1. osa: Maa ja taevas

1. peatükk: Maa

Inimkonna esimeseks suureks kosmoloogiliseks avastuseks oli Maa kerakujulisuse tunnetamine. Seda, et merepind on kumer, pidid meresõitjad tahes-tahtmata märkama. Millal ja kus tehti esimest korda selle fakti üldistus kogu maailmale, pole teada. Ilmselt Vana-Kreekas, sest just sealt, 240. a. enne Kristust, on pärit Maa ümbermõõdu hindamine Eratosthenese poolt (joonised 3, 4). Geomeetriat hindavate kreeklaste jaoks oli kera ideaalseim mateeria vorm ja sobis seetõttu suurepäraselt nende maailma mudeliks. Ja õige ta ju oligi. Täiendav tekst: Kui kaugel on silmapiir? XVII -- XVIII sajandi suurte maadeavastuste käigus uuriti-mõõdeti seda kera üsna põhjalikult. Tänapäeval teame, et Maa on pisut lapik (poolustevaheline kaugus on 43 km ehk umbes 1/300 võrra väiksem läbimõõdust ekvaatori kohal). Väikesi kõikumisi on ka ekvatoriaalses läbimõõdus, kuid need on saja meetri piires ja jäävad selgelt alla kohalikele pinnavormidele. Maa lapikus on hästi seletatav pöörlemisega. Nii suurte mõõtmetega taevakeha ei saa olla täiesti tahke: tuhandete kilomeetrite sügavuses lõhub rõhk meile harjumuspärase tahkete ainete kristallstruktuuri; koos kõrge temperatuuriga tagab see kivimite voolavuse. Iseenda raskuse mõjul omandab selline ollus kosmose kaalutuse tingimustes kera kuju; pöörlemisel tekkiv tsentrifugaaljõud, tasakaalustades ekvaatoril gravitatsiooni, muudab taevakeha telje suunas kokkusurutuks. Niisugust keha nimetavad matemaatikud pöördellipsoidiks (tekib ellipsi pöörlemisel ümber lühema telje) ja kõik planeedid (asteroidid, kaaslased), mille läbimõõt on suurem viiesajast kilomeetrist, on sellise kujuga. Ka Maa ookeanide üsna ühtlane sügavus kõigil laiuskraadidel räägib tasakaalulise kuju kasuks. Täiendav tekst: Veekera Miks Maa pöörleb? Seda ja paljusid teisi küsimusi on otstarbekas käsitleda üheskoos ülejäänud seitsme planeediga. Küll aga vajavad selgitust maapealsed pinnavormid ning atmosfäär. Tegelikult pole see eriti astronoomiline probleem -- kogu meie poolt uuritud Maa osa piirdub umbes 20 kilomeetri paksuse kihiga (12 km sügavusest 9 km kõrguste mägedeni, ka puuraugud ei ole palju sügavamad), mis on vaid kolmandik protsenti meie koduplaneedi rohkem kui 6000-kilomeetrisest raadiusest. Maa siseehituse kohta tuleb leppida kaudsete andmetega. Teades maakera massi ja mõõtmeid, saame arvutada tiheduse. Tulemus -- 5520 kg/m3 -- on tunduvalt suurem maakoore koostisse kuuluvate kivimite omast. Järelikult on Maa sisemusse kogunenud raskemad mineraalid. Teine kaudne allikas on maavärinate levimine. Maavärina koldes tekivad kaht tüüpi lained, mis levivad Maakera sisemusse. Neist ristlainetus levib ainult kindla kauguseni, pikilained aga tungivad läbi kogu Maa vastaspoolele välja. Et ristlained ei levi vedelikus, peab aine Maa sisemuses olema vedelas olekus. Kõiki olemasolevaid andmeid kasutades pakuvad geofüüsikud välja järgmise "mudeli". Maakoore all asub tahke, umbes 2900 km paksune kiht, mida nimetatakse mantliks, ka vahevööks. Mantel koosneb rauda ja magneesiumi sisaldavatest mineraalidest ja on tahkes olekus. Selle all on 2200 km paksune vedela aine kiht, mis koosneb vähese niklisisaldusega rauast (sellise koostisega on kosmosest Maale langevad raud-nikkelmeteoriidid). Kõige all on jällegi tahke tuum, arvatavasti sama koostisega, mis vedelal kihil. Tahkes olekus on selle aine tänu suuremale rõhule. Rauarikast tuuma peetakse ka Maa suhteliselt tugeva magnetvälja põhjustajaks. "Kortsud" maakera pinnal peegeldavad tema sisemist aktiivsust. Maa sisemus pole rahulik, vaid aeglases liikumises. Seda kinnitab mandrite triiv (nendevaheliste kauguste muutumine), maavärinad ja vulkaanipursked. Tahke maakoor paindub ja praguneb selle liikumise käigus; tekivad mäed ja sügavikud, energia aga eraldub vulkanismi kaudu. Muidugi pole see nii lihtne, üksikasjades on palju küsitavat, aga põhijoontes on teadlased-geofüüsikud oma arusaamades ühel meelel. Pealegi on analoogilised struktuurid (mandrilavad neid ääristavate mäeahelikega ning vulkaanid) vaadeldavad ka Marsil ja Veenusel. Atmosfäär seevastu on Maal eriline. Kui võrrelda seda näiteks lähima naabri Veenusega (meie omale väga sarnane planeet, mass 80% ja kaugus Päikesest 72% Maa omast), on erinevus vapustav:   Maa Veenus Rõhk pinnal 1 atm 90 atm Koostis: (protsentides kuivast õhust) lämmastik 78 % 2 % hapnik 21 % -- süsihappegaas 0.03 % 97 % veeaur kuni 4 % 0.1 % inertgaasid 0.95 % ? Et Marsi hõre atmosfäär on koostiselt sarnane Veenuse omale, tuleb süsihappegaasi puudumist ning vaba hapniku suurt hulka seletada Maa kui planeedi iseärasustega. Kuna lämmastiku kogumass Maal ja Veenusel on ligikaudu sama, peame leidma mehhanismi süsihappegaasi kõrvaldamiseks atmosfäärist. Pikka aega arvati, et süüdi on taimestik, mis, tarvitades süsihappegaasi, eraldab hapnikku. "Kadunud" gaasi suur hulk sunnib siiski eelistama süsihappegaasi keemilist sidumist vee abil. Tänu sobivale kaugusele Päikesest ning paraja suurusega massile eksisteerib vesi Maa pinnal (ainsana Päikesesüsteemi planeetidest!) vedelas olekus. Nii vesi kui süsihappegaas tekivad vulkaanilise tegevuse käigus; viimase hea lahustuvus muudab ookeanivee nõrgaks, kuid keemiliselt aktiivseks süsihappeks, mis, reageerides kivimitega, viib gaasilise süsihappegaasi järk-järgult kivimeisse. Puhastuse viivad lõpule taimed ja praegune atmosfääri koostis väljendabki seda äärmist piiri, kus süsihappegaasi lagundamine taimedes veel energeetiliselt võimalik on. Kui süsihappegaas on eemaldatud, annab Veenuse kaks protsenti lämmastikku parasjagu Maa praeguse tihedusega atmosfääri. Mis hapnikku puutub, siis selle keemiliselt üliaktiivse gaasi teke keemilisel teel on võimatu. Jääb vaid bioloogia -- toosama fotosüntees rohelistes taimelehtedes. Peaasjalikult siiski vetikates. Kui stabiilsed on Maa füüsikalis-keemilised tingimused? Kui kosmilisest seisukohast lähtuda, siis ilmselt piisavad elu säilitamiseks enam kui kolme miljardi aasta vältel. Mis puutub inimtegevusse, siis siin on kõige ohtlikumaks üha laienev energiatootmine. Kui toodetav energiahulk hakkab lähenema Päikeselt saadavale, peab selle energia ruumi kiirgamiseks Maa temperatuur tõusma. Milleni see viib, püüavad teadlased ennustada. Täiendav tekst: Maakera soojusmasinana Tõenäoliselt tuleb energiatootmist tulevikus kas piirata või viia see kosmosesse. Praegune energeetika tase, kus inimkonna poolt toodetav energia (4*1020 J/aastas) moodustab vähem kui kümnetuhandiku Päikeselt tulevast energiast (5.6*1024 J/aastas), lubab siiski mõnda aega vanaviisi jätkata. Muidugi võib Maa hävida ka kosmilise katastroofi (põrge küllalt suure taevakehaga) või siis ülitsivilisatsioonide sõjalise kokkupõrke tagajärjel. Et seda seni pole juhtunud (põrkeid kosmiliste kehadega, nagu asteroidid ja komeedid, on aeg-ajalt ette tulnud), võime sellise "maailma lõpu" suhtes üsna rahulikud olla. Kindlasti võib maailma lõppu oodata umbes viie miljardi aasta pärast, kui Päike läheb hiidtähe staadiumi. Peaaegu Veenuse orbiidini ulatuv hõõguvkuum Päike jätaks üsna vähe võimalusi praeguse elukeskkonna säilitamiseks.

Joonised 1, 2. Merepinna kumeruse tõestus: laeva ilmumine silmapiiri tagant. [ Animatsioon ] Joonised 3, 4. Maakera mõõtmine aastal 240 e.Kr. samba varju abil: Assuanis on Päike otse pea kohal, Aleksandrias heidavad esemed varju (Erathosthenese meetod). Joonis 5. Veel üks tõestus Maa kerakujulisuse kohta: ümbermaailmareis. Foto 1. Maa kosmosest. Joonis 6. Maa siseehitus, tuletatud maavärinate levimise järgi. Varjutsooni olemasolu ja ristlainete kadumine viitavad vedelale tuumale. Sisemine tahke tuum on hüpotees, mis peab põhjendama Maa magnetvälja. Joonis 7. Plaatide tektoonika -- mandrilaamade triiv magmapööristel. Punktis A toimub laamade eraldumine, punktis B laamade liitumine (vt. järgnevaid fotosid). Foto 2. Laamade eraldumine: Punane meri Aafrika ja Araabia vahel on tulevane ookean. Foto 3. Laamade liitumine: Himaalaja mäestik Hiina ja India vahel. Pildi keskel on kõrgeim mägi -- Mt. Everest. Joonis 8. Inimtegevuse mõju Maale kui planeedile. Inimeste arvu, süsinikdioksiidi osakaalu ning keskmise temperatuuri kasv viimasel sajandil.

[ Peatüki indeks | Õpiku tekst | Illustratsioonid | Viited | Kordamisküsimused ]

• Eelmine peatükk: Astronoomia liigendus
• Järgmine peatükk: Taevas
• Sisukord

Õpiku tegijad / opik@obs.ee © Tartu Tähetorni Astronoomiaring 1997-98 21. juuli 1998

Selle õpiku valmimist on toetanud Avatud Eesti Fond.