Tiedämme, että maa, jolla kävelemme, on kiinteää kalliota (paitsi jos satumme eksymään juoksuhiekkaan …). Mutta entä maapallon kerrokset hieman syvemmällä jalkojemme alla?
Maan sisus koostuu useista kerroksista. Planeetan pintaa, jossa me elämme, kutsutaan kuoreksi – se on itse asiassa hyvin ohut kerros, vain 70 kilometriä paksuimmillaan. Kuori ja sen alla oleva litosfääri (kuori ja ylempi vaippa) koostuvat useista ”tektonisista levyistä”. Nämä liikkuvat hitaasti planeetan pinnalla, ja suurin osa maapallon tulivuorista ja maanjäristyksistä tapahtuu tektonisten levyjen välisillä rajoilla.
Syvällä planeetan keskellä on ”sisäydin”, jonka uskomme koostuvan kiinteästä raudasta ja nikkelistä. Sitä ympäröi ”ulompi ydin”, joka on myös rautaa ja nikkeliä, mutta se on sulaa. Ulkoisen ytimen konvektiovirtaukset luovat Maan magneettikentän.
Ulkoisen ytimen ja kuoren välissä on vaippa, joka muodostaa noin 2 900 kilometrin paksuudellaan suurimman osan (noin 84 tilavuusprosenttia) planeetasta. Maan sisäistä lämpöä maan pinnalle kuljettava konvektiovaippa ryömii kuin terva kuumana päivänä. Tämä pyöriminen on ”moottori”, joka pyörittää dynaamista maapalloamme – se tekee planeettamme geologiasta niin mielenkiintoista, sillä se mahdollistaa mannerlaattojen liikkumisen. Ilman sitä meillä ei olisi tulivuoria, maanjäristyksiä … ja itse asiassa maapallo ei pystyisi ylläpitämään elämää.
Vaipan dynamiikan mysteerejä tutkii Australian tiedeakatemian vuoden 2018 Anton Hales -mitalin saanut tohtori Rhodri Davies.
Hän käyttää kehittyneitä tietoteknisiä apuvälineitä kehittääkseen vaipan dynamiikan malleja, jotka auttavat meitä ymmärtämään vaipan käyttäytymistä ja sitä, miten se vaikuttaa Maan pintaan. Näissä malleissa yhdistyvät laajamittaiset geofysikaaliset ja geokemialliset tietokokonaisuudet tietoon siitä, miten yksittäiset mineraalit käyttäytyvät tietyissä lämpötila- ja paineolosuhteissa, jotta voidaan valottaa vaipan rakennetta, antaa rajoitteita vaipan virtaukselle ja osoittaa, miten tämä virtaus ohjaa vulkanismia ja muita ominaisuuksia maan pinnalla.
Me tiedämme, että suurin osa maapallon tulivuorista sijaitsee tektonisten mannerlaattojen rajoilla, joissa levyt:
- liikkuvat erilleen, kuten tällä hetkellä tapahtuu Australian ja Etelämantereen välillä
- liikkuvat toisiaan kohti siten, että toinen liukuu takaisin alla olevaan vaippaan, kuten Australian tektonisen laatan pohjoisreunalla Papua-Uuden-Guinean ja Indonesian alla
- liukuvat toistensa ohi, mikä tapahtuu Kaliforniassa sijaitsevan surullisenkuuluisan San Andreaksen vian kohdalla.
Jotkut tulivuoret sijaitsevat kuitenkin tektonisten laattojen sisällä, kaukana näistä rajaprosesseista. Näitä kutsutaan laattojen sisäisiksi tulivuoriksi. Monet niistä johtuvat vaippapilvistä – kuuman kiven alueista, jotka virtaavat ylöspäin Maan ytimen ja vaipan rajalta kohti maan pintaa. Näin tehdessään ne kuljettavat mukanaan sulaa kiviainesta, joka sisältää viestin maapallon syvältä vaipasta; viestin, jonka Daviesin työn avulla voimme tulkita. Tämä on auttanut lujittamaan teorioita, jotka koskevat prosesseja, jotka synnyttävät mannerlaatan sisäisiä tulivuorisaariketjuja.
Hän on esimerkiksi yhdistänyt useiden alojen havaintoja osoittaakseen, että Australian sisällä olevat tulivuoriketjut muodostuivat, kun Australian tektoninen laatta ajautui pohjoiseen useiden vaippapilvien yli. Tämä johti mantereen pohjoisesta etelään halki kulkevaan tulivuorijonoon, joka muodostui 34-9 miljoonaa vuotta sitten. Uskokaa tai älkää, mutta nykyään tektonisesti uinuvassa Australian mantereessa sijaitsee yksi maailman laajimmista mannerlaatan sisäisistä tuliperäisistä alueista, ja mantereella on tapahtunut purkauksia vielä noin 5 000 vuotta sitten.
Hawaijin saariston uskotaan muodostuneen samanlaisen prosessin kautta. Havaiji sijaitsee tulivuorista ja vedenalaisista merenalaisista vuorista koostuvan ketjun kaakkoisrajalla, joka vanhenee asteittain luoteeseen päin. Tämä ketju jakautuu kahtia Oahun saarella, ja Davies ja hänen ryhmänsä havaitsivat hiljattain, että tämä jakautuminen johtui Tyynenmeren lautasen suunnan muutoksesta noin kolme miljoonaa vuotta sitten.
Kun otetaan huomioon kaikki nämä tekijät ja luodaan malleja vaipan käyttäytymisestä, se parantaa ymmärrystämme planeettamme toiminnasta. Tämä auttaa meitä selittämään prosesseja, jotka johtavat maapallon ainutlaatuiseen ja näyttävään geologiaan, ja antaa meille mahdollisuuden ymmärtää paremmin planeetan kehitystä sen muodostumisen jälkeen yli 4,5 miljardia vuotta sitten.