Vahevöö mikrolaineahjus: teadlased kiiritasid teaduse huvides tehis-Maad
Vahevöö selline mudel võib aidata välja selgitada, kas sügaval Maa sisimas leidub tegelikult mõni kuumust kiirgavate radioaktiivsete elementide varjatud kogum, kinnitas möödunud nädalal Ameerika geofüüsikaliidu aastakoosolekul Pariisi geofüüsikainstituudi füüsik Angela Limare.
Maa vahevöö on üks suur vastamata küsimuste sulakivimitiik. Tuuma ja maakoore vahel paiknev kivimikoorik moodustab neli viiendikku meie planeedist, kuid meie teadmised selle kohta on kõige puudulikumad. Kuna vahevöö saab alguse 8–32 kilomeetri sügavusel maapinna all ja ulatub umbes 2900 kilomeetri sügavusele, pole teadlastel võimalik puurida nii sügavat auku, et õnnestuks määrata selle koostist, elementide jaotumist või voolamise dünaamika peensusi.
Selle asemel rakendatake tihtipeale nn seismilist tomograafiat — protsessi, mille käigus läkitatakse seismilisi laineid läbi planeedi ja tehakse nende tagasipeegeldumistrajektooride põhjal järeldusi selle ehituse kohta. Vulkanoloogidel on võimalik analüüsida ka Maa vahevöös asuvatest süvakonvektsioonidest (ingl mantle plume) üles tulvavat ja vulkaanide kaudu väljuvat magmat, märkis Limare.
Üks konkreetne küsimus on teadlaseid hämmeldanud juba pikka aega. Nimelt toodab Maa umbes 46 teravati jagu kuumust. On välja arvutatud, et umbes kaheksa teravatti sellest soojusenergiast pärineb vahevöö pinnal triivivast mandritealusest maakoorest ja et Maa magnetvälja alal hoidev tuum lisab omalt poolt veel 10–16 teravatti. See tähendab, et umbes poole kogu maakera sisemisest soojusest peavad lagunemise käigus tekitama vahevöös leiduvad radioaktiivsed elemendid.
Probleem on aga selles, et seismiliste tomogrammide põhjal paistavad radioaktiivsed elemendid olevat ühtlaselt jaotunud kogu vahevöös (välja arvatud kõige ülemises ja kõige alumises kihis) ning nähtavasti on nende radioaktiivsete elementide kontsentratsioon ülejäänud energia tootmiseks liiga madal, nentis Limare.
Vahevöö põhjakihis on seismo-tomograafia abil siiski täheldatud kaht aegalselt liikuva ainese piirkonda, mille keemiline koostis peab olem teistsugune kui ülejäänud vahevööl. Seetõttu on mõned teadlased välja pakkunud hüpoteesi, mille kohaselt asub sügaval vahevöö all puuduolevat energiat tekitav radioaktiivsete elementide reservuaar. Kui selline varjatud reservuaar on olemas, peab see olema väga stabiilne ega tohi pidevalt “podiseva” ülejäänud vahevööga seguneda, muidu oleks see seismilise tomograafia abil juba avastatud, rõhutas Limare.
Niisiis otsustasid Limare ja kolleegid probleemile praktilisemalt läheneda. Nad matkisid Maa vahevööd 30 × 30 × 5 sentimeetri suuruse tüki geelja hüdroksüetüül-tselluloosiga, mida kosmeetikatööstuses tuntakse nimetuse Natrosol all. Esmapilgul ei tohiks väiksel törtsul viskoossel vedelikul olla palju ühist ligi 3000 kilomeetri paksuse kihi liivase kivimiga, millest vahevöö koosneb.
Kuid geeli teatud parameetreid, nt sügavust, pikkust, viskoossust ja temperatuuri hoolikalt kalibreerides õnnestus uurijail konstrueerida vähendatud mõõtkavas mudel, mis soojus- ja vedelikujuhtivuse poolest on väga sarnane vahevööle. Limare töörühm otsustas hüdroksüetüül-tselluloosi kasuks, kuna selle viskoossust on väga lihtne lisatava vee kogust muutes timmida ja samas on materjali väga lihtne soola lisamisega tihedamaks või alkoholi lisamisega vähem tihedaks muuta. Samuti oli sellest materjalist lihtne valmistada üksteise kõrvale mitu eri omadustega “vahevöö” kihti.
Järgmiseks matkisid teadlased äärmiselt ühtlast vahevöö-sisest radioaktiivsete elementide põhist soojusteket. Selleks võeti appi köögiriist, milliseid leidub paljudes majapidamistes — mikrolaineahi! Nimelt sisenevad mikrolained toiduainetesse, neelduvad neis ja tekitavad selle protsessi käigus sisemist kuumust.
Hoolimata mõnedest erinevustest nagu tuuma pinna ja maakoore alumise kihiga kokkupuutumisel tekkiva hõõrdumise puudumine on mudel juba teadlastele üht-teist olulist õpetanud. Näiteks selgus, et kui teadlased mudeldasid vahevööd koos tiheda, madala viskoossusega “salareservuaariga”, hakkasid vahevöö pinnalt põhja poole liikuma kuumusevood. Piisavalt sügavale vahevöösse tungides võivad need häirida vahevöö põhjas paiknevate radioaktiivsete elementide varjatud reservuaaride stabiilsust. See tähendab, et kui peidetud reservuaarid on olemas, ei saa nende tihedus, viskoossus ja muud parameetrid olla samasugused nagu destabiliseerumisrežiimil vahevöö-mudelil.
