Laamtektoonika (1)

Litosfäär 1

Maa mõõtmed:

• ekvatoriaalne ümbermõõt 40 075 km

• polaarne (meridionaalne ümbermõõt 40 008 km
  
• ekvatoriaalne diameeter 12 756 km
  
• polaarne diameeter 12 713 km
  
• kaugus Päikesest 150 000 000 km
  
• pindala 510 100 000 km²
  

sh

• maismaa pindala 148 300 000 km²
  
• maailmamere pindala 361 800 000 km²
  

Maa siseehitus ,

vt Koolibri õpik 1997.a. lk 34 – 35 või Avita 2002 lk 68 – 75 ja 77;

H.Nestor, Rändav ja uuenev maakoor , Horisont , 7-8/1999

www.zzz.ee/horisont/1999/78/maakoor.html
Horst Rast, Vulkaanid ja vulkanism , Tln. 1988
http://ael.physic.ut.ee/KF.public/Oppetyy/Sissej_geof_2000.PDF
Mõisted: tuum, vahevöö ehk mantel , astenosfäär, maakoor, litosfäär, kontinent, laam , laamtektoonika , subduktsioonivöönd, rift
Ülesanne: Tee joonis Maa siseehituse kohta kohta (sisetuum, välistuum, vahevöö e mantel, astenosfäär, maakoor, litosfäär, subduktsioonivöönd, süvik)
Ülemine vahevöö on plastiline ja käitub nagu vedlik. Selle ülaosa on aga väga tugevatest tahketest kivimitest , mis koos maakoorega moodustab litosfääri. Litosfääri all on astenosfäär (mandrite all 100 – 200 km ja ookeanide keskmäestike all 30 – 60 km sügavusel. Selle sfääri aine on püsivas püdelas olekus. Seda tõestatakse seismiliste lainete väikese kiiruse ja teoreetiliste arvestustega.
Maakoor jaguneb mandriliseks ja ookeaniliseks.
maakoor
kihid
kivimite vanus
kivimite liigid
maakoore paksus
mandriline
settekivimid , graniidikiht, basaldikiht
vanad, vanimad kuni 3800 miljonit a
põhiliselt graniit jms, räni ja alumiinium (SIAL)
kuni 75 km Himaalaja Andid
ookeaniline
settekivimid basaldikiht
noored, noorimad alla 180 milj. aasta
põhiliselt basalt jt, räni ja magneesium ja raud ( SIMA )
5 ja enam km
Mandrite all on see enamasti 3-kihiline ja ookeanide all 2-kihiline. Kivimid varieeruvad nii vanuse, paksuse kui koostise poolest. Vanemate (vanimad 3800 miljoni aasta vanused, Gröönimaal ja Austraalias), kontinentide all paiknevate kivimite paksus on kuni 75 km ja noorimate, ookeanide all paiknevate oma 5 km (üle 200 miljoni aasta vanad). Kontinentaalne maakoor koosneb põhiliselt graniidist ja sellele sarnanevatest kivimitest, mis koosnevad suures osas ränist ja alumiiniumist (SIAL), nimetatakse graniidikihiks. Ookeanilinses maakoores on aga kaks põhilist elementi räni ja magneesium (SIMA) pluss raud. See on põhiliselt basalt või periodiit, nimetatakse basaldikihiks, on paljudes kohtades ookeanide all ainuke maakoorekiht. Basaltne ookeaniline maakoor on pidevas ringkäigus, tekib laamade tõukeservadel magma tardumisel ja sulades põrkeserval taas magmaks. Mandrilises maakoores on basaldikiht graniidikihi alla, seda tekib juurde ookeanisüvikute vööndis. Kõige paksem on maakoor kõrgete mäestike all, nagu Himaalaja ja Andid.

Ülesanne: tee skeem litosfääri ehituse kohta (graniidikiht, basaldikiht, settekivimid, astenosfäär, vahevöö astenosfääri peal paiknev stabiilne kiht)

Suurimad geostruktuursed ühikud on laamad e plaadid (laamtektoonika e plaattektoonika)
Laamade liikumine (laamtektoonika – mandrite triivimise teooria, 1912 Wegener )
Ülesanne: koosta kokkuvõte laamtektoonikast.
Laamade liikumine. (laam, laama, laama; käändub nagu sõna õrn; tähendab – suur lai tükk v lahkam; avar pind v väli. Mandrid lasuvad litosfääri laamadel. ÕS 1999)

• teineteisest eemaldumine – ookeanide keskmäestikes (ookeaniline rift), laava tungib lõhedesse, tardub, tekivad maakoort moodustavad magmakivimid ja mäeahelikud, mis saartene ulatuvad üle merepinna ( Island , Assoorid ). Ookeanide keskahelike loomus on astenosfääriaine väljavoolamise koht. Astenosfäär on basaltse laava tekkimise koht, plastiline keskkond, st kivimid on voolavas olekus. Esineb ka mandritel (mandriline rift), nt Ida-Aafrika murrangute vöö koos Punase mere ja Surnumerega, Baikali jv piirkond). Tekivad venituspingete tõttu riftid (alangud), tulemuseks on pangasmäestikud.
  
• ookeanilise ja mandrilise laama põrkumine – raskem ookeaniline laam sukeldub kergema mandrilaama alla (subduktsioon); tekivad süvikud, magmakolded, vulkanism, mäestikud, kaasnevad vulkaanipursked ja maavärinad. Süvikute vööndis neeldunud laamaserva ülessulamisel eraldub kergem magma, mis tardub graniitseks kivimiks – juurde tekib mandriline graniitset maakoort.
  
• mandriliste laamade põrkumine – mäeahelike tekkimine, kivimite üksteise otsa kuhjumine , maavärinad. Vulkaanipurskeid on vähe, sest maakoor on väga paks (Himaalaja – India ja Euraasia laama kokkupõrke koht, Alpi mäestik jt)
  
• ookeaniliste laamade põrkumine – üks laam sukeldub teise alla vahevöösse (subduktsioon), tekivad süvikud, veealuste vulkaanide vöönd, mis üle merepinna kerkides moodustavad vulkaniliste saarte kaari (Mariaani saarestik, Väikesed Antillid jt).
  
• laamade liikumine küljetsi teineteise suhtes – horisontaalne nihkumine toob kaasa suuri maavärinaid (San Andrease murrang, mis kulgeb läbi San Frantsisco ja California laht)
  

Laamad triivivad astenosfääri peal kiirusega 2 - 18 cm/a – mõõdetud satelliitidelt.
Aktiivsete äärtega ookean on Vaikne ookean, teised on passiivsete äärtega. Süvikud on iseloomulikud aktiivsete äärtega ookenidele, subduktsioon on ookeanilitosfääri vahevöösse laskumise protsess. Subduktsioonipiirkonda markeerib ka kurdmäestik.
Ookeani elutsükkel e arenguetapid (vt Avita õpik 2002, A.Kont lk 77, www.zzz.ee/horisont/1999/78/maakoor.html):

• algstaadium – magma tõus sunnib maakoort kerkima, mandriline maakoor lõheneb.
  
• mandrilise maakoore lõhenemine ja uue ookeani avanemine nt Ida-Aafrika suurte järvede (Alberti, Tanganjika , Njassa), Punane ja Surnumeri või Baikali jv piirkond
  
• ookeanide keskahelik ja passiivsete äärtega ookean, laienev ookeaniline maakoor lükkab enda ees laiali ka samadel laamadel asuvaid mandreid nt Atlandi ookean, merepõhja laienemine ookeani avanemisstaadiumil
  
• aktiivsete äärtega ookean (subduktsioonivööndid) nt Vaikne ookean, ookeanilise maakoore neeldumine sulgumisstaadiumil ja vulkaaniliste kaarsaarestike (Jaapani, Kuriili, Aleuudi , Filipiini, Sunda , V.Antillid jt) teke, ookean kitseneb ja sulgub, sest ookeani äärtes neelatakse maakoort
  
• mandrite kokkupõrge
  
• ilma keskmäestikuta veekogu – Vahemeri
  
• kurdmäestiku teke sulgunud ookeani kohal (Alpid, Himaalaja)
  

(I – mandririft, tekitab uue ookeani, II – ookeanide keskahelik ja passiivsete äärtega ookean, III – aktiivsete äärtega ookean, subduktsioon, IV – ilma keskmäestikuta veekogu nt Vahemeri, V – kontinentide põrkumine)

Litosfäär 2 (Kivimite ringe , maavarad )

Mõisted: kivimid, mineraalid , kivimite ringe, metamorfism, maagid , maavarad, maardla, kaevandused , karjäärid, rekultiveerimine
Kättesaadav info Maa süvaehitusest

• otsene info – kimberliittorud (200 km), süvapuuraugud (12 km), kaevandused
  
• kaudne info – geofüüsikalised meetodid, nagu Maad läbivate füüsikaliste nähtuste uurimine (seismilised lained); eksperimentaalsed meetodid, st vastavate tingimuste loomine
  

Kimberliit – teemante sisaldav poolsüvakivim; leidub vulkaanilõõrides ja intrusiivides (kivimkehades) LAV, Kongo DV, Tansaania, Guinea , Kanada , India, Jakuutia, USA
Kivimite vanus:

• absoluutne vanus – absoluutne geokronoloogia võimaldab määrata mineraalide, kivimite, maakoore ja selle alajaotiste tõelise vanuse aastates. Absoluutne geokronoloogia põhineb jääva kiirusega kulgevate füüsikaliste protsesside tagajärjel maakoores tekkinud muutuste mõõtmisel. Mõõdetakse uuritavas objektis sisalduvate radioaktiivsete elementide ja lagunemise lõpp-produktide hulka. Kasutatakse argoonimeetodit, pliimeetodit, radioaktiivse süsiniku meetodit.
  
• suhteline vanus – suhteline geokronoloogia näitab kivimite tekkimise järjekorda (ei selgita geoloogiliste sündmuste kestust konkreetsetes ajaühikutes), näitab, kas võrreldavad kihid on ühevanused või milline on noorem, milline vanem. Kasutatakse teatud ajaperioodile iseloomulikke iseloomulikke kivistisi (nn juhtkivistisi)
  

Organismid, mille kivistisi võib leida vastava aegkonna kivimites
Aegkond
Iseloomulik loomarühm
Iseloomulik taimerühm
Uusaegkond e. kainosoikum
Keskaegkond e. mesosoikum
Roomajad , ürglinnud, ürgimetajad, ammoniidid
Paljasseemnetaimed, palmlehikud
Vanaaegkond e. paleosoikum
Ürgkahepaiksed, ürg-roomajad, kalad , maismaa lülijalgsed
Mereselgrootud (trilobiidid, peajalgsed )
Sõnajalgtaimed, seemnesõnajalad,
psilofüüdid
Aguaegkond e. proterosoikum
Ürgaegkond e. arhaikum
sini- ja rohevetikate primitiivsed liigid, bakterid
Tähtsamate faunagruppide (juhtkivististe) levik (Arold, lk. 156).
Allikad
I. Arold, A. Raukas , H. Viiding, Geoloogia alused, Tln. 1987
Koolibri õpik 1997, lk 51 – 55
A.Raukas, Kalliskivid, Tln. 1982
A.Raukas, Õnnekivid, Tln. 1991
Kalle Suuroja. Punane Eesti, Loodus, 2001 detsember
http://www.ene.ttu.ee/maeinstituut/teadus/RepGR200demo.pdf (kaevanduste mõju keskkonnale)
Kivimid koosnevad mineraalidest , need omakorda keemilistest elementidest. Maakoor koosneb 92-st keemilisest elemendist, neist 8 on ülekaalus.
Ülesanne: Koosta struktuurdiagramm maakoores leiduvate elementide kohta.
hapnik – 46%
räni – 28%
alumiinium – 8%
raud – 5%
kaltsium – 4%
naatrium – 3%
kaalium – 3%
magneesium – 2%
muud elemendid (84) – 1%
Mõned mineraalid (kuld, vask, väävel) on puhtad elemendid, enamik koosneb aga mitmest keemilisest elemendist. On sadu tavalisi mineraale ja üle 3000 haruldase mineraali. Mõned ained ei ole mineraalid, nt orgaanilised ained, vesi on lahus.
Erinevad kivimid koosnevad erinevatest mineraalidest. Kõige suurem hulk on räni ja hapniku ühendid segatud mitmete teiste elementidega. Teine suurem rühm on kaltsiidid – lubjakivid. Need lahustuvad ja mõjuvad tsementeeruvalt teiste kivimite ja mineraalide liitmisel.

Kivimite liigid:

• tardkivimid e kristalsed kivimid; jagunevad süvakivimiteks (graniit, gabro ) ja purskekivimiteks (basalt, obsidiaan, tuff )
  
• settekivimid
  
• moondekivimid tekivad suure rõhu ja kõrge temperatuuri tagajärjel (metamorfism) magma kolletest mõne km kaugusel maakoores (graniidist gneiss, liivakivist kvartsiit, lubjakivist marmor)
  

Kivimite ringe
Ülesanne: tee joonis kivimite ringest.

Maavarad:

• tardkivimites leidub metallimaake – vanad mäestikud, nt mineraal hematiit – rauamaak, kaltsopüriit – vasemaak , boksiit - alumiiniumimaak
  
• settekivimites fossiilseid kütuseid, ehitusmaterjali – lauskmaad ja madalikud
  

Kaevandamine maardlates ja probleemid:

• maagid on kontsentreerunud kivimikihtidesse e soontesse, mis võivad olla murenemise tagajärjel küllalt maapinna lähedal – saab rakendada karjääre, mõned kuni 150 m sügavused ja paljude ruutkilomeetrite laiused
  
• sügavalt maa seest saab maavarasid allmaakaevandusi rajades
  
• ulatuslikus karjäärid muudavad reljeefi, kõrvaldavad käigust metsa- ja põllumaid, tekitavad järvi, kaevandused võivad sisse variseda, aherainest kuhjuvad terrikoonikud, kaevandused võivad alandada põhjavee taset jne.
  
• rekultiveerimine nõuab kapitalimahutusi.
  

Litosfäär 3 (vulkanism)
Mõisted: vulkaani ehituse mõisted (vulkaan, kraater , lõõr, magmakolle, kivimkehad e intrusiivid), magma, laava, vulkaanide liigid, kuumaveeallikad ja geisrid, aktiivsed, passiivsed ja kustunud vulkaanid
Vulkaanide paiknemine: (vt joonis lk 82 ja 63 Avita õpik 2002 või Maailma atlas lk 72, 73)
Ülesanne: nimeta kuulsamaid, kõrgemaid jne vulkaane , näita kaardil. Kus on vulkaanide levikualad? (Subduktsioonialad, laamade lahknemise alad, kuumad täpid; vt laamade liikumise viise)
Kuumad täpid (punktid) (vt Avita, lk 85).
Osaliselt üles sulanud vahevöö kivimid ja magma liiguvad ülespoole, tekitavad vulkaane ka laamade keskel. Ookeaniline laam triivib astenosfääri peal omasoodu, kuum täpp jääb aga kohale. Kuumi täppe on palju, ei lange kokku laamade äärtega (nt Hawaii, Yellowstone ). Seletust ei ole, miks magma tõuseb kõrgemale. Ka kontinentide all tekitavad nad võlvkerke, mis lael rebeneb. Mitu lähestikku asuvat kerget võivad lõppeda mandrite lõhenemisega (Aafrika riftid) ja olla uue ookeani tekke algpõhjuseks.
Vt skeemi Hawaii vulkaanide ja Imperaatori aheliku (Hawaii kerge) kohta Hawaiilt Aleuutide suunas ( Mauna Loa, Kileauea ja Loihi).
Vulkanismi liigitatakse

purskemehhanismi alusel:

• riftivulkanism ookeanides (ookeanide keskmäestikud),
  
• subduktsioonivööndite vulkanism (Vaikse ookeani tulerõngas, Vahemere vulkaanid),
  
• ookeanide laamasisene vulkanism – kuumad täpid,
  
• mandrite riftivulkanism (Ida-Aafrika, Tiibeti ja Kameruni vulkaanid)
  

purske tüübi ja vukaanikuhiku ehitusa alusel (vt Avita lk 83)

• lõhevukaanid – piki murrangulõhet valgub maapinnale vedel laava, milles on vähe gaase . Tekivad Islandi maastikule omased laavatasandikud;
  
• kilpvulkaanid – nagu eelmine , esinevad Hawaiil nt Mauna Loa, Mauna Kea, Uus- Meremaa vulkaanid, Island;
  
• kihtvulkaanid – pikk ja äge purse, palju gaase; purskel eralduvad kõigepealt gaasid, siis tuhk, kivid , laava ( Fuji , Vesuuv, Kljutš jt).
  

Vulkanismi pos. küljed:

• vulkaanilisel tuhal kujuneb viljakas muld ( Jaava , Filipiinid, Sitsiilia , Vesuuvi ümbrus),
  
• maasisest soojust (kuumaveeallikad ja geidrid) saab kasutada energiaallikana (Island, Uus-Meremaa, Jaapan, Tšiili, Assoorid, Tiibet , Sumatra, Jaava),
  
• vulkaanid ja kuumaveeallikad on turistidele vaatamisväärsused,
  
• kuum vesi lahustab mineraale – tekivad tervise parandamiseks sobivad mineraalvee - ja kuumaveeallikad,
  
• vulkaanide ümbruses leidub kulla-, hõbeda-, teemandi-, vase- jt väärtuslike metallide maake.
  

Veel üht ja teist:

• Hukkunutest enamik inimesi hukkub pursete tagajärgedel – mudavoolud, tsunamid, saagi hävimine, nälg, haigused jne.
  
• Laavavoolude suunda on õnnestunud juhtida barjääride ja pommitamise abil või on neid jahutatud veega.
  
• Maakeral on kokku umbes 600 aktiivset vulkaani (neist 2/3 Vaikse ookeani tulerõngas), igal aastal purskab umbes 50 vulkaani.
  
• Vulkaanipursetel eraldub atmosfääri tolmu, kive, tuhka, auru, gaase. Tolm ja veetilgad jäävad õhku mitmeks kuuks, peegeldavad või neelavad päikesekiirgust ja mõjutavad nii maakera soojusbilanssi – tekib ajutine jahenemine (Pinatuba purse 1991.a. tõi kaasa keskmise temperatuuri languse umbes pool kraadi).
  
• Vulkaanipursete sageduse kohta minevikus tehakse järeldusi Gröönimaa ja Antarktika jääd uurides – happesus vaheldub, leidub erineva tuha osakesi jne).
  

Ülesanne: Leia nimetatud kohad ja näita kaardil.
Allikad: Avita õpik 2002, A.Kont lk 82 – 85
Horst Rast. Vulkaanid ja vulkanism, Tln. 1988, lk 218 – 221
http://volcano.und.nodak.edu/
Jaanus Paal. Kamtšatka vulkaanidel kihab haruldane elu. Loodus, 2001, detsember.
Postvulkaanilised nähtused – kuumaveeallikad ( termaalveed – allikavee tº vähemalt 20º), geisrid (kuumad, perioodiliselt tegutsevad purskeallikas).
Geisrite esinemine: 4 tähtsamat on Island (umbes 30 geisrit), Yellowstone (umbes 200 geisrit), Kamtšatka (umbes 100 geisrit), Uus-Meremaa Põhjasaar.

Litosfäär 4

Mõisted: maavärin, maavärina kolle e hüpotsenter, maavärina kese e epitsenter, seismiline, seismograaf, tsunami , piki- ja ristlained , seismoloogia
Laamade kokkupuutealal tekivad kivimites väga suured pinged , mille tõttu need järsult purunevad, maakoorde tekivad lõhed, maapinnal kaasnevad vappumine ja kõikumine – maavärin. Kõige suurema pinge koht on hüpotsenter e kolle(10 – 100 km sügavusel, harva üle 300 km), kus tekib järsk tõuge.
Sealt lähtuvad ringikujulised lained e seismilised lained. Kolde kohal maapinnal, kus vappumine on kõige suurem, on maavärina epitsenter e kese.
Koldest lähtub mitmesuguseid laineid . Pikilained e primaarlained (P-lained) levivad kuni 14 km/s ja läbivad kogu Maa. Ristlained e sekundaarlained (S-lained) levivad kuni 7 km/s, ei läbi Maa tuuma. Seismiliste lainete levimise järgi uuritakse Maa siseehitust, sest lained ei levi sirgjooneliselt, vaid võivad sõltuvalt mateeria omadustest kõrvale kalduda, murduda, peegelduda jne (joonis P- ja S- lainete levimisest).
Maakoore alumiseks piiriks peetaksegi väga teravalt esiletulevat piirpinda, millel P-lainete kiirus hüppeliselt tõuseb. Seda nimetatakse mohoks e Mohorovičiči piirpinnaks. Jugoslaavia seismoloog A. Mohorovičič fikseeris esimesena seismiliste lainete pidevuse katkemise ühe Balkani maavärina seismogrammide uurimisel 1909.a. Tema teeneks on üldse piirpindade avastamine maakoores (H.Rast lk 14).
Maavärina tagajärjeks on sageli reljeefimuutused, põhjavee taseme muutused, tsunamid
Ülesanne: Loe H. Rast Vulkaanid ja vulkanism, Tln. 1988 lk 14 – 17
Vasta küsimustele:

Mis on moho ?

Kuidas on moho seotud maavärinatega?

Kui sügaval ja miks on ülemise ja alumise vahevöö piir?

Mis toimub seismiliste lainete levikuga 100 ja 300 km sügavusvahemikus?

Milliseid järeldusi saab selle alusel teha Maa siseehituse kohta?

Miks võivad litosfääripangad (laamad) liikuda nii horisontaalselt kui ka vertikaalselt?

Mida tõestab P-lainete levik tuuma kohta (sügavus, aine olek)?

Kes oli Alfred Wegener (1880 – 1930, töötas lühikest aega 1918.a. ka Tartu Ülikoolis, tõestas 1927 koos I.Reinwaldiga Kaali kraatrite meteoriitse päritolu, uuris ka Kuu kraatrite päritolu)?

A.Wegeneri tähtsus geoloogina?

Milliste etappidena on avardunud tedmised Maa siseehituse kohta?

Ookeanide keskmäestike mõõtmed?
Maavärinatest veel:

• Üks ohvriterohkem maavärin oli 1556 . a. Ida-Hiinas Shenxi provintsis – 830 000 hukkunut. Põhjus – enamik asulaid paiknes ebakindlal lössiplatool.
  
• Kõige suuremaid purustusi tekitavad vähem kui 70 km sügavusel toimuvad maavärinad. Ohvrite arv sõltub ka ehitustavadest ja rahvastiku tihedusest (too näteid).
  
• Maakera 100 suuremast linnast on 70 seismiliselt aktiivsetel aladel (too 10 näidet).
  
• Maavärinate ajal teevad suurt hävitustööd tulekahjud (miks?).
  
• Mured Jaapanis : Tokyo uutes linnaosades, mis ehitatud merre tehispinnasele, on maapind pehme. Seal asub suur osa uusehitisi lahes on sadu nafta - ja gaasihoidlaid, metallurgiatehased jne. Tokyo vanemad linnaosad koosnevad tihedasti paiknevatest puithoonetest, sadades kodudes ja restoranides valmistatakse toitu lahtiselt hõõguvatel sütel, maavärinatekindlalt ehitatud ehitised ei pea tegelikult vastu.
  
• Jaapani, California jt maavärinaohtlike riikide päästekomiteed on ette valmistatud maavärina puhuks (päästmine, toidutagavarad, ravimid , info liikumine jmt).
  

Ülesanne: Kuidas käituda maavärina korral viibides ruumis? tänaval?

• Lisaks tektoonilistele maavärinatele esineb vulkanismist põhjustatud, langatusvärinaid, tehnogeenseid maavärinaid. Maavärina võib põhjustada ka suure meteoriidi langemine , lumelaviin või maasööst. 95% on tektoonilised.
  

Allikad:

Kont (Avita, 2002) lk 78 – 81
H. Rast Vulkaanid ja vulkanism, Tln 1988
I.Arold, A. Raukas, H. Viiding Geoloogia alused,Tln 1987
http://earthquake.usgs.gov/ (USA maavärinate informatsiooni keskus)

Maalihked (gravitatsiooni, vee ja seismilisuse osa maalihetes)

Mõisted: maalihe , maalihkekeha
Maalihe on pinnase liikumine künkanõlval või oruveerul raskusjõu mõjul. Eristatakse pind- ja süvalihet. Maalihkekeha jaguneb lükkekehaks ja vastukaalukehaks.
Maalihkeid põhjustavad nõlva jalami uhtumine, savised pinnasekihid maavärinad, ebaõige ehtustegevus, Eestis esineb maalihkeid viirsavialadel paiknevates jõeorgudes. Need tulenevad lükkekeha tehiskoormamisest (Pärnus), harvem vastukaalukeha erosioonist. Põhjustavad ka suured vihmad, lume ja pinnase sulamine keltsal.