Tasapainoista tietoa maailmankaikkeudesta

Avainsana: kasvava maapallo

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.

Powered by WordPress & Theme by Anders Norén