Inimene on sadade aastate jooksul õppinud tundma Maa üksikuid osasid: mandreid ja ookeane, taimkatet ja loomastikku, kliimat ja vett, mulda ja maavarasid jm. On teada, et looduses on kõik omavahel seotud. Sellist terviklikku kogumit, kus objektid üksteist vastastikku mõjutavad, nimetatakse süsteemiks, üksteist mõjutavaid objekte aga süsteemi elementideks.
Avatud ja suletud süsteem
Maa on geograafiline süsteem. Loodus on omakorda vaadeldav ka Maast suuremate ja väiksemate süsteemidena. Maast suuremad süsteemid, mille üks element on Maa ise, on näiteks Päikesesüsteem või Linnutee galaktika, väiksemad aga näiteks mõne tiigi ökosüsteem või üksik tammepuu.
Süsteemi oluliseks tunnuseks on see, et süsteemil on omadused, mida selle elementidel üksikuna pole. Igal süsteemil on ka kindel ehitus ehk struktuur, mistõttu pole enamasti võimalik süsteemi osi ümber paigutada, ilma et toimivat tervikut ära ei lõhutaks (nt käekell) või selle toimimist ja omadusi oluliselt ei muudetaks (nt ökosüsteem).
Hammasrattakesed on kellas kindlas korras vastastikuses hambumises, seetõttu saavad need korraga ühtlaselt liikuda. See mehhanism on ühendatud numbrilaua ja osutitega. Aja kulgu näitab ainult süsteem tervikuna, mitte aga selle üksikud koostisosad eraldi. Kell on mehaaniline süsteem. Elusolendeid võib käsitleda bioloogiliste süsteemidena, kuid need on mehaanilistest süsteemidest märksa keerulisemad.
Süsteeme saab maakeral jagada avatud ja suletud süsteemideks. Eristamise aluseks on aine- ja energiavahetus süsteemi väliskeskkonnaga. Suletud süsteemides toimub ümbritsevaga energiavahetus, kuid ainevahetus on minimaalne või ei toimu seda üldse. Maakera koos atmosfääriga saab vaadelda kui suletud süsteemi, kus toimub intensiivne energiavahetus kosmosega. Päikese energia jõuab maakerale ja viimane kiirgab soojuskiirgust omakorda maailmaruumi tagasi. Ainevahetus maakera ja kosmose vahel on aga väga piiratud. Kosmilist materjali langeb Maale planeedi massiga võrreldes väga vähe (meteoriidid), kosmosesse ei satu Maalt pärit materjali aga peaaegu üldse.
Avatud süsteeme iseloomustab pidev energia- ja ainevahetus väliskeskkonnaga. Avatud süsteem on näiteks loodusliku läbivooluga järv, mis saab energiat päikesekiirgusest, kuid võib seda saada ka näiteks sademetest (kui sademevesi on soojem kui järvevesi). Energiat annab järv ära samuti ainevahetuse käigus: kas väljavoolava või aurustuva veega. Niisiis toimub sellises süsteemis nii energia- kui ka ainevahetus ja mõlemad protsessid on omavahel seotud. Enamik looduslikke süsteeme maakeral on avatud süsteemid.
Maakera füüsikalistel omadustel, Maa liikumisel ja asendil Päikesesüsteemis on ülisuur roll Maal toimuvates loodusprotsessides. Maa külgetõmbejõud võimaldab kinni hoida atmosfääri, Maa kaugus Päikesest tagab elu toimimiseks optimaalse energiakoguse. Maa telje kallakuse tõttu vahelduvad aastaajad ning Maa pöörlemisest ümber oma telje on tingitud öö ja päeva vaheldumine. Maa sõltub ka teistest taevakehadest. Näiteks püsib maakera orbiidil Päikese ja Maa omavahelise gravitatsiooni tõttu. Maal on ka oma kaaslane, Kuu, mille gravitatsioon põhjustab loodeid (tõusu ja mõõna).
Maa maailmaruumi süsteemides
Planeedid tiirlevad ümber Päikese, igaüks oma orbiidil. Inimese seisukohast on vahemaad planeetide (nende orbiitide) vahel väga suured. Kui saaks nt reisilennuki kiirusel Marsile sõita, siis kuluks kohale jõudmiseks umbes 140 aastat, Neptuunile aga koguni 7200 aastat. Senini kiireim Maalt lähetatud kosmosesond on NASA New Horizons, mis lahkus Maa gravitatsiooniväljast kiirusega 58 536 km/h. Sellisel kiirusel jõuaks Marsile kahe kuuga, Neptuunile aga kõigest kaheksa aasta ja seitsme kuuga.
Päikesesüsteemi nelja sisemist planeeti nimetatakse kiviplaneetideks, need koosnevad põhiliselt kivimitest ja metallidest.
Päikesesüsteemi neli välimist planeeti koosnevad peamiselt gaasist. Need on kiviplaneetidest oluliselt suuremad, mistõttu kutsutakse neid ka hiidplaneetideks. Päikesesüsteemi suurim planeet on Jupiter: see on nii suur, et korraga mahuksid selle sisse kõik teised planeedid ja ruumi jääks ülegi. Samas on hiidplaneetide koostisaines kiviplaneetidest mitu korda hõredam. Kui leiduks nt kolossaalne veekogu, mille sisse mahuks ära Saturn, siis jääks planeet vee peale ujuma.
Päike on hiidplaneetidega võrreldes veel magnituudi võrra suurem, kiviplaneetidest rääkimata. Päikese sisse mahuks ära ligikaudu tuhat Jupiteri. Päike koosneb peamiselt vesinikust (73%) ja heeliumist (25%). Päikese tuumas toimuvad pidevalt termotuumareaktsioonid: tähe enda raskusjõu all surutakse kergemate elementide aatomituumad omavahel kokku ja nii tekivad raskemad elemendid (nt kaks vesiniku aatomituuma ühinevad ja tekib heelium). Nende reaktsioonide käigus eraldub energia, mis lõpuks soojuse ja valgusena maailmaruumi kiirgub.
Päikesele lähim täht on Alpha Centauri. Õigupoolest koosneb Alpha Centauri süsteem kolmest tähest, mis tiirlevad üksteise gravitatsioonikeskme ümber. Sealjuures paiknevad kaks tähte (A ja B) nii lähestikku, et paistavad Maalt vaadates ühe tähena, kolmas täht (Proxima) on aga nii tuhm, et pole palja silmaga nähtav.
Eesti taevas lähimaid tähenaabreid ei näe, Alpha Centauri on nähtav 25. põhjalaiuskraadist lõuna pool.
Juba Päikesele lähimad tähed asuvad nii kaugel, et vahemaadest rääkides on otstarbekas kasutada ühikuna valgusaastat. See on vahemaa, mille läbiks valgus vaakumis ühe aasta jooksul ehk 9,47 triljonit (miljon miljonit) km. Alpha Centauri on Päikesest 41,3 triljoni km ehk 4,35 valgusaasta kaugusel. New Horizonsi kosmosesondil kuluks Alpha Centaurile jõudmiseks umbes 82 000 aastat.
Päikesesüsteem ja Alpha Centauri kuuluvad hiigelsuurde tähesüsteemi ehk galaktikasse, mida nimetatakse Linnuteeks. Hinnanguliselt on Linnutee galaktikas umbes 200–400 miljardit tähte. Tähed tiirelevad gravitatsioonijõu tõttu ringis ümber galaktika keskosa nii nagu planeedid ümber Päikese. Selle ringi läbimõõt on umbes 100 000 ja paksus umbes 10 000 valgusaastat. Päike ja Maa teevad ühe ringi ümber Linnutee keskme umbes 250 miljoni aastaga ja seda ajaüksust nimetatakse galaktika-aastaks.
Kõik tähed, mis on Maalt nähtavad, kuuluvad Linnutee galaktikasse. Linnutee kese, kus tähtede kontsentratsioon on kõige suurem, paistab tähistaevas ebaühtlaselt helenduva vööna.
Andromeeda on Linnuteest oluliselt suurem ja koosneb hinnanguliselt triljonist (miljon miljonit) tähest. Pildil kumab terve Andromeeda ühtlase valguspilvena Linnutee tähtede taga 2,5 miljoni valgusaasta kaugusel.
Linnutee ja Andromeeda kuuluvad kohaliku galaktirühma, mis koosneb enam kui 50-st lähestikku paiknevast galaktikast. Kokku on galaktikaid vaadeldavas universumis vähemalt kaks triljonit.
Mõtle ja arutle
- Miks ei paista Linnutee galaktika Maalt vaadates ringikujulisena?
Lisalugemine. Maale langevad kosmilised objektid
Maale langeva kosmiliste objektide suurus ja langemise sagedus on omavahel pöördvõrdelises seoses. Liivaterasuurusi või väiksemaid tükikesi satub Maa atmosfääri pidevalt. 10 m diameetriga taevakehasid langeb Maale kord 10 aasta jooksul, 50 m diameetriga taevakehasid kord 760, 1 km diameetriga taevakehasid kord 500 000 ja 5 km diameetriga taevakehasid kord 20 miljoni aasta jooksul.
Barringeri kraater tekkis umbes 50 000 aastat tagasi toimunud kokkupõrkel ja selle diameeter on keskmiselt 1200 m. Kraatri tekkitanud meteoriit oli teadlaste hinnangul 50 m läbimõõduga ja tabas maapinda kiirusega 13 km/s ehk 46 800 km/h.
Meteoroidiks nimetatakse Maa atmosfääri sattunud taevakehasid. Antud meteoroid oli Maa atmosfääri sisenemisel umbes 20 m läbimõõduga ja selle mass oli 10 000 t. Meteoroid plahvatas umbes 30 km kõrgusel; kaasnes väga ere sähvatus (Tšeljabinskis hetkeks 30 korda eredam kui päikesekiirgus) ja tugev lööklaine, mis purustas ümbruskaudsete hoonete aknaid jm objekte. Viga sai umbes 1500 inimest. Sh sai osa inimesi valgussähvatusest silma võrkkesta ja nahakahjustusi.
Meteoriidiks nimetatakse maapinnani jõudnud meteoroidi jäänukkeha. Enamikust meteoroididest meteoriiti ei saa, sest need põlevad suurel kiirusel atmosfääri läbides täielikult ära.
Viimane ligikaudu 10 km suuruse diameetriga asteroid tabas Maad umbes 66 miljonit aastat tagasi Mehhiko lahes, tänapäevase Yucatáni poolsaare tipu lähedal. Kokkupõrkel vabanes kolossaalne energiahulk, mis muutis oluliselt Maa atmosfääri ja tõi kaasa liikide massilise väljasuremise (nn Kriidi-Paleogeeni väljasuremine). Hävis ligikaudu 75% kõikidest sel ajal elanud taimeja loomaliikidest, sh kõik lennuvõimetud dinosaurused.
Geosfäärid
Maa koosneb sfääridest, kõik need paiknevad kontsentriliselt, st neil kõigil on ühtne kese planeedi keskpunktis. Sfäärid saavad alguse sügavalt Maa sisemusest ja ulatuvad kaugele avakosmosesse. Seega võime Maad ette kujutada mitmekihilise kerana. Tegelikkuses ei ole sfäärid Maa sees ja Maa ümber staatilised, vaid need arenevad ja muutuvad, enamasti päevaste, aastaste, aga ka pikemate tsüklite kaupa. Selles õpikus vaatame lähemalt neid sfääre, milles toimuvad protsessid mõjutavad otseselt Maa loodust.
Planeedi peamiste sfääride kõrval väärib märkimist ka mitmekümne tuhande km kaugusele avakosmosesse ulatuv magnetosfäär. Magnetosfäär pole kontsentriline sfäär. Selle moodustavad Maa magnetpoolustest lähtuvad magnetvälja jõujooned ja sellel on planeedi jaoks ulatuslik kaitsefunktsioon. Kui magnetosfäär puuduks, puhuks Päikesest lähtuv laetud osakeste voog ehk päikesetuul planeedi atmosfääri avakosmosesse, ookeanid aurustuksid ning ultraviolettkiirgus hävitaks eluslooduse.
Maa magnetväli muutub kohati nähtavaks magnetpooluste kohal, kus Päikeselt lähtuvad laetud osakesed põrkuvad kokku atmosfääriosakestega, tekitades virmalisi.
Atmosfäär ehk õhkkond on Maad ümbritsev õhukiht. Kõrgete virmaliste vaatluste põhjal on jõutud seisukohale, et atmosfääri ülapiir on 1000–1200 km kõrgusel merepinnast. Temperatuuri ja keemilise koostise põhjal on atmosfäär jaotatud alasfäärideks. Elu säilimise seisukohalt on eriti tähtis 0–50 km kõrgusel paiknev osoonikiht, mis neelab lühilainelist ultraviolettkiirgust.
Horisondi kohal oleva roheka öökuma tõttu on Maad ümbritsev atmosfäär hästi näha. Öökuma on atmosfääri ülemistes kihtides tekkiv valgus. 400 km kõrgusel liikuvast kosmosejaamast on see planeedi öö poolel alati nähtav.
Litosfäär kujutab endast maakera suhteliselt jäika, välimist kivimilist kihti. Litosfääri kuulub peale maakoore ka planeedi vahevöö ülemine osa.
Hüdrosfääri all mõistetakse atmosfääri ja litosfääri vahel ning osaliselt nende sees paiknevat katkendlikku sfääri, mille moodustab vedelas, tahkes ja gaasilises olekus vesi. Siia hulka kuuluvad ookeanide, merede, järvede, jõgede, põhja-, mulla-, atmosfääri- ja liustikuvesi.
Biosfäär on Maa sfäär, mis sisaldab elusorganisme. Biosfäär ulatub maakera kõrgemate tippudeni ja sügavamate ookeanisüvikuteni ning selle sfääri kõige olulisem tunnus on orgaanilise aine sünteesimine.
Pedosfääriks nimetatakse Maa sfääri, mis hõlmab muldasid. Pedosfäär on üks noorematest Maa sfääridest – see sai hakata kujunema alles pärast elu tekkimist.
Geograafiline sfäär ehk maastikusfäär on kujunenud kõigi eelnimetatud sfääride koosmõjul ja on loodusgeograafia peamine uurimisobjekt. Maastikusfääri iseloomustavad selle osade vaheline pidev aine- ja energiavahetus, Maa pinnal ilmnev tsonaalsus ning protsesside ajaline rütmilisus ja kordumine. Tsonaalsus tähendab seda, et loodusnähtused ja seaduspärasused ilmnevad maakera ümbritsevate vöönditena (kliimavöötmed, loodusvööndid jm). Tsonaalsuse peamiseks põhjuseks on Maa pöörlemine ümber oma telje ja päikesekiirguse erinev langemisnurk eri laiuskraadidel: Maa poolustele langeb vähem päikesekiirgust (energiat) kui ekvaatorile. Nii on kujunenud loodusvööndid, mis asetsevad laiusvöönditena ekvaatorilt kummagi pooluse suunas. Mägedes esineb ka vertikaalne tsonaalsus ehk kõrgusvööndilisus, mida põhjustab atmosfääri omaduste muutumine eri kõrgusel.
Maastikusfääris puutuvad kokku, põimuvad ja mõjutavad üksteist otseselt litosfäär, atmosfäär, hüdrosfäär ja biosfäär. Nende koosmõjul tekib eriliste omadustega ruumiliselt piiritletud geograafiline sfäär, mis toimib süsteemina. Kui ükskõik missugune geosfääri omadus muutub, muutub kogu süsteem. Näiteks kui päikesekiirgus intensiivistub ja õhutemperatuur tõuseb, suureneb aurumine ookeanidelt ja meredelt. Õhku sattunud veeaurust moodustuvad pilved, mis omakorda takistavad päikesekiirguse jõudmist Maale ning õhutemperatuur alaneb ja auramine väheneb. Nii saavutab süsteem endise tasakaalu.
Atsonaalsus ehk mittevööndilisus esineb siis, kui looduslikud seaduspärasused ei avaldu vööndiliselt. Seda põhjustavad mandrite ja ookeanide omavaheline paiknemine, maa sisejõud, pinnamoe iseärasused ning kliima, veestiku ja mullastiku omapära. Maakera maastikke kujundab nii tsonaalsus kui ka atsonaalsus.
Atacama kõrbes katavad mägede nõlvu peamiselt kaktused, kuid jõgede ja ojade kallastelt võib leida ka lopsakamat taimestikku, kuna hüdrosfäär ja biosfäär põimuvad siin tihedamalt. Tulemuseks on lopsakama taimestiku mikrovöönd muidu kuivalembese ja hõreda taimkatte vahel. See on näide, kuidas avaldub maastikusfääris tsonaalsus ja atsonaalsus.
Mõisted
- süsteem – omavahel seotud objektide terviklik kogum
- avatud süsteem – süsteem, mis vahetab väliskeskkonnaga nii aineid kui ka energiat
- suletud süsteem – süsteem, mis vahetab väliskeskkonnaga energiat, aga mitte aineid
