Esitelmä maapallosta

Kirkkonummen Komeetan esitelmäsarjassa oli vuorossa esitelmä maapallosta. Dosentti Arto Luttinen esitelmöi aiheesta "Elävä Maa" Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa. Helsingin yliopiston Vapaan sivistystyön toimikunta rahoitti esitelmän. Esitelmällä oli 48 kuulijaa.

Elämä, joka kukoistaa Maan pintaosista kallioperän ja merten syvyyksiin, on perustavalla tavalla kytköksissä planeettaa muokkaaviin geologisiin prosesseihin, erityisesti litosfäärilaattojen liikkeisiin ja aineen suureen kiertokulkuuun. Monimuotoinen eliölajisto saattaa heijastaa muutamaa ratkaisevaa ja ainutkertaista planetaarista kehitysvaiheita, kuten Kuun syntyä suuressa törmäyksessä.

Klikkaa kuvaa!
Dosentti Arto Luttinen esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.

Dosentti Arto Luttinen tutkii muinaisten vulkaanisten systeemien synty- ja kehitysvaiheita. Hän on erityisesti kiinnostunut noin 200 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneesta Gondwanamantereen hajoamisesta ja siihen liittyvästä vulkanismista Etelämantereella ja Afrikassa.

Esitelmän aluksi esitettiin useita kuvia maapallosta sekä oletettuja kuvia menneisyydestä. Esitettiin kuva Maasta 200 miljoonaa vuotta sitten ja toinen kuva 2,5 miljardia vuotta sitten. Niiden mukaan Maa oli silloinkin veden ja pilvien peittämä planeetta, mutta vuosimiljardien kuluessa mantereet ja meret ovat muuttaneet muotoaan, kadonneet ja syntyneet uudelleen. Maa on geologisesti poikkeuksellisen dynaaminen planeetta.

Klikkaa kuvaa!
Maa. Kuva Wikipedia/Nasa.

Maan kehärakenne

Maan geologinen dynaamisuus on heijastusta sen kehärakenteesta. Koostumuksen mukainen Maan kehärakenne on: kuori, vaippa ja ydin. Kuoren paksuus on 5-70 km, vaipan 2900 km ja ytimen 3500 km.

Fysikaalisten ominaisuuksien mukainen kehärakenne taas on: litosfääri eli kivikehä, astenosfääri, mesosfääri sekä ulompi ja sisempi ydin. Litosfäärin paksuus on 5-250 km, astenosfäärin 660 km, mesosfäärin 2240 km sekä ulomman ytimen 2270 km ja sisemmän ytimen 1220 km.

Kehärakenne sai alkunsa pian Maan kasvettua planeetta-alkiosta lähes nykyiseen kokoonsa. Meteoriittipommituksen seurauksena muodostuneen magmameren kiteytymisestä syntyi primitiivinen kevyt kuori, jossa oli runsaasti piitä ja alumiinia. Jäljelle jäävästä aineksesta syntyi vaippa, jossa oli runsaasti piitä ja magnesiumia. Rauta- ja muut metallit upposivat maapallon keskelle, syntyi ydin. Primitiivinen (hapeton) ilmakehä ja vesikehä syntyivät vulkanismin (tulivuoritoiminnan) seurauksena.

Merellinen kuori ja mantereinen kuori ovat aivan erilaisia. Mannerkuorta luonnehtii suuri topografinen vaihtelu ja suuret poimuvuoristot.

Merenalainen mannerjalusta mukaan lukien mannerkuori vastaa noin 40 % maapallon pinta-alasta. Mantereisen kuoren paksuus on 20-30 km ja enimmillään vuorijonojen kohdalla jopa 70 km. Mannerkuori on yleensä paljon vanhempaa kuin merialtaiden ikä, jopa 4 miljardia vuotta.

Merikuoren paksuus on 5-10 km. Se on laajoilla alueilla hyvin tasaista; korkeusvaihtelu on mainittavaa vain merten keskiselänteillä ja tuliperäisten saarten läheisyydessä. Merikuori koostuu lähes yksinomaan basaltista, jota purkautuu tasaiseen tahtiin keskiselänteillä. Merikuoren ikä on kaikkialla alle 200 miljoonaa vuotta; vanhempi merikuori on tuhoutunut täysin, lukuun ottamatta harvinaisia, vuoripoimutuksessa mantereelle kohonneita vanhan merenpohjan jäänteitä.

Klikkaa kuvaa!
Dosentti Luttisella oli noin 50 kuulijaa. Kuva Seppo Linnaluoto.

Mannerlaatat ja laattatektoninen teoria

Maapallo jakaantuu 7 suureen ja useaan pieneen mannerlaattaan eli litosfäärilaattaan. Laatat ovat jatkuvassa liikkeessä ja muuttavat kokoaan ja muotoaan. Useat laatat sisältävät kokonaisen mantereen ja suuren osan ympäröivää merenpohjaa.

Laattojen liike on hidasta, keskimäärin 5 cm vuodessa. Laattojen rajat ovat geologisesti aktiivisia alueita. Geologisesti aktiivisia rajoja on kaksi erilaista, erkanemisalueita ja törmäysalueita. Merten keskiselänteet ovat nk. erkanemisalueita. Niissä kaksi litosfäärilaattaa erkanee ja merenpohja levenee, kun vaipasta eli astenosfääristä peräisin oleva magma kiteytyy ja synnyttää lämmintä uutta merellistä litosfääriä.

Erkanemisalueet saavat alkunsa kun manneralue halkeaa kahdeksi tai useammaksi osaksi. Sellainen syntyy, kun litosfäärilaattaa venytetään. Tällaisista on esimerkkinä Itä-Afrikan hautavajoama tai Reinin laakso. Repeäminen johtaa vähitellen uuden merialtaan syntyyn. Tällainen on Punainen meri.

Törmäysalueet ovat joko merellisiä tai mantereisia. Törmäysalueita kutsutaan myös subduktiovyöhykkeiksi, koska niissä vanha, kylmä ja tiheä merellinen litosfääri uppoaa takaisin vaippaan. Merellisissä subduktiovyöhykkeissä merellinen litosfäärilaattaa törmää toiseen laattaan ja uppoaa vaippaan. Törmäysalueen edustalle muodostuu syvänne, esimerkiksi Mariaanien hauta. Usein uppoava laatta ja sen päällä oleva vaippa sulavat osittain magmaksi. Tällöin syntyy tulivuoriketju, vulkaaninen kaari, kuten esimerkiksi Tonga-saaret Tyynellä Valtamerellä. Andien vuoristo Etelä-Amerikassa on puolestaan esimerkki merellisen litosfäärin törmäämisestä mantereiseen litosfääriin.

Litosfäärilaattojen liike johtaa ajoittain väistämättä mantereiden törmäämiseen. Kevyt mantereinen litosfääri ei uppoa, vaan deformoituu ja poimuttuu. Törmäys tuottaa korkeita ei-vulkaanisia vuorijonoja. Tällaisia ovat esimerkiksi Himalaja ja Alpit.

Laattatektoninen teoria selittää keskeiset Maata muokkaavat prosessit, nimittäin mannerten synnyn ja niiden liikkeen sekä maanjäristyksien,tulivuorten, vuorijonojen ja malmiesiintymien alueellisen jakaantumisen.

Klikkaa kuvaa!

Elämän kehitys

Litosfäärilaattojen liike on vaikuttanut ratkaisevalla tavalla elämän kehitykseen. Se on syynä mm. ilma- ja vesikehän syntyyn, elinympäristöjenmonimuotoisuuteen ja lajien syntyyn sekä kilpailuun. Se on vaikuttanut myös ilmaston kehitykseen sekä merivirtojen reitteihin ja mannerjäätiköihin.

Elämän alkuvaiheessa, mahdollisesti jo lähes 4 miljardia vuotta sitten, merten keskiselänteiden tasainen ja rauhallinen vulkanismi on saattanuttarjota turvapaikan muutoin vihamielisessä ympäristössä kamppaileville eliöille. Kuumassa vedessä elävät alkueliöt ovat selviytyneet raskassa meteoriittipommituksessa, joka päättyi vasta noin 3,8 miljardia vuotta sitten. Toisaalta nuori Aurinko oli tuolloin noin 25 %nykyistä heikompi ja maapallo on voinut olla ajoittain kokonaan jään ja lumen ympäröimä.

Elämä perustuu hiilen kiertoon. Laattatektoniikka palauttaa vulkanismin avulla kivien rapautumisessa kuluneen ja karbonaattimuodostumiin sidotunhiilen takaisin kiertoon organismien saataville. Tuliperäinen hiilidioksidi on myös vaikuttanut ratkaisevasti ilmaston kehitykseen ja on saattanut estää maapallon täydellisen jäätiköitymisen.

Toisaalta voimakas vulkanismi, supervulkanismi on luultavasti vaikuttanut lajien tuhoutumiseen. Esimerkiksi Deccanin laakiopurkaus Intiassa 60miljoonaa vuotta sitten osuu yksiin dinosaurusten joukkotuhon kanssa ja vielä paljon suurempi laakiopurkaus Siperiassa 250 miljoonaa vuotta sittensaattoi tuhota 90-95 % kaikista eliölajeista.

Elävä Maa

Elämän synty ja kehitys eli evoluutio on ollut ja on erottamattomalla tavalla yhteydessä planeettamme geologiseen kehitykseen. Tässä herää kaksikysymystä. Onko planeetta Maan geologinen kehitys ainutkertainen vai tavanomainen? Ja edelleen: onko kehittynyt ja monimuotoinen elämä ainutkertaista vai tavanomaista?

Lopuksi esitelmöitsijä tarkasteli Kuun vaikutuksia. Onko se elämän ja laattatektoniikan edellytys?

Kuun aiheuttamat vuorovesivoimat vaikuttavat monin tavoin elinympäristöön. Ensinnäkin rannikoiden vuorovesialtaat ovat otollisia elinympäristöjä.

Vuorovesivoimat myös hidastavat Maan pyörimisnopeutta. Ilman Kuuta Maan pyörimisnopeus olisi 10 tunnin luokkaa ja ilmakehän dynamiikka olisi hyvin erilainen. Kuu myös vakauttaa Maan pyörimisakselin suuntaa ja siten vuodenaikoja.

Kuun olemassaolo saattaa olla jopa laattatektoniikan ja siten myös elämän edellytys.

Kuu mahdollisesti syntyi nk. suuren törmäyksen seurauksena. Marsin kokoinen planeetta-alkio törmäsi keskeneräiseen Maahan noin 4,4 miljardia vuottasitten, pian kehärakenteen syntymän jälkeen. Esitettyjen arvioiden mukaan törmääjä olisi osunut Maahan hyvin viistosti. Sen metallinen ydin yhtyi Maahan, mikä selittäisi planeettamme poikkeuksellisen suuren ytimen. Toisaalta törmäys irrotti jopa 70 % Maan alkukuoresta Kuun aineksiksi. Tällä selittyisi paitsi Kuun ja Maan havaitut samanlaisuudet, mutta lisäksi paksun ja kevyen alkukuoren poistuminen helpotti laattatektonisten subduktioprosessien alkua. On siksi peräti mahdollista että Kuun synty mahdollisti laattatektoniikan, mannerten synnyn ja siten mahdollisesti monimuotoisen elämän ja ihmisen kehityksen.

Esitelmöitsijä kallistui sille kannalle, että elämä Maassa on mahdollisesti ainutkertaista.

Seuraavana Kirkkonummen Komeetan esitelmäsarjassa on vuorossa Turun yliopiston avaruustähtitieteen professori Esko Valtaoja, jonka aiheena on Maailmankaikkeus ja sen pelisäännöt. Esitelmä on tiistaina 6.11.2007 klo 18.30 Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa Asematien varrella parisataa metriä Kirkkonummen rautatieasemasta pohjoiseen.

Seppo Linnaluoto