Differentaatio

Ari Brozinski

Alkuaineiden erottuminen alkaa

Aivan maapallon varhaisvaiheessa planeettamme pinnalla oli sula magmameri ja tämän magmameren alapuolinenkin osa oli nk. pehmeässä tilassa. Tästä syystä eri painoiset alkuaineet pystyivät erottumaan eli differentoitumaan. Tällöin raskaammat alkuaineet, kuten rauta vajosivat alaspäin kevyempien komponenttien jäädessä tai noustessa ylempiin osiin. Nousun yhteydessä ne kuljettivat lämpöä Maan sisuksista myötävaikuttaen näin osaltaan jäähtymisprosessiin.

Konvektiovirtaukset käynnistyvät

Differentoitumisen seurauksena maapallolle kehittyi rauta- ja nikkelipitoinen ydin. Ytimen kehittyminen vaikutti planeettamme pinnalla vallitsevaan painovoimaan. Painovoiman kehittymisen yhteydessä vapautunut lämpöenergia lämmitti vaipan 1000—2000ºC asteeseen ja käynnisti konvektiovirtaukset. Konvektiovirtausten periaate on sama kuin kattilassa kiehautettavan veden. Kattilan alaosassa oleva vesi lämpenee ja nousee yläosaan. Siellä se jäähtyy ja vajoaa takaisin alas. Samoin kuin differentoitumisen yhteydessä, myös konvektiovirtaukset vapauttivat suuria määriä lämpöenergiaa edesauttaen edelleen maapallon jäähtymistä. Oheisessa kuvassa nähdään, miten konvektiovirtaukset toimivat maapallolla nykyään.

Maahan syntyy kiinteää kuorta

Kun jäähtyminen jatkui riittävän pitkään, kehittyi planeettamme pinnalle ohut ja epäyhtenäinen kuori vulkaanisten kivilajien muodostumisen kautta. Syntynyt kuori ei ollut pysyvä, vaan se suli moneen otteeseen konvektiovirtausten vaikutuksesta. Todisteita alkeellisesta kuoresta ovat Länsi-Australian Jack Hillsin alueelta löydetyt zirkonit, jotka ovat yli neljän miljardin vuoden (4,2—4, 4) ikäisiä. Näin vanhan kuoren puuttuminen saattaa johtua intensiivisestä meteoriittipommituksesta, joka on toistuvasti sulattanut varhaisen ohuen ja epäyhtenäisen kuoren. Tähän mennessä vanhimmat merkit maapallon kuoresta löytyvät Luoteis-Kanadasta, jonka kallioperää muodostavat gneissit saattavat olla hiukan yli neljä miljardia vuotta vanhoja.

Ensimmäinen sade ja ensimmäiset mantereet

Kun maapallo syntyi yli neljä miljardia vuotta sitten, sitä ympäröi nk. primäärinen ilmakehä, joka koostui pääosin vedystä ja heliumista. Auringon lämpö haihdutti vety- ja heliumilmakehän avaruuteen. Toinen ilmakehä (nk. sekundäärinen ilmakehä) muodostui varhaisen maankuoren kehittyessä, kun Maan sisään sitoutunut vesi vapautui vulkaanisten kaasujen mukana (vulkaanisissa kaasuissa on 70-90% vettä). Maapallon jäähtyessä myös sen ilmakehän lämpötila laski ja lopulta vesihöyry tiivistyi sateeksi kastellen planeettamme ensi kerran.

Samaan aikaan varhaisen ilmakehän muodostumisen kanssa alkoi myös laajempien mantereiden edeltäjien, protomantereiden, muodostuminen. Tätä ajanjaksoa nimitetään arkeeiseksi eoniksi, ja se alkoi n. 4 miljardia vuotta sitten. Protomantereet muodostuivat erilaisten tulivuorten yhdistyessä, ja hiljalleen maapallon mantereista kuorta muodostavat osat kasvoivat laajemmiksi. Arkeeisen eonin aikana kehittyivät mantereiden vanhimmat osat.

Lähteet:

Brownlow, A. H. 1996: Geochemistry, 2nd ed. Prentice-Hall. USA.

Ernst, W. G. 2006: Speculations on evolution of the terrestrial lithosphere—asthenosphere system—Plumes and plates. Gondwana Research 11 (2007): 38-49.

Lehtinen, M., Nurmi, P. ja Rämö, T. 1998: Suomen kallioperä: 3000 vuosimiljoonaa. Suomen geologinen seura. Helsinki.

McDonough, W. F. 2000: The Composition of The Earth. Department of Earth and Planetary Sciences.

Middlemost, E. 1997: Magmas Rocks and Planetary Development: A survey of magma/igneous rock systems. Addison Wesley Longman Limited. Singapore.

Pidgeon, R. T ja Nemchin, A. A. 2006: High abudance of early Archaean grains and the age distribution of detrital zircons in a sillimanite-bearing quartzite from Mt Narryer, Western Australia. Precambrian Research 150: 201-220.

Press, F., Siever, R., Grotzinger, J. ja Jordan, T.H. 2003: Understanding Earth, 4th ed. W.H. Freeman and Company. USA.

Sole , C., O’Neil, J., Rizo, H., Paquette, J.-L., Benn, D. ja Plakholm, J. 2025: Evidence for Hadean mafic intrusions in the Nuvvuagittuq Greenstone Belt, Canada. Science 388: 1431–1435.

Watson, E. B. ja Harrison, T. M. 2005: Zircon Thermometer Reveals Minimum Melting Conditions on Earliest Earth. Science 308: 841-844.

Windley, B. F. 1995: The Evolving Continents, 3rd ed. John Wiley & Sons Ltd. Iso-Britannia.