Levytektoniikka – selitys maankuoren ja litosfäärin liikkeistä

Levytektoniikka selittää maankuoren ja litosfäärin laattojen liikkeet, niiden synnyn, voimat ja seuraukset — selkeä, ajantasainen ja havainnollinen katsaus maankuoren dynamiikkaan.

Levytektoniikka on geologian teoria. Se selittää maapallon litosfäärin eli maankuoren ja vaipan yläosan liikkeet. Litosfääri jakautuu laattoihin, joista jotkut ovat hyvin suuria ja voivat olla kokonaisia mantereita.

Lämpö vaipasta on laattatektoniikkaa ohjaava energianlähde. Miten tämä tarkalleen ottaen toimii, on edelleen kiistanalainen kysymys.

Mitä levytektoniikka tarkoittaa käytännössä?

Laattatektoniikka kuvaa sitä, että maapallon kova litosfääri on jakautunut kooltaan ja muodoltaan vaihteleviin laattoihin (plateihin), jotka liikkuvat hitaasti toistensa suhteen. Liikettä havaitaan nykyään suoraan mm. GPS-mittauksilla ja epäsuorasti esimerkiksi maanjäristysten ja vulkaanisen toiminnan jakaumasta.

Laattojen tyypit ja erot

• Oceaninen litosfääri (merialueiden laatat): ohuempaa, tiheämpää ja syntyy keskiselänteissä (mid-ocean ridges). Se kuluu pois subduktiovyöhykkeissä.
• Kontinenttinen litosfääri (maalaatat): paksumpaa, kevyempää ja harvemmin kierrätyksessä; muodostaa mannerlaatat ja suurimmat vuorijonot syntyvät niiden törmäyksistä.

Laattojen rajat ja niissä tapahtuvat prosessit

• Divergentit (erkanemis)rajat – laatat erkanevat toisistaan. Tällöin syntyy keskiselänteitä ja uusi merenpohja muodostuu (seafloor spreading).
• Konvergentit (kohmakohta)rajat – laatat törmäävät. Oceaninen laatta voi sukeltaa toisen alle (subduktio), mikä tuottaa syvän merenpohjan uurteita, tulivuoriketjuja ja maanjäristyksiä. Kaksi mannerlaattaa törmätessä syntyy vuorijonoja (esim. Himalaja).
• Transform-reunat – laatat liukuvat sivuttain toistensa ohi (esim. San Andreasin siirros). Näissä syntyy voimakkaita maanjäristyksiä.

Millä nopeudella laatat liikkuvat?

Laattojen liike on hyvin hidasta, tyypillisesti muutamia millimetrejä tai senttimetrejä vuodessa — saman suuruusluokan kuin ihmisen kynnen kasvu. Nopeimmat laatat liikkuvat noin 10 cm vuodessa.

Voimat, jotka aiheuttavat liikettä

• Vaipan lämpövirtaus ja konvektio – kuuman materiaa kohoaminen ja kylmemmän laskeutuminen vaipassa synnyttää liikettä, joka osaltaan vaikuttaa laattoihin.
• Slab pull – vanha, tiheä oceaninen laatta vetää itseään subduktiovyöhykkeessä alaspäin, mikä on yksi tehokkaimmista liikkeen aiheuttajista.
• Ridge push – keskiselänteillä kohoavan merenpohjan topo­grafinen korkeusero työntää laattoja poispäin selänteestä.
• Muita tekijöitä – basaalinen hiertovoima, vaipan plume-ilmiöt ja paikalliset termiset ja mekaaniset vaikutukset.

Todisteet levytektoniikalle

• Sopivuus: maailman mantereiden reunojen fyysinen "sovitus" (esim. Etelä-Amerikan ja Afrikan rannat).
• Paleomagnetismi: merenpohjan magneettiset raidat paljastavat symmetrisen ikä- ja kenttämuutoksen keskiselänteiden ympärillä (Vine–Matthewsin todisteet).
• Seafloor spreading: merenpohjan ikä kasvaa etäämmällä keskiselänteestä.
• Maanjäristykset ja tulivuoritoiminta: tapahtuvat selvästi laattojen rajojen läheisyydessä.
• Suorat GPS-mittaukset: laattojen liikkeet mitattavissa nykyteknologialla.

Maankuoren kierto ja pitkäaikaiset ilmiöt

Oceaninen litosfääri syntyy keskiselänteissä ja häviää subduktiovyöhykkeissä. Tämän vuoksi maapallon pinta on dynaaminen: mannerlaatat voivat yhdistyä supermanneriksi (kuten Pangea noin 300–200 miljoonaa vuotta sitten) ja myöhemmin hajota uudelleen.

Seuraukset ja merkitys

Levytektoniikka selittää monia geologisia ilmiöitä: miksi tulivuoria on tietyissä kohdissa, miksi maanjäristykset tapahtuvat juuri rajapinnoilla, miten vuorijonot syntyvät ja miten maapallon kuoren materiaalit kiertävät. Tieto auttaa myös luonnonhazardien arvioinnissa, maa- ja kaivannaisresurssien etsinnässä sekä ymmärtämään maapallon pitkän aikavälin ilmasto- ja geodynaamisia muutoksia.

Avoimia kysymyksiä

Vaikka perusmekanismit ovat hyvin dokumentoituja, yksityiskohdat, kuten vaipan konvektion täsmällinen rooli, vaipan plumejen merkitys ja eri voimojen tarkka suhteellinen osuus laattojen liikkeissä, ovat edelleen aktiivisen tutkimuksen kohteena.

Maankuori

Maan sisätilan uloin osa koostuu kahdesta kerroksesta. Litosfääriin kuuluvat kuori ja vaipan ylin osa.

Litosfäärin alapuolella on astenosfääri. Astenosfääri on kuin kiinteä aine tai kuuma viskoosi neste. Se voi virrata nesteen tavoin pitkällä aikajänteellä. Astenosfäärin suuret konvektiovirtaukset siirtävät lämpöä maanpinnalle, jossa vähemmän tiheästä magmasta koostuvat juovat hajottavat levyt levityskeskuksissa. Astenosfäärin alapuolella oleva syvempi vaippa on taas jäykempi. Tämä johtuu erittäin korkeasta paineesta.

Mannerlaatat ja valtamerilaatat

Tektonisia laattoja on kahta tyyppiä: valtameren mannerlaattoja ja mannerlaattoja.

Valtamerilevy on valtamerten pohjalla sijaitseva mannerlaatta. Se koostuu pääasiassa mafisista kivistä, joissa on runsaasti rautaa ja magnesiumia. Se on ohuempi kuin mannermainen kuori (yleensä alle 10 kilometriä paksu) ja tiheämpi. Se on myös nuorempi kuin mannermainen kuori. Kun ne törmäävät toisiinsa, valtamerilevy liikkuu tiheytensä vuoksi mannerlaatan alla. Tämän seurauksena se sulaa vaipassa ja uudistuu. Vanhimmat valtamerikivet ovat alle 200 miljoonaa vuotta vanhoja.

Mannerlaatta on maankuoren paksu osa, joka muodostaa suuret maamassat. Mannerlaatan kiviaines on tiheydeltään vähäisempää kuin valtamerten kiviaines. Ne koostuvat enimmäkseen felsisistä kivilajeista. Näitä on graniitti, jossa on runsaasti piidioksidia, alumiinia, natriumia ja kaliumia. Mannerlaatat tuhoutuvat harvoin. Niiden vanhimmat kivet näyttävät olevan 4 miljardia vuotta vanhoja. Valtamerilaatat peittävät noin 71 prosenttia maapallon pinnasta, kun taas mannerlaatat peittävät 29 prosenttia.

Levyjen paksuus

Valtamerten litosfäärin paksuus vaihtelee. Koska se muodostuu valtameren keskiosien selänteillä ja leviää ulospäin, se paksuuntuu siirryttäessä kauemmas valtameren keskiosien selänteistä. Tyypillisesti paksuus vaihtelee noin 6 kilometrin paksuudesta valtameren keskiosien harjanteilla yli 100 kilometrin paksuuteen subduktiovyöhykkeillä.

Mannermaan litosfääri on noin 200 kilometriä paksu. Se vaihtelee altaiden, vuoristoalueiden ja mantereiden vakaiden kratonisten sisäosien välillä. Nämä kaksi maankuoren tyyppiä eroavat toisistaan paksuudeltaan, sillä mantereinen maankuori on paljon paksumpi kuin valtamerellinen: 35 kilometriä (22 mi) vs. 6 kilometriä (3,7 mi).

Levyjen liikkuminen

Litosfääri koostuu tektonisista levyistä. Niitä on seitsemän suurta ja monia pieniä laattoja. Litosfäärilaatat kulkevat astenosfäärin (ästenosfäärin) päällä. Levyraja on paikka, jossa kaksi levyä kohtaa. Kun laattoja liikutetaan, ne voivat synnyttää vuoria, maanjäristyksiä, tulivuoria, keskimerenkulun harjuja ja valtamerten juoksuhautoja riippuen siitä, mihin suuntaan laattoja liikutetaan.

1. Konvergentit rajat: kaksi levyä liikkuu toisiaan kohti. Joskus toinen levy liikkuu toisen alle. Tätä kutsutaan subduktioksi. Kun valtamerilevy törmää mannerlaattaan, valtamerilevy siirtyy mannerlaatan alle, koska se on tiheämpi. Konvergentit rajat voivat synnyttää vuoria ja tulivuoria. Etelä-Amerikassa sijaitseva Andien vuoristo ja Japanin saarikaari ovat tästä esimerkkejä. Myös Tyynenmeren tulirengas.
2. Divergentit rajat: kaksi levyä etääntyy toisistaan. Kuten kuvassa näkyy, rajan syntypaikkaa kutsutaan repeämäksi. Magma työntyy vaipasta ylöspäin ja jäähtyy muodostaen uutta maata. Ne aiheuttavat maanjäristyksiä ja kaivantoja. Esimerkkeinä tästä ovat Keski-Ocean harjut ja Afrikan suuri repeämälaakso.
3. Muunnosvian rajat: kaksi levyä liikkuu vierekkäin. Ne aiheuttavat maanjäristyksiä. Kaliforniassa sijaitseva San Andreasin jyrkänne on esimerkki muuntautumisrajasta. Uusi-Seelanti on toinen, monimutkaisempi esimerkki.

Maanjäristyksiä, tulivuoritoimintaa, vuorten rakentumista ja valtamerten kaivantojen muodostumista tapahtuu mannerlaattojen rajoilla. Levyjen sivuttaisliike vaihtelee:

• 1-4 senttimetriä vuodessa (Keski-Atlantin harju). Tämä on yhtä nopeasti kuin kynnet kasvavat.
• 10 senttimetriä vuodessa (Nazca-levy). Tämä on yhtä nopeasti kuin hiukset kasvavat.

 
Kolme erilaista laattarajojen tyyppiä ja kuuma piste.  

Hae kirjaimella