Kuidas tekkis Maa tuum: meie planeedi struktuur. Maa tuuma teke Maa tuum on kõige kuumem ja tihedam

Kui kukutate võtmed sulalaava voogu, jätke nendega hüvasti, sest noh, kutt, need on kõik.
- Jack Handy

Vaadates meie koduplaneeti, märkate, et 70% selle pinnast on kaetud veega.

Me kõik teame, miks see nii on: Maa ookeanid hõljuvad maa moodustavate kivide ja mustuse kohal. Ujuvuse kontseptsioon, milles vähem tihedad objektid hõljuvad allapoole vajuvate tihedamate objektide kohal, selgitab palju enamat kui ainult ookeanid.

Sama põhimõte, mis selgitab, miks jää vees hõljub, heeliumi õhupall atmosfääris tõuseb ja kivid järve upuvad, selgitab, miks planeedi Maa kihid on paigutatud nii, nagu nad on.

Maa kõige vähem tihe osa, atmosfäär, hõljub veeookeanide kohal, mis hõljuvad maakoore kohal, mis asetseb tihedama vahevöö kohal, mis ei vaju Maa kõige tihedamasse ossa: maakooresse.

Ideaalis oleks Maa kõige stabiilsem olek selline, mis oleks ideaalselt jaotunud kihtidesse, nagu sibul, mille keskel on kõige tihedamad elemendid, ja väljapoole liikudes koosneks iga järgmine kiht vähem tihedatest elementidest. Ja tegelikult viib iga maavärin planeedi sellesse olekusse.

Ja see selgitab mitte ainult Maa, vaid ka kõigi planeetide struktuuri, kui mäletate, kust need elemendid pärit on.

Kui universum oli noor – vaid mõne minuti vana – eksisteerisid ainult vesinik ja heelium. Tähtedes tekkisid järjest raskemad elemendid ja alles siis, kui need tähed surid, pääsesid raskemad elemendid universumisse, võimaldades tekkida uutel tähtede põlvkondadel.

Kuid seekord moodustab kõigi nende elementide segu – mitte ainult vesinik ja heelium, vaid ka süsinik, lämmastik, hapnik, räni, magneesium, väävel, raud ja teised – mitte ainult tähe, vaid ka protoplanetaarse ketta ümber selle tähe.

Moodustavas tähes seest väljapoole suunatud rõhk surub kergemad elemendid välja ja gravitatsioon põhjustab ketta ebakorrapärasuste kokkuvarisemise ja planeetide moodustumise.

Päikesesüsteemi puhul on neli sisemaailma kõigist süsteemi planeetidest kõige tihedamad. Elavhõbe koosneb kõige tihedamatest elementidest, mis ei suuda mahutada suurt hulka vesinikku ja heeliumi.

Teised planeedid, mis olid massiivsemad ja Päikesest kaugemal (ja saavad seetõttu vähem selle kiirgust), suutsid neid ülikergeid elemente rohkem säilitada – nii tekkisid gaasihiiglased.

Kõigis maailmades, nagu ka Maal, on tuumas keskmiselt koondunud kõige tihedamad elemendid ja heledad moodustavad selle ümber üha vähem tihedaid kihte.

Pole üllatav, et raud, kõige stabiilsem element ja raskeim element, mis on loodud suurtes kogustes supernoova serval, on Maa tuumas kõige rikkalikum element. Kuid võib-olla üllatav on see, et tahke tuuma ja tahke vahevöö vahel asub enam kui 2000 km paksune vedel kiht: Maa välimine tuum.

Maal on paks vedel kiht, mis sisaldab 30% planeedi massist! Ja selle olemasolust saime teada üsna geniaalsel meetodil – tänu maavärinatest lähtuvatele seismilistele lainetele!

Maavärinates sünnivad kahte tüüpi seismilised lained: peamine survelaine, tuntud kui P-laine, mis liigub pikisuunalist rada pidi.

ja teine ​​nihkelaine, tuntud kui S-laine, mis sarnaneb merepinna lainetele.

Üle maailma seismilised jaamad on võimelised püüdma P- ja S-laineid, kuid S-lained ei liigu läbi vedeliku ja P-lained mitte ainult ei liigu läbi vedeliku, vaid murduvad!

Selle tulemusena saame aru, et Maal on vedel välistuum, millest väljaspool on tahke vahevöö ja sees on tahke sisemine tuum! See on põhjus, miks Maa tuum sisaldab kõige raskemaid ja tihedamaid elemente ning nii teame, et välimine tuum on vedel kiht.

Aga miks on välimine südamik vedel? Nagu kõik elemendid, sõltub raua olek, olgu see tahke, vedel, gaasiline või muu, raua rõhust ja temperatuurist.

Raud on keerulisem element kui paljud, millega olete harjunud. Muidugi võivad sellel olla erinevad tahked kristalsed faasid, nagu on näidatud graafikul, kuid meid ei huvita tavalised rõhud. Me laskume maakera tuuma, kus rõhk on miljon korda suurem merepinnast. Kuidas näeb faasidiagramm välja nii kõrgete rõhkude puhul?

Teaduse ilu seisneb selles, et isegi kui teil pole küsimusele kohe vastust, on tõenäoline, et keegi on juba teinud uuringu, mis võib vastuseni viia! Sel juhul leidsid Ahrens, Collins ja Chen 2001. aastal vastuse meie küsimusele.

Ja kuigi diagramm näitab hiiglaslikke rõhku kuni 120 GPa, on oluline meeles pidada, et atmosfäärirõhk on vaid 0,0001 GPa, samas kui sisemises südamikus ulatuvad rõhud 330-360 GPa-ni. Ülemine pidev joon näitab piiri sulava raua (ülemine) ja tahke raua (alumine) vahel. Kas märkasite, kuidas pidev joon päris otsas teeb järsu ülespöörde?

Raua sulamiseks rõhul 330 GPa on vaja tohutut temperatuuri, mis on võrreldav Päikese pinnal valitsevaga. Samad temperatuurid madalamal rõhul hoiavad rauda kergesti vedelas olekus ja kõrgemal rõhul tahkes olekus. Mida see Maa tuuma mõistes tähendab?

See tähendab, et Maa jahtudes selle sisetemperatuur langeb, kuid rõhk jääb muutumatuks. See tähendab, et Maa moodustamise ajal oli suure tõenäosusega kogu tuum vedel ja jahtudes kasvab sisemine tuum! Ja selle käigus, kuna tahkel raual on suurem tihedus kui vedelal raual, tõmbub Maa aeglaselt kokku, mis põhjustab maavärinaid!

Niisiis on Maa tuum vedel, kuna see on raua sulatamiseks piisavalt kuum, kuid ainult piisavalt madala rõhuga piirkondades. Maa vananedes ja jahtudes muutub üha suurem osa tuumast tahkeks ja seega kahaneb Maa veidi!

Kui tahame vaadata kaugele tulevikku, võime eeldada, et ilmnevad samad omadused nagu Merkuuril.

Elavhõbe on oma väiksuse tõttu juba oluliselt jahtunud ja kokku tõmbunud ning sellel on sadade kilomeetrite pikkused murded, mis on tekkinud jahtumisest tingitud kokkusurumisvajadusest.

Miks on Maal vedel tuum? Sest see pole veel jahtunud. Ja iga maavärin on Maa väike lähenemine lõplikule, jahutatud ja täiesti tahkele olekule. Kuid ärge muretsege, ammu enne seda hetke plahvatab Päike ja kõik, keda teate, on väga pikaks ajaks surnud.

Maa koos teiste Päikesesüsteemi kehadega tekkis külmast gaasi- ja tolmupilvest selle koostisosade osakeste kogunemise kaudu. Pärast planeedi tekkimist algas tema arengu täiesti uus etapp, mida teaduses nimetatakse tavaliselt eelgeoloogiliseks.
Perioodi nimetus tuleneb sellest, et varasemate protsesside varaseimad tõendid – tard- või vulkaanilised kivimid – ei ole vanemad kui 4 miljardit aastat. Täna saavad neid uurida ainult teadlased.
Maa arengu eelgeoloogiline etapp on endiselt täis palju mõistatusi. See hõlmab 0,9 miljardi aasta pikkust perioodi ja seda iseloomustab planeedil laialt levinud vulkanism koos gaaside ja veeauru eraldumisega. Just sel ajal algas Maa eraldumise protsess selle peamisteks kestadeks - tuumaks, vahevööks, maakooreks ja atmosfääriks. Eeldatakse, et selle protsessi kutsus esile meie planeedi intensiivne meteoriidipommitamine ja selle üksikute osade sulamine.
Üks võtmesündmusi Maa ajaloos oli selle sisemise tuuma kujunemine. Tõenäoliselt juhtus see planeedi arengueelses geoloogilises etapis, kui kogu aine jagunes kaheks peamiseks geosfääriks - tuumaks ja vahevööks.
Kahjuks pole veel olemas usaldusväärset teooriat Maa tuuma tekke kohta, mida kinnitaks tõsine teaduslik teave ja tõendid. Kuidas tekkis Maa tuum? Sellele küsimusele vastamiseks pakuvad teadlased kahte peamist hüpoteesi.
Esimese versiooni järgi oli aine kohe pärast Maa tekkimist homogeenne.
See koosnes täielikult mikroosakestest, mida võib tänapäeval meteoriitides jälgida. Kuid teatud aja möödudes jagunes see esmane homogeenne mass raskeks südamikuks, millesse oli voolanud kogu raud, ja kergemaks silikaatmantliks. Teisisõnu, sularaua tilgad ja sellega kaasnevad rasked keemilised ühendid settisid meie planeedi keskmesse ja moodustasid seal tuuma, mis on suures osas sulanud tänapäevani. Kuna rasked elemendid kaldusid Maa keskmesse, hõljusid kerged räbud ülespoole - planeedi väliskihtidesse. Tänapäeval moodustavad need kerged elemendid ülemise mantli ja kooriku.
Miks mateeria selline eristumine tekkis? Arvatakse, et kohe pärast selle moodustumise protsessi lõppu hakkas Maa intensiivselt soojenema, peamiselt osakeste gravitatsioonilise akumuleerumise käigus vabanenud energia, aga ka üksikute kemikaalide radioaktiivse lagunemise energia tõttu. elemendid.
Planeedi täiendav kuumenemine ja raua-nikli sulami teke, mis oma märkimisväärse erikaalu tõttu järk-järgult Maa keskmesse vajus, aitas kaasa väidetava meteoriidipommitamise tõttu.
See hüpotees seisab aga silmitsi teatud raskustega. Näiteks pole täiesti selge, kuidas suutis raua-nikli sulam isegi vedelas olekus laskuda rohkem kui tuhande kilomeetri kaugusele ja jõuda planeedi tuuma piirkonda.
Teise hüpoteesi kohaselt tekkis Maa tuum planeedi pinnaga kokku põrganud raudmeteoriitidest ning hiljem kasvas see kivimeteoriitide silikaatkestaga ja moodustas vahevöö.

Selles hüpoteesis on tõsine viga. Selles olukorras peaksid raud- ja kivimeteoriidid kosmoses eksisteerima eraldi. Kaasaegsed uuringud näitavad, et raudmeteoriidid võisid tekkida ainult planeedi sügavustes, mis lagunesid olulise surve all, see tähendab pärast meie päikesesüsteemi ja kõigi planeetide teket.
Esimene versioon tundub loogilisem, kuna see näeb ette dünaamilise piiri Maa tuuma ja vahevöö vahel. See tähendab, et nendevaheline aine jagunemise protsess võib planeedil kesta väga pikka aega, avaldades seeläbi suurt mõju Maa edasisele arengule.
Seega, kui võtta aluseks esimene hüpotees planeedi tuuma tekke kohta, kestis aine diferentseerumisprotsess ligikaudu 1,6 miljardit aastat. Gravitatsioonilise diferentseerumise ja radioaktiivse lagunemise tõttu oli aine eraldumine tagatud.
Rasked elemendid vajusid ainult sügavusele, millest allpool oli aine nii viskoosne, et raud ei saanud enam uppuda. Selle protsessi tulemusena tekkis väga tihe ja raske rõngakujuline sularaua ja selle oksiidi kiht. See asus meie planeedi ürgsüdamiku kergema materjali kohal. Järgmisena pressiti Maa keskmest välja kerge silikaatne aine. Veelgi enam, see nihkus ekvaatoril, mis võis tähistada planeedi asümmeetria algust.
Eeldatakse, et Maa raudsüdamiku tekkimisel toimus planeedi mahu oluline vähenemine, mille tulemusena on selle pind nüüdseks vähenenud. Pinnale “hõljunud” kerged elemendid ja nende ühendid moodustasid õhukese primaarse kooriku, mis nagu kõik maapealsed planeedid koosnes vulkaanilistest basaltidest, mida kattis paks settekiht.
Siiski ei ole võimalik leida elavaid geoloogilisi tõendeid Maa tuuma ja vahevöö tekkega seotud minevikuprotsesside kohta. Nagu juba märgitud, on planeedi Maa vanimad kivimid umbes 4 miljardit aastat vanad. Tõenäoliselt moondusid, sulasid ja muutusid planeedi evolutsiooni alguses kõrgete temperatuuride ja rõhkude mõjul primaarsed basaltid meile teadaolevateks graniit-gneissi kivimiteks.
Mis on meie planeedi tuum, mis tekkis arvatavasti Maa arengu varasematel etappidel? See koosneb välimisest ja sisemisest kestast. Teaduslike eelduste kohaselt asub 2900-5100 km sügavusel välimine tuum, mis on oma füüsikaliste omaduste poolest lähedane vedelikule.
Välissüdamik on sularaua ja nikli vool, mis juhib hästi elektrit. Just selle tuumaga seostavad teadlased Maa magnetvälja päritolu. Ülejäänud 1270 km vahemaa Maa keskpunktist hõivab sisemine tuum, mille 80% ulatuses on raud ja 20% ränidioksiid.
Sisemine südamik on kõva ja kuum. Kui väline on vahevööga otseselt seotud, siis Maa sisemine tuum eksisteerib omaette. Selle kõvaduse tagab hoolimata kõrgetest temperatuuridest hiiglaslik rõhk planeedi keskmes, mis võib ulatuda 3 miljoni atmosfäärini.
Selle tulemusena muutuvad paljud keemilised elemendid metalliliseks olekuks. Seetõttu pakuti isegi, et Maa sisemine tuum koosneb metallilisest vesinikust.
Tihe sisemine tuum mõjutab tõsiselt meie planeedi elu. Sinna on koondunud planeedi gravitatsiooniväli, mis hoiab ära kergete gaasikestade, Maa hüdrosfääri ja geosfääri kihtide hajumise.
Tõenäoliselt oli selline väli tuumale omane planeedi tekkimise hetkest, olenemata sellest, milline selle keemiline koostis ja struktuur siis võis olla. See aitas kaasa moodustunud osakeste kokkutõmbumisele keskpunkti suunas.
Sellegipoolest on meie planeedi geoloogilise ajaloo uurimisega tihedalt seotud teadlaste jaoks kõige pakilisem probleem tuuma päritolu ja Maa sisestruktuuri uurimine. Selle probleemi lõpliku lahenduseni on veel pikk tee minna. Erinevate vastuolude vältimiseks on kaasaegne teadus omaks võtnud hüpoteesi, et tuuma moodustumise protsess hakkas toimuma samaaegselt Maa tekkega.

Miks pole maa tuum maha jahtunud ja püsinud 4,5 miljardi aasta jooksul umbes 6000°C temperatuurini soojenenud? Küsimus on äärmiselt keeruline, millele pealegi ei saa teadus 100% täpset ja arusaadavat vastust anda. Sellel on aga objektiivsed põhjused.

Liigne salatsemine

Maa tuuma ülemäärane, nii-öelda salapära on seotud kahe teguriga. Esiteks ei tea keegi kindlalt, kuidas, millal ja mis asjaoludel see tekkis – see juhtus proto-maa tekke ajal või juba moodustunud planeedi eksisteerimise algstaadiumis – see kõik on suur mõistatus. Teiseks on täiesti võimatu saada proove maakera tuumast - keegi ei tea kindlalt, millest see koosneb. Lisaks kogutakse kõik andmed, mida me tuuma kohta teame, kasutades kaudseid meetodeid ja mudeleid.

Miks jääb Maa tuum kuumaks?

Et mõista, miks maa tuum nii pikka aega ei jahtu, peate esmalt mõistma, mis selle algul soojenemise põhjustas. Meie planeedi sisemus, nagu iga teise planeedi oma, on heterogeenne, nad esindavad suhteliselt selgelt piiritletud erineva tihedusega kihte. Kuid see ei olnud alati nii: rasked elemendid vajusid aeglaselt alla, moodustades sisemise ja välise tuuma, samas kui kerged elemendid suruti üles, moodustades vahevöö ja maakoore. See protsess kulgeb äärmiselt aeglaselt ja sellega kaasneb soojuse eraldumine. See polnud aga kütmise peamine põhjus. Kogu Maa mass surub tohutu jõuga oma keskmele, tekitades fenomenaalse rõhu ligikaudu 360 GPa (3,7 miljonit atmosfääri), mille tulemusena lagunevad raud-räni-nikkel tuumas sisalduvad pikaealised radioaktiivsed elemendid. hakkas tekkima, millega kaasnes kolossaalne soojuse eraldumine .

Täiendavaks kütteallikaks on kineetiline energia, mis tekib hõõrdumise tulemusena erinevate kihtide vahel (iga kiht pöörleb teisest sõltumatult): sisemine südamik koos välimise ja välimine mantliga.

Planeedi sisemus (proportsioone ei peeta kinni). Kolme sisemise kihi vaheline hõõrdumine toimib täiendava kütteallikana.

Eelneva põhjal võime järeldada, et Maa ja eriti selle sisikond on isemajandav masin, mis soojendab ennast ise. Kuid see ei saa loomulikult kesta igavesti: tuuma sees olevad radioaktiivsete elementide varud kaovad aeglaselt ja temperatuuri hoidmiseks pole enam midagi.

Külmaks läheb!

Tegelikult on jahutusprotsess alanud juba väga kaua aega tagasi, kuid see kulgeb äärmiselt aeglaselt – murdosa kraadiga sajandis. Ligikaudsete hinnangute kohaselt kulub vähemalt 1 miljard aastat, enne kui tuum täielikult jahtub ning selles toimuvad keemilised ja muud reaktsioonid lakkavad.

Lühike vastus: Maa ja eriti maa tuum on isemajandav masin, mis soojendab ennast. Kogu planeedi mass surub selle keskmele, tekitades fenomenaalset rõhku ja käivitades seeläbi radioaktiivsete elementide lagunemisprotsessi, mille tulemusena eraldub soojust.

Inimesed täitsid Maa. Vallutasime maid, lendasime läbi õhu, sukeldusime ookeanisügavustesse. Käisime isegi Kuu peal. Kuid me pole kunagi planeedi tuumas käinud. Me ei saanud talle isegi lähedale. Maa keskpunkt asub 6000 kilomeetrit allpool ja isegi tuuma kõige kaugem osa on 3000 kilomeetrit meie jalge all. Sügavaim auk, mille me pinnale tegime, on , ja isegi siis läheb see sügavale maa sisse 12,3 kilomeetrit.

Kõik teadaolevad sündmused Maal toimuvad maapinna lähedal. Vulkaanidest pursav laava sulab esmalt mitmesaja kilomeetri sügavusel. Isegi teemandid, mille tekkeks on vaja äärmist kuumust ja survet, sünnivad kivimites, mille sügavus ei ületa 500 kilomeetrit.

Kõik allpool on varjatud saladustega. Tundub kättesaamatu. Ja ometi teame oma tuuma kohta päris palju huvitavat. Meil on isegi ettekujutus sellest, kuidas see miljardeid aastaid tagasi tekkis – seda kõike ilma ühegi füüsilise isendita. Kuidas õnnestus meil Maa tuuma kohta nii palju teada saada?

Esimene samm on hoolikalt läbi mõelda Maa mass, ütleb Simon Redfern Ühendkuningriigi Cambridge'i ülikoolist. Saame hinnata Maa massi, jälgides planeedi gravitatsiooni mõju pinnal olevatele objektidele. Selgus, et Maa mass on 5,9 sektiljonit tonni: see on 59, millele järgneb kakskümmend nulli.

Kuid sellisest massist pole pinnal jälgegi.

"Materjali tihedus Maa pinnal on palju väiksem kui kogu Maa keskmine tihedus, mis ütleb meile, et seal on midagi tihedamat," ütleb Redfern. "See on esimene."

Põhimõtteliselt peaks suurem osa Maa massist asuma planeedi keskpunkti suunas. Järgmine samm on välja selgitada, millistest rasketest materjalidest südamik on valmistatud. Ja see koosneb peaaegu täielikult rauast. 80% tuumast on raud, kuid täpset arvu tuleb veel näha.

Selle peamiseks tõendiks on tohutu raua hulk meid ümbritsevas Universumis. See on üks kümnest meie galaktikas levinuimast elemendist ja seda leidub sageli ka meteoriitides. Kõige selle juures on Maa pinnal rauda palju vähem, kui võiks eeldada. Teooria kohaselt voolas Maa tekkimisel 4,5 miljardit aastat tagasi palju rauda alla tuuma.

Suurem osa massist on sinna koondunud, mis tähendab, et raud peaks seal olema. Raud on ka tavatingimustes suhteliselt tihe element ja ekstreemse rõhu all Maa tuumas on see veelgi tihedam. Rauasüdamik võiks katta kogu puuduva massi.

Aga oota. Kuidas raud sinna üldse sattus? Raud tuli kuidagi meelitada – sõna otseses mõttes – Maa keskpunkti. Nüüd aga seda ei juhtu.

Suurem osa ülejäänud Maast koosneb kivimitest – silikaatidest – ja sularaual on raskusi nende läbimisega. Nii nagu vesi moodustab rasvasele pinnale tilgad, koguneb raud väikestesse reservuaaridesse, keeldudes levimast ja maha valgumast.

Võimaliku lahenduse avastasid 2013. aastal Wendy Mao Stanfordi ülikoolist ja tema kolleegid. Nad mõtlesid, mis juhtub, kui raud ja silikaat on sügaval maa sees tugeva surve all.

Mõlemat ainet teemantide abil tihedalt pigistades suutsid teadlased sularaua silikaadist läbi suruda. "See rõhk muudab oluliselt raua ja silikaatide koostoime omadusi, " ütleb Mao. - Kõrge rõhu korral moodustub "sulamisvõrk".

See võib viidata sellele, et raud libises miljonite aastate jooksul järk-järgult läbi Maa kivimite, kuni jõudis tuumani.

Siinkohal võite küsida: kuidas me tegelikult tuuma suurust teame? Miks teadlased usuvad, et see algab 3000 kilomeetri kaugusel? On ainult üks vastus: seismoloogia.

Kui toimub maavärin, saadab see lööklaineid kogu planeedile. Seismoloogid registreerivad need vibratsioonid. Tundub, nagu lööksime hiiglasliku haamriga ühte planeedi külge ja kuulaksime teiselt poolt müra.

"1960. aastatel toimus Tšiilis maavärin, mis andis meile tohutul hulgal andmeid," ütleb Redfern. "Iga seismiline jaam ümber Maa registreeris selle maavärina värinad."

Olenevalt marsruudist läbivad need vibratsioonid Maa erinevaid osi ja see mõjutab seda, millist "heli" nad teises otsas teevad.

Seismoloogia ajaloo alguses ilmnes, et mõned võnked olid puudu. Neid "S-laineid" loodeti näha Maa teises otsas pärast ühest otsast tekkimist, kuid neid ei nähtud. Selle põhjus on lihtne. S-lained kajavad läbi tahke materjali ega saa liikuda läbi vedeliku.

Nad pidid olema Maa keskmes midagi sulanud. S-lainete radasid kaardistades jõudsid teadlased järeldusele, et umbes 3000 kilomeetri sügavusel muutuvad kivimid vedelaks. See viitab ka sellele, et kogu tuum on sulanud. Kuid seismoloogidel oli selles loos veel üks üllatus.

1930. aastatel avastas Taani seismoloog Inge Lehman, et teist tüüpi lained, P-lained, läbisid ootamatult tuuma ja tuvastati teisel pool planeeti. Kohe järgnes oletus, et südamik on jagatud kaheks kihiks. "Sisemine" tuum, mis algab 5000 kilomeetrit allpool, oli tahke. Ainult "välimine" südamik on sulanud.

Lehmani idee leidis kinnitust 1970. aastal, kui tundlikumad seismograafid näitasid, et P-lained tõepoolest liikusid läbi tuuma ja mõnel juhul peegeldusid sealt teatud nurkade all. Pole üllatav, et nad satuvad teisele poole planeeti.

Mitte ainult maavärinad ei saada lööklaineid läbi Maa. Tegelikult võlgnevad seismoloogid palju tuumarelvade arendamisele.

Tuumaplahvatus tekitab ka maapinnal laineid, mistõttu pöörduvad riigid tuumarelvakatsetuste ajal abi saamiseks seismoloogide poole. See oli külma sõja ajal äärmiselt oluline, nii et seismoloogid, nagu Lehman, said palju toetust.

Konkureerivad riigid õppisid tundma üksteise tuumavõimet ja samal ajal õppisime meie üha rohkem tundma Maa tuuma. Seismoloogiat kasutatakse tuumaplahvatuste avastamiseks tänapäevalgi.

Nüüd saame Maa ehitusest umbkaudse pildi teha. Seal on sula välimine tuum, mis algab umbes poolel teel planeedi keskpunktist ja selle sees on tahke sisemine tuum, mille läbimõõt on ligikaudu 1220 kilomeetrit.

See ei muuda küsimusi vähemaks, eriti sisemise tuuma teemal. Näiteks kui kuum on? Selle väljaselgitamine polnud nii lihtne ja teadlased on juba pikka aega kukalt kratsinud, ütleb Lidunka Vokadlo Ühendkuningriigi University College Londonist. Me ei saa sinna termomeetrit panna, seega on ainus võimalus luua vajalik rõhk laboritingimustes.

Tavatingimustes sulab raud temperatuuril 1538 kraadi

2013. aastal koostas rühm Prantsuse teadlasi seni parima hinnangu. Nad allutasid puhtale rauale poole tuumas olevast rõhust ja läksid sealt edasi. Puhta raua sulamistemperatuur südamikus on ligikaudu 6230 kraadi. Muude materjalide olemasolu võib sulamistemperatuuri veidi langetada, kuni 6000 kraadini. Kuid see on siiski kuumem kui Päikese pind.

Nagu omamoodi jakkkartul, püsib ka Maa tuum kuumana tänu planeedi tekkest järele jäänud soojusele. Samuti eraldab see soojust hõõrdumisest, mis tekib tihedate materjalide liikumisel, samuti radioaktiivsete elementide lagunemisel. See jahtub iga miljardi aasta järel umbes 100 kraadi Celsiuse järgi.

Selle temperatuuri tundmine on kasulik, kuna see mõjutab kiirust, millega vibratsioon liigub läbi südamiku. Ja see on mugav, sest neis vibratsioonides on midagi kummalist. P-lained liiguvad läbi sisemise südamiku üllatavalt aeglaselt – aeglasemalt, kui see oleks valmistatud puhtast rauast.

"Lainekiirused, mida seismoloogid on maavärinate ajal mõõtnud, on palju väiksemad kui katsed või arvutiarvutused," ütleb Vokadlo. "Keegi ei tea veel, miks see nii on."

Ilmselt on triikrauaga segatud veel üks materjal. Võimalik, et nikkel. Kuid teadlased arvutasid välja, kuidas seismilised lained peaksid läbima raua-nikli sulamit, ja ei suutnud arvutusi vaatlustega sobitada.

Vokadlo ja tema kolleegid uurivad nüüd võimalust, et südamikus võib esineda muid elemente, nagu väävel ja räni. Seni pole keegi suutnud välja mõelda sisemise tuuma koostise teooriat, mis kõiki rahuldaks. Tuhkatriinu probleem: king ei sobi kellelegi. Vokadlo proovib arvutis katsetada sisemiste tuumamaterjalidega. Ta loodab leida materjalide, temperatuuride ja rõhkude kombinatsiooni, mis aeglustab seismilisi laineid õigel määral.

Ta ütleb, et saladus võib peituda selles, et sisemine tuum on peaaegu sulamistemperatuuril. Selle tulemusena võivad materjali täpsed omadused erineda täiesti tahke aine omadustest. See võib selgitada ka seda, miks seismilised lained liiguvad oodatust aeglasemalt.

"Kui see mõju on reaalne, võiksime ühildada mineraalide füüsika tulemused seismoloogia tulemustega," ütleb Vokadlo. "Inimesed ei saa seda veel teha."

Maa tuumaga on seotud veel palju mõistatusi, mis on veel lahendamata. Kuid kuna teadlased ei suuda nendesse kujuteldamatutesse sügavustesse sukelduda, saavutavad nad saavutuse, et välja selgitada, mis asub tuhandeid kilomeetreid meist allpool. Maa sisemuse varjatud protsessid on uurimiseks äärmiselt olulised. Maal on võimas magnetväli, mille tekitab selle osaliselt sulanud tuum. Sula südamiku pidev liikumine tekitab planeedi sees elektrivoolu, mis omakorda tekitab magnetvälja, mis ulatub kaugele kosmosesse.

See magnetväli kaitseb meid kahjuliku päikesekiirguse eest. Kui Maa tuum poleks selline, nagu ta on, poleks magnetvälja ja me kannataksime selle all tõsiselt. On ebatõenäoline, et keegi meist suudab tuuma oma silmaga näha, kuid hea on lihtsalt teada, et see on olemas.

Maa tuum sisaldab kahte kihti, mille vahel on piiritsoon: südamiku välimine vedelkest ulatub 2266 kilomeetri paksuseks, selle all on massiivne tihe tuum, mille läbimõõt ulatub hinnanguliselt 1300 km-ni. Üleminekutsoon on ebaühtlase paksusega ja kõveneb järk-järgult, muutudes sisemiseks südamikuks. Ülemise kihi pinnal on temperatuur umbes 5960 kraadi Celsiuse järgi, kuigi neid andmeid peetakse ligikaudseks.

Välissüdamiku ligikaudne koostis ja selle määramise meetodid

Isegi maakera südamiku väliskihi koostisest teatakse veel väga vähe, kuna uurimiseks pole võimalik proove saada. Peamised elemendid, mis võivad moodustada meie planeedi välimise tuuma, on raud ja nikkel. Teadlased jõudsid selle hüpoteesini meteoriitide koostise analüüsimise tulemusena, kuna kosmosest rändurid on asteroidide ja teiste planeetide tuumade fragmendid.

Sellegipoolest ei saa meteoriite pidada keemilise koostise poolest absoluutselt identseteks, kuna algsed kosmilised kehad olid Maa omast palju väiksemad. Pärast pikki uuringuid jõudsid teadlased järeldusele, et tuumaaine vedel osa on teiste elementidega, sealhulgas väävliga, tugevalt lahjendatud. See seletab selle väiksemat tihedust kui raua-nikli sulamitel.

Mis juhtub planeedi välissüdamikus?

Südamiku välispind mantli piiril on heterogeenne. Teadlased viitavad sellele, et see on erineva paksusega, moodustades omapärase sisemise reljeefi. Seda seletatakse heterogeensete süvaainete pideva segunemisega. Need erinevad keemilise koostise poolest ja on ka erineva tihedusega, seega võib südamiku ja vahevöö vahelise piiri paksus varieeruda 150–350 km.

Varasemate aastate ulmekirjanikud kirjeldasid oma teostes rännakut Maa keskpunkti läbi sügavate koobaste ja maa-aluste käikude. Kas see on tõesti võimalik? Paraku ületab rõhk südamiku pinnal 113 miljonit atmosfääri. See tähendab, et iga koobas oleks isegi mantlile lähenemise etapis tugevalt kinni löönud. See seletab, miks meie planeedil pole koopaid, mis oleksid sügavamad kui vähemalt 1 km.

Kuidas uurime tuuma väliskihti?

Teadlased saavad seismilist aktiivsust jälgides hinnata, kuidas tuum välja näeb ja millest see koosneb. Näiteks leiti, et välimine ja sisemine kiht pöörlevad magnetvälja mõjul eri suundades. Maa tuum peidab endas kümneid lahendamata saladusi ja ootab uusi fundamentaalseid avastusi.