Alljärgnevalt tuleb juttu veidi sellest, milline on Maad ümbritseva õhu koostis võrreldes meie planeedi lähimate naabritega, suuremat tähelepanu aga pälvivad kaks teist küsimust: miks õhk üldse ühe taevakeha ümber püsib? Ja kas Maad ümbritsev õhukiht on alati sellise koostisega olnud kui praegu?

   Alustuseks vaatame järgmist tabelit kolme planeedi atmosfääri koostise kohta.

   

	Maa	Marss	Veenus
Hapnikku	21%	0,13%	ülivähe
Süsihappegaasi	0,03%	95,3%	96,5%
Lämmastikku	78%	2,7%	3,5%
Veeauru	0,1 kuni 3%	0,03%	ülivähe
Argooni ja teisi väärt- ehk inertgaase	1%	1,6%	ülivähe

   Torkab silma, et kõigi kolme naaberplaneedi koostises on ained, mida leidub teistest palju rohkem – Marsil ja Veenusel domineerib süsihappegaas CO₂, Maal aga lämmastik ja hapnik. Muidugi ei saa neid arve Maa puhul rakendada iga linna või maakoha jaoks ega igal ajahetkel. Tegemist on ikka statistilise keskmisega. Näiteks, kui kuskil tuleb õhku niiskuse näol palju vee molekule, peab sealt teiste ainete molekule samapalju ära minema. Miks ei leidu aga neist kolmest planeedist ühegi atmosfääris nimetamisväärset kogust vesinikku, mida maailmaruumis tervikuna kõige rohkem esineb? Ka suurima planeedi Jupiteri atmosfäärist moodustab just vesinik lõviosa – 86,1%, millele järgneb heelium 13,8%-ga. Kaks selgitust võib välja pakkuda – kas vesinikku pole siin kunagi olnud või on Maa ja tema naabrid mingil põhjusel sellest ilma jäänud. Uurime natuke kirjandust. Eric Chaissoni ja Steve McMillani koostatud esinduslikus teoses Astronomy Today räägitakse esmasest ja teisesest atmosfäärist. Esmane atmosfäär, mida omas Maa oma sünni ajal, koosnes põhiliselt nendest samadest kergetest gaasidest, millest tolleaegne Päikesesüsteem: vesinik, heelium, metaan, ammoniaak, veeaur. Kuid enamus nende ainete, eriti kahe kergema – vesiniku ja heeliumi – molekulidest on Maa mõjupiirkonnast ära lennanud. Miks ka mitte – iga gaas vallutab kiiresti kogu ruumi, kuhu ta on pääsenud.

   Õigem on küsida, mis võimaldab mõnel taevakehal oma atmosfääri pagemise eest hoida ja miks on tema koostis selline, nagu ta on. Muidugi on gravitatsioonijõud see, mis hoiab õhku Maa ümber. Ei küsi see jõud nime, vaid tõmbab kõike, millel aga massi on. Kuid miks ei vaju siis kogu õhk maapinna lähedale kokku, vaid laiutab mitmekümne kilomeetri paksuse kihina? Vastaseks gravitatsioonile on soojus, täpsemalt soojusliikumine. Soojus pole ju midagi muud kui aineosakeste kaootiline liikumine – mida kiiremini aineosakesed sagivad, seda kõrgem on keha temperatuur, seda soojem on. Selline alaline sagimine takistab osakeste maapinnale langemist, tekitades rõhu, mis töötab gravitatsioonile vastu. Pilt on umbes sama, kui taigna valmistamisel, mis aina kerkib ja kerkib. Kuid siiski – miks on mõnel taevakehal massiivne atmosfäär, teisel õhuke ja kolmandal polegi? Asi on selles, et füüsikaseaduste järgi on võimalik välja arvutada väikseim kiirus, millega liikudes on võimalik taevakeha mõjupiirkonnast välja pääseda. Seda nimetatakse teiseks kosmiliseks kiiruseks ehk paokiiruseks, ning ta on seda suurem, mida suurem on taevakeha mass ja mida väiksem on tema raadius.

   

Taevakeha nimetus	PAOkiirus km/s
Merkuur	4,3
Veenus	10,4
Maa	11,2
Marss	5,0
Jupiter	60
Saturn	36
Kuu	2,4

   Nüüd tuleb veel võrrelda atmosfääri moodustavate aineosakeste kiirusi paokiirusega. On teada, et väiksema massiga osakesed liiguvad kiiremini kui massiivsemad. Vesiniku molekuli mass on näiteks 16 korda väiksem hapniku molekuli omast ja tema kaootilise liikumise kiirus samal temperatuuril 4 korda suurem. Seetõttu ongi nende lahkumine kõige tõenäolisem. Maapinna lähedal sagivad vesiniku molekulid küll keskmiselt vaid kiirusega 2 km/s, kuid alati leidub keskmisest palju kiiremaid osakesi. Mõnest miljardist aastast on ilmselt piisanud, et enamus vesinikust jõudis emakese Maa juurest jalga lasta.

   Kust aga pärinevad uusasukad hapnik ja lämmastik, Maa atmosfääri põhilised tänased tegijad? Lämmastik arvatakse olevat vulkaanilise päritoluga. On ju vulkaanilised gaasid rikkad lämmastikuühendite poolest. Päikeselt tulev ultraviolettkiirgus aga suudab lämmastiku vabastada sidemetest teiste elementidega. Hapniku suure osakaalu eest tuleb tänada taimi. Alguse sai hapniku hoogne juurdevool arvatavasti elu tekkimisega ookeanides.

   MART KUURME (1949)
on Tallinna Reaalkooli füüsikaõpetaja, pedagoogikamagister.