Maa sfääriline ehitus

Juba enne meie ajaarvamist lugesid mitmed vanaaja filosoofid Maad kerakujuliseks. Täpsemad geodeetilised mõõtmised on aga näidanud, et Maa erineb kujult kerast, kuna ta läbimõõt pooluste suunas on väiksem kui ekvaatoritasapinnas (21 km pikem). Seega on Maa tõelisele kujule lähedasem pöördellipsoid, mille pöördeteljeks on lühem telg. Veelgi paremini kui pöördellipsoid, vastab Maa tegelikule kujule geoid. Geoidiks nimetatakse ettekujutatavat pinda, mis vastab veepinnale ookeanides täieliku tuulevaikuse korral. Geoidi pind on igas punktis risti raskusjõu suunaga.

Geoidi kuju täpsem määratlemine osutus võimalikuks alles Maa tehiskaaslaste abiga, praeguseks on geoidi kuju määratud juba mõne detsimeetri täpsusega.

Maa siseehitus

Võimalus Maa sisemust otseselt vaadelda on üsna piiratud – maailma sügavaim puurauk Venemaal Koola poolsaarel ulatub 12 260 m sügavuseni. Sügavamale puurimist takistab Maa sisesoojus, mis 12 km sügavusel on umbes 180 ºC. Lisaks on geoloogidele kättesaadav kuni 300 km sügavuselt pärit vulkaaniline ja kimberliittorude materjal. See on aga kaunis tühine võrreldes Maa raadiusega (6371 km). Seega pärinevad meie teadmised Maa sisemuse kohta kaudsetest, geokeemilistest ja geofüüsikalistest allikatest. Kaudset informatsiooni saadakse Maale analoogsete või sama tekkega kehade uurimisel, eksperimentaalse petrofüüsikaga (luuakse erineva temperatuuri ja rõhuga tingimused ja jälgitakse, kuidas kivimid seal käituvad). Keemiliste meetoditega analüüsitakse materjalide koostist, füüsikaliste meetodite puhul mõõdetakse seismiliste lainete levikukiirusi ja kivimite tihedust.

Enim informatsiooni Maa sisemuse kohta annavad maavärinate poolt tekitatud seismilised lained, mis läbivad tuhandeid kilomeetreid. Seismilised lained võivad liikuda piki eri keskkondade piirpinda, need on pinnalained, või keskkonda läbida, need on kehalained. Pinnalainetel on suurem amplituud, mistõttu nendega seostuvad maavärinatega kaasnevad purustused. Maa siseehituse uurimiseks kasutatakse peamiselt kehalaineid, mida on kahte tüüpi: piki- ja ristilained. Pikilaine, mille puhul keskkond liigub laine läbimisel piki laine levikusuunda, on võimeline läbima nii tahkeid kui vedelaid keskkondi. Ristilaine, mille suhtes aines liigub risti laine levikusuunaga, ei läbi vedelaid keskkondi ning selle levikukiirus on ligikaudu 1,7 korda väiksem kui pikilainel. 

Seismiliste lainete levimiskiiruse järgi jaotatakse Maa siseosa kolmeks peamiseks vööndiks või kihiks: maakoor, vahevöö ja tuum (sisemine ja välimine) (joonis 1). Seismiliste lainete levimiskiirus maakoores kõigub 2-7 km/s, vahevöös 8-14 km/s ja tuumas 8-11 km/s.

Joonis 1. Maa ehitus.

Maakoor jaguneb ookeanilist ja mandrilist tüüpi kooreks. Ookeaniline maakoor moodustab maailmamere põhja ning koosneb kivimitest, mis on tekkinud astenosfääri kivimite ülessulamisel moodustunud basaltse magma tardumisel. Mandriline maakoor moodustab mandreid ning koosneb mitmesugustest tard-, sette- ja moondekivimitest. Maakoore paksus on keskmiselt 25-40 km mandrite all ja kuni 75 km kõrgmäestike all ning ookeanilise koore paksus kõigub 3 kilomeetrist ookeanide keskahelike all kuni 15 km ookeanide äärtel. Maakoort eraldab vahevööst nn Moho pind (Mohorovičiči piirpind), mis sai oma nime Jugoslaavia geofüüsiku A. Mohorovičiči järgi. Moho pind kulgeb seal, kus kivimite tihedus ja seepärast ka seismiliste lainete levimiskiirus hüppeliselt suurenevad.

Vahevöö jaguneb üla- ja süvavahevööks. Ülavahevöös eristatakse kivimite osalise (kuni 25%) ülessulamise vööndit – astenosfääri, mille ülemine piir paikneb keskmiselt 50 km sügavusel ookeanide all ja 200 km sügavusel mandrite all (joonis 2). Kokkuleppeliselt loetakse astenosfääri alumiseks piiriks sügavust 670 km. Astenosfääri peale jääv kivimkest kannab litosfääri nimetust. Mööda plastilist astenosfääri liiguvad jäigad litosfääri laamad.

Joonis 2. Maa koor, litosfäär ja ülavahevöö.

Maa vahevöö ja välistuuma piir on umbes 2900 km sügavusel. Seal muutub seismiliste lainete käitumine – pikilainete kiirus langeb 14-lt umbes 10 km/s, ristilained aga enam üldse ei levi. Kuna ristilained vedelikest läbi ei tungi, siis oletatakse, et Maa välistuum on vedelas olekus. Kui vahevöö koosneb peamiselt raua- ja magneesiumirikastest silikaatidest, siis maa tuum koosneb raua ja nikli sulamist, välistuum on vedel ja sisetuum tahkes seisundis. Süvavahevöö ja välistuuma piiril eristatkse õhukest vahekihti (D-kiht), milles käib ainevahetus tuuma ja vahevöö vahel.