Maa sisemine tuum: definitsioon, koostis, temperatuur ja avastus

Maa sisemine tuum on Maa keskpunkt ja planeedi kõige kuumem osa. Seismoloogiliste uuringute kohaselt on see peamiselt tahke pall, mille raadius on umbes 1220 km (760 mi). Arvatakse, et see koosneb peamiselt raua-nikkelisulamist ja on umbes sama temperatuuriga kui Päikese pind: umbes 5700 K (5400 °C). Kuigi temperatuurihinnangud varieeruvad sõltuvalt meetodist, annavad nii seismilised andmed, laborikatsetused kõrge rõhu ja temperatuuri juures kui ka teooria aluseks olevad modelleerimised hinnanguks tavaliselt vahemiku umbes 5000–7000 K.

Koostis ja olek

Innerse tuuma peamine koostis on tõenäoliselt raud (Fe) koos väikse koguse nikkeliga (Ni) ning tõenäoliselt ka mõningate kergemate elementide jämedalt (nt väävel, hapnik, räni, süsinik või vesinik). Seismoloogilised mõõtmised näitavad, et sisemine tuum on tahke — see seletab, miks läbi selle võivad levida nii longitudinaalained (P-lained) kui ka teataval määral ristsuunalised (S-lainete sarnased) tõmbejõud. Tahke olek on võimalik seetõttu, et väga kõrge rõhu juures tõuseb raua sulamistemperatuur märkimisväärselt.

Temperatuur ja rõhk

• Temperatuur: keskosa hinnanguliselt ~5000–7000 K (umbes 4700–6700 °C). Mõned modelleerimised pakuvad ka veidi erinevaid väärtusi, kuid kõik osutavad väga kõrgele temperatuurile, mis on võrdne mõne väiksema tähte pindadega.
• Rõhk: keskosas ulatub rõhk umbes 330–360 GPa ehk ligikaudu 3,3–3,6 × 10^11 Pa. See vastab originaaltekstis mainitud umbes 3 500 000 atmosfääri suurusele.
• Tihedus: tuuma keskmine tihedus on väga suur, ligikaudu 12–13 g/cm³, mis tuleneb peamiselt raua kõrgest massist ja äärmuslikust kokkusurutusest.

Kuidas me seda teame

Me ei saa Maa tuuma otse uurida, seetõttu põhinevad teadmised peamiselt kolmel allikal:

• Seismoloogia: maavärinate tekitatud seismilised lained läbivad Maa ja nende käitumine (peegeldumine, murdumine, aeglustumine või peatumine) annab teavet erinevate kihistuste oleku ja koostise kohta. Näiteks vedel väliskoor peatab S-lained, kuid P-lained läbivad nii vedela kui tahke aine eri viisil.
• Laborikatsetused ja materjaliuuringud: kõrgrõhku ja kõrget temperatuuri saavutavad katsed (nt prismi- ja laengatega katsed) aitavad hinnata raua omadusi tingimustes, mis meenutavad Maa südamikku.
• Teoreetilised mudelid: füüsika ja keemia reeglid, kombineerituna maapõu ja meteoriitide koostisega, annavad täiendava raamistiku, et tõlgendada seismilisi andmeid ja eksperimentaalset informatsiooni.

Ajalugu ja avastus

Inge Lehmann uuris seismilisi andmeid, sealhulgas 1929. aasta Uus-Meremaa maavärina korral registreeritud signaale, ja jõudis järeldusele, et Maa keskosas peab olema eraldi tahke piirkond. Oma tulemusi avaldas ta põhjalikumalt 1936. aastal; sellest alates on täiendavad seismoloogilised analüüsid ja ülemaailmsed andmestikud tema ettepanekut kinnitanud. Kuigi Lehmanni töö oli esimene selge teoreetiline ettepanek sisemise tuuma olemasolu kohta, kinnitasid mitmed järgnevad uuringud tema järeldusi ja täpsustasid tuuma omadusi.

Aspektid ja tähtsus

Sisemine tuum mängib olulist rolli Maa geofüüsikas ja magneetilises dünaamikas. Väliskoor – vedel raudlik mass ümbritseb tahket sisemist tuuma – konvektsioneerub ja tekitab koos Maa pöörlemisega geodünaamilise protsessi, mis loob ja hoiab Maa magnetvälja. Sisemise tuuma kasv (raua kristallumine väliskoorest) vabastab soojus ja mõjutab konvektsiooni ning seega ka magnetvälja pikaajalist käitumist.

Veelavastused ja avatud küsimused

• Seismilised uuringud näitavad, et sisemine tuum pole täiesti homogeenne: esineb anisotroopiat (lainete kiirused sõltuvad suunast), mis viitab koostise, kristallide orientatsiooni või temperatuuri erinevustele.
• On arutelu, kas sisemine tuum pöörleb veidi kiiremini kui maa koor (nn "super-rotation") — selle täpne suurus ja põhjus on endiselt uurimisteema.
• Tuuma täpne vanus ja kristalliseerumise ajaskaala on veel hinnatavad; praegused mudelid annavad vanuseks mõni saja miljoni kuni mõne miljardi aasta piires, kuid levinumad hinnangud on umbes 0,5–1,5 miljardit aastat.

Kokkuvõtvalt: kuigi me ei saa Maa sisemist tuuma silmaga näha, annavad seismoloogia, laborikatsetused ja mudelid koherentse pildi sellest, et tegemist on tahke, peamiselt rauda sisaldava kesktuumaga, mis mõjutab planeedi soojenemist, dünaamikat ja magnetvälja.

Küsimused ja vastused

K: Mis on sisemine tuum?

K: Milline on sisemise tuuma temperatuur?

K: Kui suur on sisemise tuuma raadius?

K: Millest arvatakse, et sisemine tuum koosneb?

K: Kes ja kuidas avastas sisemise tuuma?

K: Millal tõestati lõpuks sisemise tuuma olemasolu?

K: Milline on rõhk Maa sisemises tuumas?

Otsing