Maa struktuur: maakoorist sisemise tuumani — kihid, koostis ja omadused

Avasta Maa struktuur: maakoorest mantlini ja sise- ning välisüdamikuni — kihid, koostis ja omadused, mis määravad planeedi sisemise dünaamika.

Maa struktuur on jaotatud kihtideks. Need kihid on nii füüsiliselt kui ka keemiliselt erinevad. Maal on välimine tahke kiht, mida nimetatakse maakooreks, väga viskoosne kiht, mida nimetatakse mantliks, vedelikukiht, mis on tuuma välimine osa, mida nimetatakse välisüdamikuks, ja tahke keskosa, mida nimetatakse sisemiseks tuumaks. Maa kuju on lapik sferoid, sest ta on poolustel veidi lapik ja ekvaatoril kumer.

Alljärgnevalt on kirjeldatud iga peamist kihti, nende koostist, olekut ja tähtsamaid omadusi. Maa keskpunktini on umbes 6 371 km; olulised sügavused on maakoore paksus (paar kilomeetrit ookeanides kuni ~70 km mandritel), mantli ülemise ja alumise osa piirid, ning tuuma ja mantli vaheline piir (~2 890 km sügavusel).

Nende kihtide vahelised piirid avastati seismograafide abil, mis näitasid, kuidas vibratsioonid maavärinate ajal kihtidest tagasi põrkuvad. Maakoore ja mantli vahel on piir, mida nimetatakse mohoks. See oli esimene avastus, mis näitas, et Maa struktuur muutub sügavamale minnes oluliselt. Lisaks Mohole tuntakse ka teisi seismilisi eraldusi, näiteks mantli ja tuuma vahel paiknevat nii-öelda Gutenberg'i diskontinuiteti (umbes 2 890 km sügavusel) ja Lehmann'i diskontinuiteti, mis eristab välis- ja sisetuuma (umbes 5 150 km sügavusel).

1. Maakoor on Maa välimine kiht. See koosneb tahketest kivimitest. See koosneb peamiselt kergematest elementidest, ränist, hapnikust ja alumiiniumist. Seetõttu nimetatakse seda siaaliks (räni = Si; alumiinium = Al) või felsiks.

   Maakoore kaks põhitüüpi on ookeaniline koor (õhem, tihedam, peamiselt basaltide ja mafsete kivimitega) ning mandriline koor (paksem, kergem, rikka felsilise materjaliga). Maakoore paksus varieerub ookeanide all mõnest kilomeetrist kuni mandritel üle 60–70 km. Maakoore kivimid moodustavad planeedi pealispinna ja on aluseks maismaa geoökoloogiale ning inimtegevusele.

2. Maakera on Maa kiht, mis asub otse maakoorest allpool. See koosneb peamiselt hapnikust, ränist ja raskemast elemendist magneesiumist. Seda nimetatakse sima (Si - räni + ma - magneesium) või mafiliseks. Mantel ise jaguneb kihtideks.
   1. Mantli ülemine osa on tahke ja moodustab maakoorepõhja. See koosneb raskest kivimist peridotiit. Mandri- ja ookeaniplaadid hõlmavad nii koort kui ka seda ülemist tahket mantli kihti. Koos moodustab see mass litosfääri. Litosfääri plaadid hõljuvad allpool asuva poolvedeliku estenosfääri peal.

      Litosfääri pindmised plaadid liiguvad mantli konvektsioonivoolude ja plaadi serva liikumiste tagajärjel, põhjustades maavärinaid, vulkaanilist aktiivsust ja mäestikke. Litosfääri liikumine on sümboolne plate-tektoonika mehhanismis.

   2. Ülemine esthenosfäär: magma

      Pange tähele: originaalteksti sees kasutatud vorm "esthenosfäär" vastab samale kihile, mida tavaliselt nimetatakse astenosfääriks. See on osaliselt sulanud, viskoosne piirkond mantli ülemises osas (umbes ~100–700 km sügavuseni sõltuvalt regioonist), mis võimaldab litosfääri plaatidel liikuda. Astenosfääris võib esineda osalise sulamise tõttu magma teket ja see mängib suurt rolli vulkanismis.

   3. Alumine esteenosfäär

      Ülemise mantli ja alumise mantli vahel on nn ülemine ülemine mantli piirkond ehk ülemine ülemine mantli osa ning ka 410 km ja 660 km diskontinuitetid (nn ülemine ülemine mantli üleminek), kus mineraalid kristallstruktuur muutub kõrge rõhu tõttu. See nn ülemine üleminek (410–660 km) moodustab ülemise ja alumise mantli eristuse.

   4. Alumine mantel

      Alumine mantel ulatub umbes 660 km sügavuselt kuni ~2 890 km-ni. See on tihedam ja viskoossem kui ülemine mantel. Mineraalid on kõrgema rõhu tõttu teisendunud tihedamatesse faasidesse (nt bridgmaniit). Alumises mantlis toimub konvektsioon aeglasel ajaskaalal, mis kannab soojust Maa sisemusest pindmiste protsessideni.

3. Maa tuum koosneb tahkest rauast ja niklist ning selle temperatuur on umbes 5000-6000 °C.

   Tuuma täpne keemiline koostis sisaldab lisaks rauale ja niklile tõenäoliselt ka kergemaid elementi nagu väävel, hapnik või räni. Tuuma vertikaalne jaotus on:

   1. Ülemine tuum on mantli all olev vedel kiht.

      Välisüdamik (vedel) ulatub umbes 2 890 km kuni ~5 150 km sügavuseni. Selle vedel olek tuleneb kõrgest temperatuurist ja suhteliselt madalamast rõhust võrreldes sisetuumaga. Selles vedelas raua-nikli segus toimuvad tugevad konvektsioonivoolud, mis koos Maa pöörlemise ja elektrijuhtivusega genereerivad geomeetrilise dünaamo kaudu Maa magnetvälja.

   2. Sisemine tuum on Maa keskpunkt.

      Sisutuum on tahke ja selle raadius on umbes 1 220 km. Kuigi temperatuur võib olla väga kõrge (~5 000–6 000 °C), hoiab äärmiselt suur rõhk materjali tahke olekus. Sisetuuma kasvu (kriitiline tahkestumine välisüdamiku materjalist) vabastab latentset soojust ja mõjutab tuuma konvektsiooni ning seega magnetvälja pikaajalist käitumist. Seismilised uuringud näitavad, et sisetuum võib olla anisotroopne ja selle pöörlemine võib erineda kergelt Maa keskmisest pöörlemisest.

Seismiliste lainete roll ja täpsemad meetodid

Seismograafid ja P- ning S-lained annavad meile peamised tõendid Maa sisemise ülesehituse kohta. P-lained (kokkusurutavad) läbivad nii tahkeid kui ka vedelaid aineid, S-lained (ristlained) aga ei läbi vedelikku — S-lainete kadumine mantli ja tuuma piiril viitab välisüdamiku vedelale olekule. Seismilised varjud (nt S-lainete vaikus tuuma suunast) ja eri lainekiiruste mõõtmised võimaldavad määrata kihtide paksusi, aine tihedusi ja elastsusomadusi. Lisaks kasutatakse täna ka geo- ja magneettoopilisi uuringuid, gravimeetriat, kõrgrõhu-eksperimente ja arvutimudeleid, et paremini mõista tingimusi sügaval Maa sees.

Temperatuuri, rõhu ja koostise mõju

Nende mõjude täielik seletus ei ole veel selge. Tundub, et kõrge temperatuur ja rõhk põhjustavad muutusi mineraalide kristalliseerumises, nii et koostis võib olla mingi muutuv vedeliku ja kristallide segu. Maa sisemuse temperatuurid, rõhud (kuni miljonites atmosfäärides) ja keemiline heterogeensus mõjutavad konstruktse ja dünaamilisi protsesse nagu mantli konvektsioon, plaaditektoonika, vulkanism ja geomagnetism.

Mida me veel ei tea

Kuigi üldine pilt Maa kihilisest struktuurist on selge, jääb palju detaile uurida: täpne keemiline koostis sisemuses (eriti tuuma kergemate elementide osakaal), mantli konvektsiooni täpne (kolmemõõtmeline ja ajas muutuv) muster, D''-kihis toimuvad protsessid mantli‑tuuma piiril ning sisetuuma sisemised omadused. Uued seismilised andmed, laborikatsetused kõrgsurvetemperatuuritingimustes ning kosmoseuuringud ja arvutisimulatsioonid aitavad järk-järgult neid teadmisi parandada.

Küsimused ja vastused

K: Millised on Maa kihid?

K: Kuidas kirjeldatakse Maa kuju?

K: Mida avastati maakoorest ja mantlist Maa vahel?

K: Millistest elementidest koosneb suurem osa maakoorest?

K: Millest koosneb suurem osa Maa mantlist?

K: Millist tüüpi kivim moodustab mantli ülemise osa ?

Otsing