Maa
Maa eli maapallo tai Tellus (symboli: ) on aurinkokuntamme kolmas planeetta Auringosta lukien. Se on tunnetun maailmankaikkeuden ainoa planeetta, jolla tiedetään olevan elämää. Maan keskietäisyys Auringosta on noin 149,6 miljoonaa kilometriä eli noin yksi astronominen yksikkö. Maan arvioitu ikä on noin 4,5 miljardia vuotta, ja se on aurinkokuntamme tihein sekä sen viidenneksi suurin planeetta niin läpimitaltaan kuin massaltaankin.
Maapallolla elää arvioiden mukaan yli 400 000 kasvilajia ja jopa 30–100 miljoonaa eläinlajia. Maapallolla elävien ihmisten väkiluku ylitti seitsemän miljardia lokakuun lopussa 2011.
Maa on niin sanottu kiviplaneetta, jolla on metalleista muodostunut ydin, kiviaineksesta muodostunut sula vaippa sekä kiinteä kuori. Maalla on myös ilmakehä, ja se on Marsin lisäksi ainoa aurinkokunnan planeetta, jolla esiintyy varmistetusti nestemäistä vettä. Muilla planeetoilla vettä voi olla jään, tai kaasun muodossa.
Maan kiertoaika Auringon ympäri ympäröivien tähtien suhteen eli "sideerinen vuosi" on 365,2564 vuorokautta (365 vuorokautta, 6 tuntia, 9 minuuttia ja 9,76 sekuntia). Maan pyörähdysaika oman akselinsa ympäri on yksi päivä eli 23 tuntia 56 minuuttia ja 4,1 sekuntia. Koska Maa ehtii jo yhden vuorokauden aikana kulkea jonkin matkaa pitkin kaarevaa rataa, kestää kuitenkin noin 4 minuuttia kauemmin, ennen kuin sama maapallon pituuspiiri on kääntyneenä kohti Aurinkoa, eli aurinkovuorokausi on tämän verran pitempi kuin tähtivuorokausi ja tunnin alkuperäisen määritelmän mukaan tasan 24 tuntia. Maapallon pyörimisen hidastuessa vuorokausi pitenee jatkuvasti, ja siinä esiintyy myös millisekunnin suuruusluokkaa olevia epäsäännöllisyyksiä.
Maalla on yksi suuri pitkäaikainen kiertolainen, Kuu. Kuumme on emoplaneettaansa verrattuna suhteellisesti suurempi kuin yksikään toinen aurinkokuntamme kuu. Maan kiertorata Auringon ympäri ei ole täysin ympyrämäinen, vaan likimain ellipsi, jonka toisessa polttopisteessä on Aurinko. Maa on lähinnä Aurinkoa tammikuun alussa, kun pohjoisella pallonpuoliskolla on talvi , ja vastaavasti kauimpana heinäkuun alussa, kun pohjoisella pallonpuoliskolla on kesä.
Vuodenaikojen vaihtelu johtuu akselikallistumasta, eli siitä, että Maan akseli on 23,44 astetta kallellaan ratatason normaaliin nähden. Maan akseli on sen napojen kautta kulkevaksi kuviteltu suora. Tällä hetkellä akseli osoittaa lähelle Pohjantähteä. Auringon ja Kuun vaikutuksesta akseli kuitenkin kiertyy hitaasti, ja esimerkiksi 12 000 vuoden kuluttua pohjoinen taivaannapa sijaitsee Vegan lähistöllä. Ilmiötä kutsutaan prekessioksi. Täyteen prekessiokierrokseen kuluu 25 725 vuotta.
Maa alkoi syntyä 4,7 miljardia vuotta sitten, kun Auringon syntyessä ylijääneestä materiaalista syntyneet planetesimaalit alkoivat vetää puoleensa hiukkasia ympäröivästä avaruudesta ja muodostaa planeettoja. Maapallo syntyi 4,6 miljardia vuotta sitten ja se alkoi vähitellen lämmetä. Noin 4,5 miljardia vuotta sitten arvellaan Marsin kokoisen kappaleen törmänneen Maahan. Kiertoradalle irronneesta materiaalista syntyi Kuu, ja samalla maapallon akseli kääntyi 23 asteen inklinaatiokulmaan.
Muutaman sadan miljoonan tai ehkä jopa miljardin vuoden kuluttua Maan synnystä sen sisäosat olivat niin kuumia, että rauta alkoi sulaa ja valua kohti maan keskiosia. Näin Maasta tuli kerroksellinen planeetta, jossa on sisäydin, ulkoydin, vaippa ja kuori, jonka muodostavat kevyimmät yhdisteet. Vanhimmat merkit maankuoresta löytyvät lähes neljän miljardin vuoden takaa. Noin 3,8 miljardia vuotta sitten alkoi maankuoresta muodostua protomantereita, nykyisten mannerten edeltäjiä. Maassa on ollut kolme niin sanottua supermannerta: Pangea (500 miljoonaa vuotta sitten), Rodinia (1000 miljoonaa vuotta sitten) ja Columbia (1,9 miljardia vuotta sitten).
Tulivuorista maan pinnalle purkautuneesta laavasta vapautui vetyä ja happea, jotka muodostivat yhdessä muiden kaasujen kanssa vesihöyryä, synnyttäen alkuilmakehän. Kun maapallo jäähtyi, vesihöyry tiivistyi vedeksi ja satoi Maahan. Vesi kerääntyi altaisiin, jolloin syntyivät ensimmäiset valtameret.
Maapallon ilmasto on vaihdellut koko maapallon olemassaolon ajan. Neljä miljardia vuotta sitten ilmakehän koostumus poikkesi huomattavasti nykyisestä, sillä hiilidioksidi oli toiseksi yleisin kaasu. Kasvihuoneilmiön ansiosta maapallon pintalämpötila olikin tuolloin korkea. Kun hiilidioksidin määrä väheni happea tuottavien eläinten yleistymisen myötä, maapallon ilmasto kylmeni runsaat kaksi miljardia vuotta sitten jäätikkövaiheeseen. Ensimmäisen jäätiköitymisen loputtua elämän kehitys jatkui jälleen lämpimissä oloissa. Viimeisten 50 miljoonan vuoden aikana maapallon ilmasto on jälleen kylmentynyt. Nykyisin maapallolla eletään jääkausien välistä aikaa, ja seuraavan jääkauden huippu tullee muutaman kymmenen tuhannen vuoden kuluttua.
Elämä syntyi maapallolle noin 3,5 miljardia vuotta sitten, vaikka varhaisimpien elonmerkkien on arveltu olevan jopa 3,7–4,2 miljardin vuoden takaa. Aluksi elämää oli vain veden alla. 800 miljoonaa vuotta sitten kehittyivät ensimmäiset alkueläimet, jotka käyttivät ravintonaan muita eliöitä. Ne kehittyivät 120 miljoonan vuoden kuluessa monimutkaisiksi ja monisoluisiksi eläimiksi. Selkärangattomien eläinten perusryhmät ilmestyivät proterotsooisen kauden lopulla ja paleotsooisen kauden alussa noin 540 miljoonaa vuotta sitten. Ensimmäiset maakasvit kehittyivät noin 450 miljoonaa vuotta sitten. Sammakkoeläimiä alkoi nousta maalle devonikaudella. Triaskaudella 245–200 miljoonaa vuotta sitten ilmestyivät nisäkkäät, sisiliskot, dinosaurukset, kilpikonnat ja krokotiilit. Dinosaurusten valtakausi kesti 160 miljoonaa vuotta. Kädelliset kehittyivät viimeistään 75 miljoonaa vuotta sitten. Varhaisin ihmisten kehityshaaraan kuulunut kädellisten muoto tunnetaan noin viiden miljoonan vuoden takaa. Nykyihminen kehittyi Afrikassa yli 100 000 vuotta sitten.
Maan kiinteä kuorikerros koostuu paristakymmenestä mannerlaatasta, jotka kelluvat vaippaa raskaamman kiviaineksen päällä. Laatat liikkuvat alituisesti toistensa suhteen, aiheuttaen maanjäristyksiä ja tulivuoritoimintaa, lähinnä laattojen reunoilla, jossa ne törmäävät tai työntyvät toisensa alle. Toisaalta uutta laattamateriaalia eli merenpohjaa muodostuu valtamerten keskellä, kuten Islannissa, jossa kiviainesta työntyy esiin Maan vaipasta. Laattaliikkeen energianlähde on radioaktiivinen hajoaminen.
Maan sisäinen koostumus on meille elintärkeä. Planeetalla on nimittäin jatkuvan radioaktiivisen hajoamisen ansiosta sula rauta-nikkeli-ydin, joka saa aikaan voimakkaan magneettikentän, ja se suojaa elämää vaaralliselta säteilyltä sekä Auringosta tulevalta suurienergiseltä hiukkaspommitukselta. Lähellä napa-alueita hiukkaspommitus voidaan nähdä paljain silmin öiseen aikaan värikkäinä revontulina. Magneettikentän vangitsemat Auringosta tulevat hiukkaset koostavat van Allenin vyöhykkeet.
Maan magneettikenttä, jonka voimakkuus on 25–65 mikroteslaa, heikkenee aika ajoin ja vaihtaa napaisuuttaan. Samanapaisuus kestää yleensä satojatuhansia vuosia.
Maa voidaan jakaa kerroksiin, pinnalta keskipisteeseen, koostumuksen perusteella (kemiallinen jako) ja mekaanisten ominaisuuksien (aineen olomuoto, mekaaninen toiminta) mukaan.Maan ympärysmitta on noin 40 000 km ja säde hieman alle 6400 km.
Porauksilla on päästy kymmenen kilometrin syvyyteen maankuoren sisälle, mutta Maan vaippa kuoren alla on yhä koskematon. Epäsuoraa tietoa Maan sisäosista saadaan tutkimalla maanjäristysten ja ydinräjäytysten yhteydessä syntyviä seismisiä aaltoja. Uusimpina keinoina ovat nousseet esiin maan sisällä olevien uraanin, toriumin ja kalium-40:n radioaktiivisessa hajoamisessa syntyvien neutriinojen havaitseminen ja keinotekoisella neutriinosuihkulla luotaaminen.
Maa on ainoa aurinkokunnan planeetta, jonka pinnalla on nestemäistä vettä; se peittää noin 71 % koko pallon pinnasta. Tästä onkin syntynyt kutsumanimi "sininen planeetta". Maapallon kuivan maan pinta-ala on lähes täsmälleen sama kuin halkaisijaltaan puolet pienemmän Marsin koko ala.
Maan ilmakehä koostuu pääasiassa typestä (78 %) ja hapesta (21 %). Ihmiselämän kannalta tärkeää on, että hiilidioksidia ilmassa on alle yksi prosentti. Planeetan ja ilmakehän paksuuksien suhde on samaa luokkaa kuin omenan ja sen kuoren. Pinnalta katsottuna ilmakehän näkyvin ominaisuus on sen sinisyys, joka syntyy, kun valo siroaa kaasumolekyyleistä (Rayleigh-sironta). Valon spektrin sinisen pään aallonpituudet siroavat eniten. Ilman sirontaa taivas näyttäisi mustalta. Saman ilmiön vuoksi Aurinko näyttää keltaiselta tai punaiselta valon ilmakehässä kulkeman matkan pituuden mukaan. Ilmakehä päästää lävitseen vain osan Auringon säteilystä, ja esimerkiksi haitallinen ultraviolettisäteily kilpistyy suurelta osin monen kymmenen kilometrin korkeudella sijaitsevaan otsonikerrokseen.
Maa on tällä hetkellä ainoa planeetta maailmankaikkeudessa, jolla varmasti tiedetään olevan elämää. Tämänkaltaisen elämän esiintymisen mahdollistavat mm. nestemäinen vesi ja Auringon jatkuva valoenergiavirta. Ilmakehässä oleva suurehko happimäärä sen sijaan on Maan kasviston aikaansaama ja on eläinten, myös ihmisten, elinehto.
Merissä tapahtuvalla termohaliinikierrolla ja sen häiriöillä on oma osansa jääkausien synnyssä, vaikka niiden pääsyy onkin mannerliikunnat ja Maan akselikallistuman vaihtelut.
Maan ilmasto vaihtelee huomattavasti eri paikoissa, ja niin syntyneet ilmastovyöhykkeet luovat osaltaan erilaisia biomeja, kasvillisuusvyöhykkeitä. Aurinko ylläpitää ilmakehän kiertoliikettä, joka puolestaan pyrkii fysiikan lakien mukaisesti tasoittamaan lämpöeroja tropiikin ja napa-alueiden välillä. Suomen säähän vaikuttavat polaaririntaman syklonit (matalapaineet) ovat suuren luokan lämpöpumppuja, jotka kuljettavat pohjoiseen lauhaa ilmaa ja vetävät perässään kylmän arktisen ilman etelään.
Maapallon radan elliptisyys ja muut rata-arvot vaihtelevat jonkin verran kymmenien tuhansien vuosien kuluessa. Muutokset johtuvat muiden aurinkokunnan planeettojen heikosta vetovoimavaikutuksesta. Maapallon akseli tekee 25 725 vuoden jaksossa vaappuvan hyrrän tapaista prekessio­liikettä. Se ja nutaatio ovat etupäässä muiden taivaankappaleiden aiheuttamia häiriöitä. Lisäksi pohjoisnapa siirtyy lyhyemmällä, parinkymmenen vuoden luokkaa olevalla jaksolla epäsäännöllisesti muutaman kymmenen metriä ympyrämäisesti. Ilmiötä kutsutaan napavariaatioksi. Maapallon pyöriminen hidastuu pääasiassa Kuun vetovoiman aiheuttaman vuorovesi-ilmiön vuoksi keski­määrin 1,6 millisekuntia vuosisadassa, mutta muiden syiden kuten tuulten, maanjäristysten ja mannerliikuntojen vuoksi tämä hidastuminen ei ole tasaista. Korallitutkimusten mukaan 370 miljoonaa vuotta sitten Maan pyörähdysaika oli 22,7 tuntia. Noin 600 miljoonaa vuotta sitten kambrikauden lähestyessä Maan vuorokausi oli 21 h, ja vuodessa siis 423 vuorokautta. Eräs arvio väittää Maan pyörähtäneen synnyttyään noin 4 600 miljoonaa vuotta sitten kierroksen kuudessa tunnissa, toinen 14 tunnissa. Suomessa maapallon pyörimisnopeus suhteessa akseliinsa on Helsingissä 835 km/h, Oulussa 707 km/h ja Nuorgamissa 571 km/h.
Maailmankartta on kartta maapallon pinnasta. Maasta on kuitenkin mahdotonta saada täysin todenmukaista karttaa tasaiselle pinnalle. Ainoa oikea kartta on karttapallossa. Maapallosta on olemassa erilaisia karttaprojektioita. Esimerkiksi Petersin sovelletussa projektiossa alueiden ja valtioiden pinta-alat ovat oikeat toisiinsa verrattuna, mutta muodot ovat vääristyneet. Mercatorin oikeakulmaisessa karttaprojektiossa muodot ovat oikeat, mutta päiväntasaajalla sijaitsevat valtiot ovat liian pieniä ja pohjoisessa ja etelässä sijaitsevat liian suuria. Yhdistämällä erilaisia projektioita virheitä saadaan pienennettyä.