Maapallon rakenne

Geologian perusteet

Maapallo koostuu eri kerroksista, joilla jokaisella on omat ainutlaatuiset ominaisuutensa ja koostumuksensa. Geologisesti tarkasteltuna maapallo voidaan jakaa kolmeen pääkerrokseen: ytimeen, vaippaan ja kuoreen (Stanley, 1999).

Maapallon syvempien kerrosten tutkimus perustuu pääasiassa epäsuoriin menetelmiin, sillä syvin ihmisen tekemä poraus (Kolan superkairaus Venäjällä) on ulottunut vain vähän yli 12 kilometrin syvyyteen. Venäläisten tavoitteena oli päästä 15 kilometrin syvyyteen, mutta lämpötilat kasvoivat odotettua kuumemmiksi ja syvemmälle poraaminen vaatii kehittyneempää välineistöä.

Maapallon seismisten aaltojen (maanjäristysaaltojen), kivinäytteiden ja magneettikentän tutkimusten avulla voidaan kuitenkin päätellä planeetan sisäinen rakenne ja koostumus.

Kuori

Maapallon uloin kerros on kuori, joka jakautuu mantereiseen ja merelliseen kuoreen. Mantereinen kuori on paksumpi (keskimäärin 35–70 km) ja kevyempi, koostuen pääosin graniittisista kivilajeista. Merellinen kuori on ohuempi (noin 5–10 km), raskaampi ja koostuu pääosin basalttisista kivistä (Gradstein ja muut, 2020).

Kuori ja vaipan ylin osa muodostavat yhdessä litosfäärin, joka jakautuu useisiin tektonisiin laattoihin. Näiden laattojen liikkeet aiheuttavat maanjäristyksiä, tulivuorenpurkauksia ja vaikuttavat voimakkaasti maapallon geologisiin prosesseihin (Stanley, 1999).

Vaippa

Vaippa sijaitsee ytimen ympärillä ja muodostaa suurimman osan maapallon tilavuudesta. Se koostuu enimmäkseen piitä, happea, magnesiumia ja rautaa sisältävistä mineraaleista (Stanley, 1999). Vaippa on pääosin kiinteä, mutta erittäin hitaasti liikkuva kerros, jossa esiintyy konvektiovirtauksia. Nämä virtaukset ovat mannerlaattojen liikkeiden tärkein voimanlähde ja vaikuttavat myös tulivuorten ja maanjäristysten syntyyn (Gradstein ja muut, 2020).

Vaippa jaetaan ylempään ja alempaan vaippaan. Ylempi vaippa sisältää astenosfäärin, joka on osittain sulanut ja antaa mannerlaatoille mahdollisuuden liikkua (Stanley, 1999).

Ydin

Maapallon sisin osa on ydin, joka on jaettu kerrokseen: kiinteään sisäytimeen ja nestemäiseen ulkoytimeen. Sisäydin on noin 5150 kilometrin syvyydessä ja koostuu pääosin raudasta ja nikkelistä (Dalrymple, 2001). Se on kiinteä, koska valtava paine estää sitä sulamasta korkeasta lämpötilasta (noin 5000–6000 °C) huolimatta (Jacobsen, 2005). Ulkoydin puolestaan on nestemäinen, ja sen virtaus saa aikaan Maan magneettikentän (Stanley, 1999).

Laattatektoniikka

Laattatektoniikka on geologinen teoria, joka selittää maapallon kuoren rakenteen ja tektonisten ilmiöiden, kuten vuoristojen, maanjäristysten ja tulivuorten muodostumisen (Stanley, 1999).

Kyseessä on melko tuore teoria, sillä se hyväksyttiin yleisesti vasta 1960-luvun lopulla. Alfred Wegener ehdotti alustavan teorian mannerten siirtymisestä ja liikkeistä vuonna 1912. Hän oli myös ensimmäinen, joka ehdotti nykyisten mantereiden olevan perua vanhasta supermantereesta (Pangea). Wegenerin teoriat saivat lihaa luidensa ympärille vasta 1960-luvulla, kun Harry Hess, J. Tuzo Wilson, Jason Morgan ja Xavier Le Pichon kehittivät teoriaa pidemmälle omilla tutkimuksillaan. Ennen teoriaa ihmiset pystyivät vain arvailemaan, mikä aiheuttaa mm. maanjäristyksiä ja tulivuoria.

Laattatektoniikan periaate

Maapallon litosfääri eli kivikehä koostuu useista jäykistä laatoista, jotka liikkuvat hitaasti suhteessa toisiinsa vaipan hitaiden konvektiovirtausten vaikutuksesta (Stanley, 1999). Laattojen liikkeiden nopeus vaihtelee muutamista millimetreistä muutamiin senttimetreihin vuodessa (Gradstein ym., 2020).

Merelliset laatat ovat tyypillisesti noin 50–100 km paksuja. Näistä noin 5–10 km on varsinaista merellistä kuorta (basalttia ja gabroa), ja loput koostuu vaipan yläosan kiinteästä kiviaineksesta (Stanley, 1999).

Mantereiset laatat ovat yleensä paksumpia, tyypillisesti noin 100–250 km. Mantereisissa laatoissa varsinainen mannerkuori (graniittiset ja sedimenttikivet) on 30–70 km paksu, ja sen alla on kiinteä osa ylävaippaa (Gradstein ym., 2020; Stanley, 1999).

Laattatektoniikan mukaan nämä laatat voivat törmätä, erkautua tai liukua sivuttain suhteessa toisiinsa, mikä vaikuttaa merkittävästi Maan pinnanmuotojen kehitykseen (Stanley, 1999; Gradstein ym., 2020).

Laattojen rajavyöhykkeet

Laattojen rajavyöhykkeillä syntyy erilaisia geologisia ilmiöitä:

Erkanemisvyöhykkeet (divergentit rajat)
Laatat liikkuvat poispäin toisistaan, ja näillä alueilla syntyy uutta merellistä kuorta (Stanley, 1999).
Törmäysvyöhykkeet (konvergentit rajat)
Laattojen törmäyksissä toinen laatta voi painua toisen alle (subduktio). Tällöin muodostuu tulivuoria, syvänmeren hautavajoamia ja korkeita vuoristoja, kuten Andit tai Himalaja (Gradstein ym., 2020).
Sivuttaissiirtymät (transformiset rajat)
Laatat liukuvat sivusuunnassa toisiinsa nähden, aiheuttaen voimakkaita maanjäristyksiä. (Stanley, 1999).

Mannerlaattojen nykyinen asetelma

Nykyisin maapallon kuori on jakautunut seitsemään suureen ja useisiin pienempiin laattoihin. Suurimmat laatat ovat muun muassa Euraasian laatta, Pohjois-Amerikan laatta, Etelä-Amerikan laatta, Tyynenmeren laatta, Afrikan laatta, Indo-Australian laatta ja Antarktiksen laatta (Gradstein ym., 2020).

Lähteet

Dalrymple, G. B. (2001). The age of the Earth. Stanford University Press.

Gradstein, F. M., Ogg, J. G., Schmitz, M., & Ogg, G. (2020). Geologic Time Scale 2020. Elsevier.

Jacobsen, S. B. (2005). The Hadean Earth. Science, 293(5530), 1673-1677.

Stanley, S. M. (1999). Earth System History. W.H. Freeman & Company.