Teadlased teoreetiliselt väidavad, et Maa sisemuses on tingimused eriti kuumad ja äärmiselt survestatud. See võimaldab peamiselt raua ja nikli südamiku jagada tahke sisemise piirkonna ja vedela välimise piirkonna vahel. Arvatakse, et selle tuuma dünaamika juhib meie planeedi kaitsvat magnetosfääri, mistõttu on teadlased otsustanud parandada oma arusaamist sellest.
Tänu rahvusvahelise teadlaste meeskonna poolt läbi viidud uutele uuringutele näib, et tuumikpiirkond saab ka oma õiglase osa lumest! Teisiti öeldes näitasid nende uuringud, et välimise südamiku sees tahkuvad pisikesed rauaosakesed ja kukuvad, moodustades välimise südamiku peal kuni 320 km (200 miili) paksused vaiad. Need leiud võiksid märkimisväärselt parandada meie arusaamist jõududest, mis mõjutavad kogu planeeti.
Uuringu viis läbi Austini Texase ülikooli Jacksoni geoteaduste kooli teadlaste meeskond, keda juhtis Sichuani ülikooli aatom- ja molekulaarfüüsika instituudi professor Youjun Zhang. Nende uurimistööd kirjeldav uurimus avaldati ajakirja 23. Detsembri numbris Geofüüsikaliste uuringute ajakiri (JGR) Solid Earth.
Maa sügavuse uurimine ei ole lihtne ülesanne, kuna maapinnale tungiv radar ei saa tuvastada, et sügav ja otsene proovivõtt on täiesti võimatu. Selle tulemusel on teadlased sunnitud seismoloogia teaduse kaudu uurima Maa sisemust - s.t geoloogilise tegevuse käigus tekkivate ja planeeti regulaarselt läbivate helilainete uurimist.
Neid laineid mõõtes ja analüüsides suudavad geoloogid saada parema pildi interjööri struktuurist ja koostisest. Viimastel aastatel on nad täheldanud lahknevust Maa tuuma seismiliste andmete ja praeguste mudelite vahel. Põhimõtteliselt liiguvad mõõdetud lained välimise südamiku aluse läbimisel oodatust aeglasemalt ja sisemise südamiku idapoolkeral liikudes kiiremini.
Selle mõistatuse lahendamiseks tegid prof Zhang ja tema kolleegid ettepaneku, et välistuumas võiksid toimuda rauaosakeste kristalliseerumine, luues „lumikattega” sisemise südamiku. Teooria, et sisemise ja välimise südamiku vahel on lägakiht, pakkus esmakordselt välja S. I. Braginskii 1963. aastal, kuid lükati see tagasi südamikus valitsevate teadmiste tõttu kuumuse ja rõhu tingimuste kohta.
Kasutades rea tuumalaadsete materjalidega tehtud katsete seeriat ja hilisemaid teaduslikke uuringuid, suutsid prof Zhang ja tema meeskond näidata, et kristalliseerumine välimises tuumas on tõepoolest võimalik. Lisaks leidsid nad, et umbes 15% välimise südamiku alumisest osast võiks olla valmistatud raudpõhistest kristallidest, mis lõpuks langevad ja settivad tahke sisemise südamiku peale.
"See on omamoodi veider asi, mille üle mõelda," ütles Tenessee ülikooli abiprofessor Nick Dygert, kes aitas uurimistööd läbi viia JSG-ga järeldoktoriõppe raames. "Teil on välimise südamiku kohal kristalle, mis lumesulavad sisemisele südamikule mitmesaja kilomeetri kaugusel."
Nagu professor Jung-Fu Lin (teine uuringu kaasautor) selgitas, on see sarnane sellele, kuidas vulkaanide sees tekivad kivimid. "Maa metalliline tuum töötab nagu magmakamber, millest me koorikus paremini teame," sõnas ta. Meeskond võrdles isegi protsessimütsi, mis põhjustab Maa välissüdamikus rauaosakeste hunnikute moodustumist Maa pinnale lähemal asuvate magmakambrite sees.
Kui mineraalide tihendamine loob magmakambrites nn kumulatiivse kivimi, siis rauaosakeste tihendamine Maa sisemuses aitab kaasa sisemise südamiku kasvule ja välimise südamiku kokkutõmbumisele. Nende osakeste akumuleerumine välimise südamiku vastu võtab arvesse seismilisi aberratsioone, kuna ida- ja läänepoolkera vaheline paksuse erinevus seletaks kiiruse muutust.
Arvestades südamiku mõju kogu planeedil esinevatele nähtustele - nagu eelpool mainitud magnetosfäär ja tektoonilist aktiivsust soodustav kuumus -, on selle koostise ja käitumise tundmaõppimine oluline, et mõistaksime nende suuremate protsesside toimimist. Selles osas võiks prof Zhangi ja tema kolleegide tehtud uurimus aidata lahendada pikaajalisi küsimusi Maa sisemuse ja selle kujunemise kohta.
Nagu ütles UC Berkley geoteaduste professor Bruce Buffet, kes uurib planeetide interjööre (ega olnud uuringuga seotud):
„Mudelprognooside seostamine anomaalsete vaatlustega võimaldab meil teha järeldusi vedeliku tuuma võimalike koostiste kohta ja võib-olla ühendada see teave planeedi tekkimise ajal valitsenud tingimustega. Lähteolukord on oluline tegur, et Maa saaks planeediks, mida me tunneme. ”
Arvestades seda, kuidas arvatakse, et Maa magnetosfäär ja selle tektooniline aktiivsus mängisid olulist rolli elu tekkimises ja evolutsioonis, võib meie planeedi sisemuse dünaamika mõistmine aidata ka potentsiaalselt elamiskõlblike eksoplaneetide jahtimisel - rääkimata ekstra- maapealne elu!
Teadusuuringuid rahastasid Hiina Riiklik Loodusteaduste Fond, keskülikoolide alusuuringute fondid, Jacksoni geoteaduste kool, riiklik teaduse fond ja Sloani fond.
