kylmyys

Onko Marsin pinnalla muka kylmä - ei tuntuisi Suomen talvea kummemmalta

Pe, 07/13/2018 - 10:45 Jarmo Korteniemi
Kuva: Maartin Takens

Marsista puhutaan usein kylmänä paikkana. Harva tietää, että punaisen planeetan lämpötilaolot ovat itse asiassa varsin siedettävät, ajoittain jopa mukavatkin. Ihminen pärjäisi Marsin pakkasessa aivan hyvin.

Tänä vuonna kesähelteet ovat sen verran tukalat, että on mukava pohtia viileämpiä asioita. Käsittelimme jo maapallon kylmyysennätykset taannoisessa jutussamme, joten siirrytään vielä piirun verran enemmän pakkasen puolelle.

Kuinka kylmä - tai lämmin - naapuriplaneetallamme Marsissa oikein on? Ja mitä se käytännössä tarkoittaa?

Curiosity-mönkijä laskeutui vuonna 2012 Marsin päiväntasaajan eteläpuolelle. Tämän jälkeen se on raportoinut punaisen planeetan pinnalta jopa +20 asteen "helteitä" ja lähes -130 asteen pakkasia.

Satelliittimittaukset ovat vahvistaneet nuo Marsin ekvaattorin tienoilla varsin tyypillisiksi arvoiksi. Lämpötilat pysyttelevät päivisin keskimäärin muutamissa miinusasteissa ja laskevat yöksi -70 - -80 asteen tienoille. Navoilla pakkanen saattaa ajoittain yltää jopa -150 celsiusasteeseen.

Kuulostaako hyisevältä? Kun asiaa tarkastelee lähemmin, moiset lukemat mahtuvat lähes oman planeettamme rajoihin.

Prikulleen etelänavalla sijaitsevan Amundsen-Scottin aseman kesää paistatellaan tyypillisesti -25 asteessa, lämpöennätys on huimat -12 astetta. Talven kylmimpinä aikoina siellä värjötellään -65 asteessa. Sikäläinen kylmyysennätys on -83 astetta, mutta planeetan viralliset pohjalukemat on mitattu vieläkin syrjemmällä sijaitsevalta Vostok-asemalta: -89,2 astetta.

Kummassakin paikassa on miehitys läpi vuoden - vaikka pakkanen paukkuu kuin Marsin päiväntasaajan yössä.

Talvisin tämän päälle tulee vielä tuuli. Jopa 25 metriä sekunnissa puhaltavien jäätikkötuulten vaikutuksesta kovimpien pakkasten purevuus voi Etelämantereella vastata jopa -125 astetta. Nyt ei olla enää kovin kaukana Marsin kylmimmistäkään oloista.

Toki Marsinkin napajäätiköillä tuulee, jopa hieman kovempaa kuin Antarktiksella. Mutta tarkoittaako se, että siellä tuntuisi sitten vastaavasti kylmemmältä?

Ei. Päinvastoin.

Marsin kaasukehä on ohuempi kuin Maan. Paine pinnalla on samaa luokkaa kuin meillä runsaan 30 kilometrin korkeudella. Tällainen harva kaasu ei siirrä lämpöä kovinkaan tehokkaasti, eikä kovallakaan pakkasella siksi ole paljoa vaikutusta.

Itse asiassa Marsin kaasukehä on niin ohut, etteivät sikäläiset pakkaslukemat tuntuisi ollenkaan pahalta.

Kuumimmat marsilaispäivät tuntuisivat helteeltä, ainakin jos Aurinko porottaisi suoraan yläpuolelta.

Marsin keskimääräinen lämpötila on noin -65 astetta. Sikäläisittäin tyypillisessä 7 m/s tuulessa tuntuisi kuitenkin samalta kuin suomalaisittain normaalissa, -15 - -20 asteen pakkasessa.

Eikä kovimmissakaan marsilaispakkasessa seisoskelu olisi edes Etelämantereen ennätysten veroista. -120 astetta 25 m/s tuulella tuntuisi meikäläisittäin vain -55 asteelta. Vastaisi jotakuinkin Suomen ennätyspakkasia. Siperiassa moiselle naurettaisiin.

Lämpötoppauksia siis Marsissa tarvitaan, muttei läheskään niin paljoa kuin voisi kuvitella.

Ajan mittaan kylmyys kuitenkin pureutuisi luihin ja ytimiin. Lämpö nimittäin säteilisi Marsiin eksyneen satunnaisen matkaajan kehosta hiljakseen pois. Siksi astronauttien puvut, asumukset ja kaikki muutkin lämpimänä pidettävät tavarat kannattaisi Marsissa suojata lämpösäteilyn karkaamiselta.

Maan ja Marsin lämpötilojen suurin ero ei olekaan absoluuttiset arvot, vaan vaihtelunopeus. Meillä äärilämpötilat näyttäytyvät kunnolla vasta vuodenaikojen mittaan eikä yön ja päivän välillä ole yleensä eroa kuin 10 - 20 astetta. Marsissa suurin osa vaihtelusta tapahtuu jokaisen vuorokauden aikana, ja vuodenaikojen vaikutus on varsin.

Kirjoittaja on Marsiin erikoistunut planetologi.

Lisälukemista esim. Osczevski: "Martian Windchill in Terrestrial Terms" (Bulletin of the American Meteorological Society, 2014)

Otsikkokuvan henkilö on varustautunut kirpsakkaan -55 asteen pakkaseen Sahan tasavallassa Venäjällä. (Maarten Takens)

Talvipäivänseisauksen taikaa

Ke, 12/21/2016 - 09:42 Jarmo Korteniemi
Kuva: Ville Oksanen

Vuodenaikojen kierto johtuu Maan akselin kaltevuudesta, ei etäisyydestä Aurinkoon. Olemme itse asiassa keskitalvella lähempänä Aurinkoa kuin kesällä.

Talvipäivänseisaus on tunnetusti vuoden lyhin päivä. Aurinko on nyt Kauriin kääntöpiirin yläpuolella, eli niin etelässä kuin mahdollista. Se porottaa suoraan yläpuolelta vuorokauden kuluessa Australiassa, Etelä-Afrikassa ja Chilessä.

Talvipäivänseisaus sattuu joka vuosittain 21.-22.12. välisenä aikana:

Vuosi Talvipäivänseisaus
2020 21.12. klo 12.02
2019 22.12. klo 06.19
2018 22.12. klo 00.23
2017 21.12. klo 18.28
2016 21.12. klo 12.44
2015 22.12. klo 06.48
2014 22.12. klo 01.03
2013 21.12. klo 19.11

Meillä Pohjolan perukoilla taas saadaan mahdollisimman vähän elintärkeää valoa. Ja sekin vähä saapuu pinnalle hyvin loivassa kulmassa, joten lämmitys- ja valaistusvaikutus on minimissään. On kaamoksen aika.

Maapallon valaistusolosuhteet talvipäivänseisauksen aikaan

Yllä Maan valaistusolosuhteet talvipäivänseisauksen aikaan. Puolen vuoden kuluttua Maa on siirtynyt Auringon toiselle puolelle (tässä kuvassa valo tulisi oikealta).

Maapallo pyörii akselinsa ympäri vuodesta toiseen erittäin vakaan hyrrän lailla. Vaikka planeetta kiertää samalla myös radallaan Auringon ympäri, "hyrrän tikun" suunta ei muutu. Sen Suomea lähinnä oleva pää (eli pohjoisnapa) osoittaa aina Pohjantähteen. Koska talvipäivänseisauksen aikaan Pohjantähti on hieman poispäin Auringosta, me täällä hyrrän yläosissa saamme vain vähän valoa. Vastapainoksi Australiassa on paraikaa menossa varsin lämmin kesä.

Planeetta kuitenkin jatkaa lähes lähes pyöreällä radallaan eteenpäin. Hyrrän akseli alkaa näennäisesti hivuttautua takaisin kohti Aurinkoa. Päivät pitenevät pohjolassa ja lyhenevät päiväntasaajan tuolla puolen. Neljännesvuoden kuluttua akseli osoittaa radan suuntaisesti, ja päivä ja yö ovat joka puolella planeettaa täsmälleen yhtä pitkät. Kolmen lisäkuukauden päästä on juhannus, ja pohjoisnapa osoittaa mahdollisimman lähelle Aurinkoa. Australialaisille on tullut talvi.

Nyt ollaan lähellä Aurinkoa

Maan akselin suunta ei itse asiassa ole täysin vakio. Tällä hetkellä pienenee 0,013 astetta sadassa vuodessa, kiitos muiden planeettojen rataa epätasapainoittavan vaikutuksen. Vuosituhansien aikana akselin kaltevuus vaihtelee edestakaisin 22 ja 24,5 asteen välillä. Hyrrän tikun suuntakin muuttuu hitaasti: Vajaan tuhannen vuoden kuluttua se osoittaa jo lähemmäs Kefeuksen tähtikuvion Alraita kuin Pohjantähteä.

Myös etäisyytemme Aurinkoon vaihtelee. Sillä ei kuitenkaan ole juuri vaikutusta vuodenaikoihin tai lämpötiloihin.

Keskitalvisin Maa on itse asiassa viitisen miljoonaa kilometriä lähempänä Aurinkoa kuin kesäisin. Tarkka aika lähimpään pisteeseen eli periheliin vaihtelee hieman, mutta sattuu aina tammikuun kolmannen päivän tienoille.

Aurinko siis lämmittää planeettaa enemmän talvemme aikaan kuin kesäisin. Akselin kaltevuus ja sitä kautta Auringon valon suunta vaikuttaa kuitenkin huomattavasti enemmän paikallisiin olosuhteisiin. Talvi täällä on, vaikka planeetta saakin enemmän energiaa.

Valomäärän eroja vuodenaikojen välillä voi ihastella vaikkapa allakin olevalta nopeutetulta videolta.

Juttu on alunperin julkaistu vuonna 2013, mutta se on ajankohtainen joka vuosi. Seisauksen päivämäärät on lisätty kullekin vuodelle erikseen.

Uusi suprajohde - mullistavan lämmin ja hyvin epäkäytännöllinen

Ke, 08/19/2015 - 12:51 Jarmo Korteniemi
Kuva: Henry Mühlpfordt

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet luomaan suprajohtavuutta lämpötiloissa, joita esiintyy planeetaltamme aivan luonnollisesti. Suprajohtavuustutkimus suoritettiin Max Planck -instituutin kemian laboratoriossa Maintzissa, ja julkaistiin Nature-tiedelehdessä.

Rikkivety saatiin johtamaan sähköä ilman vastusta -70 asteessa. Vastaavia lämpötiloja esiintyy Etelämantereella, ja Siperiassakin päästään lähes samaan (ennätys -68°C). (Lue lisää aiemmasta artikkelistamme: Mistä löytyy maapallon kylmin paikka.)

Uutta suprajohdetta ei kuitenkaan voida vielä hyödyntää sen epäkäytännöllisyyden vuoksi. Aine täytyi altistaa yli puolentoista miljoonan ilmakehän paineeseen. Tämä saatiin aikaan puristamalla hyvin pientä rikkivetymäärää prässissä kahden timantin välissä.

Rikkivety on huoneenlämmössä pahalta haiseva ja väritön kaasu. Kylmennettynä se kiinteytyy, ja kovassa yli 900 000 ilmakehän paineessa se käyttäytyy kuin metalli. Tutkijat epäilevät, että kovassa paineessa aine muuttuu entistä tiheämmäksi, siten että jokaisella rikki-ionilla olisikin kahden sijasta kolme vetyseuralaista (H3S).

Tutkijat eivät ole aivan varmoja, miksi rikkivety muuttuu suprajohtavaksi. He epäilevät syypääksi kevyitä vetyioneja.

Suprajohtavissa aineissa korreloituneet elektroniparit (Cooperin parit) mahdollistavat sähkövirran nopeamman läpivirtauksen. Pariutuminen on kvanttifysikaalinen ilmiö, mutta voidaan esittää perinteisen fysiikan avulla: Metallissa olevat elektronit vetävät negatiivisella varauksellaan puoleensa aineen 'kehikon' positiivisesti varautuneita ioneja. Kun kehikko vääristyy hieman, syntyy heikkoja positiivisen varauksen tihentymiä, 'pilviä'. Ne taas vetävät puoleensa muita elektroneja -- voimakkaammin kuin elektronit hylkivät toisiaan. Syntyy Cooperin pareja. Elektronit tosin vuorovaikuttavat keskenään varsin heikosti, ja jo pienikin lämpötilavaihtelu voi tuhota parin. Tämän on syynä sille, että suprajohteet täytyy pitää varsin alhaisissa lämpötiloissa. Tätä tutkimusta ennen suprajohtavuutta oli onnistuttu luomaan vain aineilla, jotka on jäähdytetty reippaasti alle -100 asteeseen.

Tutkijoiden oletus on, että nyt kehitetyssä rikki-vety -suprajohteessa avainasemassa ovat kevyet ja pienet vetyionit. Elektronit onnistuvat liikuttamaan niitä helpommin, sekä enemmän, kuin raskaampia ioneja. Positiiviset pilvet muodostuvat siksi tiheämmiksi, ja elektronien vuorovaikutus voimistuu. Tällaiset elektroniparit sietävät myös enemmän lämpöliikettä.

Tutkijat toivovat, että lämpötilaennätys rikotaan pian. Huoneenlämmössä (tai ainakin sen lähellä) toimivien suprajohteiden kehittäminen voi mullistaa lähes kaiken sähkön käyttöön liittyvän.

Juttu perustuu New Scientistin artikkeliin sekä Nature-tiedelehdessä julkaistuun tiedeartikkeliin. Otsikkokuvan magneettien päällä leijuva suprajohde ei liity tapaukseen (Kuva: Henry Mühlpfordt / Flickr).

Päivitys 19.8. klo 21.30: Korjattu kirjoitusvirhe toiseksi viimeisestä kappaleesta.

Lumivyöryvaara hiihtolomien suosikkikohteissa

Su, 02/01/2015 - 12:33 Jarmo Korteniemi

Ilmatieteen laitoksen mukaan Pohjois-Suomen tunturialueilla on nyt huomattava lumivyöryn vaara. Tämä pätee missä tahansa jyrkkien rinteiden lähellä

Päivitys 11.2.2015: Lumivyöryt muodostavat nyt todellisen vaaran pohjoisessa. Yksi ihminen on kuollut lumivyöryssä lähellä Kilpisjärveä Norjassa. Uhri, 30-vuotias mies, oli ilmoitettu kadonneeksi jo tiistaina. Suomesa asiasta kertoi ensimmäisenä Lapin Kansa. Yksityiskohtaisempi juttu norjaksi löytyy Norjan Yleisradion sivuilta.

Päivitys 10.2.2015: Lumivyöryvaara on nyt muutaman päivän ajan suuri lähes kaikilla seurannassa olevilla tuntureilla. Tarkista ajankohtainen tiedote Ilmatieteen laitoksen sivuilta.

Päivitys 1.2.2015: Koska lumivyöryvaara on jälleen ajankohtainen, on vuoden takainen juttukin jälleen ajankohtainen.

Alkuperäinen juttu (17.2.2014):

Luonnollisia (eli itsestään liikkeelle lähteviä) lumivyöryjä pidetään tällä hetkellä mahdollisina. Ihmisten aiheuttamat vyöryt taas ovat todennäköisiä. Vyöryt ovat vaaraksi kaikille, jotka oleskelevat suoraan rinteellä, niiden alla tai päällä.

Hiihtolomalla tuntureille suuntaavien kannattaa siis pitää varansa. Metsähallituksen Luontoon-sivuilla listataan millaisia asioita kannattaa nyt pitää silmällä. Esimerkiksi suojakeli tai vesisade voivat kasvattaa lumen massaa yli rinteen kantokyvyn. Harjanteiden päälle muodostuvia lumilippoja sietää myös varoa.

Lumivyöry lähtee yleensä liikkeelle joko lumirinteen yläosaan tulevasta halkeamasta, voimakkaasta ääniaallosta, tai lumimassan lisääntymisestä. Useimmiten lumivyöryjä sattuu Suomessa juuri alkuvuodesta, tammikuusta aina huhtikuulle saakka.

Mitä lumivyöry saa aikaan?

Mitä jyrkempi rinne on, sen helpommin siinä oleva lumi lähtee vyörymään. Lumivyöry on kuitenkin mahdollinen jo varsin loivassa, vain 15 asteen rinteessä. Ja kerran liikkeelle päästyään lumimassa kerää mukaansa lisää lunta ja vauhtia. Se voi kulkea pitkiä matkoja vielä tasaisellakin alustalla. Tästä oivana esimerkkinä alla näkyvällä videolla tietä pitkin mönkivä lumivyöry Etelä-Tirolista.

Lumivyöry voi liikkeelle lähtiessään olla pieni, mutta se kerää rinteestä lisää lunta mukaansa.

Lumivyöryjä on kolmea päätyyppiä. Kuivimmat ja samalla nopeimmat vyöryt lähtevät liikkeelle nopeasti kertyneessä irtolumessa, jolla ei ole ollut aikaa asettua ennen kriittisen massan saavuttamista. Vyöry etenee kiilamaisena leventyen huimaa vauhtia alaspäin. Loskavyöryt taas ovat märkiä ja hitaampia, kuitenkin merkittävästi juoksuvauhtia nopeampia. Korkean vesipitoisuuden takia ne ovat hyvin tuhoisia, ja voivat vetää mukaansa pinnalta myös kiviä ja maata.

Laattavyöryt syntyvät, kun kerrostuneen lumen jokin kerros pettää. Se (ja päällä oleva massa tietysti mukana) lähtee liukumaan alemman kerroksen pintaa pitkin. Laukeamisen syynä voi olla joko vettyminen, lisälumen sataminen, tai muuttunut lämpötila. Laattavyöryt ovat alusta lähtien leveitä, vaikkei liukuva kerros olekaan tyypillisesti kuin metrin paksuinen.

Vuosien 1950-51 vaihteessa Alpeilla koettiin "kauhun talvi", kun siellä sattui epätavallisten sääolojen vuoksi lähes 650 lumivyöryä kolmen kuukauden aikana. Metsiä kaatui, useita tuhansia rakennusta hajosi, ja yli 250 ihmistä menetti henkensä. Maailman tuhoisin lumivyöry sattui kuitenkin vuonna 1970 Perussa, kun voimakas maanjäristys romahdutti Huascarán-vuoren pohjoisrinnettä alas massiivisen jää- ja kivivyöryn, tappaen noin 20000 ihmistä ja tuhoten monia kyliä. Samalla vuorella oli kahdeksan vuotta aiemmin sattunut 4000 uhria vaatinut vyöry.

Lumivyöryt Suomessa

Suomessa havaitaan vuosittain muutamia lumivyöry, enimmillään parisenkymmentä. Niiden synty riippuu paitsi säästä, lumen paksuudesta ja laadusta, myös ihmisten toiminnasta. Usein havaitut lumivyöryt - ja etenkin onnettomuudet - ovat nimittäin tavalla tai toisella varomattomuuden aikaansaamia.

Vuonna 1998 lumilautailija kuoli vyöryssä Utsjoen Ailigas-tunturilla, laskettelija taas vuonna 2000 Rukan Konttaisella Kuusamossa. Vuoden 2013 lopulla yksi suomalainen sai surmansa Alpeilla sattuneessa vyöryssä.

Hoidetuissa ja tiukoiksi tampatuissa laskettelurinteissä lumivyöryjä sattuu aniharvoin, jos koskaan. Niistä tutut vaikeusasteiden värikoodaukset voivat kuitenkin olla hyödyksi arvioitaessa vyöryn riskejä hoitamattomilla, ns. off-piste -rinteillä. Lumivyöryille ovat nimittäin alttiina eritoten ns. mustat rinteet, mutta varsin varuillaan saa kuitenkin olla myös keskivaikeiden punaisten rinteiden lähellä. Helpot siniset ja vihreät rinteet taas ovat turvallisia - tietysti mikäli yläpuolella ei ole jyrkempää osuutta.

Värikoodi kertoo rinteen jyrkimmän kohdan kaltevuuden. Se voidaan kääntää suhdeluvuksi: Punaisessa rinteessä mennään vaakametriä kohden enintään 25 - 45 cm alaspäin, eli jyrkkyys on noin 16 - 25 astetta. Tämä voi kuulostaa kirjoitettuna varsin vähältä, mutta käytännössä kyse on jo varsin haastavasta rinteestä. Mustassa kaltevuus on vieläkin enemmän. Helpoissa sinisissä rinteissä mennään alas vaivaiset 15 - 25 cm metrillä.

Alla kolme opettavaista videota erilaisista (mutta silti niin samanlaisista) lumivyörykohtaamisista. Terve järki kertonee, ettei tuollainen edesvastuuton toiminta kannata.

Jäämeren jäällä elohopeaa

Su, 01/19/2014 - 06:38 Jarmo Korteniemi
Railoja merijäässä. Kuva: USGS

Pohjoisen jäämeren jään pinnalta on havaittu yllättävän korkeita elohopeapitoisuuksia. Ilmiön syyksi on paljastunut jään lisääntynyt rakoilu, joka vetää elohopeaa ilmasta jäälle.

Elohopean on jo pitkään tiedetty joutuvan aivan jään pinnan tuntumassa monimutkaisiin kemiallisiin reaktioihin, joiden päätteeksi sitä tippuu kiinteänä alas. Normaalisti prosessi kuitenkin tyrehtyy varsin nopeasti. Elohopea loppuu alimmasta ilmamassasta.

Tutkimusta johtaneen Chris Mooren mukaan nyt on kuitenkin toisin. Uutta elohopeaa tulee koko ajan tilalle. Homma siis jatkuu niin kauan kuin avovettä on näkyvissä.

-- Emme olisi ikinä uskoneet löytävämme tällaista railoihin liittyvää prosessia, Moore päivittelee.
-- Sekoittuminen on niin voimakasta, että se vetää elohopeaa ylemmistä ilmakerroksista lähelle jään pinnan aktiivista aluetta.

Jään halkeillessa railoista paljastuu vettä. Kymmeniä asteita arktista ilmaa lämpimämpänä se höyryää voimakkaasti, ja pyörteilevät pilvet nousevat jopa satojen metrien korkeuteen. Juuri tämä ilman voimakas sekoittuminen pumppaa elohopeaa ylemmistä kerroksista kohti pintaa.

Aiemmin näin ei ollut. Halkeilu on lisääntynyt napajäätikön ohennuttua tuntuvasti. Viimeisen vuosikymmenen aikana uusi vuoden kestävä merijää on vallannut alaa monivuotiselta jääpeitteeltä. Se on suolaisempaa, ohuempaa ja helpommin halkeilevaa kuin aiemmin.

Elohopea kulkeutuu kaasumaisena arktiselle alueelle pitkiä matkoja eteläisemmiltä leveysasteilta.

Aine rikastuu eritoten vesistöissä ravintoketjua myöten. Jäämeren ohuelle jäälle kertyvä elohopea joutuu jääpeitteen sulaessa veteen. Sieltä se kulkeutuu planktonin, pikkukalojen ja petokalojen kautta niitä syöviin lintuihin ja nisäkkäisiin. Myös ihmisiin.

Tutkimuksessa on keskitytty Alaskan pohjoispuoliseen alueeseen, mutta tulokset voidaan yleistää koko Pohjoiselle jäämerelle. Lisätietoa tutkimuksesta voi lukea projektin omilta sivuilta.

Paha ympäristömyrkky

Huoneenlämmössä elohopea on neste, mutta höyrystyy helposti. Siksipä elohopeaa sisältävän lampun särkyessä kannattaakin heti juosta avaamaan ikkuna ja siirtyä muualle tuulettumisen ajaksi. Aine nimittäin vahingoittaa keuhkoja ja munuaisia, ja pidemmän ajan kuluessa aivoja ja keskushermostoa. Merkittävästä altistumisesta on seurauksena joko invaliditeetti tai kuolema.

Elohopea on monin eri tavoin vaikuttava ja erittäin myrkyllinen aine ihmisille ja ympäristölle. Arktisen alueen nisäkkäiden elohopeapitoisuuden arvioidaan jopa kymmenkertaistuneen viimeisen 200 vuoden aikana. Syynä on sekä ilman että merivirtojen kautta alueelle kaukokulkeutunut elohopea. Myös alkuperäiskansojen altistuminen elohopealle on lisääntynyt vastaavasti.

Suomessakin on koettu elohopean haittoja. Suurin altistuksemme tulee kalasta. Kotimaisiin petokaloihin kertyy yhä sen verran elohopeaa, ettei aivan suurimpia kannata syödä kovin montaa kertaa kuukaudessa. Normaalikokoiset kalat, mukaanlukien parjattu silakka, ovat kuitenkin hyviä ja turvallisia popsittavia.

Pahin esimerkki elohopean vaikutuksista saatiin 1950-luvun lopulla Japanissa ns. Minamatan taudista. Yli sata kuoli kaloista saatuun elohopeaan, ja kymmenkertainen määrä invalidisoitui. Kalat oli pyydetty merialueelta, jolle paikallinen kemiantehdas oli laskenut elohopeajätteitään seitsemän vuoden ajan.

Varoituskyltti. Kuva: Redjar

Hyötykäyttöä ja päästölähteitä

Elohopeaa kulkeutuu ilmakehään monesta paikasta. Pyöreästi puolet on peräisin luonnollisista lähteistä, kuten tulivuorista, mineraalien rapautumisesta sekä merivedestä. Toinen puoli taas on ihmisen ilmoille sylkemää.

Euroopan Unionissa syntyy viidennes ihmiskunnan elohopeapäästöistä. Suurin aiheuttaja meillä on hiilen ja jätteiden poltto. Pienempiä mutta silti merkittäviä lähteitä ovat rauta-, teräs- ja sementtiteollisuus.

Maailmanlaajuisesti elohopeaa käytetään monien tuotteiden valmistukseen: sitä löytyy esimerkiksi mittalaitteista, elektroniikasta, amalgaamipaikoista, paristoista, lampuista sekä torjunta-aineista ja kosmetiikasta. Tärkeintä aine on kuitenkin kemianteollisuudessa.

Elohopean käyttöä ollaan juuri nyt vähentämässä rajusti. Minamatan yleissopimus kieltää useiden elohopeaa sisältävien tuotteiden valmistuksen ja kansainvälisen kaupan vuodesta 2020 eteenpäin. Samalla on säädetty elohopeapäästöjen minimoinnista ja aineen loppukäsittelystä. Sopimuksen on allekirjoittanut jo vajaat 100 valtiota, mutta se tulee voimaan vasta kun 50 valtiota on sen ratifioinut.

Sopimus vastaa pääpiirteiltään EU:ssa jo käytössä olevia säännöksiä.

Tarkempaa tietoa elohopean käytöstä ja päästöistä löytyy tästä YK:n teknisestä raportista (PDF).

Lumen monet muodot

Ma, 12/23/2013 - 15:49 Jarmo Korteniemi
Ihmisiä lumitouhuissa.

Mitä jäähän liittyviä sanoja on? Mitä ne tarkoittavat? Mitä lumi on? Miten lumen kanssa pärjää?

Kielestämme löytyy kymmeniä lunta tai jäätä tarkoittavia tai niihin liittyvä sanoja. Jos murteet ja synonyymit lasketaan mukaan, määrä nousee helposti satoihin.

Esimerkiksi nattura on pulverimaista tuoretta pakkaslunta. Sitä sanotaan myös sokeri-, viti-, tuoksu- tai hötylumeksi. Kotimaisten kielten keskus listaa yksistään tälle lumityypille lähes sata synonyymiä. Etenkin murteissa samoilla sanoilla voi kuitenkin olla erilaisia vivahteita tai merkityksiä.

Kylmiä ilmiöitä

Ensimmäinen talven merkki on usein ohuen ohut jääkerros, riide tai riite, joka peittää vesilammikoita. Ennen varsinaisen lumen tuloa maassa voi nähdä roustetta. Sitä esiintyy lähinnä hienoilla hietamailla, kun ilma on pakkasen puolella. Kostean maan vesi nousee ylöspäin ja kiteytyy kylmässä ilmassa jääksi. Alta nouseva vesi nostaa kiteitä, ja prosessi toistuu. Näin syntyvät pienet vieri vieressä olevat jääneulaset näyttävät parhaimmillaan lähes pörheältä homekasvustolta. Ilmiön voi huomata myös sopivasti hengittävien lahoavien oksien ja kantojen päällä. (Rousteelle löytyy myös toinen, onomatopoeettisempi merkitys: jalkojen alla rusahteleva rosoinen epätasainen jää, esimerkiksi vaikkapa jäätynyt sohjo. Eli siis samankaltaista kuin rösöjää tai röpelö.)

Kuura ja huurre sotketaan usein toisiinsa. Kumpikin on valkeaa jääkidepeitettä puiden tai rakennusten pinnoilla. Kuura kuitenkin syntyy ilman vesihöyryn härmistyessä, eli jäätyessä suoraan kaasumaisesta olotilasta. Huurretta taas tulee, kun ilman alijäähtyneet vesipisarat kiteytyvät kylmälle pinnalle. Kuuraa esiintyy joka paikassa, huurre taas on yleisempää pohjoisen kylmällä vaaraseudulla.

Sankan matalan pilven tuoma huurre voi helposti kertyä tykkymuodostumia. Sama tapahtuu märän nuoskalumen paakkuuntuessa oksille tai vaikkapa puhelinlangoille. Etelä-Suomessa tykyksi on paikoin alettu kutsua kaikkea oksille kertyvää lunta – ilmeisesti postikorttimaisemien toivossa. Sanan todellinen merkitys viittaa kuitenkin vaarallisen raskaaseen lumilastiin. Se voi katkoa puita tai romahduttaa kattojakin.

Lumisadetta voidaan kutsua tuiskuksi, pyryksi tai nopeana jopa ryöpyksi. Taivaalta voi tulla joko isoja lopakoita, räntää tai hienonhienoa siidettä. Maassa lumen vesimäärä vaihtelee vuotoksesta sohjoon ja takkalasta vesihyhmään. Mätälumi tai ypyli taas on sohjoa.

Lisää helposti pureksittavaa lumisanastoa löytyy muunmuassa Lumen Sanakirjasta , Lumitieto-kisan lehtisestä ja Wikipediasta.

Lumituiskusta kinoksiin

Pilvien vesi ei suinkaan vain odottele maahanpääsyä alijäähtyneenä. Se alkaa useimmiten jäätyä suoraan ilmassa pienhiukkasten ympärille. Kun kiteet kasvavat riittävän suuriksi, pilveä ympäröivä konvektio ei enää pidättele niitä taivaalla. Ne leijuvat alas lumisateena.

Lumi on siis jäätä. Hyvin kuohkeaa jäätä, jossa on ainakin aluksi isoja, kuusisakaraisia ja hyvin hauraita kiteitä. Isot kiteet ovat kaikki ainutlaatuisia.

Lumessa on myös paljon ilmaa. Juuri liikkumaan pääsemättömän ilman vuoksi lumi on hyvä lämpöeriste. Se myös heijastaa lämpöä erittäin hyvin takaisin. Tämän tietävät sekä igluja tekevät inuiitit että kiepissä öllöttelevät riekotkin.

Ajan kanssa lumikinoksetkin muuttuvat. Aiemmassa jutussa kerroimme, kuinka Antarktiksen 90 asteen pakkanen onnistuu kutistamaan lumikinoksia niin, että niihin syntyy rakoilua. "Lämpö laajentaa, kylmä kutistaa" pätee siis myös silloin, kun valmiiksi kylmää jäähdytetään vielä lisää.

Katot romahdusvaarassa

Aika ajoin kertynyt lumikuorma onnistuu romahduttamaan kattoja. Rakennusmääräysten mukaan rakenteiden pitäisi kestää 140-240 kilon lumilasti neliömetrillä, asuinseudusta riippuen.

Paksujen nietosten pohjalla oleva lumi painuu tiiviimmäksi. Hiutaleet ja kiteet murskaantuvat, ja niiden sakaroiden väliin jäänyt ilma poistuu. Aineen tiheys kasvaa. Jäätiköt syntyvät juuri näin - siis mikäli jää ei ehdi sulaa pois kesän aikana, ennen uuden lumikerroksen satamista.

Keväisin lumikuorman lapiointi tuntuu entistä raskaammalta. Se johtuu kuitenkin vain tiivistyneestä ja sulavettä täynnä olevasta rakenteesta, eikä siitä että lumeen olisi tullut jotain uutta aurinkoisen ilman takia. Ilmasta tiivistyy lumikinoksiin tyypillisesti vain pari kiloa lisävettä neliömetriä kohden.

Lumikinosten massa lisääntyy radikaalisti vasta vesisateella. Lumen rakosiin mahtuu vettä noin viisi tilavuusprosenttia. Yksi kuutiometri lunta voi siis pitää sisällään 50 kiloa nestemäistä vettä – lumen oman painon lisäksi tietysti.

Lumesta ei haihdu massaa pois suoraan ilmaan kuin vain muutama prosentti. Käytännössä kaikki lumi sulaa ja virtaa pois. Matkalla alempien kiteiden välitse vesi voi toki jäätyä uudelleen.

Lisätietoa lumen kanssa pärjäämiseen löytyy sekä Ympäristökeskuksen että Ilmatieteen laitoksen sivuilta: - Ympäristökeskuksen lumisivut - Lumitilanne - Lumivyöryennusteet tunturialueille.

Kaaviokuva erilaisten lumien ja jäiden tiheyksistä.

* Firn on vuoden vanhaa ja uudelleen kiteytynyttä lunta, lähes jäätikköjäätä. Sitä syntyy kovassa paineessa yli 15 metrin syvyydessä.

Mikä onkaan maapallon kylmin paikka?

Ke, 12/11/2013 - 10:42 Jarmo Korteniemi
Kuva: Flickr / Lauri Rantala

Kun Suomessa mitataan uusi "tämän talven kylmin lämpötila", se saa aina paljon palstatilaa. Yleensä kovimmat lämpötilapohjat huitelevat noin -40 asteen tietämillä. Mutta eihän se ole vielä mitään.

NASA julkisti vastikään huiman uutisen maapallon kylmimmästä paikasta: Se sijaitsee Itä-Antarktiksen korkeimpien harjanteiden välisessä notkelmassa.

Kylmyysarvot alkoivat kiinnostamaan tutkijoita, kun he katselivat alueen lumidyynejä. Lumipeite oli paikoin rakoillut oudosti. Äärimmäinen kylmyys oli ilmeisesti kutistanut kinoksia (samaan tyyliin kuin muta rakoilee kuivuessaan). Satelliittimittaukset osoittivatkin pakkasen olleen ainakin hetkellisesti käsittämättömät -93,2 astetta Celsiusta.

Huima kylmyys johtui monen tekijän summasta. Alue on yli neljän kilometrin korkeudella, aivan keskellä napajäätikköä, ja ilmiö tapahtui ankarimman talven aikaan. Kirkkaana tähtiyönä lumipeite säteilee vähääkin lämpöään tehokkaasti pois. Ilma alueen päällä viilenee ja tihenee. Harjanteen päällä oleva ilmamassa valuu raskaana mäkeä alas ja päätyy notkelmaan. Prosessi toistuu notkossa, ja pitkään seisova ilma viilenee aina vain enemmän. Kaamoksen aikana Aurinkokaan ei nouse häiritsemään prosessia.

Antarktiksen lumilakeutta.

Vai onko sittenkään?

Virallisesti mittausta ei voida hyväksyä, vaikka se onkin tarkka ja varma. Viralliset säämittaukset nimittäin tehdään vain standardilaitteilla, ja aina 1,25–2 metrin korkeudelta maanpinnasta. Satelliittidataa ei voi standardoida.

Satelliitti ei mittaa kohteen lämpötilaa, vaan siitä tulevaa säteilyä. Kapeilla aallonpituuskaistoilla pystytään tarkentamaan joko suoraan lumen- tai maanpinnasta tulevaan säteilyyn, tai vähän tuunaamalla skannaamaan yllä olevan ilmamassan lämpöprofiilia. Tämä data sitten käännetään matemaattisesti lämpötilaksi.

Tuloksiin vaikuttavat kuitenkin monet asiat. Ilman pienhiukkaset, tuulet, vesihöyryn määrä ja kaasun koostumus. Ikinä ei voi tietää tarkalleen miltä korkeudelta mittaustulos on peräisin. Satelliittimittauksilla ei vain kyetä samaan systemaattiseen tarkkuuteen kuin mittauspisteillä.

Maapallon kylmyysennätys on siis virallisesti yhä vuonna 1983 mitattu Antarktiksen Vostok-aseman 89,2 pakkasastetta. Se on sitten kokonaan toinen juttu, onko tällä parin asteen erolla oikeasti mitään väliä.

Paukkupakkasia Suomessa

Suomen virallinen pakkasennätys on -51,5°C. Huima pakkanen mitattiin Kittilän Pokassa tammikuussa 1999.

Urbaani (tai oikeastaan maaseutu-)legenda kyllä kertoo, että ainakin Sallan Naruskassa on joskus ollut pari astetta tuota kylmempää. Oli miten oli, mikään mittauspiste ei varmasti ikinä ole se kaikkein kylmin paikka. Kilometrin päässä voi jo olla pari astetta lisää. Arvioidaan siis liberaalisti, että Suomessa voi pakkasta olla enimmillään 53–54 astetta.

Suomi on Golf-virrasta huolimatta Pohjolan kylmimpiä paikkoja. Mannerilmastosta alkaa jo vaikuttaa meillä. Venäjältä, etenkin Uralin tuolta puolen, löytyy tunnetusti kuitenkin paljon kylmempääkin. Kaikista planeetan pysyvästi asutetuista paikoista äärimmäisintä on ollut Verhojanskissa. Lähes -70 astetta. Se on paljon.

Pysäköintiä Siperiassa. Kuva: Flickr / Tatiana Bulyonkova

Pakkanen puree mutta tuuli palelluttaa

Kova pakkanen tuo mukanaan paljon ongelmia, oltiin sitten Kittilässä tai Verhojanskissa. Niihin täytyy sopeutua.

Kylmissä oloissa selviämiseksi tärkeintä on lämpimänä pysyminen. Kaiken A ja O on kerrospukeutuminen. Lakki myös – pään kautta nimittäin haihtuu eniten kehon lämpöä. Paljaan ihon pitäminen alttiina kylmälle voi aiheuttaa paleltumia kovalla pakkasella jo parissa minuutissa.

Kova tuuli saa ilman tuntumaan kylmemmältä hyvin yksinkertaisesta syystä: Se siirtää lämpöä iholta pois nopeampaa. Purevuusvaikutus 15 asteen pakkasella on varsin mitättömälläkin tuulella 5–10 astetta.

Kylmän perusfysiikkaa

Ongelmat eivät rajoitu oman itsen lämpimänä pitämiseen

Auton sähköjärjestelmä kärsii kylmästä. Akun sähköä tuottavat reaktioit hidastuvat ja niiden tuottama energia pienenee. Vieläpä samalla, kun moottoreiden jähmeät öljyt tarvitsisivat käynnistyksessä enemmän pontta.

Yön yli kiristyvässä pakkasessa seisoneella autolla voi olla ikävä kulkea vaikka se hurahtaisi käyntiinkin. Rengaspaineet ovat vähentyneet jopa 10 % jos pakkanen on lisääntynyt 10 asteella. Kaasun tarvitsema tila pienenee lämpötilan mukana. Renkaat painuvat lyttyyn, ja kumit menettävät pakkasessa kimmoisuuttaan. Renkaat muuttuvatkin kovalla pakkasella helposti kantikkaiksi. Ajo on pomppivaa.

Termi ”paukkupakkanen” tulee siitä, että seinät, katto, tai vaikkapa lähistön puut kutistuvat hieman kylmetessään. Rakenteet elävät: paukahdus tulee mikrorakojen syntyessä. Lämpenemisen myötä kolot täyttyvät entiselleen. No harm done.

Myös ilmasta rakoihin tiivistynyt kosteus aiheuttaa saman: vesi jäätyy ja levittää mikrorakoja lisää. Huonosti lämpöeristetyt vesiputket halkeilevat myös helposti. Kumpaankin on sama syy: vesi laajenee jäätyessään.

Suurin osa aineista kutistuu ja tihentyy kylmetessään. Neliasteiseksi asti vesi toimii kuten muutkin, mutta sitten sen käytös muuttuu. Veden jäähtyessä lisää sen molekyylit alkavat järjestäytyä. Kiteytyminen jääksi sinetöidään lopulta tilaavievien kuusikulmaisten vetysidosten kera. Jää vie kuitenkin 9 % enemmän tilaa kuin vesi.  Siksi jää kelluu ja kivet halkeilevat veden jäätyessä sen rakoihin.

Kylmyysennätyksiä läheltä ja kaukaa

Alue? Lämpötila Tarkempi mittauspiste Milloin?
Suomi -51,5°C Pokka, Kittilä 28.1.1999
Ruotsi -53,0°C Malgovik 13.12.1941
Norja -51,4°C Karasjok 1.1.1886
Huippuvuoret -46,3°C Longyearbyen 3/1986
Islanti -37,9°C Grímsstaðir 22.1.1918
Tanska -31,2°C Thisted 8.1.1982
Eurooppa -58,1°C Ust-Shchugor, Venäjä 31.12.1978
Euraasia -68°C Verkhojansk, Venäjä 7.2.1892
Maapallo -89,2°C Vostok-asema, Antarktis 21.7.1983
(Maapallo, epävirallinen) -93,2°C Itä-Antarktiksen keskiosa 10.8.2010

Lähteitä ja lisätietoa:

Suomen lämpötilaennätyksiä (Ilmatieteen laitos)
Maailman lämpötilaennätyksiä (World Meteorological Organization)
Kylmin paikka planeetalla (NASAn uutinen)