Eksami materialid (3)

Maateaduse peamised osad on loodusgeograafia ehk füüsiline geograafia ja geoloogia
Loodusgeograafia tähtsamad harudistsipliinid on: geomorfoloogia (teadus Maa reljeefist ja pinnavormidest) meteoroloogia (teadus Maa atmosfäärist ja selles toimuvatest protsessidest) klimatoloogia (teadus Maa kliimast kui pikaajalisest ilmade reziimist) hüdroloogia(teadus Maa hüdrosfäärist ja selles toimuvatest protsessidest) okeanograafia (maailmamere uurimisega tegelev teadusharu ) mullageograafia(muldade levikut ja selle põhjuseid uuriv teadusharu) biogeograafia(teadus elusorganismide ja nende koosluste geograafilisest levikust) paleogeograafia(teadus Maa biosfääri arengust geoloogilises minevikus) maastikuökoloogia (teadus, mis uurib aineringete ja energiavoogude, samuti organismide ja nende koosluste dünaamikat loodusgeograafilistes kompleksides e. maastikes) Kõigi maateaduste harudega on oluliselt seotud kartograafia ja geoinformaatika, mis tegelevad ruumiliste andmete kujutamise ja korraldamisega.
Maa kuju
Võimalikke varaseid tõendeid kerakujulise Maa kohta -Laevade " vajumine " horisondi taha -Põhjanaela asukoha näiline liikumine taevavõlvil sõltuvalt vaatleja asukohast (muutus 1o 111 km kohta) -Ringikujuline vari kuuvarjutuse ajal
Oma aja kohta erakordselt täpse maa ümbermõõdu määratluse tegi 250.a. e.m.a Kreeka mõttetark Eratosthenes , kes arvutas suvisel pööripäeval Syenes Seniidis oleva Päikese, samal päeval Alexandrias 7,2 kraadise päikese varjunurga ning Syene ja Alexandria vahemaa alusel maa kaarepikkuse ja selle alusel ümbermõõdu 43 000 km, mis on vaid 3000km pikem meridiaani mööda mõõdetud tegelikust ümbermõõdust
Eratosthenese meetod oli esimene teadaolev Maa kerakujulisuse korrektne määrang
Maa ei oma ideaalselt korrapärast kuju. Lähim lihtne geomeetriline keha, mis vastab Maa kujule , on pöördellipsoid
Maa kuju määravaks pinnaks loetakse geoidi
Geoidi mõiste on tekkinud gravitatsioonilisest mudelist ( Newton , Clairaut), peegeldab täpselt määratlevate füüsikaliste jõudude tasakaalu. Loodjoone järgi seatakse üles enamus geodeetilisi mõõteriistu, seega lokaalne tasapind orienteeritakse geoidi suhtes
Et määrata geoidi kuju, tuleb teha mõõdistustöid, mida rohkem punkte mõõdistatakse, seda täpsemini võib otsitavat pinda interpoleerida. Tegelikult pole geoidi võimalik kõrgtäpselt maapealsete meetoditega üldse määrata, sest selleks tuleks pidevalt kogu maapinna ulatuses teha mõõdistustöid.
Reaalselt on seega võimalik rääkida mingist geoidi lähendist, mis tasastel aladel ei erine tegelikust geoidist üle 4 cm, mägedes ehk 2 m. Sellist lähendust nimetatakse kvaasigeoidiks
geodeetilistes arvutustes asendatakse keerukas geoid (maa)ellipsoidi e referentsellipsoidiga Laius ja pikkuskraadide määramine Maa ümbermõõt: 40 075km 1°=111 km( ekvaatoril ) 1°=111,7 km ( pikki meridiaani mõõdetult) 1°=110.6km( ekvaatori lähedal)
Lapikuse tõttu on maa pöörlemisest tingitud tsentrifugaaljõud d punktis A suurem kui punktis B. Vastavalt aga raskuskiirendus g punktis B suurem kui punktis A
Maa pöörleb ümber oma telje poolusel vaadatuna kellaosuti liikumise vastusuunas ekvaatoril vaadatuna läänest itta.
Maa pöörlemine tingib:
a)öö ja päeva vaheldumist b)maa pöörlemise tagajärjel iga keha mis liigub maal mingis kohas horisontaalselt kaldub sõltumata liiklussuunast horisondiga kindlalt seotud joone suhtes põhjapoolkeral paremale ja lõunapoolkeral vaskule seda nim. Coriolis 'e jõuks c)tõusu ja mõõna teke- kuu külgetõmbe mõjul kuule lähimas ja diametraalselt selle vastus asuvas piirkonnas ookeanide veepind kumerdub(tõus), nende punktide vahemaad poolitava ning maa ja kuu ühendusjoonega ristuva ringi punktides toimub veepinna alanemine(mõõn). Maa pöörlemise tagajärjel moodustutub tõusulaine mis kulgeb ringi ümber maa pöörlemise suunale vastupidiselt.
Maa telje kallakust orbiidi tasandil suhtes ei muut maa tiirlemine ümber päikese. Maa pöörlemistelg on ekliptikatasandi suhtes kaldu telje kaldenurk erineb ristseisust 23½° võrra. Maa pöörlemise telg säilitab alati teatud tähtede suhtes oma orientatsiooni. Põhjanael asub maa pöörlemistelje pikendusel
Maa tiirleb ümber päikese
Maa orbiidi elliptilisus põhjustab vähesel määral erinevust maale jõudvas päiksesekiirguse hulgas kuid pole aastaaegade vaheldumise põhjuseks.
Kiirgus
Maad ümbritseb magnetväli mis on tekitatud pöörleva elektrit juhtiva vedelmetalltuuma poolt.
Päike - 5miljardit aastat vana - 70% H ja 28% heelium - läbimõõt 1,39 milj km - 150 milj km kaugusel maast - päikese sees toimuvad suure rõhu ja temp. all termotuumareaktsioonid . - kiirgab elektromagnetilist kiirgust päikesetuul- kroonis pidevalt eralduv hõreda ja kuuma plasma pidev voog protuberantsid- kroonist esinevad tihedamalt muutuvad gaasipilved, keerisjad plasmavood
Magnetväli kaitseb maad pinda päikeselt tuleva ioniseeriva kiirguse eest, mis tapaks kõik elava magnetväljas püütakse päikeselt tulevad elektronid ja prootonid kinni, need koonduvad mööda magnetvälja jõujooni moodustades nn Van Alleni vööd Kiiresti liikuvad elektronid ja prootonid põhjustavad atmosfääri ülakihtide elektrifitseerumist, mis põhjustab magnettorme ja virmalisi
Päikeselt tulevad elektromagnetilised kiirgused : - Gammakiirgus - elektromagnetiline kiirgus, mis tuleb tuumast ja on kõige lühema lainepikkusega alla 0,01 nm(st suurema sagedusega) - röntgeni kiirgus 0,01-10nm - UV kiirgus 10-400nm: - UV-C 200-280nm, ülimalt ohtlik elusorganismidele, neeldub osoonikihis - UV-B 280-315nm , ohtlik elusorganismidele neeldub osaliselt osoonikihis, on hõreda osoonikihi puhul peamiseks ohuteguriks - UV-A 315-400nm päevituse ja D-vitamiini tekitaja - Nähtav valgus 380-760nm - infrapuna( soojus )kiirgus 760- 1000000 (1mm) - raadiolained üle 1mm
Sfäärid
Maa atmosfääris kõrguse suurenedes maapinnast õhurõhk kahaneb
Õhurõmuhõõtmise ühikud: mm elavhõbedasammast(mmHg) millibaar=1cm/Hg= 13,3 mb hektopaskal (hP) 1mb=1hP
normaalne õhurõhk merepinnal: 760mmHg=1013mb(hP)
Troposfäär 0-8km valdav osa õhkkonna massist temp. langeb 6c km kohta tropopaus - õhukiht millest kõrgemale temp. enam ei lange 8-9km polaaralade kohal eestis 11km ja ekvatoriaalsetel 15-16 km seal tekivad pilved stratosfäär- ulatub - 50km kõrgusele, moodustab umbes 20% atmosfääri masssit. seal hakkab temp. kõrguse kasvades tõusma kuna seal neelatakse enamus UV kiirgusest mesosfäär - 50-85km osooni enam pole ja temp. lange kõrguse kasvades üsna palju , õhk on hõre Termosfäär - õhumolekul on seal nii vähe et nende suure kineetilise energia tõttu temperatuur tõuseb. u 1000km paks
osoonikihi pakust mõõdetakse Dobsoni ühikutes
Hüdrosfäär
ookeanide summaarne veekogus on umbes 1,4x 10 km³
Veekiht kus temp. väga kiiresti kahaneb nim. temperatuuri hüppekihiks
Kiirgusega seotud mõisteid ja seaduspärasusi Insolatsioon­Päikeselt saabuv kiirgusvoog horisontaal-ja kaldpinnale; insolatsioonatmosfääriülemiselpiiril(S'): S'= S * sinh, kus S - insolatsioon atmosfääri ülemisel piiril , kui päikesekiired langevad pinnaga risti, h- päikesekiirte langemisnurk Solaarkonstant(S)-Maa atmosfääri ülemisel piiril päikesekiirtega risti asetsevale pinnale langev aasta keskmine energeetiline kiirgustihedus; S = 1380 ± 30 W/m2 ; (S = 2,00 ± 0,04 cal/cm2 *min1) Neelamisvõime - arv, mis näitab, missuguse osa neelab antud keha temale langevast kiirgusest (%) Peegeldamisvõime ( albeedo ) ­aluspinna poolt tagasipeegelduva kiirguse osakaal pinnale langevast kiirgusvoost (%) Kiirgamisvõime-kiirguse (energia) hulk, mida annab ära keha 1 pindalaühik 1 ajaühiku vältel Läbipaistmatu keha kiirguse neelamis-ja peegeldamisvõime: k+ a= 1, kus k - keha neelamisvõime, a - keha peegeldamisvõime, -kehale langenud kiirgusvoo lainepikkus Absoluutselt must keha: k= 1, a= 0; Absoluutne peegeldaja : k= 0, a= 1
Maa efektiivne kiirgus ja maapinna kiirgusbilanss
Maa efektiivne kiirgus (Ef)- Maasoojuskiirgusejaatmosfäärisoojuskiirgusevahe: Ef = U - G, U - maapinnalt lahkunud pikalaineline kiirgus, G - maapinnas neeldunud pikalaineline kiirgus Maapinna kiirgusbilanss: B = S'+ D + Ea­R -Em
B- kiirgusbilanss maapinnal S- Päikese otsekiirgus maapinnal D- päikese hajuskiirgus maapinnal Ea- atmosfääri soojuskiirgus R- maapinnalt peegeldunud kiirgus Em- maapinna soojuskiirgus
Q= S+D päikeselt saadud summaarne kiirgus maapinnal A - maapinna albeedo Ef- maapinna efektiivne kiirgus
Aluspinnaga risti langevate kiirte korral on kiirgusvoo tihedus pinnaühiku kohta suurem, kui pinna suhtes kaldu kiirte korral
Soojusbilanss
Maismaa ja veekogude temperatuurikontrasti põhjused Maismaal: (1) väike soojusjuhtivus , (2) segunemine puudub, (3) madalam aurumistase, (4) väiksem erisoojus Meredes: (1) suur soojusjuhtivus, (2) intensiivne segunemine, (3) intensiivsem aurumine , (4) suurem erisoojus
Inversioon : teatud ilmastiku tingimustel soojema õhukihi tekkimine atmosfääri kõrgemates khtides, st alpool asub külmem õhukiht Peamised põhjused: - kõrval asuva õhu liikumise:külm õhumas liigub mingile alale , surudes seal olnud soojema õhu kõrgematesse kihtidesse(külm front ) soe õhumass liigub külma peale(soe front) - pilvitu vaikse ilma korral maapind jahtub kiiresti(kiirgab soojust)külm õhk kogneb lohkudesse, orgudess El nino on nähtus, mis seisneb Vaikse Ookeani idaosa pinnakihi soojenemises ja hoovuste süsteemi muutuses Põhjustab Ameerika ranniku soojenemist ja tugevaid vihmasadusid, mõjud ulatuvad üle maakera La nina on vastupidine nhtus , kus Vaikse Ookeani idaosa pinnakiht on tavapärasest külmem Põhjustab Ameerika ranniku veelgi kuivemat ja külmemat kliimat
Niiskus ja pilved
Sublimatsioon - tahkest olekust gaasilisse või gaasilisest tahkesse üleminek Evaporatsioon - aurumine Kondenseerumine - gaasilisest olekust vedelasse üleminek
Õhuniiskuseks nimetatakse õhus leiduvat veearu. Vastavalt veeauru kahele olekule(küllastamata ja küllastatud) eristatakse ka küllastatud niiskust Absoluutne niiskus - ühes kuupmeetris niiskes õhus leiduvaveeauru massi grammides Suhteliseks ehk relatiivseks niiskuseks nim. õhus oleva veeaur rõhu ja samal temperatuuril õhku küllastava veeauru rõhu suhet väljendatuna% Eriniiskus- antud ruumalas leiduva veeauru massi suhe samas ruumis oleva niiske õhu massi Kastepunkt - temp., mille juures küllastatud veeauru rõhk on võrdne veeauru rõhuga
Adiabaatlilise protsessi käigus õhumassi puhul ei esine energiaülekannet ümbritsevaga. Kogu aine ja energia jääb süsteemi, seega on adiabaatline jahtumine ja soojenemine pöördprotsessina
Pilved
madalpilved(- 2km) - kihtpilved - kihtsajupilved - kihtrünkpilved Keskmispilved(2-6km) - kõrgkihtpilved - kõrgrünkpilved kõrgpilved(6-12km) - kiudrünkpilved - kiudkihtpilved vertikaalarenguga pilved(0.5-12km) - rünksajupilved(äikesepilved)
pilvede koostis - veepiiskadest koosnevad pilved(madalpilved kõrgrünkpilved) - veepiiskadest ja jääkristallidest koosnevad pilved - jääkristallidest koosnevad pilved( kiudpilved )
UDU
Kiirguslik e radiatsiooniline udu: maapind kiirgab lakkamatult soojust, mille tagajärjel jahenevad nii maapind kui selle kohal asetsevad õhukihid. Kui maapinnalähedase õhukihi suhteline niiskus on suur ja temperatuur langeb kastepunktini, siis algab kondenseerumine e. udu tekkimine. Esineb sagedamini selgetel suveöödel soodes ja madalamates niisketes kohtades. Sellise tekkega udukihi paksus on enamasti mõnesaja meetrini ja haitub kiiresti õhutemp Advektiivne udu tekkib sooja niiske õhumassi liikumise üle külma aluspinna, millega kaasneb õhutemperatuuri langemine kastepunktini või alla seda Adektsiooniudu pakus võib ulatuda 500m. Seda tüüpi udu esineb sooja õhu sattumisel merel külma hoovuse kohale või talvel sooja merelise liikumisel mandri kohale. Advektiiv-radiatsiooniline udu - moodustub kahe teguri koosmõjul: a)soe niiske õhk liigub külmale aluspinnale ja hakkab kiiresti jahtuma; b) jahtumise tagajärjel tekkib õhumassis kondenseerumine ja udu Esineb ka kahe oluliselt erineva temperatuuri ja suure niiskusega õhumassi segunemisel. Auramisudu - esineb suhteliselt sooja veekogu pinnal, mille temp. on vähemalt 8-20C õhutemp. kõrgem. Veepinnalt arav niiskus hakkab külmas õhus kondenseeruma ja tekib udu Auramisudu võib näha sügisel jõgede ja järvede kohal enne vete külmumist.
Tuuled ja atmosfääri üldine tsirkulatsioon
Atmosfääri ja maailmamere tsirkulatsioon on olulised soojuse ja niiskuse globaalse jaotuse ning soojusbilansi seisukohast
Briis - kohalik tuultesüsteem, mis tekkib aluspinna ebaühtlasest soojenemisest ja jahtumisest ööpäeva ulatuses. Ebaühtalne soojenemine toob kaasa erinevused õhurõhus ja tiheduses ning paneb õhu liikuma kõrgema rõhuga alalt madalama rõhuga ala suunas. Iseloomulik on päeval merelt ja öösel maismaalt puhuv tuul.
Vaata lisalehelt tsükloneid + asju
Briisid- maa ja merebriis põhjustatud aluspinna erinevast soohenemisest rannikul. mäe ja oru tuuled - olemuselt samad briisiga , kus tuule suund ööpeva jooksul muutub vastupidiseks katabaatiline tuul( mistraal ) - külm õhumass liigub raskusjõu mõjul kõrgemalt madalamatele aladele ning tekitab kurusid ning orgusid läbides tugevaid külmasid kuivi puhangulisi tuuli. Väga sagedased ka Antarktika ja Gröönimaa jääväljade kohal. Boora - maismaal paikneva tugeva kõrgrõhu poolt põhjustatud külm puhanguline tuul Aadria mere piirkonnas. Puhangud võivad rannikuga piirnevate mäeahelike vahel ulatuda -160km/h Föön - soe tuul mägede. Niiske jahe õhumass tungib üle mäaehliku õhk jahtub algab kondenseerumine ja kaotab sademetena niiskuse. Häeaheliku teist nõlva mööda laskudes toimub kuiva õhu kuure soojenemine.
Rossby lained- kõrgemates troposfääri kihtides tekkivad ühtlases läänevoolus tihti ulatuslikud lained tekivad polaarfrondis
Jugavool - rossby lainetega kaasneb kitas sooja ja külma õhu kokkupuute vööndis väga tugev tuul, mida kutsutakse jugavooluks. jugavool järgib Rossby laineid ja moodustab pulseeriva õhuvoolu, kus õhu liikumise kiirus on suurim keskmes ja väiksem voolu äreosas. Jugavoolu kese paikneb sageli 10-11km kõrgusel ning tuule kiirsu ulatub 300km/h jugavool on tingitud äärmiselt suurest õhurõhugradienndist polaarse frondi kohal.
õhumass - ulatuslik õhu hulk, mille korral on nii õhuteperatuuri kui ka õhuniiskuse vertikaalsed gradiendid suurel alal ühesugused.kujuneb vlja sarnase aluspinna kohal atmosfääri front - kitsas elradusvöönd kahe erinevate omaduste õhumassi vahel võib olla statsionaarne või liikuv Õhumasside klassifitseerimine - arktiline A-põhja jäämere ümbrus - antarktiline AA - antarktikas - polaarne P parasvööde - Troopiline T - ekvatoriaalne E
mereline (m) ja kontinentaalne õhk(c)
peamised õhmassid
- mandriline arktiline(antarktiline) :cA(cAA) - väga külm ja kuiv -46C 0.1g/kg - mandriline polaarne cP külm kuiv -11C 1,4g/kg - mereline polaarne mP jahe niiske 4C 4,4g/kg - mandriline troopiline cT soe, kuiv 24C 11g/kg - mereline troopiline mT soe niiske 24c 17g/kg - mereline ekvatoriaalne mE väga soe ja väga niiske 27C 19g/kg
frondid loe lisalehe pealt:
Põhja-Atlandi ostsillatsioon on kõrvalekalle tavapärasest õhurõhu seisundist Islandi miinimumi(püsiv madalrõhuala) ja Assoori maskimumi(kõrgrõhuala) vahel ehk õhurõhu tugevuse võnkumise erinevail aastail Atlandi ookeani põhjaosas.
Islani ja Assoori vahet iseloomustatakse NAO indeksiga . Tugevate ja hästi väljakujunenud rõhkkondadega aasta ol NAO + vastasel korral -
NAO mõju suurim talvel Positiivne nao indeks toob põhja-euroopasse endaga kaasa vihmase ja pehme talve sest niiske õhk jõuab Atlandi ookeanilt kaugemale sisemaale, vahemere äärsetel aladel kujuneb kuiv päikesepaisteline ilm. negatiivsega vastpidi
Veeringe
Evaporatsioon - auramine transpiratsioon - aktiivne auramine taimede õhulõhedest evapotraspiratsioon - summaarne auramine mullalt ja taimedelt
Jõe pikiprofiil ülemjooks(sälkorg) org:kitsas sügav lang: suur vooluhulk : väike voolukiirus : suur oru põhi: kivine vesi: külm ja hapnikurikas
keskjooks(sängorg) org:lai väheste meandritega tekivad sügavamad aeglase vooluga tsoonid lang: keskmine vooluhulk: keskmine,suur voolukiirus: aeglasem oru põhi: kruus liiv muda vesi: soojem
alamjooks( lammorg ) org: lai palju meandreid tekivad üleujutusalad lamm luht terrassid lang: väike vooluhulk: suur voolukiirus: aeglane oru põhi: savi liiv muda vesi: soe(üleujutused)
juga- järsk vee langus jõe sängis olevalt astangult. ridamisi järgnevad joad moodustavad kaskaadi. kosk - suure langu ja kiire vooluga jõelõik, kus vesi voolab mööda suure kaldega vastupidavaid kivimeid. Ka jõel järjestikku paiknevad kosed moodustavad kaskaadi kärestik - naaberlõikudest suurema kaldega jõeosa, mille ulatuses vool on kiirem ja jõe põhi kivisem.
Kliima
Kliima - maalähedase atmosfääri iseloomulik(pikaajaline ilmastikureziim) antud kohas või piirkonnas Kliima uuriemisega tegeleb klimatoloogia
Kliimaklassifikatsioonide alused - temperatuuri,sademetereziimi ja taimkatte järgi(köppen) - õhumasside alusel(strahler) - mullavee bilansi alusel (thornthwaite)
Maakera sademete piirkonnad - niiske ekvatoriaalne 10N-10S mE 2000-mm - pasaatide tuulepealne rannik 5-30NS mT 1500-mm - troopilised kõrbed 10-35NS cT alla 250mm - kesklaiuste kõrbed ja stepid 30-50NS cT cP 100-500mm - niiske lähistroopika 25-45 NS mT(suvel) 1000-1500mm - kesklaiuste läänerannik - 35-65NS mP 1000-mm - kesklaiuste üleminekuvöönd 45-65NS mP cP 500-1000mm - Arktika ja polaarkõrbed 60-90 NS cP cA cAA -300mm
Kliimavöötmed Köppeni järgi A - vihmametsade kliimad t>18C B - kuivad kliimad aurumine ületab sademeid C - pehmed niisked kliimad külmimal kuul -3C