Maapallon vaipassa piilee merkillisiä möykkyjä, jotka ovat kuin uponneita mantereisia laattoja
Tulivuoret, maanjäristykset ja meteoriitit antavat geologeille pääsyn maan syvimpiin salaisuuksiin. Hyvä tarkistuspaikka on kainuulaisen huoltoaseman takapihalla.
Matti Koskinen
Julkaistu: 2:00
PALJON siitä, mitä tiedämme maapallosta, on tärinän ansiota.
Vielä 1860-luvulla
Jules Verne kuvitteli romaanissaan Matka maan keskipisteeseen onton planeetan, jonka sisällä esihistorialliset otukset mellastavat.
Kroatialainen seismologi
Andrija Mohorovičić havaitsi vuonna 1909, että maan sisuksissa kulkevat maanjäristysaallot heijastuvat ja taittuvat tietyissä syvyyksissä. Planeetta on siis täyttä tavaraa, ja se on muodostunut erilaisista kerroksista.
Syntyi koulukirjoista tuttu kuva maapallosta, joka pitää kutinsa tänäkin päivänä. On kivikova kuori mannerlaattoineen ja sen alla noin 2 900 kilometrin paksuinen tiheä vaippa, jonka sisällä on kaksiosainen rautaydin.
Viime aikoina kuva on tarkentunut. Maapallon sisusta on aika lailla värikkäämpi kuin kaavakuvat näyttävät.
”Alun perin seismologisilla havainnoilla saatiin yksityiskohtaista tietoa ainoastaan ihan pintakerroksista. Pikkuhiljaa mittalaitteiden tarkkuus on parantunut ja päästään yhä syvemmälle yksityiskohtiin”, kertoo akatemiatutkija
Jussi S. Heinonen Helsingin yliopiston geotieteiden ja maantieteen osastolta.
SEISMOLOGISTEN havaintoasemien verkosto oli 1970-luvulle tultaessa niin kattava, että maanjäristysaaltoja voitiin tarkkailla koko planeetalla. Syvällä maan vaipassa tutkijat havaitsivat kaksi valtavaa möykkyä, joissa maanjäristysaallot hidastuvat.
Ne makaavat vaipan ja ytimen rajan tuntumassa Afrikan ja Tyynenmeren alla kuin kaksi maanalaista mannerta.
Möykkyjen tieteellinen nimitys on varsin tekninen ja mielikuvitukseton Large Low Shear Velocity Province eli tuttavallisesti LLSVP. Heinonen on ehdottanut suomenkielistä termiä ”alavaipan suurprovinssit”.
”Vasta tällä vuosituhannella niitä on alettu tutkia tosissaan, mitä ne ovat ja mihin ne liittyvät”, Heinonen sanoo.
ALAVAIPAN tutkiminen vaatii kekseliäitä menetelmiä. Kurkistamaan sinne ei oikein pääse.
Maapallon kuori on mantereisten laattojen kohdalla keskimäärin 30 kilometrin paksuinen. Meren alla se on ohuimmillaan noin viisi kilometriä. Silti kuoren alle vaippaan asti ei ole onnistuttu kairaamaan reikää.
Maailman syvin reikä, supersyvä koekairaus Kuolan niemimaalla, ylettyi vain 12 kilometrin syvyyteen. Mainitut alavaipan suurprovinssit ovat yli sata kertaa syvemmällä.
VAIPPAA, etenkin sen syvimpiä osia, on siis vielä mahdotonta havainnoida suoraan, mutta onneksi siitä on jälkiä pinnalla.
Heinonen opettaa muun muassa petrologiaa eli kivien alkuperän tutkimusta. Väitöskirjaansa varten hän tarkasteli Etelämantereen laakiobasaltteja.
Ne koostuvat kiviaineksesta, joka purkautui miljoonia vuosia sitten syvältä maapallon vaipasta. Pinnalle nousseen aineksen kemiallinen koostumus paljastaa, mitä uumenissa tapahtuu.
YKSI yleinen virheellinen käsitys on, että maapallon pinta on kuin munankuori, joka kelluu sulan kiviaineksen magman päällä, Heinonen sanoo.
Todellisuudessa mannerlaattoja liikuttavat konvektiovirtaukset. Ne ovat suunnattoman sitkaan kivimassan äärettömän hitaita liikkeitä.
Vaippa on punahehkuisen kuuma, mutta lähes kokonaan kiinteää kiveä. Magmaa on merkittäviä määriä vain sen pintaosissa ja paikoin alavaipassa.
Vaipan alkuaineiden koostumus on erilainen kuin pinnan kivilajien. Paine ja lämpötila saavat nuo alkuaineet järjestymään eri tavalla. Siksi vaipan eri kerrosten mineraaleilla on eri ominaisuuksia. Ne esimerkiksi välittävät eri tavoin seismisiä aaltoja.
Näitä mineraaleja löytyy paikoista, joissa vaippa on kurkistanut pintaan. Lähin paikka löytyy Suomesta Kontiomäeltä huoltoaseman takapihalta. Sieltä maankuori myllersi lähes kaksi miljardia vuotta sitten niin, että osa vaippaa nousi kuoren pintaosiin.
Näin vanhat kivet tosin kertovat harvoin vaipan oloista, sillä niiden mineraalit ovat usein muuntuneet myöhemmin.
Pala 1,95 miljardia vuotta vanhaa Maan vaippaa löytyi Kontiomäeltä.
Heinonen nostaa työhuoneensa pöydälle tuoreempia näytteitä: basalttia eli jäähtynyttä magmaa Havaijilta.
Siinä näkyy vihertävä sulkeuma. Toinen murikka on vastaavanlainen basaltista irrotettu sulkeuma Teksasista. Sulkeumat ovat tulivuorenpurkauksissa mukaan tarttuneita vaipan palasia.
Musta, huokoinen basaltti näyttää juuri siltä kuin tyypilliset tulivuorten rinteet. Sulkeumien sisäpinnat kuitenkin kimaltelevat täynnään vihreitä kiteitä. Ne ovat osuvasti nimettyä oliviinia. Se on ylävaipan yleisin mineraali. Pinnan oloissa se rapautuu nopeasti.
Kun tiedetään, mitä kiviaineksia maapallon vaipassa on, niitä voidaan laboratoriossa altistaa kovaan kuumuuteen ja paineeseen. Sitten nähdään, millaisia mineraaleja syntyy eri oloissa
”Kun näytettä puristetaan kahden timanttikiteen välissä, niin silloin saadaan sellaisia paineita kuin maapallon vaipassa” Heinonen kuvailee.
Timantit ovat nekin vaipan ääriolojen tuotoksia, joita kivimassojen virtaukset ja tulivuorenpurkaukset toisinaan kuljettavat pinnan tuntumaan.
LABORATORIOSSA voidaan myös tutkia, miten eri materiaalit käyttäytyvät eri oloissa. Tuloksia verrataan seismisiin mittauksiin maapallon eri kerroksista.
Näin on voitu päätellä, että ytimen tuntumassa lämpötila yltää noin 2 400 celsiusasteeseen. Paine siellä on 130 miljardin pascalin luokkaa, kun ilmakehän paine on sata pascalia.
Samanlaisia äärioloja syntyy hetkellisesti, kun meteoriitti iskeytyy Maahan. Siksi iskuissa voi syntyä mineraaleja, joita yleensä löydetään vain syvältä maan vaipasta.
MAAPALLON seismologinen tutkimus on kuin seinien koputtelua. Kaikuja vain kuunnellaan maankamarasta, ja koputtelun aiheuttaa maanjäristys.
Syvyyksissä esiintyviä kiviä ja mineraaleja puolestaan kulkeutuu pinnalle tulivuorten ja meteoriittien mukana. Laboratoriossa niillä voidaan jäljitellä eri kerrostumien oloja.
”Nämä ovat ne pääasialliset työkalut, joilla maapallon sisäkerroksia tutkitaan”, Heinonen summaa.
Alavaipan suurprovinssien tutkimuksessa tärkeimmässä roolissa on ollut seismologinen aineisto. Uuden tiedon mukaan provinssien rajat ovat varsin terävät. Se viittaa siihen, että möykyt ovat koostumukseltaan erilaisia kuin muut vaipan osat.
”Jos kyseessä olisi vain kuumempi kohta vaipassa, sen rajat eivät voisi olla niin terävät”, Heinonen sanoo.
Möykyt vaikuttavat olleen paikallaan satoja miljoonia vuosia, Heinonen sanoo. Ne eivät näytä osallistuvan konvektioon vaipan sisällä, vaan lötköttävät liikkumatta ytimen rajapinnalla.
OMITUINEN on myös yhteys alavaipan suurprovinssien ja syvältä vaipasta pinnalle nousevien kuumien pisteiden eli pluumien välillä.
Jos vaippa muutoin on liikkeissään hidas, pluumissa kuuma kivi voi nousta kohti pintaa jopa kymmenen senttimetriä vuodessa. Se on geologisessa mittakaavassa kova vauhti. Pluumeja on esimerkiksi Havaijin vuorijonon ja Islannin saarien alla.
”Jos Havaijin kuumasta pisteestä porattaisiin suoraan alaspäin, päästäisiin yhden suurprovinssin reuna-alueelle.”
Pluumien kautta maapallon vaipan liikkeet vaikuttavat suoraan pinnan oloihin. Pluumeista lähteneet valtavat magmapurkaukset ovat aiheuttaneet sukupuuttoja ja ilmastonmuutoksia. Ne ovat tuiki harvinaisia, mutta sitä vaikuttavampia mullistuksia.
HEINOSEN tutkimat laakiobasaltit Etelämantereella ovat peräisin 180 miljoonaa vuotta sitten jurakauden jättipurkauksista. Sata kertaa Itämeren tilavuuden verran magmaa puski ylös. Se tuli jopa satojen kilometrien syvyydestä.
Niistä muodostui laavapatjakerrostumIa, jotka olivat paikoin jopa kilometrin paksuisia. Purkaus toteutui muutamassa miljoonassa vuodessa, geologisessa ajassa hengästyttävän nopeasti.
Purkaus Siperiassa 250 miljoonaa vuotta sitten ehkä pani alulle historian suurimman joukkotuhon permikauden lopussa.
Maapallon alavaipan suurprovinssien yhteys pluumeihin on vielä arvailun asteella. Yhden teorian mukaan möykyt ovat uponneita mantereisia laattoja tai maapallon syntymisen jälkeen jäänyttä primitiivistä vaippaa, joka on jäänyt jumiin.
Se eristää ydintä niin tehokkaasti, että sen alle muodostuu kuumia taskuja. Pullahtaessaan esiin möykyn alta nuo taskut muodostaisivat pluumeja.
Meillä on jo yksi Kuu joka häiritsee harrastusta aivan riittämiin. 
