seismiset aallot

Harvinainen sääpommi aiheutti maanjäristysaaltoja

Su, 08/28/2016 - 13:03 Toimitus

Japanilaiset seismologit kertovat havainneensa ensimmäistä kertaa voimakkaan myrskyn aikaansaamia seismisiä aaltoja. Pohjoisella Atlantilla vuonna 2014 olleen sääilmiön synnyttämiä pieniä tärähdyksiä havaittiin Japalissa olevilla mittalaitteilla.

Ihan tavallinen myrsky ei riitä tärisyttämään maapallon toisella puolella olevia mittalaitteita, vaan siihen tarvitaan hieman järeämpi ilmiö, niin sanottu "sääpommi". 

Kyseessä on kahden voimakkaan matalapaineen yhteentörmäys: valtameren päällä olevien myrskyjen voimakkaat mainingit osuvat toisiaan vastaan ja sysäävät alaspäin voimakkaan virtauksen, joka pohjaan osuessaan saa aikaan sen verran voimakkaan pulssin, että siitä lähtee samankaltaisia seismisiä aaltoja kuin maanjäristyksistä.

Näitä maapallon läpi kulkevia aaltoja voidaan siis havaita kaukanakin, aivan kuten maanjäristyksien ja suurten räjähdyksien synnyttämiä aaltojakin. Japanilaistutkijoiden saavutuksesta kerrottiin uudessa Science-lehdessä julkaistussa artikkelissa.

Maanjäristysaaltoja on kahdenlaisia, niin sanottuja primääriaaltoja ja sekundääriaaltoja. 

Primääriaallot, eli P-aallot ovat nopeampia, ja ovat saaneet nimensä siitä, että ne havaitaan ensimmäisinä. Ne ovat pitkittäisiä paineaaltoja, jotka etenevät kiviaineksen vuorottaisen laajenemisen ja supistumisen saattamana maankuoressa noin 8 kilometrin sekuntinopeudella.

Sekundääriaallot, eli S-aallot ovat hitaampia, ja siksi myöhemmin saapuvia poikittaisia aaltoja, joissa maankuoren kiviaines ei tiivisty, vaan siirtyy sivusuunnassa ja vääntyilee. Näiden aaltojen nopeus on tyypillisesti 4,8 kilometriä sekunnissa, ja ne saavat aikaan P-aaltoja suurempaa heilumista ja järinää – siksi niitä kutsutaan myös tärinäaalloiksi.

 

P- ja S-aallot
P- ja S-aaltojen olennainen ero on se, että P-aallot kulkevat myös maapallon sulan ytimen läpi, mutta S-aallot eivät. Sekundääriaallot etenevät vain kiinteässä aineessa. 

Tässä japanilaishavainnossa on kyse ennen kaikkea näistä S-aalloista. P-aaltojen havaitseminen myrskyistä on jo tavallista, ja esimerkiksi pyörremyrskyistä saadaan rutiininomaisesti lisätietoja P-aaltoja mittaamalla. 

S-aaltoja sen sijaan ei ole koskaan ennen havaittu sääilmiöistä. Japanilaisten käytössä onkin nyt uusi havaintoverkosto, johon kuuluu kaikkiaan 202 mittausasemaa Japanin eteläosassa. Sen avulla saatujen mittausten avulla voidaan signaaleita paitsi havaita tarkasti, niin myös määrittää signaalien lähde. Ensimmäisenä kunnian tällaisesta selvityksestä sai vuoden 2014 Atlantin pohjoisosassa ollut myrsky.

Tyypillisesti heikot S-aallot hukkuvat kaiken muun maapallon luontaisen värinän taakse, mutta Tokion yliopiston tutkija Kiwamu Nishida ja Sendaissa olevan Tohokun yliopiston tutkija Ryota Takagi pystyivät löytämään "sääpommin" signaalin taustakohinasta.

Kiinnostavaa havainnossa on se, että tämän uuden havaintomenetelmän avulla voidaan saada lisätietoja Maan sisärakenteesta. Esimerkiksi Tyynen valtameren keskiosissa ei ole juurikaan maanjäristyksiä, jotka tuottaisivat maapallon läpi kulkevia aaltoja. Mikäli myrskyjen synnyttämiä S-aaltoja voidaan havaita paremmin, pystytään vähitellen tuon alueen maaperän rakennetta kartoittamaan paljon nykyistä paremmin.

Maalla on kaksiosainen sisäydin

Ti, 02/10/2015 - 18:04 Markus Hotakainen
Kuva: Lachina Publishing Services

Maapallo on rakenteeltaan periaatteessa yksinkertainen. Keskellä on ydin, sitä ympäröi vaippa ja koko komeuden kietoo pakettiin ohkainen kuori. Tosin jo vanhastaan on tiedetty, että ydin on kaksiosainen: sisimpänä on kiinteä sisempi ydin, eli sisäydin, ja sen ympärillä sula ulompi eli ulkoydin. Ja vaipasta löytyy myös sekä alempi että ylempi osa.

Nyt kuva on mutkistunut. Myös sisäydin on kaksiosainen: ulomman sisäytimen keskellä on sisempi sisäydin, jonka läpimitta on noin puolet sisäytimen koko halkaisijasta. Sisemmän tilavuus on siten noin kahdeksasosa ulomman sisäytimen tilavuudesta.

Jos kerroksia löytyy vielä lisää, lienee pakko keksiä uudenlaisia nimityksiä tai kukaan ei enää pysy kärryillä siitä, mistä osasta Maan sisusta kulloinkin puhutaan.

Tutkijat Illinois’n yliopistosta Yhdysvalloista ja Nanjingin yliopistosta Kiinasta ovat selvitelleet maanjäristyksissä syntyneiden resonoivien seismisten aaltojen avulla Maan sisuksissa vallitsevia olosuhteita. Menetelmä ei ole uusi, mutta aiemmin sitä on käytetty vain Maan pintakerrosten, ei sisimpien osien tutkimiseen.

Tutkimuksessa tarkkailtiin varsinaisten maanjäristysten sijasta niiden synnyttämiä seismisiä aaltoja, jotka kimpoilevat edestakaisin Maan sisuksissa. Vertailukohdaksi voi ottaa vellikellon, jota kumautetaan vasaralla. Vasaranisku vastaa maanjäristystä ja syntyvä ääni nyt tutkittuja seismisiä aaltoja.

Maailmanlaajuisen seismometriverkoston havainnot on kerätty vuosina 1992–2012. Ytimen läpi eri suuntiin kulkevien seismisten aaltojen kulkuajoissa todettiin olevan matalilla leveysasteilla suurimmillaan kymmenen sekunnin ero.

 

Ydin on kauttaaltaan lähes puhdasta rautaa, mutta sisemmän ja ulomman sisäytimen välillä on silti eroavaisuuksia: rautakiteet ovat suuntautuneet niissä eri tavoin. Ulommassa osassa kiteet ovat pohjois-etelä- eli Maan pyörimisakselin suuntaisia. Sisimmässä sisäytimessä niiden suunta sen sijaan yhtyy kuviteltuun akseliin, joka läpäisee Maan suunnilleen päiväntasaajan tasossa.

Kiteiden suuntaus on päätelty nimenomaan seismisten aaltojen etenemisnopeuksista niiden kulkiessa ytimen läpi. Ulommassa sisäytimessä nopeus on suurin, kun aallot kulkevat Maan pyörimisakselin suuntaisesti, kun taas sisemmässä osassa aallot etenevät vauhdikkaimmin, kun niiden kulkusuunta vastaa akselia, joka kulkee Väli-Amerikasta Kaakkois-Aasiaan.

Sisäydin on kokonaisuudessaan kooltaan melko vähäinen, paljon Kuuta pienempi. Silti sen ominaisuudet kertovat paitsi nykyisistä olosuhteista Maan sisuksissa, ja myös planeettamme syntyvaiheista. Pelkästään sisemmän ja ulomman sisäytimen erot saattavat paljastaa yksityiskohtia ytimen ja koko maapallon kehityksestä.

Geologian professori Xiaodong Songin (kuvassa yllä) johtaman ryhmän tutkimustuloksista kerrottiin Illinois’n yliopiston uutissivuilla ja ne on julkaistu Nature Geoscience -lehdessä (maksullinen julkaisu) 9. helmikuuta.