Maa kihid ja nende omadused
Maa ei ole ühtlane kivipall. Meie elupaiga all koosneb Maa kihtidest, millel on erinevad füüsikalised ja keemilised omadused. Need erinevused mõjutavad peaaegu kõiki geoloogilisi nähtusi: maavärinaid, vulkaanipurskeid, mägede teket, mandrite triivi ja isegi magnetvälja, mis kaitseb elu kahjuliku kiirguse eest. Maa kihtide mõistmine tähendab planeedi "mootori" mõistmist.
Üldiselt saab Maa kihte kirjeldada kahel viisil: keemilise koostise (maakoor, vahevöö, tuum) ja füüsikaliste või mehaaniliste omaduste (litosfäär, astenosfäär, mesosfäär, välimine tuum, sisemine tuum) põhjal. Need kaks lähenemisviisi täiendavad teineteist.
1) Maakoor: õhuke, kuid oluline välimine kiht
Maakoor on Maa kõige välimine kiht, millel asuvad mandrid ja ookeanipõhi. Vaatamata sellele, et see on elu peamine „lava“, on maakoor tegelikult Maa suurusega võrreldes väga õhuke.
Peamised omadused:
– Paksus: ookeanilisel maakoorel umbes 5–10 km ja mandrilisel maakoorel 30–70 km (suurte mägede all paksem).
- Koostis:
– Ookeaniline maakoor koosneb valdavalt basaltkivimist (rikas magneesiumi- ja raua poolest).
– Mandriline maakoor sisaldab rohkem graniitseid kivimeid (ränidioksiidirikkam).
– Tihedus: ookeaniline maakoor on tihedam kui mandriline maakoor, seega kipub see kergesti selle alla vajuma.
– Temperatuur: suhteliselt madal võrreldes alumiste kihtidega, kuid tõuseb sügavusega.
Maakoor jaguneb pidevalt liikuvateks tektoonilisteks plaatideks. See plaatide liikumine vallandab maavärinaid, avab uusi ookeane ja moodustab mäeahelikke.
2) Mantel: dünaamiline „köök” kooriku all
Maakoore all asub vahevöö, Maa kõige paksem kiht, mis moodustab suurema osa planeedi mahust. Vahevööd kujutatakse sageli ette magmamerena, kuid tegelikult on see enamasti tahke. Siiski on see plastiline – see võib geoloogiliste ajaskaalade jooksul väga aeglaselt voolata.
Peamised omadused:
– Paksus: umbes 2.900 km, maakoore alusest südamiku piirini.
– Koostis: domineerivad magneesiumi- ja rauarikkad silikaatmineraalid (nt peridoot).
– Temperatuur: jääb vahemikku ~500 °C ülaosas kuni üle 4.000 °C südamiku piiri lähedal.
– Põhiprotsess: vahevöö konvektsioonivoolud, kuumema materjali liikumine tõuseb ja jahedama materjali vajumine. See on üks peamisi tektooniliste plaatide liikumise liikumapanevaid tegureid.
Vahevöö jaguneb ülemiseks ja alumiseks vahevööks. Mõnes tsoonis toimub osaline sulamine, mille käigus tekib magma. See magma võib pinnale tõusta ja vallandada vulkaanilise aktiivsuse.
3) Maa tuum: Maa keskpunkt ja magnetvälja allikas
Maa sisemine kiht on tuum, mis koosneb peamiselt rauast ja niklist. Tuumal on oluline roll, kuna see on Maa magnetvälja allikas, mis toimib päikesetuule ja laetud osakeste eest "kilbina".
Peamised omadused:
– Asukoht: ~2.900 km sügavuselt Maa keskpunktini ~6.371 km kaugusel.
– Koostis: valdavalt raud (Fe) ja nikkel (Ni), väheses koguses võib esineda ka teisi kergeid elemente.
– Jaotus: välimine tuum (vedel) ja sisemine tuum (tahke).
– Roll: juhtiva vedeliku liikumine välissüdamikus tekitab dünamoefekti, mis tekitab Maa magnetvälja.
Ilma aktiivse tuumata oleks Maa tõenäoliselt kiirguse suhtes palju haavatavam ja päikesetuul võiks selle atmosfääri kergemini erodeerida, nagu arvatakse juhtunud Marsil.
-
Füüsikalistel (mehaanilistel) omadustel põhinevad kihid
Lisaks maakoore-vahevöö-tuuma jaotusele kasutavad geofüüsikud sageli jaotust, mis põhineb sellel, "kuidas kihid rõhu ja kuumuse suhtes käituvad".
4) Litosfäär: jäik kest, mis on purustatud plaatideks
Litosfäär hõlmab maakoort ja vahevöö jäika ülemist osa. See on kiht, mis moodustab tektoonilisi plaate.
Peamised omadused:
– Omadused: jäik, rabe, kergesti pragunev – seepärast tekivadki litosfääris sageli maavärinad.
– Paksus: varieerub, umbes 50–200 km, vanade mandrite all võib olla paksem.
– Roll: liikumine üle selle all asuva plastilisema kihi (astenosfääri), põhjustades laamade vastastikmõjusid, nagu lahknemine, konvergents ja transformatsioon.
Lahknevate laamade piiridel võib litosfäär venida ja moodustada ookeani keskosa seljandikke. Koonduvatel laamade piiridel kipub tihedam ookeaniline litosfäär vajuma vahevöösse, moodustades ookeanisüvende ja vulkaanilisi kaari.
5) Astenosfäär: pehme kiht, mis võimaldab laamadel liikuda
Astenosfäär asub litosfääri all, hõlmates ka ülemise vahevöö kuumemat ja vedelamat osa.
Peamised omadused:
– Omadused: plastiline, deformeerumisvõimeline ja aeglaselt voolav.
– Seisukord: sageli esineb väikestes protsentides osalist sulamist, mis muudab selle mehaaniliselt „nõrgemaks“.
– Roll: olla „libe pind“, millel litosfääri laamad libisevad, et saaks toimuda laamtektoonika.
Astenosfäär on oluline selgitamaks, miks laamad saavad liikuda, kuigi litosfäär tundub kõva ja paks.
6) Mesosfäär (alumine vahevöö): tahke, kuid voolab väga aeglaselt
Mesosfäär viitab sageli alumisele vahevööle (asub astenosfääri all kuni tuuma piirini). Vaatamata kõrgematele temperatuuridele hoiab tohutu rõhk seda tahkena.
Peamised omadused:
– Omadused: jäigem kui astenosfäär, kuid voolab siiski miljonite aastate skaalal.
– Roll: aitab kaasa ulatuslikule vahevöö konvektsiooniringlusele, mis liigutab soojust Maa sisemusest ülespoole.
Alumise ja ülemise vahevöö konvektsioon moodustab soojusülekande süsteemi, mis mõjutab geoloogilist aktiivsust pinnal.
7) Välimine südamik: vedel metall tekitab magnetvälja
Välimine tuum asub vahevöö all ja on vedel. Selle vedela metalli vool on ülioluline.
Peamised omadused:
– Sügavus: ~2.900–5.150 km.
– Omadused: vedel kõrge temperatuuri ja teatud füüsikaliste tingimuste koosmõjul.
– Peamine roll: magnetvälja tekitamine juhtiva vedela metalli konvektsiooniliikumise ja Maa pöörlemise kaudu (geodünamo).
Välissüdamiku voolu muutused on seotud ka magnetvälja tugevuse muutustega, isegi magnetpooluste pöördumisega geoloogilise aja jooksul.
8) Sisemine südamik: äärmise rõhu all olev tahke pall
Maa keskmes on tahke sisemine tuum. Vaatamata äärmiselt kõrgetele temperatuuridele põhjustab tohutu rõhk seal oleva raua ja nikli tahkestumist.
Peamised omadused:
– Sügavus: ~5.150–6.371 km (Maa keskpunktini).
– Omadused: tihe, väga pingul.
– Temperatuur: hinnanguliselt ~5.000–6.000 °C.
– Roll: aitab säilitada südamiku dünaamikat ning sisemise südamiku järkjärguline külmumisprotsess võib vabastada soojus- ja valguselemente, mis tugevdavad konvektsiooni välimises südamikus.
-
Kuidas teadlased teavad Maa kihte?
Kuna me ei saa Maa südamikku puurida, pärinevad meie teadmised Maa struktuurist peamiselt seismoloogiast. Maavärinalained levivad tahkete ja vedelike kaudu erinevalt. P-lained võivad läbida nii tahkeid kui ka vedelikke, S-lained aga mitte. Maavärinalainete läbipaindemustrid ja "varjutsoonid" viitavad tugevalt sellele, et välimine tuum on vedel ja sisemine tuum tahke. Lisaks on abiks andmed gravitatsiooni, magnetväljade ja kõrgsurve mineraalide katsetest.
Sulgemine
Maa kihid – maakoor, vahevöö ja tuum – ei ole lihtsalt struktuurilised jaotused, vaid aktiivsed ja omavahel ühendatud süsteemid. Jäik litosfäär liigub üle plastilisema astenosfääri, luues laamtektoonika, mis kujundab planeedi pinda. Vahevöö toimib konvektsioonimootorina, mis kannab soojust üle, samas kui vedel välistuum tekitab magnetvälja, mis kaitseb elu. Mõistes iga kihi omadusi, saame paremini aru, miks Maa on dünaamiline, elamiskõlblik ja ajas pidevalt muutuv.
