 |
Maan sisätilat & Laattatektoniikka
Copyright © 1995-2009 by Rosanna L. Hamilton.Kaikki oikeudet pidätetään. Teoria on työkalu – ei uskontunnustus. -J. J. Thomson |
Maailman sisus
Niin kuin lapsi saattaa ravistella avaamatonta lahjaa yrittäessään saada selville lahjan sisällön, niin myös ihminen joutuu kuuntelemaan Maapallomme helinää ja värähtelyä yrittäessään saada selville sensisältö. Tämä onnistuu seismologian avulla, josta on tullut pääasiallinen menetelmä, jota käytetään maapallon sisätilojen tutkimiseen.Seismos on kreikan kielen sana, joka tarkoittaa järistystä; se on sukua maanjäristykselle, ravistukselle tai väkivaltaiselle liikkeelle. Seismologia maapallolla käsittelee maanjäristysten, meteoriittien törmäysten tai keinotekoisten keinojen, kuten räjähdyksen, aiheuttamien värähtelyjen tutkimista. Näissä tapahtumissa käytetään seismografia mittaamaan ja tallentamaan todellisia liikkeitä ja värähtelyjä maan sisällä ja maanpinnalla.
Tutkijat luokittelevat seismiset liikkeet neljään eri aaltotyyppiin, jotka etenevät nopeudella 3-15 kilometriä (1,9-9,4 mailia) sekunnissa. Kaksi aalloista liikkuu maapallon pinnan ympärillä rullaavina aaltoina. Kaksi muuta, primaariaallot (P-aallot) eli puristusaallot ja sekundaariaallot (S-aallot) eli leikkausaallot, tunkeutuvat maan sisälle. Ensisijaiset aallot puristavat ja laajentavat ainetta, jonka läpi ne kulkevat (joko kiveä tai nestettä) ääniaaltojen tapaan.Ne pystyvät myös liikkumaan kaksi kertaa nopeammin kuin S-aallot.Toissijaiset aallot etenevät kiven läpi, mutta eivät pysty kulkemaan nesteen läpi. Sekä P- että S-aallot taittuvat tai heijastuvat kohdissa, joissa fyysisiltä ominaisuuksiltaan erilaiset kerrokset kohtaavat. Ne myös vähentävät nopeutta liikkuessaan kuumemman materiaalin läpi. Näillä suunnan ja nopeuden muutoksilla paikannetaan epäjatkuvuuskohtia.
(Mukailtu lähteestä, Beatty, 1990.)
Jakautuminen maapallon sisätilaan
(Mukailtu lähteestä, Beatty, 1990.)
Seismiset epäjatkuvuuskohteet auttavat erottamaan maapallon jaottelun sisäytimeen, ulompaan ytimeen, D”-ytimeen, alempaan vaippaan, siirtymäalueeseen,ylempään vaippaan ja kuoreen (valtameren- ja mantereenlaajuiseen). Myöhempiä epäjatkuvuuskohtia on myös erotettu ja kartoitettu seismisen tomografian avulla, mutta niitä ei käsitellä tässä.
- Sisäydin: 1,7 % Maan massasta; syvyys 5 150-6 370 kilometriä (3 219-3 981 mailia)
Sisäydin on kiinteä ja irrallaan vaipasta, ja se leijuu sulassa ulkoytimessä. Sen uskotaan jähmettyneen paineen jäätymisen seurauksena, joka tapahtuu useimmille nesteille, kun lämpötila laskee tai paine kasvaa. - Ulkoydin: 30,8 % Maan massasta; syvyys 2 890-5 150 kilometriä (1 806-3 219 mailia)
Ulkoydin on kuumaa, sähköä johtavaa nestettä, jonka sisällä tapahtuu konvektiivista liikettä. Tämä johtava kerros luo yhdessä Maan pyörimisen kanssa dynamiikkavaikutuksen, joka ylläpitää sähkövirtojen järjestelmää, joka tunnetaan nimellä Maan magneettikenttä. Se on myös vastuussa Maan pyörimisen hienovaraisesta nykimisestä. Tämä kerros ei ole yhtä tiheä kuin puhdas sula rauta, mikä viittaa kevyempien alkuaineiden läsnäoloon. Tutkijat epäilevät, että noin 10 prosenttia kerroksesta koostuu rikistä ja/tai hapesta, koska näitä alkuaineita on runsaasti kosmoksessa ja ne liukenevat helposti sulaan rautaan. - D”: 3 % maapallon massasta; syvyys 2 700-2 890 kilometriä (1 688-1 806 mailia)
Tämä kerros on 200-300 kilometriä (125-188 mailia) paksu ja edustaa noin 4 % vaippakuoren massasta. Vaikka se usein tunnistetaan osaksi alempaa vaippaa, seismiset epäjatkuvuuskohdat viittaavat siihen, että D-kerros saattaa erota kemiallisesti sen yläpuolella olevasta alemmasta vaipasta. Tutkijat arvelevat, että aine on joko liuennut ytimeen tai pystynyt vajoamaan vaipan läpi mutta ei ytimeen sen tiheyden vuoksi. - Alempi vaippa: 49,2 % Maan massasta; syvyys 650-2,890 kilometriä (406 -1,806 mailia)
Alempi vaippa sisältää 72,9 % vaippa-kuoren massasta ja koostuu todennäköisesti pääasiassa piistä,magnesiumista ja hapesta. Se sisältää luultavasti myös jonkin verran rautaa, kalsiumia ja alumiinia. Tutkijat tekevät nämä johtopäätökset olettamalla, että maapallolla on samanlainen kosmisten alkuaineiden runsaus ja osuus kuin Auringossa ja alkukantaisissa meteoriiteissa. - Siirtymäalue: 7,5 % Maan massasta; syvyys 400-650 kilometriä (250-406 mailia)
Siirtymäalue tai mesosfääri (keskivaipasta), jota joskus kutsutaan hedelmälliseksi kerrokseksi,sisältää 11,1 % vaippakuoren massasta ja on basalttimagmojen lähde. Se sisältää myös kalsiumia, alumiinia ja granaattia, joka on monimutkainen alumiinia sisältävä silikaattimineraali. Tämä kerros on kylmänä tiivis granaatin vuoksi. Kuumana se on kelluva, koska nämä mineraalit sulavat helposti basaltiksi, joka voi sitten nousta ylempien kerrosten läpi magmaksi. - Ylempi vaippa: 10,3 % Maan massasta; syvyys 10-400 kilometriä (6 – 250 mailia)
Ylempi vaippa sisältää 15,3 % vaippakuoren massasta. Palasia on kaivettu esiin tarkkailtavaksi erodoituneilla vuoristovyöhykkeillä ja tulivuorenpurkauksilla. Oliviini (Mg,Fe)2SiO4 ja pyrokseeni (Mg,Fe)SiO3 ovat olleet ensisijaisia tällä tavoin löydettyjä mineraaleja. Nämä ja muut mineraalit ovat tulenkestäviä ja kiteytyvät korkeissa lämpötiloissa, minkä vuoksi useimmat niistä laskeutuvat nousevasta magmasta joko muodostaen uutta kiteistä materiaalia tai eivät koskaan poistu vaipasta. Astenosfääriksi kutsuttu osa ylemmästä vaipasta saattaa olla osittain sulaa. - Merenkuori: 0,099 % Maan massasta; syvyys 0-10 kilometriä (0 – 6 mailia)
Merenkuori sisältää 0,147 % vaippakuoren massasta. Suurin osa maapallon kuoresta on syntynyt vulkaanisen toiminnan kautta. Valtameren harjujärjestelmä, 40 000 kilometrin (25 000 mailin) pituinen tulivuorten verkosto, tuottaa uutta valtameren kuorta 17 km3 vuodessa ja peittää merenpohjan basaltilla.Havaiji ja Islanti ovat kaksi esimerkkiä basalttikasojen kasaantumisesta. - Mannermainen kuori: 0,374 % maapallon massasta; syvyys 0-50 kilometriä.
Mannermainen kuori sisältää 0,554 % mannermaisen kuoren massasta. Tämä on maapallon uloin osa, joka koostuu pääasiassa kiteisistä kivistä. Nämä ovat matalatiheyksisiä kelluvia mineraaleja, joita hallitsevat enimmäkseen kvartsi (SiO2) ja maasälpä (metalliköyhät silikaatit).Maankuori (sekä valtameren että mantereen kuori) on maapallon pintakerros; sellaisena se on planeettamme kylmin osa. Koska kylmät kivet deformoituvat hitaasti, tästä jäykästä ulkokuoresta käytetään nimitystä litosfääri (jäykkä tai vahva kerros).
Litosfääri &Levytektoniikka
Oseaninen litosfääri
Litosfääriksi kutsutaan Maan jäykkää, ulointa kerrosta, joka koostuu kuoresta ja ylemmästä vaipasta. Uusi valtamerellinen litosfääri muodostuu vulkanismin kautta halkeamina valtamerten keskiselänteillä, jotka ovat maapalloa ympäröiviä halkeamia. Lämpö karkaa sisäpuolelta, kun tämä uusi litosfääri nousee alhaalta esiin. Se jäähtyy vähitellen, supistuu ja siirtyy poispäin harjanteesta ja kulkeutuu merenpohjan poikki subduktiovyöhykkeille prosessissa, jota kutsutaan merenpohjan leviämiseksi. Ajan myötä vanhempi litosfääri paksuuntuu ja muuttuu lopulta tiheämmäksi kuin sen alla oleva vaippa, jolloin se laskeutuu (subduktoituu) jyrkässä kulmassa takaisin maan sisään ja jäähdyttää maan sisäosaa. Subduktio on tärkein tapa jäähdyttää 100 kilometrin (62,5 mailin) syvyydessä olevaa vaippaa. Jos litosfääri on nuori ja siten kuumempi subduktiovyöhykkeellä, se pakotetaan takaisin maan sisälle pienemmällä kulmalla.
Kontinentaalinen litosfääri
Kontinentaalinen litosfääri on noin 150 kilometriä paksu, ja siinä on matalatiheyksinen kuori ja ylempi vaippa, jotka ovat pysyvästi kelluvia.Mantereet ajelehtivat sivusuunnassa pitkin vaipan konvektiosysteemiä pois kuumilta vaippavyöhykkeiltään viileämmille vyöhykkeille, ja tätä prosessia nimitetään mantereiden ajautumiseksi. Useimmat mantereet istuvat nyt vaipan viileämmissä osissa tai liikkuvat niitä kohti, lukuun ottamatta Afrikkaa. Afrikka oli aikoinaan Pangaian ytimenä, joka lopulta hajosi nykyisiksi mantereiksi.Useita satoja miljoonia vuosia ennen Pangaian muodostumista eteläiset mantereet – Afrikka, Etelä-Amerikka, Australia, Etelämanner ja Intia – oli koottu yhteen niin sanotuksi Gondwanaksi.
Levytektoniikka
Kuoppalevyjen rajat
(Courtesy NGDC)
Levytektoniikkaan kuuluu litosfäärilaattojen muodostuminen, sivusuuntainen liikkuminen,vuorovaikutus ja tuhoaminen. Suuri osaMaan sisäisestä lämmöstä vapautuu tämän prosessin kautta ja monetMaan suurista rakenteellisista ja topografisista piirteistä ovat sen seurauksena muodostuneet. Mannerlaattojen repeämälaaksot ja laajat basalttitasangot syntyvät mannerlaattojen rikkoutuessa, kun magma nousee vaipasta valtameren pohjaan muodostaen uutta kuorta ja erottaen toisistaan keskimerentakaisia selänteitä.Laatat törmäävät toisiinsa ja tuhoutuvat laskeutuessaan alaspäin subduktiovyöhykkeillä, jolloin syntyy syviä valtamerten juoksuhautoja, tulivuorijonoja, laajoja muuntautumishäiriöitä, leveälinjaisia kohoumia ja poimuuntuneita vuorijonoja. Maapallon litosfääri jakautuu tällä hetkellä kahdeksaan suureen levyyn ja noin kahteenkymmeneen pienempään levyyn, jotka ajelehtivat mantereen yläpuolella 5-10 senttimetriä vuodessa. Kahdeksan suurta levyä ovat Afrikan, Etelämantereen, Euraasian, Intian ja Australian, Nazcan, Pohjois-Amerikan, Tyynenmeren ja Etelä-Amerikan levyt. Muutamia pienempiä laattoja ovat Anatolian, Arabian, Karibian, Kookoksen, Filippiinien ja Somalian laattoja.
Beatty, J. K. and A. Chaikin, eds. The New Solar System.Massachusetts: Sky Publishing, 3rd Edition, 1990.
Press, Frank ja Raymond Siever. Maa. New York: W. H. Freemanand Company, 1986.
Seeds, Michael A. Horizons. Belmont, Kalifornia: Wadsworth, 1995.