat ongelma nykyiselläkin gravitaatiolla, niin nykyistä suuremmalla niiden olemassaolo olisi täysi mahdottomuus.
  5. Kosmologinen syy, joka aiheuttaa maapallon massan lisääntymistä. Maxlown mukaan tämä on näistä hyväksyttävin selitysmalli, vaikka sen tarkkaa mekanismia ei ole pystytty aikaisemmin kunnolla selittämään. Esimerkiksi Nikola Tesla ehdotti vuonna 1935, että auringon ja planeettojen laajeneminen johtuu alkumaterian (eetteri) muuttumisesta materiaksi. ​(Maxlow; Tesla)​

Myöhempiä selitysmalleja

  1. Ioninen massan laajennus. Tässä selitysmallissa eri elementtien atomit lisäävät massaa ionisaation avulla. Tämä selitys eroaa muista massanlisäysmalleista siinä, että massa lisääntyy atomien sisällä sen sijaan, että syntyisi uusia atomeja.
  2. Materian siirtyminen auringosta. Tässä mallissa Auringosta maapallolla lentävät elektronit ja protonit yhdistyvät 200–300 kilometriä paksussa ydintä ympäröivässä vaipassa (D-alue).​(Maxlow)​

Tämä viimeinen (John Eichlerin) selitysmalli on Maxlown mukaan kaikista vakuuttavin teoria selittämään maapallon laajenemista. Tässä mallissa auringosta ja muualta avaruudesta lentävät hiukkaset aikaan saavat ydinsynteesiä syvällä maapallon kuoren sisällä. Maapallon ollessa jatkuvassa Auringon plasma-purkausten hiukkaspommituksessa maapallolle saapuu jatkuvasti aineen rakenneosia (elektroneja ja protoneja), joten ainakaan näistä ei ole pulaa uuden massan syntymiselle. (Maxlow)

Maxlown laajenemismekaniikka. Navoilta tulee (Auringosta saapunutta) ionisoitunutta plasmaa. Tämä luo uutta materiaa 200-300 km paksulla D-alueella. Magma ja lämpövirtaukset aiheuttavat painetta kuoreen ja saavat aikaan valtamerten keskiselänteiden repeämistä. Kuva: James Maxlow.
Maxlown laajenemismekaniikka kambriajalta nykypäivään. Laajeneminen alkoi kambriajalla. Permikaudella laajennus sai aikaan kuoren halkeamisen, mikä aloitti mantereiden erkaantumisen. Kuva: James Maxlow.

Mielestäni tämän ydinsynteesiteorian vahvuudet ovat siinä, että tämä ei vaatisi mitään eksoottisia teoreettisia hiukkasia tai voimia, kuten pimeä aine, vaan tämä tapahtuisi normaalien hiukkasten aiheuttamana prosessina. Lisäksi tämä ei vaatisi suurempaa gravitaatiota esihistoriallisella ajalla, mikä on joidenkin laajenemisteorioiden ongelma. Sen sijaan se prosessi, millä nämä uudet atomit näistä ydinsynteesinä muodostuvat on edelleen täysin hypoteettinen. Emme pääse syvälle maapallon sisälle tekemään havaintoja.

Ratkaisu plasma-kosmologiaa soveltamalla?

Ehkä lopullinen selitys tälle ei löydykään massan lisäämisestä, vaan vastaus löytyykin sähkön ja plasman mekaniikasta. Walter Russell esitti 1950-luvulla kiinnostavan teorian planeettojen laajentumisesta. Russellin mallissa planeetat eivät synny ja jää staattisesti tietylle kiertoradalle, vaan:

  1. Planeetat syntyvät lähellä aurinkoa ja etääntyvät satojen miljoonien vuosien aikana kauemmas emokappaleestaan.
  2. Planeettojen etääntyessä ne siirtyvät aina sisemmistä (sähköisestä) painekerroksista ulompiin.
  3. Kerrosten sähköinen paine vähenee asteittain sisemmistä kerroksista kohti ulompia kerroksia.
  4. Siirtyessä ulompaan kerrokseen planeetat laajenevat suhteessa tämän kerroksen heikompaa painetta. (Russell, ​A New Concept of the Universe​)

Otetaan esimerkiksi Merkurius, joka on Auringon viimeinen jatke. Se on hyvin kuuma ja tiivis planeetta, joka kiitää primaarinsa ympäri alle kolmessa kuukaudessa. Merkuriuksen kiertyessä vähitellen ulos etäisyydelle, missä maapallomme nyt on, sillä tulee kestämään neljä kertaa kauemmin tehdä yksi kierros auringon ympäri, ja tilavuudeltaan se tulee olemaan noin neljä kertaa nykyistä suurempi, sillä sen täytyy vähitellen laajentua pitääkseen tasapainon Auringosta avaruuteen ulottuvien muuttuvien ekvipotentiaalien paine-gradienttikerrosten kanssa.

Walter Russell 1953

Russellin mukaan kaikki planeetat laajenevat, ja tämän laajenemisen aiheuttaa muutos planeetan ulkoisessa paineessa sen liikkuessa vähitellen kauemmas auringosta. Vertauskuva tähän voisi olla taivaalle nouseva helium-ilmapallo, joka laajenee noustessa ylemmäs kohti pienempää ilmanpainetta. Tämä selittää miksi sisemmät planeetat ovat aina tiheitä ja uloimmat planeetat ovat kaasujättiläisiä. Vaikka Russellin malli vaikuttaa kiinnostavalta, niin sille ei tietääkseni ole ollut konkreettisia todisteita.

Aurinkokunta. Kuva:
Beinahegut

Tutustuessani kuitenkin sähköaurinkoteoriaa käytännön tasolla laboratoriossa tutkivaan SAFIRE-projektiin, löysin jotain hyvin mielenkiintoista. SAFIRE:n kokeessa havaittiin sisäkkäisten plasmakerrosten muodostuminen metallisen SAFIRE-auringon ympärille. Plasmakerrosten välille muodostui jonkinlainen voimakenttä, ja sisemmissä kerroksissa havaittiin suurempi paine kuin ulkoisissa. Uloimmissa kerroksissa sen sijaan havaittiin huomattavasti korkeampi lämpötila kuin anodin pinnalla. ​(Aurtas)​

SAFIRE:n reaktori. Keskellä wolframi-tikun päässä on ontto metallikuula, jonka sisällä on kaasua. Metallikuula toimii anodina eli siihen johdetaan sähköä. Kuva: Aurtas Energy Ltd.
Kuvassa SAFIRE:n miniaurinko toiminnassa. Alkuperäinen kuva: Aureon Energy Ltd.

En tiedä onko kukaan muu tehnyt yhteyttä näiden välillä, mutta SAFIRE:n plasmakerrokset tukevat mielestäni Russellin teoriaa. Mikäli SAFIRE:n aurinko vastaa mekaniikaltaan oikean auringon toimintaa, niin oikeassakin auringossa voidaan olettaa löytyvän sisäkkäisiä plasmakerroksia. Jos näissä sisäkkäisissä kerroksissa on erilaiset paineolosuhteet, niin ehkäpä tämä vastaa Russellin ”auringosta avaruuteen ulottuvia muuttuvia ekvipotentiaaleja paine-gradienttikerroksia”, joihin planeettojen laajeneminen on sidoksissa.

SAFIRE:n havainnot ja Walter Russelin teoria yhdistettynä.

Mitkä ovat tämän teorian vahvuudet ja heikkoudet? Vahvuuksina ovat yksinkertainen selitys planeettojen laajenemiselle ja jonkin asteinen konkreettinen näyttö eri painekerroksille. Tämä selittäisi hyvin myös sen ongelman, miksi maapallo ei tällä hetkellä näytä kasvavan. Jos planeetat kasvavat vain siirtyessä eri plasmakerroksesta seuraavaan, niin laajenemista ei tapahdu koko ajan, vaan vaiheittain.

Tämän teorian haasteena kuitenkin on maapallon pintagravitaation muuttuminen. Mikäli massa ei lisäänny, niin pitäisikö pintagravitaation vähentyä planeetan laajetessa? Jos vastaus tähän on kyllä, niin mesotsooisella ajalla olisi täytynyt olla huomattavasti nykyistä vahvempi pintagravitaatio. Tämä on kuitenkin mahdotonta, kuten artikkelin aikaisemmassa osassa osoitin.

Russell ei missään suoraan kommentoi tätä asiaa, mutta hänen kosmogonisessa mallissaan paino on sen voiman mitta, millä kappaleet pyrkivät maapallon keskustaa kohti. Tämän voiman määrä kuitenkin määräytyy kappaleiden välisestä sähköpotentiaalista. Pienemmät potentiaalit (esimerkiksi ihmiset) pyrkivät kohti suurempaa potentiaalia (planeetat), ja esimerkiksi veden syklisessä kiertokulussa sataessaan maanpinnalle veden potentiaali kasvaa, kun taas haihtuessaan taivaalle veden potentiaali laskee. (Russell, ​The Russell Genero-Radiative Concept​)

Russelin mallissa esimerkiksi kivellä on suurempi tiheys ja näin ollen suurempi sähköpotentiaali kuin vedellä. Tästä johtuen kiveen kohdistuu vettä suurempi voima pyrkiä kohti planeetan keskustaa. Vastaavasti veden haihtuessa sen potentiaali heikkenee ja se alkaa laajentua ja nousta ilmaan. Kerätessään tarpeeksi suuren potentiaalin se sataa takaisin alas maahan.

Planeettojen laajentuessa niiden potentiaalin tulisi siis pienentyä eli pintagravitaation tulisi vähentyä mentäessä ajassa eteenpäin. On tietysti mahdollista, että tähän vaikuttaa vielä jokin tuntematon muuttuja, mitä en ole ottanut huomioon.

Lopuksi

Tässä artikkelissa (osat 1–3) olen esitellyt laajeneva maapallo -teorian historiaa aina 1900-luvun alusta nykypäivään. Aikaisina teoreetikkoina olivat Roberto Mantovani, joka tulkitsi geologisia havaintoja maapallon kasvamisen aiheuttamaksi ja Christoph Hilgenberg, joka tiettävästi ensimmäisenä teki fyysiset mallit erikokoisista maapalloista (Hilgenbergin karttapallot). Nykyisen laajenemistektoniikan isänä pidetään professori Samuel Warren Careytä, joka teki geologiassa kunnioitettavan uran.

Käsittelin myös viitteitä alhaisemmasta gravitaatiosta kaukana esihistoriallisella ajalla. Erityisesti Brachiosaurukset ovat mielenkiintoinen tapaus, sillä niiden olemassaolo nykyisellä gravitaatiolla on haastava ongelma. Puhumattakaan siitä jos gravitaatio olisi aiemmin ollut nykyistä suurempi.

Viimeisessä osassa käsittelin erilaisia teorioita, joilla tätä laajenemismekaniikkaa on selitetty. Lopuksi esitin oman synteesin Walter Russelin teoriasta ja SAFIRE-kokeiden havainnoista. Kuten lukija varmasti huomasi, niin tämä ei ole aivan yksinkertainen aihe. En pyrkinyt sanomaan aiheesta mitään lopullista. Tavoitteenani oli antaa kattava, mutta tiivis esitys tästä aiheesta ja herättää lukijan kiinnostus pohtimaan ja ehkä jopa selvittämään asiaa itse.

Lähteet

  1. Aurtas, International. “Phase Three.” SAFIRE-Project, 2017, https://safireproject.com/science/phase-three.html.
  2. Maxlow, James. Expansion Tectonics: A Complimentary Download. Terrella Press, 2015, https://www.expansiontectonics.com/wpPDF/ExpansionTectonicsHandout0915.pdf.
  3. Russell, Walter. A New Concept of the Universe. University of Science and Philosophy, 1953.
  4. —. The Russell Genero-Radiative Concept. The Russell Foundation, 1926.
  5. Tesla, Nikola. “Expanding Sun Will Explode Some Day Tesla Predicts.” The New York Herald Tribune, 18 Aug. 1935, p. 1, https://en.wikisource.org/wiki/The_New_York_Herald_Tribune/1935/08/18/Expanding_Sun_Will_Explode_Some_Day_Tesla_Predicts.

Geologiset aikakaudet ja paleontologia – lyhyt vertailu kahden teorian välillä

Tämä on lyhyt kommentti artikkeleille https://www.kosmologia.fi/2020/05/05/kosmologia-osa-5-laajeneva-maapallo-teoriat-osa-1/ JA https://www.kosmologia.fi/2020/05/10/kosmologia-osa-6-laajeneva-planeetta-teoria-osa-2/

Tässä on lyhyt vertailu virallisen tieteellisen teorian ja vaihtoehtoisen laajennustektoniikka -teoria välillä. Ensimmäisessä teoriassa dinosaurusten sukupuutto ja pangean hajoaminen on kaksi toisistaan riippumatonta samanaikaista tapahtumaa. Toisessa teoriassa nämä kytkeytyvät yhteen.

  • Laattatektoniikan mukaan Pangean hajoaminen tapahtui samoihin aikoihin suuren sukupuuttoaallon kanssa.
  • Selkeää mekanismia ei ole osattu antaa pangean hajoamiselle tai sille, miksi mantereet ovat aikaisemmin olleet kaikki samassa kohtaa maapalloa.
  • Sukupuuttoaalto johtui luultavasti suuresta meteoriitista, mikä kylmensi ilmaston pitkäksi aikaa tappaen dinosaurukset.

Kasvava maa. Kuva: Michael Netzer
  • Laajennustektoniikan mukaan mantereet alkoivat hajoamaan maapallon laajenemisen seurauksena erityisesti mesotsoonisella kaudella.
  • Laajeneminen on saattanut aiheuttaa gravitaation lisääntymistä.
  • Lisääntynyt gravitaatio on tehnyt maapallolla elämisen suurille dinosauruksille mahdottomaksi, joten nämä ovat kuolleet sukupuuttoon.
  • Eläimet ja kasvit ovat alkaneet asteittaisesti pienentymään kohti nykyaikaa

Lopuksi se, että vaikka näitä on mielenkiintoista vertailla, niin kumpikaan näistä teorioista ei ole vailla ongelmia. Laattatektoniikassa ainakin professori S. W. Careyn mukaan niin kutsuttuja alityöntövyöhykkeitä on vain mitättömän pieni määrä verrattuna niihin tuhansiin kilometreihin meren keskiselänteen alueita, joista syntyy uutta merenpohjaa. Toisaalta maapallon laajennus ei välttämättä lisää gravitaatiota ellei massa lisäänny samalla. Massan lisääntymisen mekaniikka on täysin hypoteettistä, eikä sitä tukevia todisteita tietääkseni ole.

Laajeneva maapallo -teoria osa 2

Mesotsooisen kauden poikkeuksellisen suuret maaeläimet – dinosaurukset – muodostavat merkittävän tieteellisen paradoksin, jota emme voi enää sivuuttaa. Sama pätee myös jättiläsmäisiin lentäviin pterosauruksiin ja ainakin puoleen tusinaan muihin tieteellisiin paradokseihin, jotka yhdistetään mesotsooiseen aikakauteen.

Dave Esker

Oletko koskaan miettinyt:

  • Miksi satoja miljoonia vuosia sitten elämänmuodot kasvoivat nykyistä paljon suuremmiksi?
  • Selittääkö sukupuuttoaalto pitävästi sen, miksi eläimet ja kasvit ovat nykyään huomattavasti pienempiä?

Mahdottoman suuret dinosaurukset

Europasaurus. Kuva: Gerhard Boeggemann. Wikipedia Commons.

Mesotsooisella kaudella (251–65 miljoonaa vuotta sitten) monet maaeläimet kasvoivat nykymittapuun mukaan valtavan suuriksi. Suurimpia näistä olivat sauropod -heimoon kuuluvat dinosaurukset, joista Brachiosaurus oli tiettävästi kaikista suurin maapallolla koskaan elänyt maaeläin. Brachiosaurukset kasvoivat arviolta 18–21 metriä pitkiksi, ja niiden on arvioitu painavan jopa 30–80 tonnia*. Brachiosauruksen äärimmäinen koko on ollut biomekaniikan tutkijoille mielenkiintoinen, mutta funktionaalisesti ongelmallinen kysymys, sillä maaeläinten suurimpana mahdollisena painona ollaan yleensä pidetty 40–50 tonnia. (Henderson 2003, 180; Colbert 1962, 10–12.)

Sauropodien löydyttyä 1800-luvulla suurin osa tutkijoista oletti näiden olevan liian painavia kannattelemaan painoaan maalla, joten näiden oletettiin olevan pääasiallisesti vedessä asuvia eläimiä. Modernin tieteellisen ymmärryksen mukaan kaikki sauropodit ovat kuitenkin biomekaanisten, ekologisten ja sedimentologisten todisteiden valossa olleet yksistään maaeläimiä. (Henderson 2003, 180)

Brachiosaurus sekä ihminen ja norsu mittatikkuina. Kuva: Wikipedia Commons.

Skaalautumisen lainalaisuudet

Ymmärtääksemme niitä rajoituksia, miten suureksi eläimet voivat maapallolla kasvaa, meidän täytyy tietää yksi oleellinen asia skaalautumisesta. Kappaleiden skaalautumisessa – oli kyseessä sitten eläimet, kasvit tai rakennukset – tulee meidän ymmärtää Galileon neliö-kuutio -lakia. Kyseisen lain mukaan objektin skaalauduttua ylöspäin sen pinta-ala kasvaa kertoimen neliönä, mutta tilavuus kasvaa kertoimen kuutiona. (Esker)

Kehon paino on suhteessa sen tilavuuteen, mutta luun vahvuus on suhteessa sen läpileikkauksen pinta-alaan. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että eläimen tai ihmisen skaalautuessa ylöspäin, tilavuus ja paino kasvavat monin verroin nopeampaa kuin eläimen tukirangan kyky kannattaa painoa. Lineaaristen mittasuhteiden tuplaantuessa ruumiin paino kasvaa kahdeksankertaiseksi, mutta luun vahvuus kasvaa vain nelinkertaiseksi. (Erickson 2001, 5.)

Täydellisin Brachiosauruksen luuranko maailmassa löytyy Berliinin luonnontieteellisestä museosta. Kuva: Shadowgate from Novara, ITALY

Haluatko tietää tarkemmin?

Käytännön tasolla tämä näkyy eläinten tukirangan massan suhteesta eläimen kokonaispainoon. Toisin sanoen luurangon osuus kehon kokonaismassasta kasvaa eläimen koon mukaan. Nisäkkäissä tilastollisesti saatu yhtälö on . Yksinkertaisesti sanottuna gramman painoisen nisäkkään luuranko painaisi noin 3.43% eläimen kokonaispainosta. Kymmenen kiloisella nisäkkäällä luuranko painaisi 7.2% ja 1000 kiloisella noin 10.6% sen kokonaispainosta. (Prange et al. 1979, 103–122; Schmidt-Nielsen 1984; Erickson 2001, 7.)

Tämä kaava on melko tarkka alle tonnin painoisten eläinten kanssa, mutta siitä ylöspäin huomaamme jotain mielenkiintoista. 6.6 tonnin painoisen norsun luurangon pitäisi vastata tämän tilastollisen kaavan mukaan 13% norsun kokonaispainosta, kun se todellisuudessa on lähempänä 27%. Yhtälöstä muokattiin myöhemmin myös paremmin suuriin eläimiin soveltuva versio , mutta tämä versio taas on epätarkka hyvin pienten eläinten suhteen. Näyttää siis siltä, että lähestyessä eläinten maksimikoon fysiologisia rajoituksia, luurangon painon osuus kasvaa hyvin nopeasti. Paljonkohan sen täytyisi olla 40–80 tonnin Brachiosauruksella? (Prange et al. 1979, 103–122; Erickson 2001, 7.)

Paino on kuitenkin vain yksi rajoite eläimen tai kasvin skaalautumisessa suuremmaksi. Toinen vastaava on nestekierto. Puiden ja kasvien maksimikorkeuteen vaikuttaa se, miten korkealle ne pystyvät vettä nostamaan. Eläimillä kyse on siitä miten korkealle ja miten suuren määrän verta sydän pystyy pumppaamaan. Tässäkin on maksimirajoitukset, joita sauropodien jättipitkät kaulat varmasti hipoivat elleivät jopa suhteessa nykyolosuhteisiin ylittäneet.

Dinosaurusten sukupuutto

Yleisesti hyväksytyn tieteellisen teorian mukaan mesotsooisen kauden lopun sukupuuttoaalto aiheutti dinosaurusten ja näin ollen suurimpien maapallolla koskaan eläneiden eläinten häviämisen. Voimme kuitenkin nähdä, että dinosaurusten kuoltua sukupuuttoon monet supermassiiviset nisäkkäät kasvoivat pienten dinosaurusten kokoisiksi. Miljoonia vuosia näiden jälkeen tuli jättiläismäiset versiot nykyisistä nisäkkäistä. Toisin sanoen voimme varmuudella nähdä, että maapallon eläimistö on pienentynyt asteittaisesti mesotsooisen kauden lopulta nykypäivään 66 miljoonan vuoden kehityksessä. (Hurrell 2011.)

Koko vertailua Patagotitan mayorumin (suurimpia sauropodeja) ja muiden eläinten välillä. Kuva: Steveoc 86.

Selitykseksi tälle elämän asteittaisella pienentymiselle mekaniikan insinööri Stephen Hurrell ja William Erickson ovat esittäneet, että gravitaation on täytynyt olla dinosaurusten aikaan nykyistä heikompi. Tätä teoriaa kutsutaan paleogravitaatioksi. Hurrelin mukaan ensisijaisesti gravitaatio ohjaa elämän skaalaa. Heikommassa gravitaatiossa dinosaurukset painaisivat vähemmän, joten luut, jänteet ja lihakset voisivat olla suhteessa heikompia. (Hurrell 2011, esipuhe; Erickson 2001.)

Ericksonin mukaan pienelläkin vähennyksellä gravitaatiossa olisi valtavan suuret vaikutukset suurille eläimille. Vain 20% pienempi gravitaatio sallisi maksimissaan ainakin kymmenen kertaa painavammat eläimet. Tämän lisäksi verenpaine voisi olla pienempi, mikä selittäisi esimerkiksi veren pumppautumisen Brachiosauruksen päähän asti. Sen sijaan Hurrelin arvion mukaan gravitaation on täytynyt olla mesotsooisella kaudella vain 54% nykyisestä. (Erickson 2001, 10; Hurrell 2018, 10.)

Muita todisteita

Hurrelin mukaan dinosaurukset eivät kuitenkaan ole ainoa viite pienemmästä gravitaatiosta. Professorit C. John Mann ja Sherman P. Kanagy julkaisivat vuonna 1990 Geology -lehdessä artikkelin, jonka mukaan muinaisissa hiekkadyynien kivettymisen seurauksena syntyneissä hiekkakivi-sedimenteissä on laskettu olevan suurempi luonnollinen kaatumiskulma, kuin mitä nykyään hiekkadyyneissä on mahdollista. Aikaisemmin tämän on oletettu johtuvan ajan kanssa tapahtuneesta rakenteellisesta muutoksesta sedimenttiin, mutta Mann & Kanagy esittivät tämän johtuneen siitä, että gravitaatio on joskus ollut pienempi. (Hurrell 2011, 16; Mann & Kanagy 1990, 358–361.)

Hiekan luonnollinen kaatumiskulma kuivana on noin 34 astetta riippuen kuitenkin hiekanjyvien koosta. Kuva: Captain Sprite.

Hurrelin mukaan professori Mann oli varoittanut hänelle, ettei hän kannata laajeneva maapallo -teoriaa, mutta hän uskoi siitä huolimatta gravitaation olleen kaukana menneisyydessä nykyistä pienempi (Hurrell 2011, 17).

Hurrelin mukaan pienentynyt gravitaatio voitaisiin selittää maapallon pienemmällä massalla mesotsoonisella kaudella, mutta tämä ajatus kytkeytyy yhteen kasvava maa -teorioiden avainkysymykseen. Tapahtuuko laajeneminen massan lisäyksen vuoksi vai pysyykö massa samana ja maapallo laajenee vähentäen tiheyttään? (Hurrell 2011, 16.)

Muitakin vaihtoehtoja on esitetty. Onko esimerkiksi maapallon pyörimisnopeus akselinsa ympäri muuttunut, ja voisiko sen aiheuttama sentrifugaalinen voima selittää muutoksen gravitaatiossa? Artikkelin seuraavassa osassa tarkastellaan eri teorioita laajenemisen mekaniikasta.

Lähteet:

Colbert, E.H.
1962. The weights of dinosaurs. American Museum Novitiates 2076: 1-16. Artikkeli verkossa.

Erickson, William C.
2001 Origin of Dinosaurs and Mammals. Artikkeli verkossa.

Esker, David
Dinosaur Theory -sivusto.

Henderson, Donald M
2003 Tipsy punters: sauropod dinosaur pneumaticity, buoyancy and aquatic habits. Proceedings of the Royal Society of London B. 271: S180–S183. Artikkeli verkossa.

Hurrell, Stephen
2011 Dinosaurs and the Expanding Earth. One off Publishing; 3rd ed. edition. Tässä artikkelissa on viitattu kyseisen teoksen näytteeseen.
2018 A palaeogravity calculation based on weight and mass
estimates of Giraffatitan (=Brachiosaurus) brancai
. Artikkeli verkossa.

Mann, John C. & Kanagy, Sherman P.
1990 Angles of repose that exceed modern angles. Julkaisussa Geology (1990) 18 (4): 358–361.

Prange, H.D., J.F. Anderson & H. Rahn
1979 Scaling of skeletal mass to body mass in birds and
mammals
. American Naturalist 113: 103-122.

Schmidt-Nielsen, K.
1984 Scaling: why is animal size so important? Cambridge University Press; Cambridge

*Wikipedia sanoo Brachiosaurusten painoksi arviolta 2858 tonnia, mutta tähän ei ole annettu mitään viitettä. Sen sijaan paleontologi Edwin H. Colbertin painoarvio (80 tonnia) vuodelta 1962 perustuu Brachiosauruksen oikeassa mittasuhteessa tehdyn pienoismallin painon ekstrapolointiin. Stephen Hurrelin mukaan nykyään painoarviot vaihtelevat riippuen miten miten laihoja Brachiosaurusten ajatellaan olleen. 28 tonnin Brachiosaurus olisi pahasti anoreksinen.

Vertailua kahden merenpohjakartan välillä

Lyhyenä lisänä Kasvava maapallo -artikkelin ensimmäiselle osalle haluan vertailla kahta merenpohjan geologista karttaa. Tohtori James Maxlown mukaan merenpohjan kartta kuvattiin alunperin paljon selkeämmillä väreillä (vasen kuva), mutta myöhempien merenpohjakarttojen värit muutettiin paljon hienovaraisemmaksi. Miksi?

Tämän geologisen kartan tutkiminen paljastaa meren pohjassa selvästi erottuvan, symmetrisen ja juovikkaan kasvukuvion, joka keskittyy vaaleanpunaisen väriseen meren keskellä olevaan keskiselänteeseen. Ikää tutkimalla voimme havaita, että kuoren kiviaines on näiden keskellä kaikista nuorinta ja vanhenee mentäessä kohti mantereita. Näistä voimme nähdä meren avautumisen ja kasvun historian varhaiselta jurakaudelta, noin 200 miljoonan vuoden takaa aina nykypäivään asti. (Maxlow 2015, 2.)

Maallikkon näkökulmasta Maxlown teoria vaikuttaa uskottavalta. Mikäli maapallo on kasvanut läpimitaltaan, niin merenpohjan voisi hyvin olettaa näyttävän juuri tällaiselta. Jos alamme poistaa näitä ”kasvukuvioita” niin meret alkavat vähitellen häviämään mannerten liikkuessa toisiaan kohti ja lopulta yhteen.

Tästä nousee kuitenkin seuraava kysymys. Jos meriä ei muinaisella maapallolla ollut, niin mistä vesi on tullut? Ymmärtääkseni yleisesti hyväksytyn tieteellisen selityksen mukaan vesi on tullut maapallolle miljardien vuosien aikana komeettojen mukana. Tämä teoria ei ole mielestäni uskottava uusien komeetoista saamiemme tietojen mukaan, sillä luotaimet eivät ole havainneet komeetoilla juuri ollenkaan vettä. Veden syntymiseen on kuitenkin esitetty teoria, jonka mukaan silikaatista voi syntyä vettä sähkön ja lämmön seurauksena. Käsittelen tätä lisää kuitenkin jossain myöhemmässä tekstissä.

Lopuksi haluan esittää keksimäni analogian laajenemistektoniikalle. Joitain kuukausia sitten aloin pohtia puun kaarnan muodostumista. Jossain vaiheessa mieleeni juolahti ajatus, että puun kaarna muodostuu puun laajenemisen seurauksena. Puun runko kasvaa ja laajenee sisältä päin, mikä aiheuttaa kovettuneessa kaarnassa halkeamista. Tätä voidaan verrata suoraan laajanemistektoniikka -teoriaan planeetan tapauksessa.

Männyn kaarna. Kuva: Wikipedia Commons

Lähde:

Maxlow, James
2015 Expansion Tectonics Handout. Artikkeli verkossa.

Laajeneva maapallo -teoria osa 1

Sokaistumme siitä, mitä luulemme tietävämme. Siispä epäile, jos pystyt!

Samuel Warren Carey

Oletko koskaan miettinyt:

  • Miksi mannerlaatat ovat aluksi olleet yhtenä mantereena samassa kohtaa maapalloa?
  • Mikä on saanut mannerlaatat liikkumaan erilleen?
  • Onko laattatektoniikalle esitetty mitään vaihtoehtoisia teorioita?

Johdanto

Saksalainen meteorologi ja geofyysikko Alfred Wegener (1880–1930) kiinnostui 1900-luvun alussa Etelä-Amerikan ja Afrikan rannikkoviivasta, sillä nämä näyttävät sopivan yhteen kuin palapelin palaset. Wegener kehiteli teorian, jonka mukaan satoja miljoonia vuosia sitten mantereet olisivat olleet yhdessä suurena mantereena, Pangeana (Pangea tarkoittaa ”kaikki maa”). Todisteita teoriansa tueksi Wegener lähti hakemaan paleontologiasta ja geologiasta. Wegener onnistui osoittamaan fossiileissa ja geologisessa datassa läheistä samankaltaisuutta kaukana toisistaan olevien mantereiden välillä. Geologit hylkäsivät Wegenerin teoriat pitkäksi aikaa, mutta 1960-luvulla teoria nousi osana laattatektoniikkaa tärkeäksi osaksi tieteellistä ymmärrystä planeettamme historiasta. (Encyclopedia Britannica)

Alfred Wegenerin kirjassa käyttämä kuva. Wikipedia Commons.
Pangean hajoaminen. Kuva: Wikipedia Commons.

Wegenerin teorialle on perusteluja, sillä näkeehän maallikkokin mantereiden sopivan hyvin yhteen. Geologisten ja paleontologisten todisteiden viitatessa samaan, voidaan hyvällä syyllä olettaa, että mantereet ovat joskus yhdessä olleet.

Wegenerin pangea-teorialle on kuitenkin ollut pitkään myös vaihtoehtoisia malleja, joista merkittävimpinä lienevät laajenemistektoniikka -teoriat, jotka vielä 1900-luvun alkupuolella olivat osana geologista debattia. Laattatektoniikan syrjäytettyä kilpailevat mallit, nämä painuivat syvälle marginaaliin. Nykyään niitä vakavasti pohtivat vain harvat itsenäiset tutkijat ja teoreetikot. Tohtori James Maxlown mukaan nykyään tieteellisissä aikakausijulkaisuissa on mahdotonta saada julkaistua mitään edes hieman laajenemistektoniikkaan viittaavaa, ja wikipediastakin kaikki tähän viittaava poistetaan tunneissa (Maxlow 2015, 1).

Kasvava maa. Kuva: Michael Netzer

Suurimmat ongelmat laajeneva maapallo -teorioille ja laajenemistektoniikalle ovat siinä, että tämän hypoteettisen planeetan laajenemisen mekaaninen selittäminen on hyvin vaikeaa, eikä nykyisin mitattuna planeettamme tällä hetkellä näytä laajenevan juuri yhtään (Nummila 2011). Toisaalta pelkästään sen perusteella, että maapallo ei tällä hetkellä merkittävästi laajene ei voida vielä päätellä sitä, etteikö se joskus aikaisemmin olisi voinut laajentua. Täysi kasvuinen aikuinenkaan ei enää kasva pituutta, mutta olisi virheellistä ajatella hänen aina olleen saman kokoinen.

Laajenemiselle on esitetty sadan vuoden aikana useanlaisia teorioita, joista monet vaikuttavat hyvin eksoottisiltakin. Ei kuitenkaan mennä vielä niin pitkälle, vaan tarkastellaan ensiksi lyhyesti teorian historiaa.

Laajenemistektoniikan historiaa

Charles Darwin (1809–1882) oli tiettävästi ensimmäisiä tiedemiehiä, joka esitti maapallon laajenemista. Darwin tarkasteli Etelä-Amerikan Patagonian nousevia rantoja ja esitti tämän johtuvan maan pinnan nousemisesta. Darwin laajensi käsitteen selittämään myös Andien vuoriston syntyä. Myöhemmin Darwin kuitenkin hylkäsi tämän teorian. (Herbert 1991, 26.)

Wegenerin aikalainen, italialainen tiedemies Roberto Mantovani (1854–1933) oli merkittäviä aikaisia laajenemistektoniikan puolustajia. Vuonna 1878 vierailessaan vulkaanisella Réunion -saarella Mantovani tarkasteli valtavia vulkaanisia murtumakohtia Intian valtameren rannalla lähellä Saint Denisen kaupunkia. Mantovani päätteli, että saaren rantojen vulkaaniset murtumat saattoivat johtua pienemmässä mittakaavassa samasta syystä (maan kohoaminen) kuin mantereiden eroaminen ja niiden aiheuttama valtamerten syntyminen. Useamman vuoden jälkeen vuonna 1889 Mantovani julkaisi ajatuksensa, jotka herättivät kiinnostusta erityisesti Ranskan geologisessa yhdistyksessä. (Scalera 2003, 71–72.)

Roberto Mantovani. Kuva: Wikipedia Commons.

Laajenemistektoniikkaa tutkivan tohtori James Maxlown mukaan Ott Christoph Hilgenbergiä pidetään ensimmäisenä, joka fyysisesti mallinsi kasvava maapallo -teorian paperista tehtyinä karttapalloina (ks. alla oleva kuva, Hilgenbergin karttapallot). Hilgenberg huomasi, että jos valtameret ottaa pois, niin jäljelle jäävät mantereet sopivat yhteen kuin kolmiulotteinen palapeli. Hilgenbergin karttapallot on sarja erikokoisia karttapalloja, joissa suuremmasta pienimpään mentäessä valtameret vähitellen häviävät, ja lopulta viimeisessä karttapallossa maapallon halkaisija on enää 60% alkuperäisestä. (Maxlow 2005)

Maxlown mukaan Hilgenbergin rekonstruktio ei ollut kaikilta osin vakuuttava. Atlantin alue näytti sopivan hyvin yhteen, mutta esimerkiksi Intian valtameren ja tyynen valtameren laajenemistektoninen mallintaminen oli ongelmallisempaa. Teoriaksi tälle laajenemiselle Hilgenberg esitti, että maapallon massa ja tilavuus muuttuvat ajan kanssa, mutta ei osannut esittää vakuuttavaa mekaniikkaa tämän selittämiselle. (Maxlow)

Hilgenbergin maapallot. Kuva: Wikipedia Commons.

Nykyaikainen laajenemistektoniikka

Professori Samuel Warren Carey. Kuva: Wikipedia Commons.

Edesmennyttä geologian emeritus professori Samuel Warren Careytä (1911–2002) pidetään modernin laajenemistektoniikan isänä. S. W. Carey oli geologian professorina tuottoisa. Hän oli mukana perustamassa geologian osastoa Tasmanian yliopistoon, joka myöhemmin hänen alaisuudessaan saavutti korkean kansainvälisen statuksen. Hän muodosti ja ylläpiti yhteyttä yliopiston, vesisähkö komission ja kaivosteollisuuden välillä hyödyttäen sekä alueen teollisuutta että hänen alaisuudestaan valmistuneita geologeja. Careyn ohjauksessa vuonna 1960-luvulla Tasmanian seismisestä verkostosta tuli yksi maailman edistyneimmistä. Lukuisilla Careyn oppilailla oli merkittävä kansainvälinen ura ja jopa neljätoista geologian professoria on valmistunut hänen kursseiltaan. (Scalera 2003, 87.)

Carey on siitä erityinen geologian pioneeri, että hän on ollut mukana geologian kolmessa vallankumouksellisessa ajanjaksossa. Carey haastoi heti alussa varhaiset teoriat mannerten paikallaan pysymisestä. Vuosina 1946–1956 hän oli ensimmäisiä geologeja, joka opetti versiota mannerlaattojen liikkumisesta, jossa syvällä valtamerten syvänteissä oli subduktio eli alityöntövyöhykkeitä. Ironisesti geologian ensimmäinen subduktio-teoriaa käsittelevä artikkeli – joka sattui olemaan juuri Careyn käsialaa – hylättiin Journal of Geophysical Research:istä, sillä arvioijat pitivät sitä naiivina ja sopimattomana julkaistavaksi. Pari kymmentä vuotta myöhemmin tämä teoria tunnettiin nimellä laattatektoniikka. (Scalera 2003, 85–88.)

Subduktio-vyöhyke. Kuva: Wikimedia Commons by K. D. Schroeder

Epäonnistuttuaan tunnistamaan sitä mekanismia, joka saa mantereet liikkumaan muuttumattoman läpimittaisella maapallolla, Carey hylkäsi lopulta vuonna 1956 laattatektonisen teorian ja päätteli sen sijaan, että mannerten erkaantuminen johtuu maapallon laajenemisesta. Vasta vuonna 1958 Carey sai haltuunsa Hilgenbergin 1930-luvulla julkaistun teoksen Vom wachsenden Erdball ja alkoi tutkia sitä syvällisesti. Carey kannatti laajeneva maapallo -teoriaa kuolemaansa saakka. (Scalera 2003, 86–89.)

S. W. Careyn innoittamana laajennustektoniikan nykyisenä soihdunkantajana pidetään tohtori James Maxlowia, joka on erityisesti perehtynyt moderniin merenpohjadataan. Maxlowin mukaan nykytutkimuksella on Hilgenbergin ja Mantovanin aikoihin nähden yksi merkittävä etu. Nykyään on saatavilla huomattavasti enemmän geologista tietoa merenpohjista kuin sata vuotta sitten.

Vuonna 1990 valmistui maapallon geologinen kartta (CGMW & UNESCO), josta voidaan erityisen hyvin tarkastella maapallon kuorta merenpohjassa. Tarkastelemalla geologista karttaa voimme havaita seuraavaa:

  • Merenpohja harvoin jos koskaan ylittää 200 miljoonan vuoden iän.
  • Merenpohja on kaikkein nuorinta keskellä merta olevissa keskiselänteissä.
  • Keskiselänteet ovat pitkiä ja symmetrisiä halkeamia maan kuoressa.
  • Merenpohja on kaikkein vanhinta lähellä rannikkoa.

James Maxlown mukaan nämä seikat ovat hyvin vaikeasti selitettävissä laattatektoniikan teorialla. Sen sijaan laajenemistektoniseen malliin ne sopivat täydellisesti. (Maxlow 2005; 2015, 2.) (ks. alla oleva kuva).

Merenpohjan ikä. Punaisella kaikista nuorin ja sinisenä kaikista vanhin. Kuva: Wikipedia Commons. NOAA/NGDC

Myös vuoristojen syntyminen selittyy laajennustektoniikalla eri tavoin kuin laattatektoniikalla. Laattatektoniikan mukaan vuoristoja syntyy mannerlaattojen puristuessa yhteen, jolloin maa alkaa näiden reunakohdista nousemaan. Maxlown laajennustektonisen selityksen mukaan mantereiden kaareutuminen on ollut pienemmässä maapallossa huomattavasti suurempaa, jolloin maapallon laajetessa mantereihin on kohdistunut painetta kaareutumisen alkaessa avautua. Tämä eroaa kuitenkin S. W. Careyn esittämästä teoriasta, jonka mukaan vuoristojen synty ei liity mannerlaattojen puristukseen, vaan nousevan maan kuoren aiheuttamaan diapiriseen kohoamiseen. (Maxlow 2005, Scalera 2003, 88.)

Maxlown esitelmässä käyttäneen kuvan perusteella tehty kuva.

Jos maapallo on ollut joskus nykyistä huomattavasti pienempi, niin voisi olettaa (kuitenkin gravitaatio- ja laajenemisteoriasta riippuen), että gravitaatio-vaikutus on satoja miljoonia vuosia sitten ollut nykyistä heikompi. Seuraavassa osassa käsittelen mahdollisia viitteitä heikommasta gravitaatiosta maapallon esihistoriassa.

Lähteet:

Encyclopedia Britannica. Alfred Wegener.

Herbert, Sandra
1991 Charles Darwin as a prospective geological authorBritish Journal for the History of Science, 1991, s. 26. The Complete Work of Charles Darwin. Artikkeli verkossa.

Maxlow, James
The Website of Dr. James Maxlow – Proponent of Expansion Tectonics.
2005 Yes! The Earth is Expanding. Videoluento.
2015 Expansion Tectonics. A complimentary Download. Artikkeli verkossa.

Nummila, Sakari
2011 Maapallon säteen muutos – keskimäärin hiuskarva vuodessa. Artikkeli verkossa.

Scalera, G
2003 Roberto Mantovani an Italian defender of the continental drift and planetary expansion. Artikkelin verkkoversio.
2003 Why expanding Earth?A book in honour of O.C. Hilgenberg. INGV, Rome, 85-95. Teoksen ote verkossa.

Powered by WordPress & Theme by Anders Norén