2. Atmosfäär

Päike on maakera peamine energiaallikas. Tänu päikeseenergiale on meil soojust ja valgust, saavad kasvada rohelised taimed ja toimuvad õhu- ning veeringe. Maa pinnale langeva päikesekiirguse hulk sõltub Päikese kaugusest ja päikesekiirte langemisnurgast. Kuna maakera on ümmargune, on langemisnurk eri piirkondades erinev. Ekvaatori lähedal on päikesekiired maapinna suhtes suure nurga all ja ühele pinnaühikule langeb rohkem päikesekiirgust. Pooluste poole liikudes kiirte langemisnurk järjest väheneb ja maapind saab pinnaühiku kohta vähem päikesekiirgust. Selline energia ebaühtlane jaotus paneb aluse kliimavöötmetele.

Langemisnurk muutub ka ajas, sest maakera tiirleb ümber Päikese ja pöörleb ümber oma telje.

Öö ja päev

Maa teeb 24 tunni jooksul ühe täispöörde ümber oma telje. St kui valime maakeral ühe punkti, siis see punkt teeb 24 tunni ehk ühe ööpäeva jooksul tiiru ümber maakera telje. Osa ajast on valitud punkt päikese poole, sel ajal on seal päev, ja osa aega mitte, siis on selles punktis öö.

Aastaajad tekivad sellest, et Maa tiirleb (teeb tiiru!) ümber Päikese – 1 tiir 1 aastaga – ja sellest, et Maa telg on kaldu. Tänu telje kallakusele on osa ajast üks poolkera Päikesest eemale kallutatud (vt. joonis) ja saab vähem päikesekiirgust, seoses sellega on seal külmem ja inimesed nimetavad sellist olukorda talveks. Teine poolkera saab samal ajal rohkem päikesekiirgust, seal on soojem ja inimesed nimetavad seda suveks. Poole aasta pärast on olukord vastupidine. Vaata selle kohta animatsiooni (vajab vaatamiseks Flashi).

Põhjapoolkera on kõige rohkem Päikese poole 20. või 21. juunil, seda nimetatakse suviseks pööripäevaks. Lõunapoolkera on kõige rohkem Päikese poole 21. või 22. detsembril, siis on põhjapoolkera Päikesest kõige kaugemal ja seal valitseb talv. Seda päeva nimetatakse meil talviseks pööripäevaks. Kevadisel ja sügisesel pööripäeval on poolused Päikesest võrdsel kaugusel.

Polaaröö ja –päev tekivad ka sellest, et maakera telg on kaldu. Kui Eestis on talv, on telg kaldu nii palju, et põhjapoolusele päikesekiired üldse ei jõua. Maa muudkui pöörleb, aga põhjapoolus on kogu aeg varjus. Seal on polaaröö. Lõunapoolus on kogu aeg päikese käes, seal on polaarpäev.

Polaarjooned piiritlevad neid alasid kus esinevad polaaröö ja –päev (animatsiooni maakeral punasega).

Pöörijoonte (animatsiooni maakeral rohelisega) vahele jääb ala, kus päike on seniidis või selle lähedal, öö ja päev on võrdse pikkusega, temperatuuri alusel eristatavaid aastaaegu pole –palavvöö.

Pöörijoone ja polaarjoone vahel on parasvöö, kus on neli aastaaega.

Pöörijoontest pooluste poole ei ole päike kunagi seniidis.

Pööripäevad:

Kevadine 20. või 21. märts (päeva pikkus 12 tundi)

Suvine 20. või 21. juuni (päeva pikkus sõltub laiuskraadist, Eestis 18 kuni 18,5 tundi) Sügisene 22. või 23. september (päeva pikkus 12 tundi)

Talvine 21. või 22. detsember (päeva pikkus sõltub laiuskraadist, Eestis 6 kuni 6,5 tundi)

Kiirgusbilanss

Enne kui päikesekiirgus jõuab maapinnale, läbib see atmosfääri, kus gaasimolekulid, veeaur, tolm ning pilved seda hajutavad. Hajudes muutub kiirguse intensiivsus ning liikumise suund. Seda osa kiirgusest, mis atmosfääris hajub, nimetatakse hajuskiirguseks. Seda osa, mis ilma hajumata otse maapinnale tuleb, otsekiirguseks. Otsekiirguse tunneb ära selle järgi, et see tekitab esemetele selge varju. Hajuskiirgus jõuab esemeteni võrdselt igast küljest ja seepärast varju ei teki. Päikesepaistelise ilma korral esinevad nii otsekiirgus kui hajuskiirgus, pilvise ilma korral ainult hajuskiirgus.

Atmosfääri läbides päikesekiirguse hulk väheneb. Osa kiirgust peegeldub pilvedelt tagasi kosmosesse, osa neeldub atmosfääris ja muundub soojusenergiaks. Stratosfääris neelab kiirgust osoon, troposfääris veeaur, pilved ja aerosoolid. Maapinnale jõuab umbes pool atmosfääri sisenenud kiirgusest.

Suurem osa maapinnale jõudnud kiirgusest neeldub ja soojendab maapinda, ülejäänu peegeldub tagasi. Mida tumedam ja niiskem on maapind, seda rohkem kiirgust neeldub (ja vähem peegeldub tagasi). Maapinna peegeldusvõime iseloomustamiseks kasutatakse mõistet albeedo. Kui kogu kiirgus peegeldub maapinnalt tagasi (nt värskelt lumelt), siis on albeedo 1 ehk 100%. taimkattega kaetud maapinna albeedo on 0,20-0,25 (tagasi peegeldub 20-25% kiirgusest). Värskelt küntud põllu albeedo jääb vahemikku 0,10-0,15. Kõige vähem peegeldub kiirgust tagasi veepinnalt, kui päike paistab kõrgelt (päikesekiired langevad suure nurga all).

Maa kiirgusbilanss on Maale saabunud ja sealt lahkunud kiirgusvoogude vahe. Positiivne kiirgusbilanss tähendab, et maapind saab Päikeselt rohkem kiirgusenergiat kui ise soojuskiirgusena ära annab. Selle tagajärjel maapind soojeneb ja soojus liigub edasi sügavamale pinnasesse. Negatiivse kiirgusbilansi korral annab maapind soojuskiirgust rohkem ära, kui juurde saab, mille tagajärjel ta jahtub. Selline on olukord näiteks öösel, kui päike ei paista. Samal ajal kui kiirgust tuleb juurde ainult päeval, toimub soojuskiirguse eraldumine aluspinnast ööpäev läbi.

Aasta lõikes on kiirgusbilanss ekvaatorilähedastel aladel positiivne ja polaaraladel negatiivne. Tänu õhuringlusele ja maailmameres vett edasikandvatele hoovustele kandub energia maakeral väiksematelt geograafilistelt laiustelt suurematele. Eestis on aastane kiirgusbilanss positiivne. Negatiivne on see vaid talvisel ajal, eriti siis, kui maapind on kaetud lumega (õpik).

Kui kogu maakera kiirgusbilanss oleks positiivne, toimuks pidev soojenemine kuni maakera ülessulamise ja ära põlemiseni. Kui bilanss oleks negatiivne, jahtuks maakera kuni jäätumiseni. Viimastel aastakümnetel on täheldatud, et maakera kiirguslik tasakaal on häiritud kasvuhooneefekti tugevnemise tõttu. Fossiilsete kütuste põletamise tagajärjel on atmosfääri paistaud süsihappegaasi hulk hüppeliselt kasvanud. Selle tagajärjel on atmosfäär hakanud neelama rohkem maapinnast kiirguvat soojuskiirgust, vähendades maailmaruumi hajuva soojuse hulka.