luonto

Sota hyttysiä vastaan

Pe, 05/24/2013 - 10:40 Toimitus
Malariahyttynen

Hyttyskausi on alkamassa Suomessa, ja ennusteet hyttysten määrästä vaihtelevat. Tropiikissa ennustaminen on helpompaa: hyttysiä on, ja paljon.

Valitettavasti mukana on myös malariahyttysiä, jotka kantavat maailman tappavinta sairautta. Siihen sairastuu yli 500 miljoonaa ihmistä vuodessa ja kuolee yli miljoona, etenkin Saharan eteläpuolisessa Afrikassa.

Yllättäen apua malarian, eli horkan, torjuntaan tulee Suomesta, Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun matematiikan ja fysiikan laitokselta, missä mallinnetaan malarian etenemistä ja tutkitaan taudin leviämisen dynamiikkaa matemaattisen epidemiologian keinoin. Tavoitteena on kehittää olemassa olevia karkotusmenetelmiä paremmiksi ja parantaa suojautumiskeinoja.

Professori Heikki Haarion ja tutkijaopettaja Matti Heiliön johdolla etenevä hanke etsii muun muassa vastauksia siihen, miten ja millainen hyttysverkkoihin lisätty myrkky toimii malariaa levittävien hyttysten karkottimena ja miten toimivat erilaiset hajuun perustuvat karkotteet, kuten hajusteet ja hyttyskierukat. Vaikka pääkohteena ovat malarialoista levittävät Anopheles-suvun hyttyset, voidaan tuloksia luonnollisesti käyttää soveltaen myös kotoisia hyttysiä vastaan.

Sotaa hyttyiä vastaan käydään pääasiassa matematiikan avulla: tilastollinen problematiikka auttaa selvittämään kuinka paljon ja kuinka tiheässä eri karkoteyksikköjä pitäisi olla, jotta teho alkaa näkyä ja hyttysten todennäköisyys lisääntyä pienenee. Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää muun muassa karkotekemikaalien valmistuksessa sekä niillä lääketieteen aloilla, joilla karkotteita tuotetaan.

"Tuloksilla on suora vaikutus hyvinvointiin malariasta kärsivillä alueilla. Hyttyskarkotteilla voidaan vähentää malariakuolleisuuden ja malariaan sairastuneiden lukumäärää sekä vähentää malaria-taudin esiintyvyyttä", Heiliö toteaa.

Toisessa tutkimuksessa selvitetään ja mallinnetaan matemaattisesti prosessia, mitä ihmiskehossa tapahtuu malariaan sairastumisen
ja sairastamisen aikana.

Yleistäen malariaan sairastuminen tapahtuu siten, että hyttynen tuo ihmisen verenkiertoon Plasmodium-suvun itiöeläimen, loisen, joka kulkeutuu ihmisen maksaan. Maksassa loinen lisääntyy ja leviää veren punasoluihin. Pahin viidestä eri tunnetusta loisalalajista on Plasmodium falciparum, joka kykenee tartuttamaan kaikkia veren punasoluja. Valitettavasti se on tropiikin yleisin malarialoinen.

Lappeenrantalaismatemaatikot mallintavat ugandalaisen Makerere-yliopiston tutkijoiden kanssa sairastumista, taudin etenemistä ja etenkin sitä, mitä ihmisen aineenvaihdunnassa tapahtuuu sairauden aikana: ugandalaiset lääketieteen ja mikrobiologian tutkijat vastaavat tutkimustensa perusteella malariataudin kulun mallintamisesta ja Lappeenrannassa analysoidaan mallia ja tutkitaan, miten luotettava malli on, mitkä ovat sen kriittisiä kohtia ja miten sitä voidaan parantaa.

Malarian vaikutuksista kertovan mallin tutkimus liittyy inversio-ongelmiin ja erityisesti mallien luotettavuuden selvittämiseen, jotka ovat Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun eräs vahvuuksista. Mallien epävarmuuteen liittyvää tutkimusta hyödynnetään muun muassa ilmastoa ja säätä kuvaavien mallien, kemiallisten prosessien ja mittausmenetelmien tutkimuksessa.

Malariaan liittyvät tutkimukset saivat alkunsa osana kansainvälistä East-Africa Technomathematics -hanketta, joka yhdistää opiskelijoita ja tutkijoita Tansanian, Rwandan, Ugandan ja Suomen välillä. Hanke edistää matemaattisten välineiden kehitystä ja käyttöä kehitysmaissa sekä kasvattaa alueella tietoisuutta matemaattisten tieteiden opiskelusta ja soveltamismahdollisuuksista. Lappeenrannassa työskentelee kevään 2013 ajan kaksi tansanialaista opiskelijaa, jotka valmistelevat malariatutkimukseen liittyviä opinnäytetöitä. Laitoksella on tutkijana myös saman aihepiirin tohtoriopiskelija Tansaniasta.

"Matemaattisten taitojen tarve on Itä-Afrikassa suuri, sillä yhteiskunnan kehityksen ja eri tieteenalojen tutkimuksen tukena tarvitaan tietoa laskennasta, tietotekniikasta ja matemaattisten mallien soveltamisesta", kertoo Matti Heiliö. Hän on tehnyt jo vuodesta 2002 yhteistyötä afrikkalaisten tutkijoitten kanssa, ensin Dar es Salaamin yliopiston kanssa ja sittemmin useamman Itä-Afrikassa sijaitsevan
yliopiston kanssa.

"Matematiikkaa tarvitaan teknologian, lääketieteen, liikennejärjestelmien ja yhteiskunnan infrastruktuurin rakentamiseen. Tämä on sellaista kehitysaputoimintaa, jonka vaikutus ulottuu pitkälle", Heiliö toteaa.

Juttu perustuu Lappeenrannan teknillisen yliopiston tiedotteeseen

Päivän kuva 18.4.2013: Lumi sulaa, tulvatilanne tarkkailussa

To, 04/18/2013 - 08:16 Toimitus

Lumi sulaa kovaa vauhtia ja Suomen ympäristökeskus SYKE seuraa tarkasti valumatilannetta. Lumen määrän ja tulvatilanteen kartoitusta tehdään paitsi kenttähavainnoin, niin myös , sillä satelliitit näkevät suuria alueita yhdellä katseella ja pystyvät sondaamaan tutkallaan jopa pinnan alle. SYKE julkaisee päivittäin ajantasaisen tulvatilanten ja -ennusteen.

Eilinen raportti oli seuraavanlainen:

Tulvavedet pengerrysalueille Kyrön- ja Lapuanjoella (17.4.2013)

Virtaamat nousevat Etelä-Pohjanmaan ja Pohjanmaan maakunnissa vielä lähipäivinä. Tulvivan veden vuoksi on teitä jouduttu sulkemaan jo ainakin Reisjärvellä, Kauhavalla ja Jalasjärvellä ja tulvavesi on paikoin noussut pihoille ja rakennusten kellareihin. Tulvavesiä on alettu tänään alkuillasta johtamaan Kyrönjoen pengerrysalueille, jotka ovat pääasiassa peltoaluetta. Mahdollisesti myös Lapuanjoen pengerrysalueet joudutaan ottamaan tulvavesien varastoksi huomenna tai ylihuomenna. Kyrönjoen pengerrysalueiden avulla vähennetään erityisesti Ilmajoen keskustan tulvavahinkoja ja Lapuanjoen pengerrysalueiden avulla suojataan Lapuan keskustaa. Kyrönjoen ja Lapuanjoen tulvahuippuja pyritään pienentämään myös tekojärvien avulla. Virtaamat nousevat voimakkaasti myös Pohjois-Pohjanmaalla Kalajoella, Siikajoella, Sanginjoella ja Tyrnävänjoella. Loimijoella vesi on noussut alavimmille pelloille ja muutamien rakennusten kellareihin ja katkonut teitä Huittisissa. Loimijoella vesi saattaa nousta viikon lopulla vahinkorajalle, jolloin rakennuksia on Ypäjällä kastumisvaarassa. Myös Aurajoella Pöytyällä tulvavesi on katkaissut tien. Uskelanjoella tulvahuippu on saavutettu ja jäät lähteneet. Vantaanjoella Lepsämänjoen vedenkorkeus on ylittänyt tulvarajan ja vesi tulvii pelloille.

Alkuviikon aikana on Lapväärtinjoen Peruksessa muodostunut jääpatoja, jotka on saatu kaivinkoneella purettua. Uudet jääpadot ovat todennäköisiä, ja tulvavesi voi noustessaan uhata Lapväärtin taajamaa. Kyrönjoella jääpato uhkaa Iso-Kyrön taajamaa. Myös Teuvanjoen Puskamarkissa, Närpiönjoella ja Kimojoella on muodostunut jääpatoja. Myös Pohjois-Pohjanmaalla jääpatojen riski kasvaa virtaamien kasvaessa. Kalajokeen on muodostunut viime yönä jääpato Kalajoen taajaman tuntumaan, ja samalla kohtaa Rinnetiellä penkereen takana tulviva sulamisvesi on kastellut ainakin yhden omakotitalon ja paria rakennusta on jouduttu suojaamaan. Nyt keskiviikkona puolen päivän jälkeen rakennusten ympärille noussut vesi on lähtenyt jo laskemaan.

Lounais-Suomen ja länsirannikon pienten jokien huiput ajoittuvat torstain ja lauantain välille. Karvianjoella jääpatojen riski on lähipäivinä suuri Pomarkussa, Merikarvialla ja Eteläjoella. Vantaanjoen latvoilla Riihimäellä tulvarajan ylittyminen on ennusteen mukaan mahdollista torstaina tai perjantaina, mikäli sää pysyy lämpimänä ja lisäksi vettä sataa sääennusteiden mukaisesti. Tulvariski on tällöin suurimmillaan vanhassa Peltosaaressa sekä Peltosaaren itäosassa. Sään on ennustettu viilenevän ensi viikonlopuksi Pohjanmaalla. Tällöin virtaamien nousu Kyrön- ja Lapuanjoessa mahdollisesti hidastuu. Jäät voivat lähteä liikkeelle Lesti-, Kala-, Pyhä- ja Siikajokien alueella jo ensi viikonloppuna. Oulujoen pohjoispuolisissa jokivesistöissä virtaamien nousu on vielä vähäistä.

Kuva:SYKE

En pidä kesäajasta!

Ensi yönä, maaliskuun 30. ja 31. päivien välisenä yönä siirrytään jälleen kesäaikaan. Silloin kelloja käännetään klo 03:00 näyttämään kello neljää, mutta saman tunnilla eteenpäin siirtymisen toki voi tehdä myöhemminkin. Ideana on se, että näin aamulla herätessä on valoisampaa.

Kesäaikaan siirtyminen ei ole mitenkään tärkeimpiä asioita maailmassa, mutta varmasti yksi tyhjänpäiväisimmistä tavaksi muodostuneista historiallisista jäänteistä. Varmastikin aikanaan on ollut tärkeää käyttää hyväksi kaikki päivänpaiste ja siirtää siksi kelloja tunnilla edes- ja taaksepäin kevällä ja syksyllä, mutta nykyisin yhteiskunta elää joka tapauksessa kellon ympäri, joten edut ovat hyvin kyseenalaiset.

Kesäaika otettiin ensimmäisen kerran käyttöön ensimmäisen maailmansodan aikaan Saksassa vuonna 1916 ja Britannia sekä Yhdysvallat tekivät samoin seuraavina vuosina. Tärkein peruste oli tuolloin järkevä: oli pula-aika ja kun valtaosa ihmisistä pystyi käyttämään hieman enemmän päivävaloa hyväkseen, säästyi hiiliä ja sähköä. Kesäajasta luovuttiin kuitenkin monissa paikoin pian, koska kellojen vääntely ei ollut ihmisten mieleen. Tosin taas ajatus otettiin uudelleen esiin toisen maailmansodan jälkeen ja lopulta 1980-luvun alussa lähes kaikki Euroopan maat olivat ottaneet kesäajan käyttöön. Suomessa näin tehtiin vuonna 1981.

Tähtitieteilijän näkökulmasta kesäaika on naurettava keksintö kahdestakin syystä: ensinnäkin se pakottaa elämään keinotekoisesti kauempana omasta aurinkoajasta ja toiseksi se tekee illoista yhä valoisampia. On toki mukavaa paistatella päivää pitempään, mutta samalla se tarkoittaa sitä, että pimeä yö tulee myöhempään. Aurinko ei ole etelässä enää keskipäivällä, vaan iltapäivällä. Luonnollisestikaan suuri osa ihmisistä ei kiinnitä mitään huomiota siihen missä Aurinko on milloinkin ja mikä on tähtitaivaan suhde kellonaikaan, mutta tämä on myös yksi peruste sille, miksi kesäaika on nykyisin menettänyt merkityksesä: juuri kukaan ei elä enää Auringon mukaan, vaan kellon mukaan. Elämä menee eteenpäin koko ajan päivänvalosta riippumatta, lamput loistavat monissa toimistoissa ympäri vuorokauden joka tapauksessa ja kodeissa illalla säästetty sähkö käytetään aamulla. Kesäajasta lienee nykyisin lopulta enemmän haittaa kuin hyötyä. Kellojen siirtely vie energiaa ja aiheuttaa kustannuksia, koska kaikki yhteiskunnassa toimii kellonajan perusteella. Ja koska kaikkialla maailmassa ei siirrytä kesäaikaan samana päivänä (eikä kaikkialla siirrytä lainkaan), pitää näinä aikoina ja syksyllä normaaliaikaan siirtymisen aikoihin olla tarkkana.

Nykytekniikka saa tosin monet kellot ottamaan kesäajan huomioon automaattisesti, mutta tämäkin luo omat ongelmansa: mikä kello on siirtynyt itsekseen ja mikä ei? Kelloja on lisäksi joka puolella, joten ainakin meillä kotona siirtämättömiä kelloja löytyy vielä viikkojen päästäkin. Kesäajasta luopumisesta on käynnissä myös kansalaisaloite.

Ihmeellinen vesi

To, 03/07/2013 - 15:24 Toimitus

Vesi on kummallinen aine. Se voi esiintyä kolmessa eri olomuodossa samoissa olosuhteissa – tai ainakin melkein. Toki kaikilla aineilla on erilaisia olomuotoja, mutta veden tekee poikkeukselliseksi sen olomuotojen muuttuminen meille passeleissa ympäristöoloissa.

Aineelle voidaan määritellä niin sanottu kolmoispiste, jossa sen olomuoto muuttuu kiinteästä nesteeksi tai nesteestä kaasumaiseksi hyvin pienen paineen tai lämpötilan muutoksen seurauksena. Vedellä tuo kolmoispiste on 0,01 celsiusasteen lämpötilassa (ja 0,006 baarin paineessa). Se ei välttämättä ole mukavin mahdollinen lämpötila meille ihmisille, mutta silti huomattavasti miellyttävämpi kuin esimerkiksi 4 700 celsiusastetta, jossa on hiilen kolmoispiste.

Meille tuttu lämpötila-asteikko, jonka ruotsalaisen Anders Celsius kehitti 1740-luvulla, perustuu juuri veden olomuodon muutoksiin tietyissä lämpötiloissa: nollassa celsiusasteessa vesi jäätyy (ja sulaa), sadassa celsiusasteessa se kiehuu (ja nesteytyy). Tosin Celsius käytti alkuun käänteistä asteikkoa, jossa veden sulamispiste oli sata astetta ja kiehumispiste nolla astetta.

Lämpötilan laskiessa nollaan celsiusasteeseen – siis nykyisellä celsius-asteikolla – vesi alkaa muodostaa jääkiteitä. Talvella jääkiteiden kasaumia sataa taivaalta lumena. Jää on vettä kevyempää, joten järvissä – tai vaikka pakkaseen jääneessä vesiämpärissä – kiteet nousevat pinnalle, jolloin ne tarttuvat toisiinsa ja muodostavat vähitellen yhtenäisen jääpeitteen. Ilmiö on tuttuakin tutumpi meille pohjoisten leveysasteiden asukkaille, jotka pystyvät osan vuotta kävelemään vaivatta vetten päällä.

Kun veden lämpötila nousee sataan celsiusasteeseen, vesimolekyylien liike on nesteessä jo niin rivakkaa, että niitä alkaa sinkoilla vedenpinnasta ilmaan. Jos ollaan tarkkoja, esimerkiksi teekattilasta nouseva ”höyry”, järvenpinnasta vilakkaan kesäyöhön kohoava usva tai taivasta peittävät pilvet eivät ole vesihöyryä, vaan ne koostuvat pienenpienistä vesipisaroista. Vesihöyry on näkymätöntä.

Tietyissä olosuhteissa veden olomuoto voi muuttua myös kiinteästä kaasumaiseksi tai päinvastoin ilman nestemäistä välivaihetta. Jos ilmanpaine on hyvin alhainen, jää sublimoituu eli muuttuu suoraan vesihöyryksi. Toisaalta vesihöyry voi härmistyä eli muuttua suoraan kiinteään olomuotoon. Ilmiö on tuttu talviaamuista, kun ilman vesihöyry on kuorruttanut auton ikkunat kuuralla.

Tagit

Sateenkaaren tuolla puolen

Su, 03/03/2013 - 10:30 Toimitus

Kesäisenä sadepäivänä pilvien jo hiljalleen hajaantuessa taivaalle voi leimahtaa upea sateenkaari. Silloin aurinko pilkahtaa pilvien raosta ja paistaa väistyvän sateen langettamiin pisaroihin. Sateenkaari näkyy aina vastakkaisella puolella taivasta kuin aurinko, koska valo heijastuu sadepisaroista takaisin tulosuuntaansa.

Pelkkä valon heijastuminen vesipisaroista ei kuitenkaan riitä selittämään sateenkaaren värejä, siihen vaaditaan myös valon taittumista. Kun auringonvalo taittuu ja heijastuu vesipisaroissa, valkoiselta näyttävä auringonvalo hajoaa – kirjaimellisesti – sateenkaaren väreihin. Punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti ovat väreinä sitä hehkuvampia ja kirkkaampia, mitä suurempia vesipisarat ovat.

Kun auringonvalo kulkee sadepisaran pinnan läpi, valon kulkusuuntaa muuttuu, koska se siirtyy harvemmasta aineesta tiheämpään: ilmasta veteen. Valo heijastuu kertaalleen pisaran sisäpinnasta ja kun se taas poistuu vesipisarasta, sen kulkusuunta muuttuu jälleen: tällä kertaa se siirtyy tiheämmästä aineesta harvempaan eli vedestä ilmaan.

Kahden taittumisen ja yhden heijastumisen seurauksena valon kulkusuunta muuttuu vesipisarassa aina saman verran, 42 astetta. Siksi sateenkaari näkyy taivaalla vastapäätä aurinkoa ja kaartuu ilmiötä ihailevan katsojan pään varjon ympärille 42 asteen etäisyydellä.

Valon kulkusuunta ei kuitenkaan muutu täsmälleen 42 astetta, sillä valon eri aallonpituudet eli värit taittuvat eri tavoin: punainen taittuu vähiten ja violetti eniten. Siksi punainen väri on sateenkaaren ulkoreunassa ja violetti sen sisäreunassa. Niiden välissä ovat muut värit eli oranssi, keltainen, vihreä ja sininen.

Usein kirkkaan sateenkaaren ulkopuolella näkyy toinen, hieman himmeämpi sivusateenkaari. Sen värit ovat samat kuin pääsateenkaaressa, mutta niiden järjestys on päinvastainen: ulkoreunalla on violetti ja sisäreunalla punainen. Sivusateenkaari on himmeämpi, koska sen synnyttävä valo heijastuu sadepisaran sisällä kahdesti. Jokaisessa heijastumisessa valoa menee hivenen haaskoon.

Sateenkaaren kirkkauden lisäksi ylimääräinen heijastus pisaran sisällä vaikuttaa myös kaaren kokoon. Valon kulkusuunta muuttuu kahden taittumisen ja kahden heijastumisen tuloksena noin 51 astetta, joten sivusateenkaari kaartuu katsojan pään varjon ympärille 51 asteen etäisyydellä. Siksi sivusateenkaari on aina pääsateenkaaren ulkopuolella. Pääsateenkaaren sisäreunalla näkyy toisinaan niin sanottuja interferenssikaaria, joita ei pidä sekoittaa sivusateenkaareen. Joskus useita kertoja toistuvat vihreän ja sinisen sävyt johtuvat valon aaltoliikkeestä: interferenssissä hieman eri vaiheissa olevat aallot vahvistavat tai heikentävät toisiaan.

Pää- ja sivusateenkaaren välissä on niin sanottu Aleksanterin tumma vyöhyke. Sen alueelta tulee katsojan suuntaan vähemmän valoa kuin pääsateenkaaren sisäpuolelta ja sivusateenkaaren ulkopuolelta. Nimensä vyöhyke on saanut Aleksanteri afrodisialaiselta, joka pohti sateenkaaren syntyä vuoden 200 tienoilla. Auringonvalon hajoamisen väreihin selitti Isaac Newton noin 1500 vuotta myöhemmin.

Sydänkesän keskipäivällä aurinko kohoaa eteläisessä Suomessa yli 53 asteen korkeudelle, joten silloin taivaalla ei voi näkyä sateenkaaria ollenkaan. Sekä pää- että sivusateenkaari jäävät taivaanrannan alapuolelle. Sen vuoksi sateenkaaria näkyykin eniten alku- ja loppukesästä.

Kun aurinko laskee alemmas, tulee ensin näkyviin sivusateenkaari – jos se on näkyäkseen – ja sitten myös pääsateenkaari. Toisinaan horisonttia viistävää sateenkaaren voimakkaan punaista yläreunaa ei välttämättä edes tunnista sateenkaareksi. Vasta kun kaari auringon hitaasti vajotessa kohoaa ylemmäs, tulee näkyviin myös muita värejä ja ilmiön tunnistaa sateenkaareksi. Aamupäivän puolella taivaanrantaa hipova sateenkaari tietysti vähitellen katoaa, kun auringon kipuaa yhä ylemmäs – edellyttäen, että sateenkaari pysyttelee taivaalla näkyvissä niin pitkään.

Vanhan kansanuskomuksen mukaan sateenkaaren päässä odottaa löytäjäänsä kulta-aarre. Sitä voi yrittää etsiä, mutta puuha voi osoittautua turhauttavaksi, koska sateenkaaren perään kiiruhtava aarteenetsijä joutuu huomaamaan, että sateenkaari pakenee samalla vauhdilla. Ehkä uskomus viittaa juuri tähän: kulta-aarteen löytäminen onnistuu yhtä helposti kuin sateenkaaren pään tavoittaminen.

Pääkuvan on ottanut davidyuweb ja se on julkaistu Creative Commons -lisenssillä Flickr-palvelussa.

Äänekäs lumi

To, 02/21/2013 - 11:15 Toimitus

Kipakassa pakkasessa lumella on mahdoton kävellä äänettömästi: jokainen askel saa lumen narskumaan. Narskuminen on sitä voimakkaampaa, mitä alhaisempi on lämpötila. Toisaalta nollakelillä ja suojasäällä lumi ei narsku lainkaan. Miksi? Ja miksi ei?

Pakkasella jalan alle jäävät lumihiutaleiden monihaaraiset jääkiteet hankautuvat toisiaan vasten ja katkeilevat terävästi napsahdellen. Mitä kireämpi pakkanen on, sitä lujempaa on kiteitä muodostava jää ja sitä kovemmin se napsuu särkyessään.

Maahan sataneessa lumessa on jääkiteitä valtavan paljon, joten yhdellä askeleella tulee rikkoneeksi suuren määrän yksittäisiä jääkiteitä. Silloin lukemattomat yksittäiset napsahtelut kuulostavat narskumiselta, vähän samanlaiselta kuin kävely pienten lasinsirpaleiden päällä – mitä kukaan ei tietysti alituiseen tule tehneeksi.

Suojasäällä jääkiteiden pinnalla on ohuelti vettä, joka ensinnäkin liukastaa kiteitä niin, ettei niiden hankautumisesta kuulu ääntä ja toisaalta myös vaimentaa katkeilevista kiteistä kuuluvaa napsahtelua. Lisäksi jää on lämpötilan ollessa plussan puolella myös pehmeämpää, joten napsahtelu on muutenkin miltei olematonta.

Toisaalta pakkassäällä ääntä pitävä lumi on hyvä äänieriste. Etenkin vastasataneen kuohkean lumipeitteen muodostavien hiutaleiden välissä on runsaasti ilmataskuja, jotka vaimentavat ääniaaltojen värähtelyjä. Erityisesti metsässä, missä lunta on myös puiden oksilla, hiljaisuus voi olla lumisateen jälkeen lähes rikkumaton.