Maan rakenne

 

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.

Maapallon sisärakenne. Kerrosten rajapintojen km-lukemat vaihtelevat hieman eri lähteissä.

  • 0 -> 8-70 km kiinteä kuorikerros, jonka paksuus mantereiden kohdalla on noin 30-70 km ja merten kohdalla keskimäärin 8 km
  • 8-70 -> 2700 km vaippa, korkeassa paineessa ja lämpötilassa olevaa kiviainesta
  • 8-70 -> 100 km litosfääri eli kivikehä
  • 100 -> 700 km astenosfääri
  • 700 -> 2 900 km mesosfääri
  • 2 900 -> 5 100 km sula nikkeli-rautapitoinen ulkoydin
  • 5 100 -> 6 370 km kiinteä nikkeli-rautapitoinen sisäydin

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.

Maapallon litosfääri on jakautunut yhteensä noin kahteenkymmeneen litosfäärilaattaan, joista osa  hyvin pieniä. Numerolla 1 on merkitty Kookossaarten laatta, numero 2 on Karibian laatta, 3 on Arabian laatta ja 4 on Filippiinien laatta.

Tarkempi kuva litosfäärilaatoista liikesuuntineen on esitetty Laattatektoniikka -artikkelissa

Laattatektoniikka

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 Richterin asteikolla.

Maanjäristysten voimakkuus Ricterin asteikolla. Asteikko on logaritminen, eli asteikolla voimakkuutta 8 oleva maanjäristys on kymmenen kertaa voimakkaampi kuin voimakkuutta 7 oleva. Asteikko on avoin eli Richterin asteikossa ei ole ylärajaa.

  • Alle 2,0 Minimaalinen - Ei havaita ilman mittalaitteita.
  • 2,0 - 2,9 Erittäin vähäinen - Havaitaan tavallisesti vain mittalaitteiden avulla.
  • 3,0 - 3,9 Vähäinen - Havaitaan heikosti sisällä, mutta vahingot harvinaisia.
  • 4,0 - 4,9 Pienehkö - Ikkunat helisevät, merkittävät vahingot ovat epätodennäköisiä.
  • 5,0 - 5,9 Keskinkertainen - Huonosti suunnitellut rakennukset saattavat kärsiä merkittäviä vaurioita, astiat särkyvät, korkeintaan pieniä vaurioita hyvin suunnitelluille rakennuksille.
  • 6,0 - 6,9 Voimakas - Tuhoisa noin 150 km:n säteellä.
  • 7,0 - 7,9  Erittäin voimakas - Voi aiheuttaa vakavia vaurioita laajoilla alueilla, mm. sillat sortuvat.
  • 8,0 - Valtava - Täydellinen tuho, vakavia vaurioita satojen kilometrien alueella.

Viime vuosien suurimpia maanjäristyksiä:

  • MEKSIKO, syyskuu 1985, voimakkuus: 8,2, arvio uhrien määrästä: 5 000
  • SALVADOR, lokakuu 1986, voimakkuus: 7,5, arvio uhrien määrästä: 1 500
  • ARMENIA, joulukuu 1988, voimakkuus: 6 - 7, arvio uhrien määrästä: 25 000
  • IRAN, kesäkuu 199O, voimakkuus: 7,7, arvio uhrien määrästä: 40 000 - 50 000
  • FILIPPIINIT, heinäkuu 1990, voimakkuus: 7,7, arvio uhrien määrästä: 2 000
  • INDONESIA, joulukuu 1992, voimakkuus: 6,8, arvio uhrien määrästä: yli 2 000
  • INTIA, syyskuu 1993, voimakkuus: 6,8, arvio uhrien määrästä: 7 600
  • JAPANI, tammikuu 1995, voimakkuus: 7,2, arvio uhrien määrästä: 6 400
  • VENÄJÄ (Sahalin), toukokuu 1995, voimakkuus: 7,5, arvio uhrien määrästä: 1 800
  • IRAN,helmikuu 1997, voimakkuus: 5,4 - 6,1, arvio uhrien määrästä: 80
  • IRAN,toukokuu 1997, voimakkuus: 7,1, arvio uhrien määrästä: 1 600
  • PAPUA-UUSI-GUINEA, heinäkuu 1998, voimakkuus: 7,0, arvio uhrien määrästä: 2 100
  • KOLUMBIA, tammikuu 1999, voimakkuus: 7,1, arvio uhrien määrästä: 1230
  • TAIWAN, syyskuu 1999, voimakkuus: 7,4, arvio uhrien määrästä: 2 500
  • SALVADOR, tammikuu 2001, voimakkuus: 7,6, arvio uhrien määrästä: n. 850
  • INTIA, tammikuu 2001, voimakkuus: 7,9, arvio uhrien määrästä: 20 000
  • SALVADOR, helmikuu 2001, voimakkuus: 6,1, arvio uhrien määrästä: n. 230
  • IRAN, kesäkuu 2002, voimakkuus: 6,3, arvio uhrien määrästä: yli 200
  • KIINA, helmikuu 2003, voimakkuus: 6,8, arvio uhrien määrästä: yli 300
  • TURKKI, toukokuu 2003, voimakkuus: 6,4, arvio uhrien määrästä: n. 160
  • ALGERIA, toukokuu 2003, voimakkuus: 5,2 - 6,7, arvio uhrien määrästä: n. 2000
  • IRAN, joulukuu 2003, voimakkuus: 6,7, arvio uhrien määrästä: 43 000
  • MAROKKO, helmikuu 2004, voimakkuus: Yli 6,0, arvio uhrien määrästä: n. 500-600
  • SUMATRA, joulukuu 2004, voimakkuus: 9,0, viimeisin arvio uhrien määrästä: n. 300 000, järistystä seurasi tuhoisa hyökyaalto eli tsunami, joka aiheutti suurimmat tuhot ja menetykset
  • HAITI, tammikuu 2010, voimakkuus: 7,0, arvio uhrien määrästä: n. 220 000
  • CHILE, helmikuu 2010, voimakkuus 8,8, arvio uhrien määrästä: n.  500
  • JAPANI, maaliskuu 2011, voimakkuus 9,0, arvio uhrien määrästä: n. 15 800, järistystä seurasi tuhoisa, korkeimmillaan 10 metrinen hyökyaalto

Aiempia:

  • KIINA, 1556, voimakkuus: ei tiedossa, arvio uhrien määrästä: 830 000
  • TANGSHAN, 1976, voimakkuus: 7,8, arvio uhrien määrästä: 655 000 (virallisesti 242 000)