Maan rakenne
Mikko Turunen
Maa on kerroksellinen planeetta
Maapallo jaetaan kemiallisen koostumuksen mukaan kolmeen kehään. Uloimpana kehänä on kiinteä kuori, sen alla on korkeassa paineessa ja lämpötilassa olevasta, pääasiassa kiinteästä kiviaineksesta koostuva vaippa ja sisimpänä rautapitoinen ydin. Maapallon ydin jaetaan sulaan ulkoytimeen ja kiinteään sisäytimeen. Maapallon kiinteän kuorikerroksen paksuus on suhteessa sama kuin omenassa kuoren paksuus.
Katso myös: Ydin, vaippa ja kuori sekä Astenos- ja litosfääri -artikkelit.
Seismiset aallot kertovat rakenteesta
Maapallon kerroksellisuutta on tutkittu maanjäristyksistä aiheutuvien aaltojen avulla. Tutkimalla maanjäristysaaltojen välittymistä Maapallon läpi, on voitu havaita eri kerrosten välisten rajapintojen olemassaolo ja kerrosten olomuoto.
Ytimen ulompaan kerrokseen eli ulkoytimeen osuvat maanjäristysaallot käyttäytyvät niin, että sen on päätelty olevan sula. Tutkimusten mukaan sen oletetaan koostuvan nikkelipitoisesta raudasta. Sisäytimen oletetaan olevan kiinteässä olomuodossa sen suuremmasta paineesta johtuen. Koostumukseltaan se vastaa ulkoydintä. Maapallon ytimen lämpötila voi olla jopa yli 7 000 °C.
Vaipan kiviaines on pääasiassa kiinteässä olomuodossa, mutta geologisilla, hyvin pitkillä aikajaksoilla tarkasteltuna se käyttäytyy kuten sitkeä neste. Jotkin astenosfäärin yläosat, kuten keskiselänteiden alapuolella sijaistevat alueet, saattavat sisältää myös sulaa kiviainesta. Maanjäristysaaltojen perusteella on vaipan havaittu muuttuvan jähmeämmäksi Maapallon ytimeen päin. Vaipan sisempi osa on noin 80-100 kertaa jähmeämpää kuin ulompi osa. Vaipan sisältämien mineraalien painoerot luovat selviä rajapintoja. Vaippa jaetaan ylä- ja alavaippaan sekä niiden vaihettumiskerrokseen.
Merenpohjan alla olevan eli merellisen kuorikerroksen paksuus on keskimäärin kahdeksan kilometriä. Mantereisen eli mannerten alla olevan kuorikerroksen paksuus vaihtelee ollen 30-70 km, keskimäärin noin 45 km.
Kuori ja vaipan ylin osa muodostavat yhdessä litosfäärin eli kivikehän, litosfäärin paksuus on noin 100 km. Litosfäärin alapuolella on astenosfääri, joka käsittää osia ylävaipasta ja vaipan vaihettumiskerroksesta. Astenosfäärin arvellaan ulottuvan noin 700 km:n syvyyteen. Sen alapuolista vaippaa kutsutaan mesosfääriksi.
Maan litosfääri on jakaantunut jäykkiin laattoihin, jotka kelluvat ja liikkuvat astenosfäärissä eli ylävaipassa olevan sulan kiviaineksen päällä. Nämä manner- eli litosfäärilaatat liikkuvat joko toisiinsa törmäten, erkaantuen toistaan tai toisiaan sivuten. Laattojen reuna-alueilla ovat maanjäristykset ja tulivuoret yleisiä.
Tarkempi kuva litosfäärilaatoista liikesuuntineen on esitetty Laattatektoniikka artikkelissa.
Laattatektoniikalla tarkoitetaan Maan manner- eli litosfäärilaattojen liikkeiden ja vuorovaikutuksen tutkimista. Kuoren ja vaipan ylimmän kerroksen yhdessä muodostaman litosfäärin laatat liikkuvat hitaasti astenosfäärin päällä muutamia senttimetrejä vuodessa. Laattojen liike aiheutuu pääasiassa vaippaan alityöntövyöhykkeillä sukeltavien laattojen vetovaikutuksesta (”slab-pull”) sekä vähemmässä määrin maapallon pyörimisestä ja astenosfäärissä tapahtuvista konvektiovirtauksta. Astenosfäärin konvektiovirtauksissa kuumaa jähmeää kiviainesta nousee hitaasti ylös litosfääriä kohti. Litösfäärin saavutettuaan virtaus kääntyy sen suuntaiseksi ja jäähdyttyään virtauksen suunta kääntyy kohti vaipan alakerroksia. Vaipan alakerroksissa kiviaines kuumenee jälleen ja nousee uudelleen kohti litosfääriä. Konvektiovirtaukset aiheutuvat mm. radioaktiivisten ainesten hajoamisen synnyttämästä lämmöstä.
Suuria laattoja on Maapallolla seitsemän. Lisäksi on muita pienempiä laattoja. Kaikkiaan laattoja on parisenkymmentä. Liikkuessaan laatat törmäävät toisiinsa, erkanevat toisistaan tai liikkuvat toisiaan sivuten. Laattojen törmäysalueilla esiintyy usein maanjäristyksiä ja tulivuorenpurkauksia. Maanjäristykset aiheutuvat laattojen vapaan liikkumisen estyessä jolloin niiden välinen jännitys kasvaa. Muodostuneet jännitystilat voivat purjautua äkillisesti, mikä ilmenee laatan liikahtamisena uuteen asemaan. Tällainen liikahdus voi olla suuruudeltaan pienestä värähdyksestä maanpintaa mullistavaan järistykseen. Maanjäristysten voimakkuutta mitataan yleensä magnitudi-asteikolla, joka on logaritminen, eli asteikolla voimakkuutta 8 oleva maanjäristys on kymmenen kertaa voimakkaampi kuin voimakkuutta 7 oleva. Maanjäristyksistä voi lukea lisää sivulta Maanjäristykset.
