Maan rakenne on jaettu kerroksiin, jotka eroavat sekä fysikaalisilta että kemiallisilta ominaisuuksiltaan. Uloin, kiinteä kerros on kuori, sen alapuolella on erittäin viskoosi ja osin plastinen vaippa, sitä syvemmällä on nestemäinen ulkoydin ja keskustassa kiinteä sisäydin. Maapallon muoto on pallomainen sfäärin muotoinen, mutta se on hieman litistynyt navoilla ja pullistunut päiväntasaajalla. Kerrosten rajat ja niiden ominaisuudet on paljastettu pääasiassa seismisten aaltojen avulla: seismografit näyttävät, miten tärinät heijastuvat ja taittuvat eri kerroksista maanjäristysten aikana. Maankuoren ja vaipan välinen raja tunnetaan yleisesti nimellä Moho (Mohorovičićin epäjatkuvuus) — tässä artikkelissa mainitaan se myös yksinkertaisesti mohoksi.

Kerrokset yksityiskohtaisemmin

  1. Kuori

    Maankuori on maapallon uloin kiinteä kerros ja koostuu pääasiassa silikaateista. Kuoren kemiallinen koostumus on raskaustasoltaan kevyempi kuin alempana olevan vaipan: se sisältää runsaasti piistä, happea ja alumiinia, minkä vuoksi sitä kutsutaan myös sialiksi (Si + Al) tai felsiseksi. Kuori esiintyy kahtena päätyyppinä:

    • Mantereen kuori: paksumpi, keskimäärin noin 30–70 km (paikoin jopa yli 70 km), koostuu pääosin felsisistä kivistä.
    • Valtamerikuori: ohuempi, yleensä noin 5–10 km paksu, koostuu enemmän mafisista kivistä (raskaimmat silikaatit).

    Kuori ja vaipan ylimmäinen kiinteä osa muodostavat yhdessä litosfäärin (kova, direct layer), joka jakautuu manner- ja valtamerilaattoihin.

  2. Vaippa

    Maan vaippa on kuoren alapuolella oleva laaja kerros, joka ulottuu suunnilleen 35 km:n syvyydestä noin 2 890 km:iin asti. Vaipan kemia poikkeaa kuoren koostumuksesta: siinä on runsaasti happea ja piitä mutta myös raskaampia alkuaineita, kuten magnesiumia, minkä vuoksi sitä kutsutaan usein simaksi (Si + ma = magnesium) tai mafiseksi.

    1. Ylävaippa

      Vaipan ylin osa on pääosin kiinteää kivipitoista ainetta, kuten peridotiittia. Tämän kerroksen ylin osa yhdistyy kuoreen muodostaen litosfäärin. Litosfäärilaatat liikkuvat hitaasti ja kelluvat niiden alapuolella olevan puoliksi sulan kerroksen päällä.

    2. esthenosfääri

      Ylävaipan alapuolella on heikompi, osin plastinen alue, joka on linkitetty magmaattiseen liikkuvuuteen ja laattojen liikkeeseen. Linkin nimitys on tässä tekstissä esthenosfääri (usein kirjoitetaan myös astenosfääri). Tätä kerrosta pidetään osittain sulana tai erittäin viskoosina, mikä mahdollistaa litosfäärilaattojen liukumisen sen päällä.

    3. Välivyöhyke (siirtymävyöhyke)

      Noin 410–660 km syvyyden välillä muutoksina ilmenee mineraalien kiteytymis- ja tiheysmuutoksia, jotka vaikuttavat aaltojen kulkuun ja vaipan dynamiikkaan.

    4. Alempi vaippa

      Alempi vaippa ulottuu siirtymävyöhykkeestä vaipan alapintaan (noin 2 890 km syvyyteen). Se on tiheämpää ja kuumempaa, ja siellä tapahtuu hitaampaa konvektioliikettä, joka on tärkeää lämmön siirrossa kohti pintaa. Kokonaisuudessaan vaippa muodostaa suurimman osan Maapallon tilavuudesta ja massasta.

  3. Ydin

    Maapallon ydin koostuu pääasiassa raudasta ja nikkelistä. Ydinosiot voidaan jakaa kahteen pääosaan: nestemäinen ulkoydin ja kiinteä sisäydin. Koko ytimen alkukoostumus on rautapainotteinen, ja sen lämpötilaarviot ulottuvat useisiin tuhansiin asteisiin (arviolta noin 5 000–6 000 °C sisäydimessä).

    1. Ulkoydin

      Ulkoydin on nestemäinen kerros, joka ulottuu noin 2 890 km:n syvyydestä noin 5 150 km:n syvyyteen. Nestemäisen raudan ja nikkelin liike ja konvektio yhdessä maan pyörimisliikkeen kanssa synnyttävät geodynamosysteemin, joka ylläpitää Maan magneettikenttää.

    2. Sisäydin

      Sisäydin on Maapallon keskellä oleva kiinteä, pääosin rauta-nikkeli-seos, joka ulottuu noin 5 150 km syvyydestä keskustaan (~6 371 km). Vaikka lämpötilat ovat erittäin korkeat, paine on niin suuri, että aine pysyy kiinteässä muodossa. Sisäytimen ja ulkoytimen välinen raja näkyy selkeästi seismisissä havainnoissa.

Miten tiedämme tästä?

Kerrosten rajat ja ominaisuudet on paljastettu pääasiassa seismografien ja seismisten aaltojen (P- ja S-aaltojen) tutkimuksen avulla: aaltojen nopeudet muuttuvat eri materiaaleissa ja ne heijastuvat tai taittuvat rajapinnoissa, kuten Moho-pinnassa ja vaipan/ytimen rajalla. Lisäksi magneettikentän ominaisuudet, painovoimamittaukset, maanläheiset näytteet (kuten vulkaaniset kivet ja mantelin xenoliitit) sekä laboratoriokokeet korkeissa lämpötiloissa ja paineissa tukevat käsitystä kerroksista.

Näiden ilmiöiden täydellinen selitys ei ole vielä täysin varma. Näyttää siltä, että korkea lämpötila ja paine aiheuttavat muutoksia mineraalien kiteytymisessä, joten koostumus saattaa olla eräänlainen vaihteleva seos osittain sulasta aineesta ja kiteistä; tutkimus jatkuu jatkuvasti uusien havaintojen ja mallien myötä. Lisätutkimus auttaa ymmärtämään tarkemmin vaipan konvektiota, ytimen dynamiikkaa ja Maan pitkän aikavälin lämpökehitystä.