Differentaatio

Ari Brozinski

Alkuaineiden erottuminen alkaa

Samalla, kun maapallon pinnalta haihtui lämpöä avaruuteen, alkoivat kuumassa esimaassamme toimia prosessit, jotka lopulta muovasivat planeettamme nykyisen kaltaiseksi. Koska pintaosat olivat siis sulaneet ja sulan magmameren alapuolinenkin osa oli nk. pehmeässä tilassa, saattoi eri painoisten alkuaineiden erottuminen eli differentoituminen alkaa. 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 käynnistäen näin konvektiovirtaukset. Konvektiovirtausten periaate on sama kuin vaikkapa 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 jäähtymisprosessia Oheisessa  kuvassa nähdään, miten konvektiovirtaukset toimivat maapallolla nykyään.

Maahan syntyy kiinteää kuorta

Jäähtymisen jatkuttua riittävän pitkään saavutettiin raja, jossa basaltit (vulkaaninen kivilaji) kykenivät kiteytymään ja planeettamme pinnalle kehittyi ohut ja epäyhtenäinen kuori. Syntynyt kuori ei ollut pysyvä, vaan se suli moneen otteeseen konvektiovirtausten vaikutuksesta. Todisteita alkeellisesta kuoresta ovat Länsi-Australian Jack Hillsin alueelta löydetyt zirkonit, jotka on kyetty ajoittamaan yli neljän miljardin vuoden (4.2—4.4) ikäisiksi. Zirkonit kuitenkin ainoastaan vihjailevat kuoren olemassa olosta sillä yli 3,96 miljardinn vuoden ikäistä maankuorta ei ole kyetty löytämään. Zirkonien ikäisen kuoren puuttumisen epäillään johtuvan intensiivisestä meteoriittipommituksesta, joka on johtanut ohuen ja epäyhtenäisen kuoren sulamiseen yhä uudelleen. Vanhimmat merkit kuoresta löytyvät lähes neljän miljardin vuoden ikäisistä graniittisista ortogneisseistä Luoteis-Kanadassa.

Ensimmäinen sade

Maapallon syntyessä yli neljä miljardia vuotta sitten ympäröi sitä 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 jäähdyttyä riittävästi, laski myös ilmakehän lämpötila ja vesihöyry tiivistyi sateeksi kastellen planeettamme ensi kerran.

Kuorenpaloista protomantereiksi

Kaasujen edelleen vapautuessa Maan sisuksista varhaiseen ilmakehään alkoivat varsinaisten mantereiden edeltäjät, protomantereet, muodostua. Tätä ajanjaksoa nimitetään arkeeiseksi eoniksi ja se alkoi n. 3,8 miljardia vuotta sitten. Sulan päälle syntyneet saarikaaret ja hot-spot tulivuoret yhdistyivät vähitellen tuottaen ensimmäiset hajanaiset kiinteän kuoren palaset. Geologisessa mittakaavassa katsoen kiinteän kuoren osuus alkoi kasvaa nopeasti ja sen kehitys jatkui yli miljardin vuoden ajan, jonka aikana kuoren palaset vähitellen kasvoivat ja vahvistuivat. Arkeeisen eonin aikana kehittyikin maapallon mantereellisesta kuoresta n. 80 % Noin 2,7 miljardia vuotta sitten, yli 2000 miljoonaa vuotta alkumaan syntymisen jälkeen, olivat laatat kehittyneet niin paljon, että ne muodostivat kratoneita. Kratoneilla tarkoitetaan paksua ja tektonisesti rauhallista hyvin vanhaa kuorta.

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.

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.