lumi

Beck innostui tasaiseen lumipintaan tamppaamalla tehtävistä fraktaalikuvioista siksi, että ei jalkavaivaisena kyennyt kunnolla laskettelemaan tai hiihtämään. Sen sijaan hän pystyi hyvin kävelemään.

Kuten kerroimme ammoisessa jutussamme, Oxfordin yliopistossa konetekniikkaa opiskelleen Beckin mielessä olivat heti Mandelbrotin sarjat, Kochin käyrä ja Sierpińskin kolmio sekä muut matemaattiset kauneudet.

Vuosikymmenten kuluessa hän on kehittänyt tekniikkaansa varsin hienostuneeksi, sillä näppituntuman (tai jalkatuntuman) sijaan hän tekee kuvioitaan kompassin ja GPS:n kanssa, ja yksinkertaisen tamppaamisen sijaan hän myös muotoilee lunta saadakseen kuvioon haluamiaan muotoja.

Kookkaimmat Beckin tekemät teokset ovat olleet kooltaan kuuden jalkapallonkentän luokkaa ja niiden tekemiseen kuluu kymmenisen tuntia. Talvipäivät siis saattavat olla liian lyhyitä hänelle, mutta se ei haittaa, sillä  työn voi tehdä pimeälläkin loppuun otsalampun avulla.

Se, että lumihiutaleet ovat kuusisakaraisia, ei liene yllätys kenellekään. Mutta tämän näkeminen mikroskoopilla on silti yllättävää: vesi on oikeasti jäätynyt tähän omalaatuiseen muotoon ja sakaroissa on kiinni pieniä jäälevyjä.

Itse asiassa kuvan kaltaiset kauniit kuusisakaraiset lumihiutaleet ovat varsin harvinaisia, sillä varsin usein ne ovat levymäisiä tai naulasia, tai enemmän tai vähemmän epätäydellisiä tähtiä. Kiteiden muoto riippuu lämpötilasta ja kosteudesta, sekä tietysti siitä, kuinka pitkän matkan ilmassa ne ovat leijailleet alas ja millaiset olosuhteet olivat matkan varrella.

Kuusisakarainen tai -kulmainen muoto on kuitenkin aina näkyvissä, koska veden molekyylirakenteessa on jokaista happiatomia kohti kaksi vetyatomia ja niiden välisistä sidoksista johtuen jääkiteissä toistuu aina 120°:n kulmia tuottava kiderakenne.

Tilastojen mukaan kuitenkin on hieman arpapeliä sattuuko jouluksi Etelä-Suomessa tulemaan lumipeite vai ei: lounais- ja etelärannikolla keskimäärin yksi kolmesta joulusta on lumeton, saaristossa jopa joka toinen. Vaikka lumettomuus on siis varteenotettava mahdollisuus, asiaa surkutellaan ja siitä kirjoitellaan hätääntyneitä lööppejä – etenkin kun lööppejä kirjoitellaan juuri maamme heikkolumisimmilla alueilla.

Ei kuitenkaan kannata vaipua epätoivoon! Tämän joulukalenteriluukun takaa löytyvät keinot tehdä joulusta valkoinen – vaikka vähän fuskaamalla.

Lumi on hötyistä jäätä. Se kiteytyy pilvesä ilmassa leijuvien epäpuhtauksien (pölyhiukkasten yms.) ympärille sopivassa lämpötilassa. Hiutaleenraakileet toimivat kiteytymisalustana muille vesipisaroille sekä vesihöyrylle, joten hiutale kasvaa nopeasti.

Kun massa on riittävän suuri, hiutale tippuu ja päätyy lumisateen osana maahan. Näin luonto siis hoitaa asian.

Keino 1: Sumuinen lumetus

Entä jos ulkona on pakkasta, mutta taivaalta ei vain sada mitään? Silloin tarvitaan vain vettä ja toimiva keino saada se lentämään ilmassa mahdollisimman pitkä matka pieninä pisaroina. Pisaroiden pinta-alan ollessa suuri vesi luovuttaa lämpöä ilmaan tehokkaasti ja ehtii näin jäätyä lumeksi ennen maahan osumista.

Helpointa on suihkuttaa vettä ilmaan puutarhaletkulla (optimi on 45º kulma). Jos pakkanen ei ole vielä kovin kova, letkun päähän tarvitaan vielä sumutin, johon voi vielä halutessaan liittää paineilman syöttösysteemin. Näin pisarat saadaan erittäin pieniksi.

Keino 2: Mpemban ilmiö

Mikäli pakkasta on paljon, mutta letkua ei varastosta löydy, voi kokeilla erikoisen Mpemban ilmiön toimivuutta. Sen mukaan kuuma vesi jäätyy tietyissä olosuhteissa nopeammin kuin kylmä. On yhä epäselvää, mikä ilmiön aiheuttaa. Todennäköisimmin syy on höyrystymisessä (joka vetää leijonanosan veden lämpöenergiasta itseensä), konvektiossa (vesi sekoittuu pisarassa tehokkaasti ja luovuttaa energiaa ilmaan), alijäähtymisen välttämisessä, tai jossain aivan muussa.

Homma hoituu lämmittämällä vettä kattilassa ja viskaamalla kuuma vesi pakkasilmaan. Ja heti perään tietysti kattilallinen kylmää vettä, täytyyhän tutkimuksella kontrolli olla. Hyvällä tuurilla maahan tippuu edes vähän niitä haluttuja jääkiteitä. Kustannustehokas keino tämä ei todellakaan ole.

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.

Ilmatieteen laitoksen lumikartan mukaan Suomessa on maa valkoisena jotakuinkin Oulun ja Kuopion välisen linjan pohjoispuolella. Tätä kirjoitettaessa eteläisessäkin Suomessa pyryttää, joten kenties pian koko maassa päästään tekemään enkeleitä lumeen.

Mikäli tämän lumitaiteen haluaa nostaa hieman suuremmalle koko- ja vaativuustasolle, kannattaa tutustua Oxfordin yliopistossa konetekniikkaa opiskelleen Simon Beckin tekemisiin: hän on erikoistunut tekemään lumeen todella suuria taideteoksia, jotka lainaavat kuvionsa varsin usein matematiikasta. Erityisesti fraktaalit, kuten Mandelbrotin sarjat, Kochin käyrä ja Sierpińskin kolmio ovat hänen suosiossa.

Beck innostui lumikuvioinnista kymmenen vuotta sitten Alpeilla lomaillessaan, kun jalkavaivaisena hän ei kyennyt kunnolla hiihtämään. Niinpä hän alkoi kävellä ja keksi alkaa tamppaamaan ensin järven jäälle kauniita kuvioita ja sitten tekemään yhä suurempia sekä haastavampia teoksia.

Vuosien varrella hän on kehittänyt tamppaustaidettaan yhä sofistikoituneemmaksi. Nykyisin pelkän lumessa kävelyn lisäksi hän muotoilee lunta sopivasta jaloillaan, jotta hän saa aikaan haluamiaan muotoja. Suuret kuviot hän onnistuu saamaan sopiviksi kompassin ja GPS-paikantimen avulla. Kookkaimmat Beckin tekemät teokset ovat olleet kooltaan kuuden jalkapallonkentän luokkaa ja niiden tekemiseen kuluu kymmenisen tuntia. Talvipäivät siis saattavat olla liian lyhyitä hänelle, mutta se ei haittaa, sillä  työn voi tehdä pimeälläkin loppuun otsalampun avulla.

Tähän mennessä Beck on tehnyt ja dokumentoinut pari sataa erilaista lumiteosta, usein kolmenkin kilometrin korkeudessa. Vaikeimmaksi asiaksi tekemisessä hän sanoo sen, että ”jos kävelen väärään paikkaan tai jos viivasta tuleekin vino, niin en voi painaa ’undo’-näppäintä.”

”Vuoret ovat kauniita, mutta lisään niihin mielestäni uuden, kauniin elementin”, sanoo Beck. ”Vuorimaisema tekee teoksistani upeampia ja teokset puolestaan parantavat maisemaa.”

Vuoristotuuli ja lumipyryt peittävät teokset nopeasti, mutta Beck ei ole harmissaan. Hän ottaa tekemisistään heti niiden valmistuttua kuvan ja on valmis aloittamaan kokonaan uuden tekemisen sen jälkeen. ”Kuuntelen Beethovenia ja aloitan tamppaamisen!”

Beck on julkaissut kuvistaan juuri kirjan Snow Art ja hänen kuviaan on myös runsaasti Facebookissa: https://www.facebook.com/snowart8848

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.

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.