Suomen ensimmäinen seismografi alkoi toimia Helsingissä kello 6:50 aamulla 3. heinäkuuta 1924. Laite oli jo jonkin aikaa ollut toimintavalmiina peruskallioon kiinnitetyn betonipilarin päällä, mutta nyt piirturin kynä alkoi viimein väristä ja piirtää edestakaisia kaaria merkiksi Helsingin ohittavista seismisistä aalloista. Ne olivat saaneet alkunsa magnitudin 7,0 maanjäristyksestä Kiinassa 5000 kilometrin päässä noin kymmenen minuuttia aikaisemmin. Suomi liittyi rekisteröinnin myötä seismologian varhaiseen laiteaikaan.
Maanjäristysten rekisteröinti pitkien etäisyyksien päästä osoitettiin mahdolliseksi 1800-luvun lopulla, ja maailmanlaajuinen havaintojen keruu alkoi pian sen jälkeen. Eri maiden seismografiasemat toimivat aluksi sangen itsenäisesti ja lähettivät havaintonsa suoraan kansainvälisiin datakeskuksiin. Maanjäristysten rekisteröinnin ja seismogrammien manuaalisen analyysin välinen viive oli sen verran pitkä, että varsinaisista asemaverkoista ei vielä voinut puhua. Modernien asemaverkkojen ja yhdenmukaisten mittauslaitteiden aika koitti 1960-luvun taitteessa.
Varhaisella laiteajalla oli mekaanisia seismografeja. Ne olivat kolhoja kaapinkokoisia rakennelmia, joihin kuului kehys, massiivinen heilurin paino ja monimutkainen vipujärjestelmä, joka takasi maanliikkeen havaitsemisen, suurennuksen ja tallentamisen. Äärimmäisen raju maanliike saattoi suistaa vipuja paikoiltaan, mutta toisaalta vaatimaton suurennus jätti paljon maanjäristyksiä havaintojen ulkopuolelle. Tärkeä osa rekisteröintiä oli ajanotto.
Suomen seismografi oli kolmikomponenttinen (vertikaalikomponentti ja pohjois-etelä- sekä itä-länsisuuntainen horisontaalikomponentti) Mainka-laite, joka kantoi kehittäjänsä Karl Mainkan nimeä. Horisontaalikomponenttien heilurin paino oli 730 kg ja vertikaalikomponentin 300 kg. Horisontaalisuunnassa suurennos oli 140-, enimmillään 250-kertainen 12 sekunnin periodilla (taajuudella 0,08 Hz), vertikaalisuunnassa vaatimaton 70-kertainen. Mainka sopi havaitsemaan suuria maanjäristyksiä.
Mainka-seismografin komponentit Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen kellarissa mahdollisesti 1950-luvun alussa. Kuvat: Tiedemuseo Liekki
Seismografit olivat analogisia ja rekisteröivät maanliikkeen seismogrammiarkille. Helsingissä käytettiin aluksi noettua paperia. Jokainen komponentti tuotti yhden arkin rekisteröintejä vuorokaudessa. Katkeamaton rekisteröinti tuotti siten lähes 1100 seismogrammiarkkia (kooltaan noin 88 cm × 21 cm) vuodessa, joten varastotilalle tuli nopeasti tarvetta.
Datan vaihto hoitui postitse. Tiettyä maanjäristystä tutkiva seismologi pyysi kirjeitse seismogrammeja lainaksi muilta järistyksen rekisteröineiltä asemilta. Pyynnön vastaanottajat etsivät oikean päivän seismogrammit. Jos ne oli jo ehditty siirtää varastoon, joku kävi nostelemassa paperipinkkoja, kunnes löysi pyydetyt grammit, jotka sitten käärittiin rullalle ja lähetettiin postipakettina kyseiselle seismologille.
Seismogrammien perusanalyysi on käytännössä eri seismisten aaltojen tunnistamista rekisteröintijäljestä ja jokaisen faasin tuloaikojen määritystä. Seismogrammin jokaisella mutkalla ja kuopalla on oma syynsä. Luuppi auttoi setvimään lähekkäin saapuneiden järistysten toisiinsa sotkeentuneita jälkiä ja oikein pitkäkestoisen rekisteröinnin vaiheita.
Seismogrammit sisältävät informaatiota maanjäristyksen tapahtumapaikasta, seismisten aaltojen kulkureiteistä ja rekisteröintipaikasta. Etäisyys tapahtumapaikkaan lasketaan seismisten P- ja S-aaltojen tuloajan välisestä erotuksesta. Läheltä P- ja S-aalto tulevat peräkanaa, mutta pitkällä matkalla nopeampi P-aalto kuroo paljon etumatkaa S-aaltoon. Yksi asema ei riitä paikannukseen, koska mahdollisia seismisten aaltojen lähtöpaikkoja ovat kaikki pisteet asemakeskisen ympyrän kaarella, jonka säteenä on määritetty etäisyys.
Voimakkaiden maanjäristysten seismiset aallot kulkevat monia reittejä Maan sisäosien halki maanjäristyksen tapahtumapaikasta seismiselle asemalle. Reittejä eli faaseja kuvataan kirjainyhdistelmillä. Esimerkiksi faasi PKIKP kulkee reitin ensimmäisen osan P-aaltona tapahtumapaikasta kohti Maan ulkoydintä, etenee jonkin matkaa ulkoytimessä (K), jatkaa kulkuaan sisäytimessä (I), kunnes neljännessä ja viidennessä vaiheessa palaa ulkoytimen kautta vaippaan ja maankuoreen.
Varhaisen laiteajan havaintotoiminta loi perustan maanjäristysten maailmanlaajuiselle valvonnalle ja Maan sisäosien tutkimukselle. Vielä 1897 ilmestynyt geofysiikan oppikirja sisälsi heiveröisiä arveluja kaasumaisista, nestemäisistä ja kiinteän olomuodon kerroksista Maan uumenissa. Seismologit kokosivat eri puolilla maailmaa sijainneiden seismografiasemien havainnot aaltojen tuloajoista yhä paremmiksi kulkuaikataulukoiksi. He lukivat eri faasien kulkuajat eri etäisyyksille ja käänsivät kulkuajat ja niiden väliset erot eri kohdissa Maata sen sisäosien suurrakenteiksi. Jo 1912 annettiin vaipan paksuudeksi noin 2900 km. Seuraavalla vuosikymmenellä selvisi Maan ytimen nestemäisyys. Kiinteä sisäydin löytyi 1936.
Suomen kolmikomponenttinen Mainka-seismografi osallistui globaaliin seismologiaan. Lisäksi se tarjosi oppimateriaalia fysiikan opiskelijoille. Mainka toimi 1960-luvun alkuun asti, jolloin Helsingin-asema suljettiin ja uudenmerkkisiä seismografeja oli jo toiminnassa muilla paikkakunnilla. Mainka-seismografi lahjoitettiin Tampereen teknilliseen museoon, jossa se tuhoutui tulipalossa 1989.
Päivi Mäntyniemi, yliopistotutkija
