Maan kehitys pähkinänkuoressa

Mikko Turunen

Alussa oli massamöykky

Maapallo alkoi muodostua yhteenliittyneistä planetesimaaleista noin 4,7 miljardia vuotta sitten. Auringon syntymisestä ylijääneestä aineksesta syntyneet planetesimaalit alkoivat vetää puoleensa ympäröivän avaruuden hiukkasia muodostaen planeettoja. Näiden planeettojen rakenteeseen vaikutti niiden syntyetäisyys Auringosta. Kiviplaneetat syntyivät Auringon lähelle, kaasuplaneetat kauemmaksi siitä. Aluksi planeettamme oli viileä, löyhä, konglomeraattia muistuttava massamöykky (kuvassa konglomeraatti).

Maa alkoi kuitenkin lämmetä kolmesta syystä:

• Hiukkaspommituksessa hiukkasten iskut synnyttivät lämpöä
• Vetovoima puristi massamöykkyä yhä pienempään tilaan ja kohotti sen lämpötilaa.
• Radioaktiivisten ainesosien hajoaminen tuotti lämpöä, ja tämä prosessi jatkuu edelleen Maan sisäosissa.

Massamöykystä planeetaksi

Jokainen muodostuneeseen planeettaan osunut hiukkasisku sai aikaan hiukkasen sisältämän liike-energian muuttumisen lämmöksi. Vaikka suurin osa törmäyksissä syntyneestä lämmöstä karkasi ympäröivään avaruuteen, oli hiukkasilla merkitystä planeetan massan lisääjänä. Kasvanut massa lisäsi planeetan vetovoimaa vetäen lisää ympäröivän avaruuden hiukkasia itseensä ja kasvattaen massaa yhä enemmän. Hiukkasia yhä kauempaa ja yhä kiihtyvämmällä tahdilla iskeytyi planeetan pintaan. Tämän seurauksena hiukkasten törmäyskohdat peittyivät uusilla hiukkasilla, jolloin törmäysten synnyttämä lämpö hautautui uuden hiukkasmassan alle.

Planeetan sisemmät osat puristuivat kasaan pinnalle kertyvän hiukkasmassan vaikutuksesta. Puristus vapautti paineen alaisista sisäosista energiaa lämpönä. Koska kivi johtaa huonosti lämpöä, ei lämpöenergia enää siirtynyt planeetan pintaosien kautta avaruuteen. Tämän seurauksena lämpöä kertyi Maan sisäosiin.

Radioaktiiviset ainesosat hajoavat vapauttamalla ytimistään hiukkasia muuttuen samalla toisiksi aineiksi. Jos vapautuneet hiukkaset imeytyvät ympäröivään materiaaliin, niiden energia muuttuu lämmöksi. Radioaktiivisten aineiden hajoamisprosessi tuottaa edelleenkin lämpöä Maan sisäosissa ja vaikuttaa vaippakerroksen konvektiovirtauksiin ja kivilajien kiertokulkuun.

Radioaktiivisten aineiden hajoaminen tuotti lämpöä enemmän kuin sitä pääsi poistumaan. Tämä johti Maan sisäosien lämpenemiseen. Kului muutamia satoja miljoonia vuosia, ehkä jopa miljardi vuotta, ennen kuin Maan sisäosat saavuttivat sen lämpötilan, jossa rauta alkoi sulaa.

Maasta kerroksellinen planeetta

Rauta on raskaampaa kuin monet muut alkuaineet. Kun rautamuodostumat alkoivat sulaa, rauta valui vetovoiman vaikutuksesta kohti Maan keskiosia syrjäyttäen sieltä kevyempiä aineita. Arviolta kolmannes maapallon massasta on rautaa. Maan sisäosiin vajoava valtava rautamassa vapautti energiaa ja kasvatti Maan lämpötilaa. Maan keskilämpötila kohosi 2 000 °C:een, mikä sulatti suurimman osan maapallosta.

Suuren rautamassan vajoaminen planeetan sisäosiin aiheutti kevyemmän aineksen kohoamisen kohti pintaosia. Aineet alkoivat järjestäytymään rakenteellisiksi kerroksiksi. Painavana alkuaineena puhdas rauta muodosti ytimen, sitä kevyemmät raudan ja magnesiumin muodostamat yhdisteet kertyivät vaipaksi sen päälle ja kevyimmät kalsiumin, natriumin, kaliumin ja alumiinin yhdisteet kuoreksi tämän päälle. Maasta oli muodostunut kerroksellinen planeetta.

Kahdeksan yleisintä alkuainetta muodostavat lähes 99 % Maan massasta ja noin 90 % massasta muodostuu yksinomaan raudasta, hapesta, piistä ja magnesiumista. Rauta on yleisin alkuaine koko maapallolla, mutta koska suurin osa siitä vajosi Maan ytimeen, on sitä maankuoressa vain vähän. Happi, pii, alumiini, kalsium, kalium ja natrium ovat kuorikerroksen alkuaineita ja huomattavasti yleisempiä kuoressa kuin koko maapallolla.

Meret ja mantereet

Maan sisäisen kuumuuden sulattama kiviaines purkautui tulivuorista maanpinnalle. Pinnalla laava jähmettyi kovaksi kivikuoreksi. Kuoren muodostumisen myötä muodostuivat myös ensimmäiset mantereet noin 3,5–4 miljardia vuotta sitten.
Tulivuorenpurkauksissa maapallon sisuksista vapautui myös vetyä ja happea, ja ne muodostivat yhdessä muiden kaasujen kanssa vesihöyryä. Näin syntyi alkuilmakehä. Maapallon jäähtyessä alkuilmakehän vesihöyry tiivistyi vedeksi. Maahan satanut vesi synnytti ensimmäiset vesialtaat. Myöhemmin merien synty mahdollisti myös elämän kehityksen maapallolla.