Laattatektoniikka

Laattatektoniikka on tieteellinen teoria, joka selittää litosfäärilaattojen eli kivikehälaattojen liikkeen mekanismia ja liikkeen vaikutuksia. Maan litosfääri eli kivikehä on muodostunut useista mannerlaatoista. Ne liikkuvat jatkuvasti astenosfäärin eli Maan litosfäärin alla sijaitsevan suuren viskositeetin kivikerroksen päällä, mutta kitka vastustaa niiden välistä liikettä, minkä seurauksena reunakohdissa syntyy usein maanjäristyksiä.
Laatat voivat erkaantua toisistaan, törmätä toisiinsa tai liukua toisiaan vasten. Valtamerten keskiselänteissä laatat erkanevat toisistaan ja muodostavat näin uutta merenpohjaa. Merellisen laatan törmätessä joko toiseen merelliseen tai mantereiseen laattaan syntyy alityöntöä eli subduktiota, jossa merellinen laatta työntyy toisen laatan alle. Subduktiokohtaan muodostuu syvänmeren hautoja ja sen ylle vulkaanisia saarikaaria. Kahden mantereisen laatan törmätessä puolestaan kasvaa poimuvuoristo. Mannerten liukumisalueilla ei synny uutta kuorta eikä tuhoudu vanhaa, mutta ne alueet ovat erityisen alttiita maanjäristyksille.

Mannerlaatat

Laattatektoniikkateorian mukaan Maan litosfääri eli kivikehä on jakaantunut useisiin laattoihin. Suurimpia laattoja lasketaan olevan seitsemän, ja lisäksi on useita pienempiä laattoja. Laattojen reuna-alueilla sijaitsevat merten keskiselänteet, syvänmeren haudat ja aktiivisesti kasvavat vuoristot.
Mannerlaatat ovat 100–150 kilometrin paksuisia, ja ne liikkuvat astenosfäärin päällä 1–15 senttimetriä vuodessa. Useimmissa laatoissa on sekä mantereellista että merellistä kuorta. Laattojen liikkuessa niiden keskiosat ovat pääosin jäykkiä ja koskemattomia, mutta niiden reunojen törmäysvyöhykkeillä tapahtuu halkeilua, liukumista, taipumista, venymistä ja pehmenistä.
Kitka vastustaa laattojen välistä liikettä. Kun kitka kasvaa suuremmaksi kuin laattojen välisen rajapinnan jännitysvoima, laatat eivät enää liiku toistensa suhteen, vaan niiden rajapinnalle muodostuu jännityskertymä, joka lopulta purkautuu maanjäristyksenä. Järistyksessä purkautuvan energian suuruutta kuvataan magnitudilla.
Laattojen liikkeen perusteella niiden reunatyypit voidaan jakaa kolmeen eri kategoriaan. Ne voivat erkaantua toisistaan, liikkua toisiaan kohti tai liikkua sivuttain toisiinsa nähden.

Erkanevat laatat

Erkanevat laatat loittonevat toisistaan, kun vaippa pullistuu ylöspäin ja magmaa pääsee työntymään laattojen väliin. Merellisillä erkanemisalueilla laattojen rajat näkyvät valtamerten keskiselänteinä, jotka ovat seismisesti ja vulkaanisesti aktiivisia alueita. Selänteiden keskuslaaksot ovat puolestaan normaalisiirrosten rajaamia hautavajoamia. Mantereisissa repeämävyöhykkeissä piirteet ovat samat kuin merellisten laattojen erkanemiskohdissa. Vulkaaniset kivet ovat kuitenkin mantereella vaihtelevampia kuin valtamerten basaltit ja sedimentit karkeita.
Sulan laavan purkautuessa keskiselänteen saumasta Maan magneettikenttä magnetisoi sen – magneettiset kiteet jähmettyvät näin Maan magneettikentän suuntaisiksi. Koska Maan magneettiset navat vaihtavat paikkaansa keskimäärin noin puolen miljoonan vuoden välein, ja mannerlaattaa muodostuu muutama senttimetri vuodessa, on keskiselänteen sauman molemmin puolin symmetrisesti magneettisia vyöhykkeitä.

Lähenevät laatat

Lähenevien laattojen tapauksessa voi tapahtua joko niin sanottu alityöntö, eli subduktio, tai poimuttuminen. Alityöntöä tapahtuu sekä merellisen ja mantereellisen laatan että kahden merellisen laatan törmätessä. Alityöntökohdassa toinen laatoista painuu toisen alle. Mantereellinen laatta on liian kevyt, jotta se voisi upota toisen laatan alle. Raskas merellinen laatta voi kuitenkin painua toisen alle; subduktio tapahtuu kuitenkin hitaasti ja merellinen laatta uppoaa noin 10–15 senttimetriä vuodessa.
Kahden merellisen laatan törmätessä alityöntökohtaan syntyy yleensä syvänmeren hauta. Subduktiovyöhykkeiden maanjäristyskeskukset muodostavat levymäisiä ja kaarevia pintoja, joissa on maanjäristyksiä jopa 700 kilometrin syvyydessä. Maanjäristyskeskukset ovat painuvan laatan yläosassa, Wadati–Benioff-vyöhykkeenä tunnetulla alueella. Alityöntövyöhykkeen yläpuolelle syntyy tulivuorten muodostamia vulkaanisia saarikaaria. 
Kahden mantereisen laatan törmätessä joko toinen laatta nousee päälle tai toinen laatta halkeaa. Kumpikaan laatoista ei kuitenkaan pysty painumaan kohti astenosfääriä, joten mantereisiin törmäysvyöhykkeisiin syntyy orogenian seurauksena poimuvuoristoja. Kuori paksuuntuu törmäysvyöhykkeellä, koska laatat ikään kuin lyhenevät ja painuvat kasaan. Tämän seurauksena kivet deformoituvat ja vuorijonoja alkaa kohota. Korkeiden vuorien kuluessa jäljelle jää korkeassa lämpötilassa ja paineessa syntyneitä metamorfisia kivilajeja. Esimerkiksi Ural on syntynyt, kun Euroopan laatta ja Aasian laatta ovat kauan sitten törmänneet toisiinsa ja poimuttuneet. Himalajan vuoristo on seurausta Intian laatan jatkuvasta työntymisestä Euraasian laatan reunan alle.

Sivuuttavat laatat

Mannerlaattojen reunoilla tapahtuu myös laattojen liukumista. Liukumisen yhteydessä ei synny eikä tuhoudu uutta kuorta. Liukuvat laatat aiheuttavat usein maanjäristyksiä. Tällainen vyöhyke on esimerkiksi San Andreasin siirros Pohjois-Amerikan ja Tyynenmeren laatan rajalla. Laattojen sivuava liike voi maanjäristyksessä vaihdella muutaman senttimetrin pienestä liikkeestä jopa 1–2 metrin siirtymisiin.
Laattojen saumat ovat yleensä pilkkoutuneet transformisiirroksiin ja erkaantumislaattarajoihin/lähenemislaattarajoihin. Valtamerten leviämissuuntaa ei voida määritellä keskiselänteen asennosta, vaan saumaa pilkkovista transformisiirroksista.

Teorian historiaa

Nykyaikaisen laattatektoniikan perustan loi meteorologi Alfred Wegener, jonka teos The Origin of Continents and Oceans julkaistiin vuonna 1915. Hän esitti, että nykyiset mantereet olivat muodostaneet aiemmin yhden suurmantereen. Jo ennen Wegeneriä maantieteilijä Alexander von Humboldt oli vuonna 1801 huomioinut, että Etelä-Amerikan itärannikko sopii Afrikan länsirannikkoon, ja maantieteilijä Antonio Snider-Pellegrini oli vuonna 1858 tehnyt kartan, jossa hän oli esittänyt Etelä-Amerikan ja Afrikan mantereiden paikat ennen niiden eroamista. Wegener ja Frank Taylor esittivät itsenäisesti 1900-luvun alussa, että mantereet liikkuivat hiljalleen maan pinnalla. Taylor jätti teorian, mutta Wegener kehitti sitä eteenpäin ja esitti, että kivihiilikaudella mantereet olisivat muodostaneet Pangaian jättimantereen.
Wegenerin teoria herätti paljon keskustelua, eivätkä useimmat geologit pystyneet hyväksymään ajatusta siitä, että mantereet pystyisivät liikkumaan merten yli. Mannerliikunnoille ei sillä hetkellä ollut löydetty mekanismia, joten teoriaa ei pidetty vakavastiotettavana. Vuonna 1957 julkaistussa Encyclopedia Britannicassa Pangaia-ajatusta pidettiin täysin mielikuvituksellisena.
Tilanne alkoi muuttua toisen maailmansodan jälkeen, kun opittiin tuntemaan paremmin merten syvyyksien pinnanmuotoja. Tutkimuksissa havaittiin, että valtamerten keskikohdissa kulki pitkä yhtenäinen vuorijono ja sen keskellä oli samantapainen laakso kuin mantereillakin on maan liikkumiskohdissa. Lisätodisteita tuli 1950-luvulla paleomagnetistisista tutkimuksista, jotka todistivat, että triaskaudella mantereet liikkuivat yhtenä kokonaisuutena.
Harry H. Hess ja Robert S. Dietz esittivät 1960-luvun alussa ajatuksen merenpohjan leviämisestä. Heidän mukaansa valtamerialtaiden pohja leviää keskiselänteellä, ja merellinen kuori sekä mantereet vaeltavat vaipan konvektiovirtausten päällä. Teoria vahvistui, kun brittiläiset Frederick Vine ja Drummond Matthews ehdottivat selitystä valtamerten pohjien nauhamaisille magneettisille poikkeamille. Heidän mukaansa valtameriselänteessä purkautuvan magman jäähtyessä muodostamat tuoreet laavakivet magenetoituvat magneettikentän suuntaisesti.
Moderni laattatektoniikka syntyi kanadalaisen geofyysikko John Tuzo Wilsonin teoriasta 1965. Hän ehdotti, että mantereet liikkuvat ja valtamerten keskiselänteillä tapahtuu erkanemista. Lisäksi hän ehdotti, että on olemassa alityöntö- ja transformivyöhykkeitä. Lisäksi hän esitti samana vuonna teoriansa valtamerten synnystä ja umpeutumisesta, mikä tunnetaan niin kutsuttuna Wilsonin syklinä.

Laattatektoniikka muilla taivaankappaleilla

Nykyisen käsityksen mukaan Kuussa ei ole maan kaltaista laattatektoniikkaa. Sama koskee Merkuriusta ja Marsia. Tästä syystä paineen aiheuttamat purkaukset planeetan pinnalle ovat räjähdysmäisiä ja erittäin voimakkaita. Jupiterin suurimmalla kuulla Ganymedeksellä puolestaan on havaittu laattatektoniikkaa.