Maa on dünaamiline planeet. See on valmistatud kihtidest: koorest, mantlist ja südamikust. Mantel ise on huvitav tsoon, millel on erinevused ülemise ja alumise mantli vahel. See aitab õppida ülemise mantli ja alumise mantli määratlust koos nende eristavate omadustega, et paremini mõista Maa geoloogilist käitumist.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Mantel on maakoore kiht maakoore või pinna ja sisemise südamiku vahel. Ülemine ja alumine mantel erinevad üksteisest asukoha, temperatuuri ja rõhu poolest.
Maa kihid
Võib-olla mäletate, et tegite savist maakooli mudeli klassikoolis. Sellel mudelil oleks lõik, millel oleks ilmselt kolm erinevat kihti: koor, mantel ja südamik. Maa sisemise koosseisu tegelik olemus on siiski keerulisem.
Äärmine õhuke kiht, mida nimetatakse koorikuks, on Maa elu. See on pind, millel kõnnite, ning mäed ja muud maastikud, mida näete. Nii suur kui see kiht ka ei tundu, moodustab koor ainult umbes ühe protsendi planeedist.
Mantel asub koore all. See piirkond moodustab Maast umbes 84 protsenti. Koor ja osa ülemisest mantlist liiguvad Maa siseruumides kuumuse tagajärjel tekkiva konvektsiooni tõttu ringi. Seda nimetatakse plaattektoonikaks. See tektooniliste plaatide liikumine põhjustab maavärinaid ja moodustab mägesid. Soojus tekib Maa sügaval asuvate elementide radioaktiivsest lagunemisest. Aja jooksul muutis see konvektiivne tegevus mandrite paigutust. Materjali järkjärguline tõusmine ja langemine mantlisse võib purskavate vulkaanide kaudu magma esile tuua. Ülemise ja südamiku vahel asub alumine mantel.
Alumise mantli all moodustab südamik Maa keskosa ja sisaldab peamiselt rauda ja niklit. Selle välimine kiht on vedel, kuid sisemine kiht on uskumatu rõhu tõttu tahke. Arvatakse, et see südamik pöörleb kiiremini kui teised planeedi kihid. Eeldatakse, et see koosneb peamiselt rauast, kuid uued avastused näitavad mineraalide kummalist käitumist. Teadlaste arvates tuleneb Maa magnetväljade allikas sulanud välise südamiku konvektiivsest toimest, mis võib tõrjuda voolavaid elektrivoolusid.
Mantli ülemine määratlus
Ülemine mantli määratlus on lihtsalt maakoore all olev kiht. Mantli koostis koosneb enamasti tahketest silikaatidest. On aga sulanud alasid. Seetõttu öeldakse, et ülemine mantel on viskoosne, millel on nii tahked kui ka plastilised omadused. Ülemine mantel koos koorega sisaldab nn litosfääri. Litosfääri paksus on umbes 120 miili või 200 kilomeetrit. Siin on tektoonilised plaadid olemas. Litosfääri alt leiate astenosfääri. Litosfäär libiseb sisuliselt üle astenosfääri tektooniliste plaatidena. Ülemise mantli sügavus jääb vahemikku 250–410 miili (403–660 km). Selles sügavuses võib kivi vedeleda magmaks. Seejärel tõuseb magma konvektsiooni tõttu ja levides moodustab see ookeanipõhja kooriku. See enamasti silikaatmagma sisaldab ka lahustunud süsinikdioksiidi. Selle kombinatsiooni tulemusel sulavad kivimid madalamatel temperatuuridel kui süsinikdioksiidita.
Madalama mantli määratlus
Alumise mantli määratlus on maa sees asuv piirkond, mis asub ülemise mantli all. Sellel tasemel on rõhk palju suurem kui ülemises mantlis, nii et alumine mantel on vähem viskoosne. Ainuüksi alumine mantel moodustab umbes 55 protsenti Maa mahust. Alumine mantel on umbes 410 kuni 1796 miili (või 660 kuni 2891 km) sügav. Selle ülemjooks, vahetult ülemise mantli all, moodustab üleminekutsooni. Südamiku-mantli piir on määratletud alumise mantli sügavas punktis. Alumine mantelkompositsioon koosneb rauarikkast perovskiidist, ferromagneesilisest silikaatmineraalist, mis on kõige levinum silikaatmineraal Maal. Kuid nüüd arvavad teadlased, et perovskiit eksisteerib erinevates olekutes, sõltuvalt madalama mantli temperatuurist ja rõhust. Alumine mantel kogeb erakordset survet, mis mõjutab mineraalide käitumist. Ühes perovskiidi faasis ei oleks näiteks rauda, veel üks võimalik faas oleks rauarikas ja sellel oleks kuusnurkne struktuur. Seda nimetatakse H-faasiliseks perovskiidiks. Teadlased jätkavad võimalike eksootiliste uute mineraalide uurimist madalama mantli sees. Ilmselgelt lubab see piirkond huvitavaid uusi avastusi järgmisteks aastateks.
Võrrelge mantli kahte ülemist kihti ja vastandage neid
Seismoloogia teadus aitab mõista Maa sisemist struktuuri. Seismoloogia andmed võivad anda andmeid mantli sügavuse, rõhu ja temperatuuri ning nendest tulenevate mineraalide muutuste kohta. Teadlased saavad mantli omadusi uurida seismilise laine kiiruse kaudu pärast maavärinaid. Need lained liiguvad kiiremini tihedamas materjalis, kus on suurem sügavus ja rõhk. Nad saavad uurida mantli elastsete omaduste muutusi piiridel, mida nimetatakse seismilisteks katkestusteks. Seismilised katkestused tähistavad seismiliste lainete kiiruse järsku hüpet üle piiri. Seal, kus mantlis võib leida perovskiiti, on seismiline katkestus, mis eraldab alumist mantlit ülemisest mantlist. Nende erinevate meetodite, aga ka laborikatsete ja simulatsioonide abil on võimalik mantli kahte ülemist kihti võrrelda ja vastandada. Ülemise ja alumise mantli vahel on kolm erinevat erinevust.
Esimene erinevus ülemise ja alumise mantli vahel on nende asukoht. Ülemine mantel liitub koorega, moodustades litosfääri, samas kui alumine mantel ei puutu koorikuga kunagi kokku. Tegelikult on leitud, et ülemine mantel sisaldab teatud piirkondades pisaraid, näiteks India tektoonilist plaati, mille kokkupõrge Aasia tektoonilise plaadiga on põhjustanud palju hävitavaid maavärinaid. Need rebendid esinevad ülemise mantli mitmes kohas. Nende pisarate kohal asuvad koorealad puutuvad kokku rohkem mantli kuumusega kui muud piirkonnad ja nendes soojema koorega piirkondades pole maavärinad nii levinud. Uuringute tõendid viitavad sellele, et Lõuna-Tiibetis on koor ja ülemine mantel tugevalt seotud. Selline teave võib aidata maavärinaohu hindamisel.
Temperatuur on üks mantli kahe ülemise kihi erinevustest. Ülemise mantli temperatuur on vahemikus 932–1652 kraadi Fahrenheiti (või 500–900 kraadi Celsiuse järgi). Mantli madalam temperatuur ulatub seevastu üle 7230 kraadi Fahrenheiti või 4000 kraadi Celsiuse järgi.
Rõhk on üks suur erinevus ülemise ja alumise mantli vahel. Ülemise mantli viskoossus on suurem kui alumise mantli viskoossus. Seda seetõttu, et ülemisel mantlil on vähem survet. Alumise mantli rõhk on palju suurem. Tegelikult on alumise mantli rõhk vahemikus 237 000 korda suurem kui 1,3 miljonit korda suurem kui atmosfäärirõhk! Kui alumise mantli temperatuur on tunduvalt kõrgem ja võib kive sulatada, takistab suurem rõhk palju sulamist.
Tähtis on uurida Maa kihtide omadusi, et paremini mõista, kuidas nende vastastikune mõju mõjutab elu pinnal. Parem teadmine ülemisest ja alumisest mantlist võib aidata maavärina ohtu. Geoloogid saavad rohkem teada sulavate kivimite viskoossuse ja nende omaduste kohta suureneva rõhu ja sügavuse korral. Maa kihtide mõistmine aitab kindlaks teha ka Maa moodustumise. Kui inimesed ei saa veel Maa sügavust nii ära kasutada, nagu nad saavad hakkama merede ja kosmosega, võimaldavad teadlased ennustada ülemise ja alumise mantli eksootilisi omadusi.