Maa mõõtmed ja kuju

Inimkonna ettekujutus Maa kujust ja mõõtmetest on läbi teinud suure arengu. Sellistel teadmistel on lisaks inimliku uudishimu rahuldamisele ka suur praktiline ja teaduslik tähtsus. Maa mõõtmete määramisega tegelevat teadusharu nimetatakse geodeesiaks, see on tihedalt seotud astronoomia, matemaatika ja füüsikaga. Mõõdistamise täpsus sõltub aga alati inseneriteaduse saavutustest. Nii võimaldab praegune tehnoloogia kaugseiret kosmosest, mis on oluliselt täpsustanud Maa kuju ja mõõtmeid.

Üldiselt arvatakse, et Maa kerakujulisust väitis esimesena Pythagoras umbes 570-497 eKr. Maa kerakujulisus tõestati lõplikult Magalhãesi ümbermaailmareisiga, mis lõppes 1522. aastal. Aastal 1671 sai prantsuse astronoom Jean Picard triangulatsioonikolmnurkade meetodil mõõtes Maa raadiuseks 6372 km, mis vastab juba päris täpselt tänapäevasele väärtusele 6371 km. 

Tegelikult ei ole Maa täpselt kera kujuline. Parim matemaatiline lähend Maa kujule on poolustelt kokkusurutud ellipsoid. Selle ellipsoidi ekvatoriaal- ja polaarraadiuse arvutamine on geodeesia ülesanne ning see nõuab täpset Maa gravitatsioonivälja tundmist. Maa ekvatoriaalpiirkondades vähendab Maa pöörlemisel tekkiv tsentrifugaaljõud gravitatsioonijõudu. Tänapäevase rahvusvahelise tugiellipsoidi arvutamisel tuginetakse Maa tehiskaaslaste trajektooride jälgimisele. Reljeefi erinevuste tõttu ei ühti maapind kusagil matemaatiliselt tuletatud ellipsoidi pinnaga, olles mäestike kohal mõnevõrra kõrgem, ookeaninõgudes madalam. See tekitas vajaduse füüsikalist tähendust omava globaalse referentspinna järele. Kuna suuremat osa (ligikaudu 70 protsenti) Maa pinnast katavad ookeanid, siis kõige loomulikum Maa kuju lähendus on geoid. Geoidiks nimetatkse ettekujutatavat pinda, mis vastab veepinnale ookeanides täieliku tuulevaikuse korral. Geoidi pind on igas Maa punktis risti raskusjõu suunaga (nn loodjoonega) ja seetõttu ühildub ligikaudselt maailmamere keskmise tasemega. Geoidi kuju täpsem määratlemine osutus võimalikuks alles Maa tehiskaaslaste abiga. Täpsel geoidi mudelil on suur tähendus ookeanivete üldise ringluse uurimisel. Merehoovuste kaardistamine on oluline kliimauuringutes, kuna hoovuste abil toimub maailmajagude vaheline soojusenergia edasikanne.

Joonis. Maa kuju.

Alates 1980. aastast on määratletud järgnevad rahvusvahelise tugiellipsoidi parameetrid: ekvatoriaalne raadius = 6378 km, polaarraadius = 6357 km ja ekvivalentse kera raadius 6371 km. Gravitatsioonijõud poolusel on 9,83 ms^-2, ekvaatoril seevastu 9,78 ms^-2. Tänapäevaste meetoditega arvutatud Maa lapikus on 1:1:298 ehk 0,3%. Maa on suuruselt viies planeet päikesesüsteemis ja Maa-tüüpi planeetidest suurim.

 

Maa gravitatsiooniväli

1687 formuleeris Newton universaalse gravitatsiooni seaduse, mille järgi kõikide kehade (ka Maa) vahel mõjub vastastikune külgetõmbejõud, mis on võrdeline nende masside ja pöördvõrdeline nende vahelise kauguse ruuduga. 

Maa iga osake tõmbab mistahes keha igat osakest enese poole jõuga ja selle külgetõmbejõu füüsikalist välja nimetatakse gravitatsiooniväljaks. Lisaks Maa külgetõmbejõule mõjub igale Maal asetsevale kehale Maa pöörlemisest tingitud tsentrifugaaljõud ja teiste taevakehade külgetõmbejõud. Nende kolme jõu summa põhjustab keha kaalu ja seda nimetatakse raskus- ehk gravitatsioonijõuks.

Maa gravitatsioonijõu mõõtühikuks on vaba langemise kiirendusvektor. Geoloogiliste struktuuride poolt põhjustatud kehade vabalangemise kiirenduse muutused on mõõdetavad milligallides. 

Gravimeetria kui Maa gravitatsioonivälja uurimine ning selle rakendamise põhimõte geoloogias, nagu Maa kivimilise koostise muutuste uurimine ja kivimplokkide isostaatilise tasakaalu väljaselgitamine regionaalses plaanis. Maakoor koosneb tihedamatest ehk raskematest ja vähem tihedatest ehk kergematest kivimplokkidest, mis väljendub ka Maa reljeefis; need püüdlevad alati isostaatilise tasakaalu poole, mis piltlikult tähendab seda, et vastastikku nad vajuvad või kerkivad niipalju, et gravitatsioonijõud nende kohal oleks võrdne.

Masside ulatuslik ümberpaiknemine toimub nii Maa sisemuses kui ka pealispinnal (mandrite triiv). Masside ümberpaiknemise tõttu toimub Maa raskusjõu piirkondlik muutumine. Näiteks Eesti paikneb Fennoskandia jääajajärgse kerkimise alal. Selle kerkeala kese asub Botnia lahe põhjaosas, kus maapind tõuseb kuni sentimeeter aastas. Loode-Eestis ja Hiiumaal ületab maatõusu kiirus kaks millimeetrit aastas. Ühtekokku on jää taandumise järel Eesti territoorium kerkinud mitukümmend meetrit (Loode-Eestis 90 m) ja see kestab veel tuhandeid aastaid. Maapinna tõus kergitab mõnevõrra ka geoidi pinda, olles võrdeline umbes kümnendikuga maatõusust. 

Maa ligikaudne mass on 5,9742×10²⁴ kg ehk 5,9742×10²¹ tonni. Ta on Päikesesüsteemi Maa-tüüpi planeetide seas suurima massiga.

Joonis. Kakssada aastat tagasi oli Noarootsi (Nuckö) saar (vt Güssefeld, 1805). Loode-Eesti kerkimise tulemusel on ta praegu poolsaar, isegi ühinemiskoht on kadunud.