Tuli ilta ja tuli aamu

Jumala sanoi: "Viliskööt vedet eläviä olentoja ja lennelkööt linnut ilmassa taivaankannen alla". Niin Jumala loi suuret meripedot ja kaikki muut elävät olennot, joita vedet vilisevät, sekä kaikki siivekkäiden lajit. Jumala näki, että niin oli hyvä. Hän siunasi ne sanoen: "Olkaa hedelmälliset ja lisääntykää ja täyttäkää meren vedet, ja linnut lisääntykööt maan päällä." Tuli ilta ja tuli aamu, näin meni viides päivä.

Maapallolla on tapahtunut jotain, jota voisi verrata Raamatun viidennen ja kuudennen luomispäivän väliseen yöhön. Tarkoitan n. 66 mvs tapahtunutta katastrofia tai silloin alkaneita katastrofeja ja muutoksia, jotka erottavat nykyisen maailmankauden edellisestä. 

Kuitenkin vain vertaan, sillä Raamattu ei ole tiedekirja, vaan kertoo luomisesta omalla tavallaan. Tavassa, jolla Raamattu kertoo kuudesta luomispäivästä ja aina niiden jälkeen tulleesta illasta ja aamusta on silti jotain samankaltaista, kuin maapallolla vallinneissa erilaisissa aikakausissa, jotka usein päättyvät jonkinlaiseen murrosvaiheeseen ja sitä seuraavaan uuteen alkuun. Niinpä haluan tässä artikkelissa myös hiukan rinnastaa viidettä ja kuudetta luomispäivää kahteen viimeisimpään maailmankauteen samalla kun tarkastelen tiedemiesten tutkimustuloksia erityisesti niiden rajalta. Ihan vaan pitääkseni mukana sitäkin näkökulmaa, että Jumala on kaiken luoja. Raamatun luomispäivien ja geologisten aikakausien vertailu on kuitenkin todellisuudessa kuin runon ja kuivan asiatekstin vertailua. Ei niitä voi kohta kohdalta sovittaa toisiinsa, koska esitystapa on niin erilainen.

Elämän keskiaika

Mesotsooinen maailmankausi eli elämän keskiaika oli geologinen ajanjakso noin 252–66 miljoonaa vuotta sitten.  

Maailmankausi tunnetaan dinosaurusten ja muiden matelijoiden valtakautena. Vedet kuhisivat kaloja ja loppupuolella linnutkin jo lentelivät (lentoliskojen ohella). Suuria meripetojakin oli. Dinosauruksista ja matelijoista Raamattu ei puhu, mutta muuten tilannetta voisi verrata viidenteen luomispäivään. 

Kauden päätti suuri joukkotuho. Dinosaurukset ja lentoliskot hävisivät silloin, mutta osa muiden pääryhmien lajeista selviytyi. Joukkotuhon syyt ja siitä kerrostumiin jääneet merkit ovat hyvin kiinnostava aihe, siitä seuraavassa enemmän.

Yö aikakausien rajalla

Taiteilijan näkemys asteroidin iskeytymisestä
Jukatanin niemimaalle (kuva Wikimedia)

66 miljoonaa vuotta sitten suuri asteroidi iskeytyi Mesoamerikassa sijaitsevalle Jukatanin niemimaalle synnyttäen 150 km leveän ja 20 km syvän kraatterin. Kraatterin keskus on merellä, lähellä Chicxulub nimistä kaupunkia ja se ulottuu kaupungin alle. Siksi puhutaan Chicxulubin kraaterista.

Kraatterin synnyttänyt asteroidi oli laskelmien mukaan läpimitaltaan 11–81 kilometriä. Asteroidi synnytti törmätessään maanjäristyksiä, tulipaloja ja tsunameita. Ilmakehään joutuneet ainekset pimensivät auringon pitkäksi aikaa. Ilmasto muuttui koko maapallolla, lämpötilat laskivat. Meristä hävisi yhteyttävä plankton, mikä sai monet planktonia syövät eläimet menehtymään. Maakasvit kuolivat laajoilla alueilla, mikä sai kasvissyöjät ja edelleen niistä riippuvaiset petoeläimet kuolemaan nälkään.

Pidetään todennäköisenä, että juuri tämä törmäys aiheutti dinosaurusten tuhon. Muitakin syitä on tosin etsitty. Toisen teorian mukaan samoihin aikoihin maapallolle iskeytyi useita muitakin asteroideja ja kyse oli yhteisvaikutuksesta. Muita, mutta pienempiä, kraatereita samalta ajalta onkin löydetty. On myös ehdotettu, että muualla maapallolla samoihin aikoihin tapahtuneet vulkaaniset ilmiöt olisivat olleet osatekijöinä. Deccanin ylängöllä Intiassa tapahtui välillä 63-67 mvs valtavia laavapurkauksia, joissa laavaa tuli kahden kilometrin paksuudelta 500 000 km² alueelle.

Jäljet kerrostumissa

Vaalea kerrostuma K/Pg-rajalla Coloradossa, USA:ssa.
Credit: Kirk Johnson, Denver Museum of Nature & Science

Suuret muutokset jättävät yleensä jäljet geologisiin kerrostumiin. Mesotsooisen maailmankauden lopun muutokset näkyvät niissä harvinaisen selvästi monella puolella maailmaa. Puhutaan K/Pg-rajasta, vanhalta nimeltään K/T-rajasta. Raja on monin paikoin selvästi nähtävissä muillekin, kuin kaivauksia tekeville ammattilaisille. Esimerkiksi kuvan paljastuma sijaitsee valtatien Interstate 25 varrella lähellä Coloradon ja New Mexicon rajaa.

[ K viittaa mesotsooisen maailmankauden viimeiseen ajanjaksoon, liitukauteen, liitua tarkoittavan saksankielisen sanan 'kreide' kautta. Pg taas viittaa paleogeeniin, seuraavan maailmankauden ensimmäiseen ajanjaksoon. T tulee sanasta 'tertiääri', joka on vanha nimitys, joka tarkoittaa suurinta osaa uudesta maailmankaudesta. ]

Vuonna 1980 tutkijat huomasivat, että K/Pg-rajan kerrostumat sisältävät useita kymmeniä kertoja normaalia suuremman määrän iridiumia. Iridium on hyvin harvinainen alkuaine maankuoressa, mutta asteroideissa ja komeetoissa sitä on runsaasti. Se viittaasi asteroiditörmäykseen. Kun lisäksi Meksikonlahden rannoilla huomattiin jälkiä suuresta tsunamista, alettiin etsiä merkkejä iskeytymiskohdasta lähialueilta. Jo aiemmin öljynetsinnän yhteydessä huomattua Chicxulubin kraatteria tutkittiin tarkemmin vuonna 1990 ja saatiin todisteita, että se oli nimenomaan asteroiditörmäyksen aiheuttama. Näin iridiumin todennäköinen lähde oli löydetty.

K/Pg-raja on ajoitettu radiometrisesti. Tämäntyyppisiin kerrostumiin yleisesti käytettyä argon-argon menetelmää on 2000-luvulla saatu tarkennettua muiden radiometristen menetelmien avulla, mm. uraani-lyijy -menetelmällä. Nykyinen laskelma antaa tälle aikakausien rajalle iän 65.95 miljoonaa vuotta, +/- 40 000 vuotta.

K/Pg-raja on selvästi erotettavissa ja dinosaurukset löytyvät järjestään sen alapuolella olevista kerrostumista. Tämä puhuu hyvin vakuuttavaa kieltä siitä, milloin dinosaurukset elivät ja milloin ne hävisivät. Erään dinosauruksen fossiloituneita jäännöksiä on tosin löydetty Hell Creek -muodostumasta USA:sta hieman rajan yläpuolella olevista kerrostumista, ajallisesti vastaten noin 40 000 vuotta. New Mexicon ja läheisen Coloradon alueen tietyistä muodostumista on löytynyt myös dinosaurusjäänteitä, jotka on ajoitettu K/Pg-rajan uudemmalle puolelle, paleogeenikauden alkuun. Yleinen mielipide on kuitenkin, että fossiilit ovat voineet joutua eroosion paljastamiksi ja peittyneet myöhemmin uudempiin kerrostumiin. Mutta vaikka nämä poikkeukselliset ajoitukset saataisiinkin vahvistettua, se ei vaikuta kokonaiskuvaan ratkaisevasti. 

Elämän uusi aika

Mesotsooisen maailmankauden jälkeen alkoi kenotsooinen maailmankausi eli elämän uusi aika, joka jatkuu edelleen.

Jumala sanoi: "Tuottakoon maa kaikenlaisia eläviä olentoja, kaikki karjaeläinten, pikkueläinten ja villieläinten lajit." Ja niin tapahtui. Jumala teki villieläimet, karjaeläimet ja erilaiset pikkueläimet, kaikki eläinten lajit. Ja Jumala näki, että niin oli hyvä.  

Mesotsooisen maailmankauden päättäneen suuren joukkotuhon jälkeen elämä alkoi taas ihmeellisesti elpyä, "maa tuotti" eläviä olentoja. Jäljelle jääneet, siihen asti vielä melko pienikokoiset nisäkkäät alkoivat täyttää dinosauruksilta jäänyttä ekologista aukkoa. Niiden koko kasvoi nopeasti ja uusia lajeja syntyi. Istukalliset nisäkkäät, joita mm. "karjaeläimet" ja yleensäkin enemmistö nykyisistä nisäkkäistä ovat, saivat ilmeisesti alkunsa alkaneella uudella aikakaudella, ainakaan toistaiseksi niistä ei ole löydetty todisteita dinosaurusten ajalta.  

Jääkautista eläimistöä (Kuva Wikimedia)

Elämän kehitys ja uusiutumiskyky herättää ihmetystä ja kunnioitusta. Tiede on selvittänyt paljonkin elämän historian erilaisista vaiheista, mutta ei anna kuitenkaan perimmäistä vastausta siihen, miten tämä kaikki voi olla mahdollista. Raamatun alkulehdiltä löydämme toisen kuvauksen, joka ohjaa meitä antamaan kunnian kaiken Luojalle.

Lähteitä:

Wikipedia, Cretaceous–Paleogene extinction event

Wikipedia, Chicxulub crater

Phys.org, Refining the date of the K/T boundary and the dinosaur extinction (2008)

Wikipedia, Ojo Alamo Formation

Mannerliikunnot ja fossiilit

Alfred Wegener

Se huomio, että Atlantin molemmin puolin olevat mantereet tuntuvat sopivan yhteen palapelin tavoin, ei ole uusi. Abraham Ortelius niminen maantieteilijä kiinnitti tähän huomiota jo vuonna 1596 teoksessaan Thesaurus Geographicus. Hän ehdotti, että maanjäristykset ja tulvat olivat repineet Amerikat eroon Euroopasta ja Afrikasta. Myös muut esittivät ajatuksia mannerten liikkeistä ennen 1900-lukua, mutta varsinaisesti mannerliikuntoteorian 'isänä' voidaan pitää Alfred Wegeneriä. Hän esitti teoriansa vuonna 1915 kirjassaan Die Entstehung der Kontinente und Ozeane (Mannerten ja valtamerten alkuperä).

 

Tämä kartta käsittää Gondwana-jättimantereen. Pangaea, 'kaikki maa',oli vielä laajempi, siihen kuului myös Pohjois-Amerikka ja Euraasia. Pangea alkoi hajota noin 200 miljoonaa vuotta sitten aivan triaskauden lopussa. Gondwana alkoi hajota jurakauden keskivaiheilla noin 167 miljoonaa vuotta sitten. (Kuva Wikimedia)

Palapeleissä sopivat yhteen paitsi palasten muodot, myös kuviot. Vastaavasti Wegener etsi merkkejä eri mantereilla olevista yhtenäisistä 'kuvioista', jotka viittaisivat mantereiden olleen joskus yhdessä. Hän huomasi, että Cynognathus-fossiileja oli löydetty sekä Etelä-Amerikasta että Afrikasta. Se oli maaeläin, eikä voitu ajatella sen ylittäneen Atlanttia uimalla. Glossopteris-siemensaniaisen fossiileja löytyi Etelä-Amerikasta, Afrikasta, Intiasta, Australiasta ja jopa Etelämantereelta. Mesosaurusta löytyi Etelä-Amerikasta ja Australiasta. Lystrosauruksen fossiileja löytyi Afrikasta, Intiasta ja Etelämantereelta.  Hän huomasi myös vastaavuuksia geologisissa muodostumissa ja kivilajeissa. Wegenerin teoria siitä, että mantereet olivat joskus olleet yhdessä, selitti havainnot loogisesti. Hänen ajatuksiaan ei kuitenkaan tahdottu hyväksyä, vaan etsittiin toisenlaisia selityksiä - esim. maasiltoja, joita pitkin eläimet olisivat joskus liikkuneet nykyisellä paikallaan olevien mantereiden välillä. Ongelmana oli myös se, että Wegener ei pystynyt ratkaisemaan sitä, miksi ja miten mantereet liikkuivat.

Arthur Holmes

Vuonna 1928 Brittiläinen geologi Arthur Holmes esitti paljolti nykyisen­kaltaisen teorian. Hänen mukaansa Maan vaipan virtaukset olivat mantereita siirtelevä voima ja että sekä mantereet, että merenpohja liikkuivat. Teoria sai kuitenkin vielä odottaa hyväksymistään.

1950-luvulta alkaen monet tutkijat tutkivat merenpohjan leviämistä ja maan magneetti­kentän napaisuuden toistuvia käännöksiä. Kun todettiin, että maan magnetismin pitkien aikojen kuluessa tapahtuneet muutokset näkyivät maankuoresssa Atlantin keskiselänteen molemmin puolin, merenpohjan levenemiselle oli saatu vahvistus. Uuden vielä sulassa tilassa olevan merenpohjan noustessa keskiselänteen alueella siihen tallentuu kulloisenkin magneettikentän suunta. Merenpohja siirtyy sitten kauemmaksi laajentumisen jatkuessa ja sen jälkeen muodostuneeseen vielä uudempaan merenpohjaan tallentuu magneettikentän aikanaan käännyttyä erilainen magneettikentän suunta. Myös merenpohjan radiometrisillä iänmäärityksillä ja satelliittien avulla tehdyillä lasermittauksilla sekä GPS-järjestelmän avulla on todettu Atlantin leveneminen ja muut mannerliikunnot. Nykyisin Etelä-Atlantti levenee noin 1,5-2,25 cm/v ja Pohjois-Atlantti 0,95-1,4 cm/v.

Henkilökohtaista

Wegenerin huomioilla on itselleni ollut suuri Raamatun tulkintaan vaikuttava merkitys. Uskoontuloni jälkeen aloin kyseenalaistamaan monia tieteellisiä teorioita, vaikka olin ne aiemmin hyväksynyt itsestäänselvyyksinä. Yritin pitää kiinni mahdollisimman kirjaimellisesta raamatuntulkinnasta ja jätin  välillä mieleen nousevat kysymykset paljolti käsittelemättä. Jossain vaiheessa oli kuitenkin pakko tiedostaa, että liiallinen kirjaimellisuus johtaa mahdottomuuksiin ja jopa ristiriitoihin eri tekstinkohtien välillä. Aloin taas miettiä tarkemmin tieteellisiä käsityksiä ja perusteluita esimerkiksi maapallon ja elämän suurelle iälle. Mannerliikuntojen ja fossiilien yhteistodistus oli yksinkertaisuudessaan ja vakuuttavuudessaan eräs niistä asioista, joka rohkaisi minua katsomaan tosiasioita silmiin. Tämä oli kyllä kipeä prosessi, se täytyy tunnustaa - vaikka oli kyse vain raamatuntulkinnan muuttumisesta joidenkin kohtien suhteen, ei kristillisen uskon menettämisestä.

Atlantti on kapeimmalta kohdaltaan ainakin 2500 km:n levyinen. Jos levenemisvauhdiksi otetaan 2.5 cm vuodessa, tuon levyisen alueen muodostumiseen menee 100 miljoonaa vuotta. Tämä karkeakin laskutapa antaa jonkinlaisen suuruusluokan. Levenemisnopeus on tietysti voinut vaihdella, mutta monet seikat todistavat, että Atlantti ei ole voinut muodostua nopeasti, esimerkiksi yhden luonnonmullistuksen seurauksena.

Esimerkiksi Cynognathuksen fossiilien löytymisen eri mantereilta selittää muinainen maayhteys näiden alueiden välillä. Laji on periaatteessa tietysti voinut jatkaa elämäänsä eri mantereilla yhteyden katkeamisen jälkeenkin, mutta jossain vaiheessa lajin historiaa yhteys on ollut. Ja siitä pitää olla kauan, miljoonia vuosia, koska mannerliikunnot ovat hitaita. Siis jo niin kauan sitten oli elämää... Jostain syystä tämä maalaisjärkinen päättely on ollut minulle vakuuttava, vaikka se onkin melko suurpiirteinen. Onhan toki muinaisten fossiilien ikä saatu tarkemmillakin menetelmillä selvitettyä, vaikkei se aina helppoa olekaan. Esimerkkinä voisi mainita tilanteen, jossa fossiilin ylä- ja alapuolella on vulkaanisia kerrostumia. Silloin voidaan hyvin käyttää radioaktiiviseen hajoamiseen perustuvia mittausmenetelmiä mainittuihin kerrostumiin.

Cynognathusin kallo Museum Mensch und Naturissa. (Wikimedia ). Cynognathus oli hieman koiraa muistuttava lihansyöjä. Kallon pituus on noin 30–45 cm. Kulmahammas on suuri ja alaleuan muoto mahdollistaa leukojen suuren avautumisen. Eläimellä oli kallon rakenteesta päätellen suuret leukalihakset ja täten suuri puruvoima.

Fossiilit kertovat myös, että jo paljon ennen ihmistä ekosysteemi olemassaolon taisteluineen on ollut samantapainen kuin nyt, saalistajineen ja saalistettavineen. Esimerkiksi Cynognathus ja Mesosaurus olivat lihansyöjiä. Lystrosaurus oli kasvinsyöjä.

Kun Raamattua tutkiva ihminen pohtii tieteellisen maailmankuvan mukaista näkemystä elämän pitkästä historiasta, yksi ensimmäisistä mieleennousevista kysymyksistä saattaa olla: "Eikö Raamattu opeta, että kaikki kuolema tuli maailmaan vasta syntiinlankeemuksen seurauksena?". Tähän liittyen kokosin joitain ajatuksia toisen blogin tekstiin  'Kuolema ja syntiinlankeemus'.

Allaolevista linkeistä suosittelen erityisesti Kåre Kullerudin hienoa esitystä "Plate tectonics"
 

Lähteitä ja luettavaa:

Kåre Kullerud, Plate tectonics 

Wikipedia, Alfred Wegener
Wikipedia, Mannerliikunnot
Wikipedia, Pangaea
Wikipedia, Gondwana
Wikipedia, Radiometric dating
Australian Museum, Dating dinosaurs and other fossils
Radiometric Dating, A Christian Perspective
Wikipedia, LAGEOS
GPS - measuring Plate Motion

Radiometriset ajoitusmenetelmät

1900-luvun alkupuoliskolla käynnistynyt radiometristen menetelmien kehitys toi ratkaisevasti aiempaa parempia keinoja geologisten kerrostumien, kivilajien, fossiilien, arkeologisten kohteiden ym. iänmääritykseeen. Tässä artikkelissa tarkastellaan niistä joitain tunnetuimpia.

Haluan tällä artikkelilla tuoda esiin sitä, että kristityn ei tarvitse lähteä taistelemaan selviä tieteen tuloksia vastaan, on mahdollista uskoa samaan aikaan  myös Raamatun sanomaan. Maailmankaikkeuden ja elämän pitkä ikä on yksi selvimmistä tieteen tuloksista. Tämän hyväksyminen vaikuttaa kyllä joidenkin Raamatun kohtien tulkintaan, mutta ei sen enempää. Raamattuhan ei ole tiedekirja, vaan kuvaa esim. luomista toisella tavalla, korostaen, että Jumala on kaiken takana. 

Tärkeimpänä lähteenä tässä artikkelissa on kristityn tiedemiehen, tri Roger C. Wiensin, jo klassinen artikkeli radiometrisestä ajoituksesta (linkki lopussa).

Sisältö:

• Yleistä
• Kalium-argon-ajoitus
• Argon-argon-ajoitus
• Rubidium-strontium-ajoitus
• Uraani-lyijy-ajoitus
• Radiohiiliajoitus
• Epäilijöiden argumentteja

Yleistä

Radiometriset ajoitusmenetelmät perustuvat siihen, että tiettyjen alkuaineiden jotkut isotoopit hajoavat tunnetulla vauhdilla toisiksi alkuaineiksi tai isotoopeiksi. Isotoopit ovat saman alkuaineen eri muotoja, joissa on eri määrä neutroneita atomin ytimessä. Epävakaan isotoopin ja hajoamistuotteiden suhteellisesta määrästä näytteessä voidaan tehdä laskelmia tutkittavan materiaalin iästä.

Radioaktiivisesta aineesta muuttuu hajoamistuotteeksi tietyssä ajassa aina tietty osuus sen määrästä. Tähän liittyy käsite puoliin­tumis­aika. Se on aika, jossa puolet radioaktiivisesta isotoopista hajoaa. Kullakin radioaktiivisella isotoopilla on sille ominainen puoliintumisaikansa.

Laskeva käyrä kuvaa radioaktiivisen isotoopin vähenemistä, nouseva käyrä hajoamistuotteen lisääntymistä kuluneena aikana.

Eri alkuaineisiin ja isotooppeihin perustuvat menetelmät eroavat sen suhteen, minkälaisiin aikaväleihin ja materiaaleihin niitä voidaan soveltaa. Usein tutkitaan jotain magmakivilajia, josta voidaan saada selville ajankohta, jolloin se on jähmettynyt ja kiteytynyt sulasta tilasta - eli sen ikä tässä mielessä. Eloperäisistä aineksista voidaan niihin sopivalla menetelmällä saada selville kauanko on kulunut sen eliön kuolemasta, josta ne ovat lähtöisin.

Hajoamisnopeudesta johdettujen matemaattisten peruskaavojen käyttäminen edellyttää, että tutkittavasta aineesta ei ole muodostumisen jälkeen poistunut ulkopuolelle tai siihen ei ole tullut ulkoa lisää tutkittavaa radioaktiivista ainetta eikä hajoamistuotetta. Tällaisia seikkoja ja muita mahdollisia häiriötekijöitä joudutaan ottamaan huomioon. Esim. hajoamistuotteen 'vuotamisen' ei tarvitse kuitenkaan aina tehdä iän laskentaa mahdottomaksi, on olemassa astetta kehittyneempiä matemaattisia apuneuvoja näihinkin tilanteisiin.

Kalium-argon-ajoitus

Kalium-argon-menetelmä (K-Ar-, engl. Potassium-Argon-) perustuu kalium-40 -isotoopin radioaktiivisuuteen. Se hajoaa kahdeksi tytärisotoopiksi: 89.1 % kalsium-40:ksi ja 10.9 % argon-40:ksi puoliintumisajan ollessa noin 1.25 mrd vuotta. Menetelmää voidaan käyttää materiaaliin, joka on muodostunut vähintään 100 000 vuotta sitten. Lyhyemmällä aikavälillä argonin kertymä on liian pieni hyväksyttävien tulosten saamiseksi.

Kalium-kalsium-menetelmäkin olisi mahdollinen, mutta sitä ei yleensä käytetä, koska kalsium on niin yleinen aine ja sen alkuperäinen määrä on vaikea arvioida. Argon sensijaan on kaasu. Se ei pysy sulassa kiviaineksessa ja vasta kun magma tai laava jähmettyy ja jäähtyy, siihen alkaa kertyä argonia radioaktiivisen hajoamisen seurauksena. Ihannetilanteessa iän laskenta perustuu siis pelkästään argon-40:n ja kalium-40:n suhteelliseen määrään näytteessä. Ikä (t) saadaan seuraavanlaisesta kaavasta (Kaavassa kerroin 0.109 tulee siitä mainitusta seikasta, että argon-40:ksi hajoaa 10.9 %):

t_K on kaliumin puoliintumisaika, 
K_f mitattu kaliumpitoisuus ja 

Ar_f mitattu argonpitoisuus

Aivan tarkkaan argon ei kuitenkaan lähtötilanteessa välttämättä poistu. Magmassa tai laavassa voi olla pieniä ilmakuplia ilmakehästä, jossa on noin 1% argonia. Tämä on huomioitava, jos tutkittava näyte on suhteellisen nuori tai siinä ei ole alkujaankaan ollut paljon kaliumia. Siihen auttaa seuraavanlainen päättely: Ilmakehässä esiintyy muitakin argonin isotooppeja, joista yleisin on argon-36. Koska argon-40:n ja ja argon-36:n suhde ilmakehässä tunnetaan, ilmakehästä peräisin olevan argon 40:n määrä näytteessä voidaan päätellä mukana olevasta argon 36:n määrästä.

Joissain melko harvoin esiintyvissä tapauksissa näytteessä olevissa kaasukuplissa voi olla myös ylimääräistä maan sisuksissa magmasta erkaantunutta ja 'vangiksi jäänyttä' argon-40:ä jolloin kalium-argon-menetelmä antaa liian suuren iän. Tämä tilanne paljastuu kuitenkin uudemmassa argon-argon-menetelmässä.

Argon-argon-ajoitus

Argon-argon-menetelmä perustuu kalium-40:een ja argon-40:een aivan kuten kalium-argon-menetelmäkin ja sitä voidaan soveltaa samoihin kohteisiin. Siinä käytetään kuitenkin erilaista prosessia, jossa ei mitata suoraan kaliumia ja joka mahdollistaa myös näytteessä olevan ylimääräisen kaasukupliin vangiksi jääneen argon-40:n paljastumisen.

Kalium esiintyy luontaisesti kolmena isotooppina: K-39 (93.3 %), K-40 (0.0117 %) ja K-41 (6.7 %). Menetelmässä muunnetaan ensin osa kaliumin vakaasta isotoopista K-39 säteilyttämällä argon-39-kaasuksi. Se edustaa mittauksissa kalium-40:tä.

Toisessa vaiheessa näytettä kuumennetaan asteittain eri lämpötiloihin ja mitataan kussakin lämpötilassa vapautuneen argon-40:n ja argon-39:n suhde. Jos suhde on kaikissa mittauksissa vakio, ylimääräistä argon-40:tä ei ole mukana ja tästä suhteesta saadaan laskettua näytteen tarkka ikä, kun huomioidaan lisäksi säteilytyksen voimakkuus.

Voi kuitenkin käydä niin, että em. suhde on useimmissa tapauksissa lähes sama, mutta muutamissa lämpötiloissa tulee esiin suhteellisesti enemmän argon-40:tä. Tämä johtuu siitä, että eri kerroilla vapautuvat eri kohdassa näytettä olleet kaasut ja joillain kerroilla satutaan em. kaasukuplien kohdalle. Tällöin voidaan hylätä selvästi poikkeavat arvot ja käyttää iän laskennassa keskiarvoa noista riittävän yhtäpitävistä suhteista.

Kaavassa t_K on kalium-40:n puoliintumisaika ja R on suhde Ar-40/Ar-39, jossa Ar-40:n määrästä on eliminoitu mahdollinen ylimääräinen osuus ylläkuvatulla menetelmällä. J on kerroin, joka on suhteessa säteilytyksen voimakkuuteen, jolla osa kalium-39:stä muutettiin kalium-40:tä 'edustavaksi' argon-39-kaasuksi.  

Kertoimen J määrittely vaatii sitä, että säteilytetään myös toista näytettä, jonka ikä tunnetaan. Se on täytynyt ajoittaa jollain muulla tavalla. Yleisin toinen menetelmä on kalium-argon-ajoitus.

Kuumennusvaiheen mittauksissa voi käydä joskus myös niin, että argon-40:n ja argon-39:n suhteet asettuvat esim. kahteen ryhmään, niin että ei voida varmuudella sanoa kumpi suhde on 'poikkeama'. Tällöin ikää ei saada. Voi olla kyseessä esim. tilanne, jossa kyseinen kivinäyte on sulanut ja jähmettynyt useammin kuin kerran, mutta vain osittain, eikä sillä tavallaan ole tiettyä 'oikeaa' muodostumisikää.

___

Kalium-argon ja argon-argon ajoituksessa tutkimuskohteena ovat usein tulivuoren­purkauksista peräisin olevat ainekset. Menetelmää voidaan soveltaa myös vanhojen fossiilien iänmääritykseen esim. tilanteessa, jossa fossiili sijaitsee tietyn vulkaanisen kerroksen alapuolella tai kahden vulkaanisen kerrostuman välissä. Silloin saadaan kerrostumien iänmäärityksellä fossiilin iälle alaraja (vähintään niin ja niin vanha)  tai sekä ala- että yläraja.

Argon-argon-menetelmää on kalibroitu tarkemmaksi 2000-luvulla, koska huomattiin sen antavan hiukan muista menetelmistä eroavia arvoja. Tämän hienosäädön suuruusluokka on noin 0.65 %. Niinpä esim. liitukauden lopussa tapahtuneen joukkosukupuuton, jolloin mm. dinosaurukset hävisivät, ajankohtaa on saatu tarkennettua. Aikaisemmin se ajoitettiin tapahtuneeksi 65 tai 65.5 mvs, nykyajoitus on 66 mvs.

Rubidium-strontium-ajoitus

Rubidium-strontium-ajoitus perustuu rubidiumin isotoopin Rb-87 hajoamiseen strontiumin isotoopiksi Sr-87. Puoliintumisaika on hyvin pitkä, noin 49.2 miljardia vuotta. Menetelmää on käytetty mm. vanhojen magma- ja metaformisten kivilajien ajoittamiseen sekä myös kuukiviin ja meteoriitteihin. 3 miljardin vuoden ikäisessä näytteessä virhemarginaali on luokkaa 30-50 miljoonaa vuotta.

Kivilajin ikää ei voida kuitenkaan suoraan laskea Sr-87.n ja Rb-87:n suhteesta, koska Sr-87:ä on jo valmiiksi mukana tuntematon määrä. Pohjaksi muutamia seikkoja, joita voidaan hyödyntää tämän ongelman ratkaisemisessa:

Strontiumilla on Sr-87:n lisäksi muitakin vakaita isotooppeja, esimerkiksi Sr-86. Kun kiviaines on sulassa tilassa, kaikki nämä strontiumin isotoopit jakautuvat tasaisesti magmaan. Niinpä lähtötilanteessa, kun kivi jäähtyy ja jähmettyy, strontium-87:n ja strontium-86:n suhde on kauttaaltaan sama. Ajan kuluessa strontium-87 kuitenkin lisääntyy rubidium-87:n hajoamisen johdosta ja tuo suhde muuttuu.

Toinen hyödyllinen seikka on se, että rubidium ei sovi yhtä hyvin kaikkien kiviaineksesta löytyvien mineraalien kiderakenteeseen ja jakaantuu sen takia epätasaisesti.

(Kuva Wikimedia)

Nyt lähdetään hieman matematiikan puolelle. Kuvassa pystyakselilla, eli kuten yleensä sanotaan, y-akselilla, on suhde Sr-87/Sr-86. Vaaka-akselilla (x-akselilla) on suhde Rb-87/Sr-86. A, B, C ja D edustavat kiviaineksen eri 'kohtia', eri mineraaleja, noiden arvojen suhteen.

Voidaan päätellä, että lähtötilanteessa, magman juuri jäähdyttyä, A-D olisivat samalla vaakasuoralla viivalla (himmeällä piirretty osa), koska pystyakselilla kuvattu suhde Sr-87/Sr-86 on sama. Eli siis strontiumin isotoopit ovat tasaisesti jakautuneet määränsä mukaisessa suhteessa. A-D ovat kuitenkin vaaka-akselilla eri kohdassa, koska suhde Rb-87/Sr-86 vaihtelee rubidiumin epätasaisen jakautumisen takia.

Kalteva suora kuvaa nykytilannetta ja siitä tehtyjä mittauksia. Hajoamistuotteen Sr-87 suhteellinen määrä on lisääntynyt sitä enemmän, mitä enemmän rubidiumia on ollut - D on 'ylempänä' kuin A. Huomataan lisäksi, että A, B, C ja D asettuvat samalle suoralle (poikkeuksista myöhemmin). Suoraa voidaan kuvitteellisesti jatkaa (kuvassa A:sta vasemmalle) pisteeseen joka vastaa materiaalissa rubidiumin pitoisuutta 0. Sen pisteen y-arvo kertoo alkuperäisen Sr-87/Sr-86 suhteen ja siis alkuperäisen Sr-87:n osuuden. Mutta yllättävää kyllä, tieto ei ole edes välttämätön.

Myös kuvassa olevan suoran kulmakerroin ('jyrkkyys') kertoo näytteen iän, kulma­kerroin kasvaa ajasta ja puoliintumis­ajasta riippuvalla tavalla. Käyttämällä hieman matema­tiikkaa saadaan aika (näytteen ikä) ratkaistua tätäkin kautta, koska kulma­kerroin ja puoliintumis­aika tunnetaan. Kaava on seuraavanlainen (t= aika, t_R = rubidiumin puoliintumisaika, k = kulmakerroin):

Tuo kulma­kerroin on käytännön tilanteissa hyvin pieni ja kuvan suora olisi hyvin 'loiva', koska rubidiumin puoliin­tumisaika on niin pitkä. Esim. kulmakerroin 0.0516 antaisi tulokseksi noin 3.57 mrd. vuotta.

Tällaista laskentatapaa voidaan käyttää useiden muidenkin ajoitusmenetelmien yhteydessä. Käytetään termiä isokroni­ajoitus. Isokronista eli vakiokoostumussuorasta voidaan puhua silloin, kun tulokset asettuvat samalle viivalle riittävän tarkasti.

Ongelmia voi tulla esim. silloin, kun magmaan on tullut mukaan eri-ikäisiä, sulamattomia mineraaleja ympäristöstä tai jos kiviaines on sulanut uudelleen, mutta vain osittain. Silloin eri mineraaleista otetut mittaukset (kuvassa A-D) eivät sijoitukaan samalle suoralle, eikä tulosta saada. Tilanne siis kuitenkin huomataan!

Joissain hyvin harvoissa tapauksissa voi käydä niin, että tulokset ovat samalla suoralla, mutta ikä on silti väärä. Näin voi käydä, jos esim. magma ei ole hyvin sekoittunutta ja siinä on kahdenlaista koostumusta, joissa on erilaiset rubidiumin ja strontiumin suhteet. Näiden erilasten suhteiden pitää vielä olla tietynlaiset, että kävisi kuvatulla tavalla. Jos tällaista tapausta epäillään, on käytettävä toisia ajoitusmenetelmiä, joilla erikoistilanne saadaan osoitettua.

Uraani-lyijy-ajoitus

Epäpuhdas, raaka zirkonikide
(Kuva Wikimedia)

Uraani-lyijy-ajoitus (U-Pb-menetelmä) on ko. menetelmistä pisimpään käytetty. Sitä käytettiin ensimmäisen kerran jo vuonna 1907. Menetelmää voidaan käyttää kiviainekseen, joka on muodostunut ja kiteytynyt  vähintään 1 milj. vuotta sitten.

Ajoituksessa käytetään tavallisimmin zirkonia (zirkonium­silikaatti), mutta menetelmä sopii myös muutamille muille mineraa­leille. Zirkonia esiintyy lähes kaikkialla maailmassa, esimerkiksi Suomessa voi löytää erittäin pieniä zirkoneita satunnaisesti vaikka tavallisesta graniitista.

Zirkoni ottaa muodostuessaan uraania ja toriumia osaksi kide­raken­nettaan, mutta hylkii voimakkaasti lyijyä. Näinollen voidaan olettaa, että kaikki zirkonista löytyvä lyijy on syntynyt myöhemmin radioaktiivisesta hajoamisesta.

Luonnonuraani koostuu pääasiassa kahdesta isotoopista: U-235 ja U-238. U-235 hajoaa lyijyn isotoopiksi Pb-207 puoliintumisajalla 710 miljoonaa vuotta ja U-238 isotoopiksi Pb-206 puoliintumisajalla 4.47 miljardia vuotta. Lisäksi torium-232 tuottaa hajotessaan lyijyn isotooppia Pb-208. Uraanin hajoaminen lyijyksi tapahtuu itse asiassa useiden radioaktiivisten välivaiheiden kautta, mutta nämä ovat niin lyhytikäisiä, että eivät juuri vaikuta laskentamenetelmiin. Mainitut kolme hajoamisrettiä antavat mahdollisuuden kolmeen eri toisistaan riippumattomaan ajanmääritykseen.

Vaikeutta laskentaan tuo se, että uraani ja lyijy eivät kuitenkaan välttämättä säily täydellisesti mineraaleissa. Ratkaisuksi on kuitenkin kehitetty matemaattisia menetelmiä. Erästä usein käytettyä kuvataan seuraavassa.

(Kuva Wikimedia)

Oheisen kuvaajan akselit vastaavat uraanin kahden isotoopin hajoamisreittejä. Pystyakselilla on lyijy-206/uraani-238 -suhde, vaaka-akselilla lyijy-207/uraani-235 -suhde.

Kaarevasta viivasta käytetään nimitystä konkordia-käyrä. Se on teoreettisesti laskettu optimaalisesta tilanteesta, jossa mitään vuotoja ei tapahdu. Se kuvaa sitä, miten nämä kaksi eri suhdetta tällöin muuttuisivat ajassa. Kuvan käyrällä olevat Ga-merkinnät tarkoittava miljardeja vuosia.

Käytännön mittauksissa otetaan sitten esim. zirkoninäytteitä useasta kohdasta ja sijoitetaan mittausten tulokset koordinaatistoon oikeaan kohtaan. Jos mitään lyijyn karkaamista ei olisi tapahtunut, tulokset sijoittuisivat yhteen ja samaan kohtaan kaarevalla viivalla. Vuodoista johtuen käy kuitenkin niin, että ne sijoittuvat eri kohtiin käyrän alapuolelle samalle suoralle  (merkitty neliöillä kuvassa). Tämän linjan ja kaarevan viivan oikeanpuoleinen leikkauspiste kertoo silloin näytteen iän (paljastaen sen kohdan johon tulokset sijoittuisivat ilman vuotoja).

Esimerkki sopii tilanteeseen, jossa merkittävät vuodot ovat aiheutuneet yhdestä tapahtumasta, esim. kuumenemisesta. Useiden tällaisten tapahtumien tai jatkuvan vuodon suhteen matematiikka on monimut­kaisempaa. Tästä nähdään kuitenkin, että kohteen ei tarvitse aina olla 'suljettu järjestelmä'.

Lyijy-lyijy-menetelmässä taas laskenta suoritetaan käyttäen pelkästään lyijyn isotooppien välisiä suhteita, jotka muuttuvat ajan kuluessa. Karanneen lyijyn isotooppien suhteen voidaan olettaa olevan lähes sama kuin jäljellejääneiden ja siksi laskenta näytteessä olevien lyijyn isotooppien suhteiden perusteella on käyttökelpoinen mahdollisuus. Vaikka uraani-lyijy-menetelmä on yleisemmin käytetty, niin joissakin tapauksissa, kuten meteoriittien ja maapallon iän laskemisessa, lyijy-lyijy-menetelmä on tärkeämpi. Maapallon iäksi arvioitiinkin jo vuonna 1956 sitä käyttäen 4.55 +/- 0.07 mrd. vuotta, mikä on hyvin lähellä nykyistä käsitystä 4.54 ± 0.05 mrd vuotta.

___

Seuraavien esimerkkien valossa saa hyvän käsityksen menetelmien yhtäpitävyydestä. Mittaukset on tehty tietystä Länsi-Grönlannin vanhasta muodostumasta, ns. Amitsoqin gneissistä.

Uraani-lyijy: 3.60 ± 0.05 mrd. v.
Lyijy-lyijy: 3.56 ± 0.10, 3.74 ± 0.12, 3.62 ± 0.13 mrd. v.
Rubidium-Strontium: 3.56 ± 0.14, 3.61 ± 0.22, 3.67 ± 0.09 mrd. v.

Radiohiiliajoitus

Radiohiiliajoitusta käytetään esimerkiksi luiden, puun, vaatteiden ym. kuolleista eläimistä ja kasveista peräisin olevan aineksen ajoittamiseen. Ajallinen ulottuvuus on paljon pienempi kuin edellä kuvatuissa menetelmissä.

Hiilellä on kaksi pysyvää isotooppia, hiili-12 (C-12, n. 99  %) ja hiili-13 (C-13, n. 1 %). Lisäksi on olemassa epävakaa isotooppi hiili-14 (C-14), jota muodostuu pieniä määriä ilmakehässä kosmisen säteilyn vaikutuksesta. Ilmakehästä C-14 ja muu hiili päätyy kasveihin ja niistä eläimiin ympäristön määräämässä suhteessa. Eliön kuollessa radiohiilen saanti ilmakehästä loppuu, mutta eliössä ollut C-14 jatkaa hajoamista vakionopeudella typpi-14:ksi. 

C-14:n puoliintumisaika on noin 5730 vuotta. Kymmenen puoliintumisajan jälkeen, noin 60 000 vuoden kohdalla, radiohiiltä on niin vähän jäljellä, että iänmääritys ei enää onnistu. Käytännössä yläraja on yleensä n. 50 000 vuoden paikkeilla. 

Hiili-14:n ja hiili-12:n suhde ilmakehässä ei kuitenkaan ole ollut eri aikoina aivan vakio ja siksi hiili-14 ei myöskään aina ole samalla tavalla kertynyt eliöihin niiden eläessä. Siksi on kehitetty kalibrointikäyriä käyttämällä vertailuaineistoa, esim. puiden vuosirenkaita tutkimalla. Myös muita näytteen ympäristössä vallinneita olosuhteita voidaan joutua ottamaan huomioon.

Epäilijöiden argumentteja

Joskus kuulee esitettävän erilaisia pinnallisesti katsoen ehkä uskottaviakin, mutta todellisuudessa heikosti perusteltuja epäilyksiä radiometristen ajoitusmenetelmien yleistä luotettavuutta kohtaan.

Saatetaan väittää, että radiometriset ajoitusmenetelmät pohjautuvat johtofossiileihin, joiden ikä oli lyöty lukkoon paljon ennen radioaktiivisuuden keksimistä. Tässä ei ole mitään perää, vaikka niin väitetäänkin usein maapallon lyhyttä ikää kannattavien kirjallisuudessa. Radiometriset ajoitusmenetelmät perustuvat radioaktiivisten isotooppien puoliintumisaikoihin. Niitä on mitattu jo todella pitkään. Menetelmiä ei kalibroida fossiilien perusteella.

Eräs toinen väite kuuluu, että puoliintumisaikoja ei voida luotettavasti mitata silloin kun ne ovat hyvin pitkiä. Tämä ei ole kuitenkaan totta. Näitä mittauksia on tehty jo hyvin kauan ja virhemarginaalit ovat pieniä. Esim. kivilajien ajoittamiseen käytettyjen isotooppien puoliintumisajat tunnetaan useimmissa tapauksissa jo vähintään 2% tarkkuudella. Myöskään ei ole totta, että pieni virhe puoliintumisajassa aiheuttaisi suuren virheen iänmääritykseen, vaan virhe on prosenteissa samansuuruinen.

On myös esitetty väite, että puoliintumisajat ovat voineet muuttua. Mitään sellaisia muutoksia ei ole havaittu, jotka vaikuttaisivat merkittävästi 'isoon kuvaan', vaikka joitain harvoja esimerkkejä tällaisesta onkin. Tähtitieteen puolelta on saatu mielenkiintoista lisätietoa. Kaukaisten supernovien valo välittää tietoa radioaktiivisesta hajoamisesta menneisyydessä. Noiden tietojen perusteella lasketut puoliintumisajat ovat yhtäpitäviä tavalliseen tapaan tehtyjen mittausten kanssa.

Saatetaan väittää myös esim. että iänmääritystä varten pitäisi aina tietää radioaktiivisen isotoopin ja hajoamistuotteen alkuperäinen suhde, eikä se olisi mahdollista. Kyllä se on on useimmiten mahdollista selvittää tai tiedetään etukäteen. Menetelmät lähtevät niiden määristä tutkimushetkellä ja eri menetelmissä iän laskemiseen riittävät muut lähtökohdat ovat erilaiset:
- tiedetään, että hajoamistuotteen alkuperäinen määrä on nolla (esim. uraani-lyijy-ajoitus)
- hajoamistuotetta voi esiintyä alkuperäisenä satunnaisesti pieninä määrinä eri kohdissa näytettä, mutta niiden vaikutus voidaan eliminoida (kuten kaasukuplat argon-argon-menetelmässä)
- hajoamistuotteen alkuperäinen määrä on tuntematon, mutta iän laskenta onnistuu jos voidaan käyttää ns. isokronimenetelmää (kuten rubidium-strontium-ajoituksessa)
- saatetaan tietää radioaktiivisen isotoopin ja hajoamistuotteen alkuperäinen suhde riittävän tarkasti (radiohiilimenetelmä)

Painavimpia argumentteja ovat ehkä sentyyppiset väitteet, että ei voitaisi tietää, onko tutkittavia isotooppeja 'karannut' tai tullut lisää ulkoa tai onko tapahtunut esim. osittaista kuumentumista, mikä tekee iän laskennan epäluotettavaksi. Ei kuitenkaan pidä olettaa, että tiedemiehet suhtautuisivat näin keskeisiin asioihin huolimattomasti. Tässä artikkelissa käsiteltyjen menetelmien kuvauksissa sivuttiin joitain keinoja, joilla erikoistilanteet paljastuvat mittaustuloksista. Uraani-lyijy-menetelmän yhteydessä annettiin myös esimerkki matemaattisesta menetelmästä, jolla lyijyn 'vuotamisesta' huolimatta saadaan osoitettua, mitä ikää tulokset osoittavat.

Yksittäisissä mittauksissa voidaan saada vääriäkin tuloksia poikkeuksellisista olosuhteista johtuen tai jos sovelletaan tilanteeseen sopimatonta menetelmää, mutta kaikenkaikkiaan kymmenet radiometriset ajoitusmenetelmät kertovat vakuuttavasti ja keskenään yhteensopivasti maapallon ja elämän suuresta iästä. Ja ne ovat vain osa vielä laajempaa todistusaineistoa, joka puhuu samaa kieltä.

Lähteitä:

Roger C. Wiens, Radiometric Dating, a Christian Perspective. Myös PDF-versio löytyy ASA:n (American Scientific Affiliation) sivuilta.
Davis A. Young, How Old Is It? How Do We Know? A Review of Dating Methods (Part Two)

Wikipedia, Radiometric dating, Geologic time scale, Age of the Earth ym.
Space Daily, New Accurate Uranium/Lead Dating Technique For Earth's Largest Extinction
Encyclopædia Britannica, Nonradiometric Dating

Suhteellisuusteoria ja kaksosparadoksi

Aina joskus on kiva miettiä asioita, jotka menevät yli ymmärryksen. Esimerkiksi alkuräjähdys, avaruuden äärettömät mittasuhteet, suhteellisuusteoriaan liittyvät havainnot ja moni muu asia meitä ympäröivässä maailmassa herättävät ihmettelyn ja kunnioituksen sekaisia tunteita ja saavat ajattelemaan Jumalan suuruutta. 

Sillä minun ajatukseni eivät ole teidän ajatuksianne, eivätkä teidän tienne ole minun teitäni, sanoo Herra. Vaan niin paljon korkeampi kuin taivas on maata, ovat minun tieni korkeammat teidän teitänne ja minun ajatukseni teidän ajatuksianne (Jes. 55:8-9)

Albert Einstein julkaisi erityisen suhteellisuusteorian ( = suppea suhteellisuusteoria) vuonna 1905. Hän esitteli siinä uudenlaiset käsitykset avaruudesta ja ajasta. Tätä teoriaa sanotaan 'suppeaksi', koska  Einstein julkaisi myöhemmin laajemman yleisen suhteellisuusteorian, joka käsittelee myös gravitaatiota. 

Einsteinin esittämät perusväittämät ovat:

• Suhteellisuusperiaate, jonka mukaan fysiikan lait ovat samat kaikissa inertiaalijärjestelmissä eli tasaisessa liikkeessä olevissa koordinaatistoissa, toisin sanoen tasaisessa liikkeessä oleville havaitsijoille. Periaatteen mukaan millään kokeella ei voida osoittaa, onko havaitsija levossa vai tasaisessa liikkeessä.
• Valon (tai muun sähkömagneettisen säteilyn) tyhjiönopeus on sama kaikissa inertiaalikoordinaatistossa, eikä riipu valon lähteen ja havaitsijan keskinäisestä nopeudesta.

Perusväittämistä seuraa useita käytännön järjelle outoja asioita, kuten

• Ajankulku on suhteellista ja suhteellisesti liikkuvan aika kuluu hitaammin (aikadilataatio).
• Tarkkailijan suhteen liikkuva kohde 'litistyy' liikesuunnassa. Myöskin etäisyydet kutistuvat, siten esim. avaruusraketin kannalta sen kulkema matka on lyhempi kuin maasta mitattuna (pituuskontraktio).
• Samanaikaisuuden suhteellisuus: Vastaus kysymykseen, ovatko kaksi eri paikoissa tapahtuvaa tapahtumaa samanaikaisia vai ei, riippuu havaitsijan liiketilasta.

Suhteellisuusperiaatteen mukaan on siis niin, että jos A  liikkuu B.n suhteen, niin asiaa voidaan katsoa niinkin, että B liikkuuu A:n suhteen. Molemmat voivat odottaa samanlaisia seurauksia mittaustuloksiin, esim. ajan hidastumiseen.

Ajan hidastuminen voi kuitenkin olla myös epäsymmetristä. Siitä esimerkki on tunnettu kaksosparadoksi. Siinä kaksosista toinen lähtee avaruusmatkalle hyvin suurella nopeudella vaikkapa kaukaiseen tähteen ja palaa sitten maapallolle. No niin kummallista asiaa ei tässä tilanteessa huomata, että molempien aika olisi kulunut hitaammin, kun verrataan kelloja maapallolla matkan jälkeen, mikä olisikin tietysti mahdotonta. Mutta kummallinen on sekin havainto, että huomataan avaruusmatkan tehneen kaksosen ajan kuluneen hitaammin. Hän ei ole siis vanhentunut yhtä paljon. Miksi tapahtuu näin, vaikka asiaa voitaisiin tarkastella niinkin, että maapallo ja siellä ollut kaksonen ( + tähti) liikkui avaruusmatkaajan suhteen ja ajan olisi silloin pitänyt kulkea suhteellisesti hitaammin maapallolla... Tästä pähkinä on saanut nimen kaksosparadoksi (t. kelloparadoksi). Kyseessä ei kuitenkaan ole todellinen ristiriita suhteellisuusteorian kanssa. 

Piirros: Ester T. 2021

Aikadilataatio on havaittu kokeellisesti esim. lennätettäessä äärimmäisen tarkkoja kelloja ja verrattaessa niitä maan pinnalla pysyneisiin kelloihin. Myöskin GPS-satelliiteissa aikadilataatio täytyy ottaa huomioon - sekä liikkeestä syntyvä suppean suhteellisuusteorian piiriin kuuluva, että gravitaation aiheuttama, joka kuuluu yleisen suhteellisuusteorian puolelle.

Koitan pitäytyä asiasisällön suhteen lähteisiin mahdollisimman hyvin, koska olen aivan maallikko näissä jutuissa. Piirtämäni kaaviot perustuvat netistä löytämiini valmiiksi laskettuihin esimerkkeihin.

Lorentz-kerroin

Lorentz-kertoimen kaava on hyvä ottaa esille, ennen kuin mennään esimerkkiin. Aikadilataatio ja pituuskontraktio saadaan jakamalla "paikallaan" olevan koordinaatiston aika tai pituus tällä tekijällä. Kaava on yksi seuraus Hendrik Lorentzin sähkömagneettisia kenttiä koskevista tutkimuksista ja oleellinen osa suhteellisuusteoriaa. Lorentz-kerrointa merkitään usein merkillä γ (gamma). Se on aina >= 1 ja lähenee ääretöntä nopeuden (v) kasvaessa hyvin lähelle valon nopeutta (c).

 

Avaruusmatka

Tutkitaan esimerkkinä seuraavanlaista versiota "kaksosista": Maahan jäävän (Matti) mielestä tähteen on matkaa 3 vv, nopeudella 3/5 c se kestää 5 vuotta. Avaruusmatkaaja (Aava) huomaa liikkeelle lähdettyään kuitenkin, että hänen mitatessaan matka on 2.4 vv ja kestää 4 vuotta, molemmat arvot pienentyvät Lorentz-kertoimen määräämällä tavalla.  Lorentz-kerroin γ on tässä tapauksessa 5/4, desimaalilukuna 1.25. Matkaajan kello hidastuu tekijällä 1/γ = 4/5.  

Matemaatikko Hermann Minkowski kehitti kätevän tavan tarkastella tämäntapaisia asioita. Oheisessa diagrammissa liikutaan helppouden vuoksi kaksiulotteisessa aika-avaruudessa, jossa on vain aika-akseli pystyakselina ja etäisyyttä kuvaava x-akseli vaaka-akselina. Valitaan mittayksiköiksi vaaka-akselille valovuosi ja pystyakselille vuosi yhtä pitkin jakovälein. Maahan jäävä kaksonen liikkuu ainoastaan pystyakselilla (aika kuluu), avaruusmatkaaja myös x-akselin suuntaisesti. Tällaisella kaaviolla on sekin ominaisuus, että siihen piirretyn valonsäteen reitti on aina pystyakseliin nähden +/- 45 asteen kulmassa oleva suora, valohan etenee vuodessa yhden valovuoden.

Koordinaatiston pystyakselilta näkyy, että edestakainen matka vie Matin mielestä 10 vuotta. Vaaka-akseli kertoo, että tähteen on Matin mielestä matkaa 3 valovuotta. Aavan edestakainen avaruusmatka näkyy kahtena mustalla piirrettynä vinona suorana, jossa matka tähteen on merkitty 4 vuoden kestoiseksi, samoin paluu, yhteensä 8 vuotta. (Sitä, että matkaajan mielestä etäisyys tähteen on 2.4 vv, ei ole merkitty).

Himmeän harmaina vaakaviivoina on merkitty "samanaikaisuus" Matin mielestä. Ne saadaan suoraan Lorentz-kertoimella - esim. Matin vuotta 2 vastaa Aavan vuosi 2/1.25 = 1.6.  Matin mielestä Aavan aika kuluu koko ajan hitaammin kuin hänellä.

Mutta Aava voi suhteellisuusperiaatteen mukaan nähdä asian niinkin, että Matti on se, joka liikkuu ja Matin kellon tulisi hidastua. Aava voisi laskea samaan tapaan Lorentz-kertoimella ja sanoa heti lonkalta, että kun hänellä on kulunut 2,5 vuotta, Matilla on kulunut 2 vuotta. Kun kuitenkin matkan lopputulos on se, että Aavan päivyrissä on kulunut kaksi vuotta vähemmän, tämä voisi herättää jossakussa vaikkapa hienoisia epäilyksiä. Onko Aavalla mitään väitteensä tueksi ja miten tämä homma oikein kokonaisuudessaan menee?

Asiaa voidaan tutkia valon nopeudella etenevien viestien vaihdolla: 

Aava lähettää Matille viestin matkustettuaan oman kellonsa mukaan tasan puoli vuotta (sininen nuoli). Valon nopeudella etenevä viesti saapuu Matille, kun Matin kellossa on kulunut 1 vuosi. Matti lähettää välittömästi Aavalle viestin: "Sain viestisi tasan vuonna 1" (punainen nuoli). Kuittaus saavuttaa Aavan, kun Aavan kellossa on kulunut kaksi vuotta. Koska Aava voi pitää Mattia liikkeellä olevana osapuolena ja kuittaus lähti heti takaisin, eli viestin paluumatka näin katsoen olisi sama, Aava järkeilee seuraavasti: Viesti lähti Aavan vuonna 0.5 ja kuittaus tuli Aavan vuonna 2, joten ihan yksinkertaisella matematiikalla Aava laskee, että Matti oli lähettänyt kuittauksen näiden puolivälissä Aavan kellosta katsoen, eli (0.5 + 2)/2 = 1.25 Aavan aikaa. Mutta Matin viestissä luki "Sain viestisi tasan vuonna 1". Siis Aava sai mittaustuloksen, että Matin aika on hidastunut. Ja hidastuminen täsmää vieläpä Lorentzin kertoimen antamaan tulokseen (1.25/γ = 1.25/1.25 = 1). Samanaikaisuutta (Aavan kannalta) 1.25 - 1 on kuvattu mustalla katkoviivalla.

Samalla tavalla käy Aavan vuonna yksi lähettämälle viestille. Matti saa sen omana vuonnaan 2 ja kuittaus tulee perille Aavan vuonna 4. Aava laskee (1+4)/2 =2.5, mutta Matin ilmoittama aika oli 2 vuotta. Sama suhde taas. Tosiaan siis ainakin alkumatkasta Aava saa  tällaista tukea väitteelle, että Matin aika hidastui häneen nähden. Samanaikaisuutta (Aavan kannalta) 2.5 - 2 on kuvattu mustalla katkoviivalla.

Mutta seuraavalla kerralla tuleekin mielenkiintoinen tulos. Aava lähettää viestin juuri lähtiessään paluumatkalle, oman kellonsa mukaan vuonna 4. Viesti tulee perille Matin vuonna 8. Matin kuittaus tulee perille Aavan vuonna 7, sisältäen taas "Sain viestisi vuonna 8". Aava laskee (4+7)/2 = 5.5. Nyt Matin kello onkin kummasti "kirinyt" ja mennyt jopa ohi. Matin vuotta 8 vastaa Aavan ajankohta 5.5 v. Matin kello on 2.5 vuotta edellä!

Mutta tästä eteenpäin loppumatkalla Aava huomaa, että ero tasoittuu hieman. Aavan vuonna 6 lähettämä viesti tulee Matille tämän vuonna 9 ja kuittaus perillä Aavan vuonna 7.5. Vastaavuudeksi tulee: Matti 9, Aava 6.75, joten ero on nyt enää 2.25 vuotta. Ja lopulta, kun Aava on takaisin maassa, ero on tasan 2 vuotta

Siis yhteenvetona: Alkumatkalla ja loppumatkalla Aava voi tosiaan mitata, että Matin kello hidastuu ihan suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Kuitenkin siinä välissä Matin kellossa kuluu huomattavasti enemmän aikaa kuin hänen kellossaan. Ja näin molemmat kaksoset saavat saman tuloksen loppujen lopuksi, matkaajan kellossa on kulunut vähemmän aikaa kuin maapallolle jääneen kaksosen. 

 

Ei siis saatu ristiriitaisia lopputuloksia, vaikka matkan varrella näkökulma onkin aika erilainen ja mittaukset antavat aika mielenkiintoisia tuloksia. 

Mitä kaksoset näkevät?

Näkeminen on eri asia kuin mittaukset ja laskelmat. Kuvitellaan, että Matti ottaa joka vuosi ajanottolaitteestaan digikuvan ja lähettää sen valon nopeudella etenevän viestin mukana Aavalle. Samoin Aava Matille. Miltä tilanne silloin näyttää kaksosten mielestä? 

Siinä käy niin, että menomatkalla Aava saa vain kaksi digikuvaa, vuodelta 1 ja 2. 

Paluumatkalla Aava saa kaikki loput kahdeksan digikuvaa puolen vuoden välein, yhteensä kymmenen.

Matti saa ensimmäiset neljä viestiä myös harvakseen, kahden vuoden välein. Loput neljä tulevat puolen vuoden välein, yhteensä kahdeksan. 

Matkaajan ajan hidastuminen tulee tällä tavalla konkreettisesti esiin. Matti saa Aavalta vain kahdeksan viestiä, mutta Aava Matilta kymmenen. Doppler-ilmiön johdosta menomatkan aikana viestit tulevat 'harventuneesti', paluumatkan aikana 'tihentyneesti'. Tarkkaan ottaen tässä yhteydessä puhutaan suhteellisuusteoreettisesta Doppler-ilmiöstä, jossa on mukana aikadilataatio.

 

Miksi siis?

Mutta miksi siis tilanne on epäsymmetrinen, miksi matkaajan kellossa todellakin kuluu vähemmän aikaa, eikä toisinpäin?  

Syyksi voidaan antaa juuri se, että Aava vaihtoi inertiaalikoordinaatistoa matkan aikana. Itse asiassa jo alussakin. Silloin ei ollakaan siinä perustilanteessa, josta erityinen suhteellisuusteoria lähtee liikkeelle. Entäpä se vastaväite, että voitaisiinhan tämä esimerkki tulkita maapallon ja tähden edestakaiseksi matkaksi, ja ainakin piirtää vastaava diagrammi, missä maapallo ikäänkuin vaihtaa inertiaalikoordinaatistoa? Tähän voidaan sanoa, että maapallo ei kuitenkaan todellisuudessa vastustanut jatkavuuden lakia kuten raketti teki liikkeelle lähtiessään ja vaihtaessaan liikesuuntaa. Maapallo ei oikeasti vaihtanut inertiaalikoordinaatistoa.  

Einsteinin kellot

Yksinkertaisimmillaan (ja toisaalta ehkä vielä vaikeatajuisempana) kaksosparadoksi, josta käytetään myös nimeä kelloparadoksi, löytyy Einsteinin vuonna 1905 julkaisemasta tieteellisestä artikkelista, jossa hän esittelee suppean suhteellisuusteorian (suomennos minun):

Jos koordinaattijärjestelmän K pisteissä A ja B on kellot, jotka ovat synkronissa [samassa ajassa] tässä paikallaan olevassa järjestelmässä; ja jos kello A siirtyy nopeudella V A:n ja B:n välistä suoraa pitkin kohtaan B, niin kun se tulee perille, nämä kaksi kelloa eivät enää ole synkronissa, vaan A:sta B:hen liikkunut kello on jäljessä siitä kellosta, joka pysyi kohdassa B.

Tästä herää heti kysymys: Mihin häviää "se toinen" aikadilataatio? Se, että B:n ajan olisi pitänyt kulua hitaammin, jos asiaa tarkasteltaisiin siltä kannalta, että B liikkui A:n luo. 

Eräässä nettikeskustelussa minulle selitettiin asiaa tähän tapaan: "Kun kello A lähtee liikkeelle, sen uudesta liikkuvasta koordinaatistosta katsoen kello B on mennyt edelle. Kellon A kannalta lähenevä kello B käy sen jälkeen hitaammin, mutta ei kuitenkaan niin hitaasti, että kellon B etumatka täysin häviäisi. Lopussa kello A on siis vielä jäljessä. "

 

Tälle saataisiin tukea mittauksilla samaan tapaan kuin kaksosparadoksin paluumatkalla. Jos kellojen luota lähetettäisiin viestejä ja vastausviestejä kellonajoista, niin A-kellon mukana liikkuva havainnoitsija voisi olettaa, että kello B on liikkeellä, eivätkä mitkään mittaukset tasaisen liikkeen aikana olisi ristiriidassa sen kanssa. Kello B näyttäisi käyvän hitaammin, mutta samalla periaatteella laskiessa syntyy myös päätelmä, että se oli alussa "hypähtänyt" edelle.  

Se, että kellon A aika lopulta kului kaikenkaikkiaan hitaammin, johtuu siitä, että se vaihtoi inertiaalikoordinaatistoa, lähti liikkelle.

Entä miltä tilanne näyttäisi havainnoijille? Jos kellon B luota alettaisiin A:n liikkeelle lähtiessä lähettää videokuvaa kellonajasta (valon nopeudella) A:n suuntaan, niin kellon A mukana liikkuva tarkkailija ei ensin näkisi vähään aikaan mitään (kuva ei ehdi heti perille) ja sitten näkisi kellon B viisarin lähtevän liikkeelle 0:sta alkaen tasaisella vauhdilla, ilman "hypähdyksiä",  mutta nopeammin kuin A-kello ja kirien lopulta ohi. Myös kellon B luona oleva tarkkailija näkisi samanlaisen ilmiön, mutta sillä erolla, että kello A ei "kirisi ohi", vaikka näyttäisi käyvän nopeammin sitten kun kuva alkaa näkymään, vaan jäisi vielä lopuksikin jälkeen. Näin päättelen, kun katselen kappaleessa "Mitä kaksoset näkevät" esitetyn kaavion yläosaa, paluumatkan osuutta. 

Lähteitä ja linkkejä:

Professori (emer.) Kari Enqvist, Paluu kaksosten paradoksiin 

Wikipedia: Twin paradox 

Maailmankaikkeuden koko

Eräs toinen pohdiskelija esitti piristävän kysymyksen, joka sai pään sopivasti pyörälle. Asia liittyy jossain julkaisussa olleeseen uutiseen, jossa puhuttiin kvasaarista, jonka valo on lähtenyt meitä kohti 12 mrd vuotta sitten. Tämä oli antanut hänelle aiheen ihmetellä sitä, miten valolta on kestänyt niin kauan ehtiä tänne, koska maailmankaikkeus kai tuolloin oli vielä aika pieni - ottaen huomioon, että sen iäksi arvioidaan noin 13.8 mrd vuotta.

Taiteilijan näkemys kaukaisesta kvasaarista, jonka
ytimessä on valtava musta aukko, massaltaan 2
miljardin auringon suuruinen (Wikimedia).

Tätä kun avaruusjuttuihin perehtymättömänä yritti miettiä, ei meinannut tulla googlaamallakaan asiaan oikein selkoa. Niinpä kysyin asiaa teoreettisen fysiikan professori Kari Enqvistilta. Hän ystävällisesti vastasi maallikolle sopivalla tyylillä ja käyttäen pyöreitä lukuja. Vastaus selkeytti huomattavasti solmuun menneitä ajatuksia:

Termillä "maailmankaikkeuden koko" tarkoitetaan tavallisesti meille näkyvän maailmankaikkeuden kokoa eli avaruuden osaa, josta valo on ehtinyt tulla maapallolle. Maailmankaikkeus itsessään voi olla vaikka ääretön. Valo on alkuräjähdyksestä lähtien ehtinyt kulkea 14 miljardia vuotta, mutta samalla maailmankaikkeus on laajentunut niin, että näkyvän maailmankaikkeuden koko nyt ei suinkaan ole 14 miljardia valovuotta vaan osapuilleen 45 miljardia valovuotta (luku riippuu avaruuden laajenemisnopeudesta).

Vastaavasti galaksi, josta valo lähti liikkeelle 12 miljardia vuotta sitten, ei ollut meistä 12 miljardin valovuoden etäisyydellä vaan paljon lähempänä. Laajenemisen ansiosta siltä kului matkan taittamiseen tuo 12 mrd vuotta.

Siis laajeneminen todellakin hidastaa valon perillepääsyä kaukaisesta galaksista, vaikka mitattu valon nopeus on aina sama riippumatta siitä, onko mittaaja liikkumassa kohti saapuvaa valoa vai poispäin siitä. Tämä valon nopeuden vakiona pysyminen oli tutumpi juttu, mutta se, että laajeneminen kuitenkin vaikuttaa kuvatulla tavalla, oli uutta.

Rusinapullan paisuminen taikinan noustessa 

on tunnettu analogia maailmankaikkeuden

laajenemiselle (Wikimedia).

Samalla selvisi, mitä tarkoitetaan havaittavan maailmankaikkeuden koolla. Me voimme havaita kaukaisimmista kohteista lähtenyttä valoa, joka on ollut matkalla yli 13 mrd vuotta. Tästä voidaan laskea laajenemisnopeuden perusteella, miten kaukana nuo kohteet nyt ovat. Kaukaisimmat siis noin 45 mrd valovuoden päässä, jolloin koko havaittavan maailmankaikkeuden halkaisijaksi tulee luokkaa 90 mrd valovuotta. Vaikka niiden nykytilaa ei voida nyt nähdä, voidaan kuitenkin sanoa, että ne kuuluvat havaittavaan maailmankaikkeuteen - niistä on joku havainto kuitenkin, vaikkakin "melko kauan" sitten liikkeelle lähteneeseen valoon perustuva.

Nisäkkäät saavat tilaisuuden

66 miljoonaa vuotta sitten tapahtui suuri eliölajien joukkotuho, joka hävitti mm. dinosaurukset kokonaan. Sen aiheutti ilmeisesti Jukatanin niemimaalle iskeytynyt suuri asteroidi, vaikka muitakin samanaikaisia tekijöitä saattoi olla mukana (tästä enemmän artikkelissa Tuli ilta ja tuli aamu). Katastrofin jälkeinen maailma muotoutui melkoisen erilaiseksi, kuin edeltävä aika. Nisäkkäät pääsivät merkittävämpään asemaan. Paljon uusia ja kookkaampiakin lajeja ilmaantui suhteellisen lyhyessä ajassa täyttämään tyhjiä ekologisia lokeroita.  

Tässä jutussa olen yrittänyt joihinkin esimerkkeihin tutustumalla saada hieman käsitystä, minkälaisia nisäkkäitä on fossiilien perusteella elänyt ensimmäisen 10 miljoonan vuoden aikana "ison jytkyn" jälkeen, eli noin 66 - 56 mvs. Aikakautta nimitetään paleoseenikaudeksi (paleoseeni on laajemman paleogeenikauden ensimmäinen jakso, muut ovat eoseeni ja oligoseeni). 

Löytämissäni aihetta käsittelevissä artikkeleissa kerrotaan mm., että paleoseenikauden nisäkkäiden sukulaisuussuhteet ja yhteys nykyisiin nisäkäslahkoihin on paljolti selvittämättä. Ja tosiaan monet näistä eläimistä vaikuttavat omanneen aika erikoisia yhdistelmiä erilaisten meille tuttujen nisäkäsryhmien piirteistä.

Purgatorius

Nobu Tamuran näkemys lajista Purgatorius unio (Kuva Wikimedia) 

Purgatorius on nisäkässuku, jonka osittaisia fossiileja on löytynyt jo paleoseenikauden alusta. On käyty pitkään keskustelua, voitaisiinko purgatorius luokitella varhaiseksi kädelliseksi vai ainoastaan läheiseen ryhmään. Ilmeisesti tällä hetkellä jälkimmäinen kanta on voitolla. Ne olivat ilmeisesti noin rotan kokoisia eläimiä, joiden nilkan rakenne vaikuttaa olleen samantapainen kuin kädellisillä ja mahdollistaneen puissa liikkumisen. Hampaiden perusteeella nämä eläimet söivät hyönteisiä ja hedelmiä. Löydetty fossiiliaineisto näyttää toistaiseksi koostuvan hampaista, leukaluun osista ja nilkkaluista, joten näitä lajeja ei tunneta vielä kovin hyvn.  

Plesiadapis

Plesiadapis cooki:n  ennallistettu luuranko Belgian
luonnontieteellisessä museossa (Kuva Wikimedia)

Plesiadapis tricuspidens (Wikimedia)

Plesiadapis on 58-55 mvs, eli paleoseenin loppupuolella ja eoseenin alussa, Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa elänyt kädellisiä muistuttava nisäkässuku. Siitä on saanut nimensä luokittelu plesiadapiformes, johon luetaan kädellisten lisäksi muitakin läheisiä nisäkäsryhmiä. Fossiileja on löytynyt useista paikoista, mm. Ranskan Menat:ista lähes koko luurangon käsittävä (tosin luuston ykstiyiskohdat eivät ole ko. tapauksessa kovin hyvin säilyneet).

Nykyisistä kädellisistä poiketen silmät olivat sivuilla. Kuono oli melko pitkä. Ruokavalio on hampaistosta päätellen mahdollisesti koostunut hedelmistä ja siemenistä, mutta myös kaikkiruokaisuuteen viittaavia piirteitä oli. Etuhampaat olivat melko pitkät. Useat rakenteen yksityiskohdat viittaavat elämiseen enimmäkseen puissa. Painon on laskettu olleen reilu 2 kg, pituus noin 75 cm.

Ectoconus

Kuva Flickr Internet Archive Book Images

Ectoconus on yksi parhaiten tunnetuista paleoseenikauden nisäkkäistä. Siitä on löytynyt lähes täydellisiä fossiloituneita luurankoja New Mexicon osavaltion alueelta USA:sta, paleoseenikauden ensimmäisille vuosimiljoonille ajoitetuista kerrostumista. 

Ectoconus oli vankkarakenteinen, lampaan kokoinen kasvissyöjä. Aivotilavuus oli pieni, raajat lyhyet ja vahvat, häntä pitkä. Sen jaloissa oli viisi varvasta, joissa oli kaviomainen pää. Lantion rakenteesta on päätelty, että se synnytti pitkälle kehittyneitä poikasia ja oli siitä päätellen varhainen istukallisten nisäkkäiden edustaja.

Barylambda

Barylambda oli varsin erikoinen, kookas nisäkäs, jonka fossiileja on löytynyt Pohjois-Amerikasta noin ajalta 60-50 mvs, eli paleoseenikauden keskivaiheilta eoseenikauden alkupuolelle. Tällä hetkellä on tunnistettu kolme eri lajia tästä suvusta. 

B. faberi:n luuranko, The Field Museum of
Natural History, Chicago. (Wikimedia)

Tämän tapaiselta B. faberi on voinut näyttää (Wkimedia)

Hampaiden perusteella barylambda oli kasvissyöjä. Poskihampaat sopivat jauhamiseen, eivät leikkaamiseen kuten lihansyöjillä usein, ja ainoastaan uroksilla oli suuret kulmahampaat. Vartalon pituus häntä mukaanluettuna oli noin 2.5 metriä, painon arvioidaan olleen noin 650 kg. Pää oli suhteellisen pieni. Hännän luusto oli silmiinpistävän vahva. On arveltu, että se saattoi kohottautua pystyasentoon hännän ja takajalkojen varassa tavoitellakseen ravintoa korkealta.

Arctocyon

Arctocyon primaevus -fossiili luonnonhistoriallisessa
museossa Pariisissa (Kuva Wikimedia).

Taiteilijan rekonstruktio (Wikimedia)

Arctocyon ( = "karhukoira") oli kaikkiruokaisten maanisäkkäiden suku, jonka fossiileja on löytynyt ajalta 61.3 - 56.8 mvs Pohjois-Amerikasta ja Euroopasta. 

Arctocyonit olivat todennnäköisesti kanta-astujia. Suvun lajien koko vaihteli suuresta koirasta pieneen karhuun. Jalat olivat vahvat ja melko lyhyet ja varpaiden päät olivat kaviomaiset, eivät siis terävän kynsimäiset. Kallo oli pitkulainen ja vankka ja leukalihakset voimakkaat. 

Hampaiden rakenne oli outo sekoitus lihansyöjillä ja kasvissyöjillä tavattuja tyyppejä. Poskihampaat olivat lujat ja ruoan hienontamiseen sopivat, kuten karhulla. Kulmahampaat olivat erityisen pitkät, torahammasmaiset. Etuhampaat taas näyttivät sopivan vaikkapa kasvien lehtien poimimiseen. 

Multituberculata

Multituberculata oli erittäin hyvin menestynyt nisäkäslahko ja siksi hyvä mainita, vaikka ne ovatkin varhainen ja hävinnyt nisäkkäiden haara. Fossiileja löytyy 130 miljoonan vuoden ajalta, alkaen jurakaudelta aina eoseenikaudelle ja jopa seuraavan oligoseenikauden alkuun. Niiden monimuotoisuus oli suurimmillaan varhaisella paleoseenikaudella, mutta kauden puolivälissä niiden määrä alkoi kuitenkin vähetä. Lajeja tunnetaan yli 200, koko vaihteli hiiren kokoisesta majavan kokoiseen. Jotkut lajit olivat sopeutuneet puissa elämiseen oravan tavoin, toiset elivät maakoloissa.

Yhteisenä piirteenä näillä oli ulkoisesti jyrsijämäinen hampaiston rakenne. Suuret etuhampaat, joita erotti poskihampaista selvä väli. Hampaat eivät kuitenkaan olleet jatkuvasti kasvavat kuten nykyisillä jyrsijöillä, vaan vaihtuivat välillä uusiin.  Poskihampaiden erityispiirteenä se, että niissä oli nystermiä useassa rivissä, tästä tulee lahkon nimikin (lat. tuber = muhkura tms.).  

Pari esimerkkiä lahkon suvuista ja lajeista:

Nobu Tamuran piirros Ptilodus mediaevus -lajin kallosta (Wikimedia)

Pohjois-Amerikassa paleoseenikaudella esiintyneen Ptilodus -suvun lajit elivät jalkojen rakenteesta ja pitkästä hännästä päätellen pääosin puissa oravien tapaan. Suuruusluokka vaihteli 30-50 cm välillä. 

Taiteilijan näkemys Taeniolabis taoensis -lajista (Wikimedia)

Kookkaimmat multituberculata -lahkon jäsenet kuuluivat sukuun Taeniolabis. T. taoensis saattoi painaa jopa yli 100 kg. Niiden fossiileja on löytynyt väliltä 65-64 mvs Pohjois-Amerikasta.

Sinonyx

Sinonyx jiashanensis. Museo delle Scienze, Trento, Italia (Wikimedia)

Sinonyx oli noin suden kokoinen ja pikaisesti katsoen sitä rakenteeltaan muistuttava lihansyöjä, joka tunnetaan paleoseenikauden lopulta Kiinasta (noin 56 mvs). Sen katsotaan olleen varvasastuja. Varpaiden päissä oli pienet kaviot, ts. sarveisainerakenteet, joiden varaan eläimen paino tuli. Siis sekä kavio/sorkkaeläinten että petoeläinten piirteitä samassa lajissa! 

Phenacodus

Phenacodus oli nisäkässuku, joka tunnetaan paleoseenikauden lopulle ja eoseenikauden alkupuolelle ajoitetuista fossiileista Pohjois-Amerikasta ja Euroopasta.

P. primaevus, American Museum of Natural History (Wikimedia)

Phenacodus, Charles R. Knightin maalaus (Wikimedia)

Tämän suvun edustaja P. primaevus oli noin 1.5 metrin pituinen ja saattoi painaa 50-60 kg. Kiinnostavaa siinä on se, että se oli juoksemiseen sopeutunut varvasastuja, jonka viidestä varpaasta keskimmäinen oli pisin ja eläimen paino tuli lähinnä keskimmäisen ja kahden sen viereisen varpaan varaan. Lisäksi varpaiden päät näyttävät olleen kaviomaiset. Tutkijat ovat pohtineet mahdollista yhteyttä kavioeläimiin. Ilmeisesti tällä hetkellä phenacodusta ei kuitenkaan pidetä niiden suorana esi-isänä, vaikka se voi olla hyvin samantapainen tai jopa läheinen laji noille esi-isille.

Hampaat viittasivat kaikkiruokaisuuteen. Kulmahampaat olivat hyvin kehittyneet, mutta poskihampaat olivat ainakin osittain sopeutuneet kasviravinnon käyttämiseen. Selkäranka oli hieman "köyry". 

Linkkejä:

Paleocene mammals of the world, Martin Jehe

Scienticic American, How Mammals Conquered the World after the Asteroid Apocalypse

The Conversation, A fossil baby helped scientists explain how mammals thrived after the dinosaur extinction - new research

Encyclopædia Britannica, Phenacodus