Maan kehitys pähkinänkuoressa

Mikko Turunen

Alussa oli massamöykky

Maapallo alkoi muodostumaan yhteenliittyneistä planetesimaaleista noin 4,7 miljardia vuotta sitten. Auringon syntyessä ylijääneistä materioista muodostuneet planetesimaalit alkoivat vetää puoleensa ympäröivän avaruuden hiukkasia muodostaen planeettoja. Muodostuneiden 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. Siihen on kolme syytä:

• Hiukkaspommitus, hiukkasten iskut saivat aikaan lämpöä.
• Vetovoima puristi massamöykkyä yhä pienempään tilaan kohottaen sen lämpötilaa.
• Radioaktiivisten ainesosien hajoaminen kehitti lämpöä. Tämä prosessi jatkuu edelleenkin Maan sisäosissa.

Massamöykystä planeetaksi

Jokainen muodostuneeseen planeettaan osunut hiukkasisku sai aikaan hiukkasen sisältämän liike-energian muuttumisen lämmöksi. Vaikka suurin osa törmäyksissä syntyneestä lämmöstä karkasikin 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. Kivi on huono lämmönjohde, joten lämpöenergia ei 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, ennenkuin Maan sisäosat saavuttivat sen lämpötilan, jossa rauta alkoi sulaa.

Maasta kerroksellinen planeetta

Rauta on raskaampaa kuin monet muut alkuaineet. Kun rautamuodostumat alkoivat sulamaan, rauta valui vetovoiman vaikutuksesta kohti Maan keskiosia syrjäyttäen sieltä kevyempiä aineita. Rautaa maapallolla arvioidaan olevan kolmannes planeetan massasta. Maan sisäosiin vajoava valtava rautamassa kasvatti vapauttamallaan energialla 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. Puhdas rauta painavana alkuaineena 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. Pii, alumiini, kalsium, kalium ja natrium ovat kuorikerroksen alkuaineita ja huomattavasti yleisempiä Maankuoressa kuin koko maapallolla.

Meret ja mantereet

Kuoren muodostumisen myötä muodostuivat myös ensimmäiset mantereet noin 3,5-4 miljardia vuotta sitten. Maan sisäisen kuumuuden sulattama kiviaines purkautui tulivuorista maanpinnalle. Pinnalla laava jähmettyi kovaksi kivikuoreksi. Laavan sisältämä vety ja happi vapautuivat ja muodostivat yhdessä muiden kaasujen kanssa vesihöyryä. Näin syntyi alkuilmakehä. Maapallon jäähtyessä alkuilmakehän vesihöyry tiivistyi vedeksi ja putosi rankkasateina Maahan. Maahan satanut vesi alkoi kerääntyä altaisiin, jolloin ensimmäiset valtameret syntyivät. Merien synty mahdollisti myöhemmässä vaiheessa elämän kehityksen maapallolla.