Maa vahevöö on maakoore ja tuuma vahel paiknev geosfääri osa. See sisaldab suurt osa kogu planeedi ainest. Vahevöö uurimine on oluline mitte ainult Maa siseehituse mõistmise seisukoh alt. See võib heita valgust planeedi tekkele, võimaldada juurdepääsu haruldastele ühenditele ja kivimitele, aidata mõista maavärinate mehhanismi ja litosfääriplaatide liikumist. Kuid mantli koostise ja omaduste kohta teabe hankimine pole lihtne. Inimesed ei oska veel nii sügavaid kaevu puurida. Maa vahevööt uuritakse praegu peamiselt seismiliste lainete abil. Ja ka laboris modelleerides.
Maa struktuur: vahevöö, tuum ja maakoor
Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on meie planeedi sisestruktuur jagatud mitmeks kihiks. Ülemine on maakoor, seejärel asuvad vahevöö ja Maa tuum. Maakoor on kõva kest, mis jaguneb ookeaniliseks ja mandriliseks. Maa vahevöö on sellest eraldatud nn piirigaMohorovicic (nimetatud selle asukoha kindlaks teinud Horvaatia seismoloogi järgi), mida iseloomustab seismiliste lainete survekiiruse järsk tõus.
Mantel moodustab umbes 67% planeedi massist. Tänapäevaste andmete kohaselt võib selle jagada kaheks kihiks: ülemine ja alumine. Esimeses eristatakse ka Golitsõni kihti ehk keskmist mantlit, mis on üleminekutsoon ülemisest alumisse. Üldiselt ulatub mantel 30–2900 km.
Planeedi tuum koosneb tänapäevaste teadlaste sõnul peamiselt raua-nikli sulamitest. Samuti on see jagatud kaheks osaks. Sisemine tuum on tahke, selle raadius on hinnanguliselt 1300 km. Väline - vedel, raadiusega 2200 km. Nende osade vahel eristatakse üleminekutsooni.
Litosfäär
Maakoort ja ülemist vahevööt ühendab mõiste "litosfäär". See on kõva kest stabiilsete ja liikuvate aladega. Planeedi tahke kest koosneb litosfääri plaatidest, mis peaksid liikuma läbi astenosfääri - üsna plastilise kihi, tõenäoliselt viskoosse ja tugev alt kuumutatud vedeliku. See on osa ülemisest vahevööst. Tuleb märkida, et astenosfääri kui pideva viskoosse kesta olemasolu ei kinnita seismoloogilised uuringud. Planeedi ehituse uurimine võimaldab tuvastada mitu sarnast vertikaalselt paiknevat kihti. Horisontaalses suunas on astenosfäär ilmselt pidev alt katkenud.
Mantli uurimise meetodid
Koore all olevatele kihtidele ei pääse ligiUuring. Tohutu sügavus, pidev temperatuuri tõus ja tiheduse kasv on tõsine probleem mantli ja südamiku koostise kohta teabe hankimisel. Planeedi ehitust on siiski võimalik ette kujutada. Mantli uurimisel saavad peamisteks teabeallikateks geofüüsikalised andmed. Seismiliste lainete kiirus, elektrijuhtivus ja gravitatsioon võimaldavad teadlastel teha oletusi aluskihtide koostise ja muude omaduste kohta.
Lisaks saab teatud teavet tardkivimite ja vahevöökivimite fragmentide kohta. Viimaste hulka kuuluvad teemandid, mis võivad isegi alumise mantli kohta palju öelda. Mantlikivimeid leidub ka maakoores. Nende uuring aitab mõista mantli koostist. Kuid need ei asenda otse sügavatest kihtidest võetud proove, kuna maakoores toimuvate erinevate protsesside tulemusena erineb nende koostis vahevöö omast.
Maa mantel: koostis
Meteoriidid on teine teabeallikas selle kohta, mis vahevöö on. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on kondriidid (planeedi kõige levinum meteoriitide rühm) koostiselt Maa vahevööle lähedased.
See peaks sisaldama elemente, mis olid planeedi tekke ajal tahkes olekus või tahkes olekus. Nende hulka kuuluvad räni, raud, magneesium, hapnik ja mõned teised. Mantlis ühinevad need ränidioksiidiga, moodustades silikaate. ATmagneesiumsilikaadid paiknevad ülemises kihis, raudsilikaadi hulk suureneb sügavusega. Alumises vahevöös lagunevad need ühendid oksiidideks (SiO2, MgO, FeO).
Teadlaste jaoks pakuvad erilist huvi kivimid, mida maakoores ei leidu. Eeldatakse, et mantlis on palju selliseid ühendeid (grospidiite, karbonaate jne).
Kihid
Vaatleme mantlikihtide pikkust lähem alt. Teadlaste sõnul asuvad ülemised maapinnast umbes 30–400 km kaugusel. Järgmine on üleminekutsoon, mis läheb veel 250 km sügavusse. Järgmine kiht on alumine. Selle piir asub umbes 2900 km sügavusel ja on kontaktis planeedi välistuumaga.
Rõhk ja temperatuur
Planeedile sügavamale liikudes temperatuur tõuseb. Maa vahevöö on ülikõrge rõhu all. Astenosfääri tsoonis kaalub temperatuuri mõju üles, seega on siin aine nn amorfses ehk poolsulas olekus. Surve all sügavamal muutub see tahkeks.
Mantli ja Mohorovici piiri uuringud
Maa vahevöö kummitab teadlasi üsna pikka aega. Laborites tehakse katseid kivimitega, mis arvatavasti on osa ülemisest ja alumistest kihist, võimaldades meil mõista vahevöö koostist ja iseärasusi. Nii leidsid Jaapani teadlased, et alumine kiht sisaldab suures koguses räni. Ülemine vahevöö sisaldab veevarusid. Ta on päritmaapõue ja tungib siit ka maapinnale.
Mohorovici pind pakub erilist huvi, mille olemust täielikult ei mõisteta. Seismoloogilised uuringud viitavad sellele, et 410 km kõrgusel maapinnast toimub kivimite metamorfne muutus (need muutuvad tihedamaks), mis väljendub lainete kiiruse järsu suurenemisena. Eeldatakse, et Mohorovići piiri piirkonnas olevad bas altkivimid muutuvad eklogiidiks. Sel juhul suureneb mantli tihedus umbes 30%. On veel üks versioon, mille kohaselt seismiliste lainete kiiruse muutumise põhjus peitub kivimite koostise muutumises.
Cikyu Hakken
2005. aastal ehitati Jaapanis erivarustusega laev Chikyu. Tema missiooniks on teha Vaikse ookeani põhja rekordsügav kaev. Teadlased teevad ettepaneku võtta proove ülemise vahevöö ja Mohorovichi piiri kivimitest, et saada vastuseid paljudele planeedi ehitusega seotud küsimustele. Projekt on kavandatud aastasse 2020.
Tuleb märkida, et teadlased ei ole lihts alt pööranud oma tähelepanu ookeanisügavustele. Uuringute kohaselt on merede põhjas maakoore paksus palju väiksem kui mandritel. Erinevus on märkimisväärne: ookeani veesamba all on mõnes piirkonnas magmast ületamiseks vaid 5 km, samal ajal kui maismaal suureneb see näitaja 30 km-ni.
Nüüd laev juba töötab: söe süvakihtide näidised on kätte saadud. Projekti põhieesmärgi elluviimine võimaldab mõista, kuidas on Maa vahevöö paigutatud, midaained ja elemendid moodustavad selle üleminekuvööndi, aga ka selleks, et selgitada välja elu leviku alampiir planeedil.
Meie arusaam Maa ehitusest pole kaugeltki täielik. Selle põhjuseks on soolestikku tungimise raskus. Kuid tehnoloogiline areng ei seisa paigal. Teaduse edusammud viitavad sellele, et lähitulevikus saame mantli omadustest palju rohkem teada.
