Avainsana: maapallo

Kiven iän selvittämisestä lyijyttömään bensiiniin

Mitä hyötyä on ikivanhojen kivien tutkimisesta? Tämä kysymys tulee toisinaan vastaan, ja lähtökohta kysymykselle on ymmärrettävä. Voi olla vaikea nähdä suoraa yhteyttä miljardeja vuosia vanhan kivimöykyn ja nykyisen yhteiskuntamme välillä.

Suuri osa maapallomme luonnonvaroista kuitenkin liittyy muinaisiin kiviin, ja usein tulivuoriperäisiin sellaisiin. Niiden perustutkimus voi myös johtaa yllättäviin tapahtumaketjuihin, jotka vaikuttavat suoraan arkeemme. Näin oli myös seuraavassa tapauksessa.

Kiven ikämääritys voidaan tehdä esimerkiksi radioaktiiviseen hajoamiseen perustuvalla uraani-lyijy-menetelmällä. Ensimmäiset tarkat uraani-lyijy-ajoitukset kivistä tehtiin 1950-luvulla Yhdysvalloissa. Aluksi geokemisti Clair C. Pattersonin (1922-1995) tekemissä analyyseissa oli koko ajan pientä epätarkkuutta: lyijyä ei millään saanut analysoitua täysin luotettavasti. Patterson oivalsi, että lyijyä, myrkyllistä raskasmetallia, oli ylen määrin kaikkialla ympäristössä. Hän päätti eristää laboratorionsa tarkasti ulkomaailmasta ja analyysit alkoivat sujua.

Myöhemmin Patterson alkoi kollegoineen tutkia lyijyn yleisyyttä ja tuoda aihetta esille yhteiskunnalliseen keskusteluun. Tutkimus ja valistustyö johtivat lopulta lyijyttömän bensiinin kehittämiseen ja sitä kautta lyijypäästöjen ja -myrkytysten merkittävään vähenemiseen. Tätä ennen Patterson oli vuonna 1956 julkaissut ensimmäisen meteoriittien U-Pb-ajoitukseen perustuvan arvion maapallon iästä: 4,55 ± 0,07 miljardia vuotta.

Tällaiset tapahtumaketjut ovat perustutkimuksen suola – esimerkiksi sähköä, puhelinta tai tietokonetta ei olisi keksitty ilman ympäröivästä maailmasta kiinnostuneiden ihmisten yllättäviä löytöjä. Kun tutkijat saavat vapaasti kokeilla aiemmin tuntemattomia asioita, syntyy uutta tietoa. Soveltava tutkimus ei yksin tähän kykene, sillä se hyödyntää suurelta osin jo olemassa olevaa tietoa. Jos tietäisimme aina etukäteen, mihin tutkimuksemme johtavat, ei tutkimuksella olisi mitään virkaa.

Tästä syystä myös geologinen perustutkimus on ollut ja on edelleen tärkeää. Tulevaisuudessa geotieteet ovat vieläpä erityisasemassa, kun erilaisiin haasteisiin etsitään ratkaisuja. Näihin kuuluuu esimerkiksi sen lyijyttömän bensiinin korvaaminen vähäpäästöisemmillä energialähteillä.

Lisää maapallon kehärakenteesta

Palataan vielä tämä postauksen ajaksi maapallon sisuksiin. Mitä ovat maapallon eri kehät ytimestä ylöspäin ja miten ne suhteutuvat toisiinsa? Näistäkin esiintyy paljon sekaannusta.

Maapallon pinnalla törmäilevät laatat eivät koostu kuoresta vaan niihin kuuluu siis myös jähmeä osa vaippaa. Niitä yhdessä kutsutaan litosfääriksi. Kuoren ja litosfäärivaipan ero on koostumuksellinen – kuoressa on paljon graniittisia piirikkaita aineksia. Litosfäärin alla on astenosfääri, jonka alaraja on epäselvä. Astenosfäärissä esiintyy magman muodostumista ja se on helpommin muovautuva kuin litosfääri. Mesosfääri onkin sitten taas kokonaan kiinteää erittäin hitaasti virtaavaa kiveä. Tämä jako on siis kiviaineksen käyttäytymiseen liittyvä.

Maanjäristysaaltojen etenemistä mittaamalla maapallon sisuksista on saatu selville rajapintoja, jotka liittyvät korkeassa paineissa tapahtuviin mineraalien muutoksiin. Näiden perusteella vaippa voidaan vaihtoehtoisesti jakaa ylävaippaan, vaihettumisvyöhykkeeseen, alavaippaan sekä alavaipan pohjalla olevaan kaoottiseen ydinvalliin. Etenkin 660 km rajapinta on merkittävä: sen läpi nousuvirtausten on vaikea kohota ja alas painuvien laattojen vaikea sukeltaa. Vaihettumisvyöhykkeellä onkin jumissa kaikenlaista sotkua laatoista, merivedestä ja timanteista lähtien.

Suurin sekaannuksen aiheuttaja on kivikehä. Kivikehää voisi luontaisesti pitää litosfäärin synonyyminä. Mutta koko vaippahan on valtaosin kiinteää kiveä sinne ytimen rajapinnalle asti! Tulisiko kivikehää siis kuitenkin käyttää synonyyminä kuorelle ja koko vaipalle, jotka ovat nestemäisen ulkoytimen yläpuolella? Sekaannuksen aiheuttava litosfääri sai nimensä silloin, kun sen alapuolella vielä ajateltiin olevan vain magmaa tai kaasuja. Nimitys jäi elämään, vaikka kiviaineksen havaittiin myöhemmin jatkuvan maapallon sisuksissa myös litosfäärin alapuolella. Tästä kömmähdyksestä täällä kivikehän pinnalla edelleen siis sekaannumme.

Näistäkin aiheista voit lukea lisää Geologi-lehteen kirjoittamastamme artikkelista ”Kehäpäätelmiä – maapallon sisäosien rakenne ja suomenkielinen nimistö”.

Mitä on pääsiäismunamme sisällä?

Seuraa korjaus yhteen geologian ehkä yleisimmistä väärinkäsityksistä: maapallon kuori EI kellu sulan vaipan päällä! Kuoresta ja vaipan jäykästä yläosasta koostuvien kiinteiden litosfäärilaattojen lisäksi myös sen alla oleva vaippa on nimittäin miltei kokonaan kiinteää kivistä ainesta. Se virtaa kyllä, mutta hyvin hyvin hitaasti ja jähmeästi vuosimiljoonien aikana – kuin vuoriston uumenissa poimuttuvat kivikerrokset.

Pääsiäismunamme on siis suurimmaksi osaksi kiinteä. Kivisulaa esiintyy merkittäviä määriä vaipan yläosissa oikeastaan vain siellä, missä esiintyy tulivuoritoimintaa. Ainoa kokonaan sula kerros maapallomme sisällä on ulkoydin. Kananmunavertaus maapallon rakenteesta on siis hieman ontuva – ehkä se on pikemminkin keitetty sellainen kuin raaka.

Muista kuvassa mainituista maapallon sisäosien omituisuuksista voit lukea lisää Geologi-lehteen kirjoittamastamme artikkelista ”Kehäpäätelmiä – maapallon sisäosien rakenne ja suomenkielinen nimistö”.