Aihearkisto: havaintotoiminta

Seismisten havaintoasemien paluu Helsinkiin

Vastaa

Helsingin kaupungin syntymäpäivän kunniaksi vietetään jälleen Helsinki-päivää 12.6.2024. Laitteilla tehtävä seismologinen havaintotoiminta Helsingin kaupungissa käynnistyi jo vuosisata aiemmin, kun Saksan Göttingenistä tilatut ja Suomen tiedeseuralta saadut Mainka-seismografit aloittivat toimintansa Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen tiloissa Siltavuorenpenkereellä. 

Seismologisessa havaintotoiminnassa suuntaus oli pitkään kaupungeista kohti häiriöttömämpiä ympäristöjä. Luonnollisen seismisyyden havaitseminen onkin yleensä helpompaa vaikkapa Nurmijärven Röykässä, jossa seisminen havaintotoiminta alkoi vuonna 1958 ja jatkuu edelleen. Helsingissä se puolestaan loppui. Nykyisessä kaupunkiympäristössä on kuitenkin kasvavissa määrin ihmistoiminnan aiheuttamia seismisiä lähteitä, joita kohtaan sekä kaupungilla että Seismologian instituutilla on alkanut ilmetä kiinnostusta. Niinpä kaupunki lähestyi instituuttia alkuvuonna 2019 pyrkimyksenään saada alueelleen jälleen seismisiä mittausasemia. Sopimus kolmen seismisen aseman ja erityisen HelsinkiNet-havaintoverkon perustamisesta syntyi saman vuoden elokuussa. 

Seismisten mittalaitteiden ostamisen jälkeen Seismologian instituutti aloitti sopivien asemapaikkojen etsinnän heti syksyllä 2019. Suotuisan havaintogeometrian ja seismisen kohinatason mataluuden perusteella asemapaikoiksi valikoituivat Lauttasaaren länsirannikko, Kuninkaantammi ja Kallahdenniemi. Havaintoasemat on varustettu kanadalaisen Nanometricsin Centaur-digitoijilla ja Trillium Compact -antureilla. Mahdollisimman häiriöttömän toiminnan kannalta tärkeää on paitsi anturin suora yhteys peruskallioon, myös reitittimen avulla saatu jatkuva tietoliikenneyhteys Seismologian instituuttiin. Asemat täytyi myös kyetä sijoittamaan säänvaihteluilta ja ilkivallalta suojattuihin paikkoihin joko olemassaoleviin rakennuksiin tai tarkoitusta varten rakennettaviin laitesuojiin. 

HelsinkiNetin kolme asemaa KUNI, LAUT ja VUOS aloittivat toimintansa vuoden 2020 alkupuoliskolla. Samaan aikaan Länsi-Helsingissä ja Espoossa edelleen jatkoi väliaikainen seisminen tutkimusverkko, joka oli perustettu erityisesti St1 Oy:n Espoon syväreikähankkeen valvontaan. Kyseisen verkon asemista Seurasaaren asema HEL1 siirtyi vuoden 2024 alussa osaksi HelsinkiNetiä. Lisäksi toukokuussa 2021 HelsinkiNet kasvoi Helen Oy:n Ruskeasuon lämpövoimalaprojektin valvontaan tarkoitetulla asemalla RSUO. Verkkoon kuuluu nyt viisi havaintoasemaa, joiden aineistoa käsitellään instituutin päivittäisanalyysissa. Ne kaikki toimivat myös osana instituutin valtakunnallista havaintoverkkoa. 

Talvipuutarhassa tehdyt testimittaukset eivät lopulta johtaneet havaintoaseman perustamiseen alueelle.

Talvipuutarhassa tehdyt testimittaukset eivät lopulta johtaneet havaintoaseman perustamiseen alueelle.

HelsinkiNetin asemien havainnoista suurin osa on ollut louhosten ja rakennustyömaiden räjäytyksiä. Verkon jokaisena toimintavuonna mukana on myös ollut luonnollisia tai ihmistoiminnan aiheuttamia maanjäristyksiä. Geotermisen lämmöntuotannon kasvava käyttö matalien ja keskisyvien lämpökaivojen avulla liittyy Helsingin kaupungin asettamaan vuoden 2035 hiilineutraaliustavoitteeseen ja korostaa lämmöntuotantoon liittyvän seismisen riskin myötä havaintoverkon merkitystä. Toisinaan verkon asemien datasta on löytynyt kaukaisiakin tapauksia, kuten Taiwanin maanjäristys 3.4.2024. 

Seismologian instituutin ja Helsingin kaupungin sopimuksen nojalla instituutti julkaisee HelsinkiNetin toiminnasta ja havainnoista vuosittain julkisen raportin. Raportti on pääosin suomenkielinen. Kaikki raportit ovat luettavissa Helda-julkaisuarkistossa ja niistä viimeisimpään pääset täältä. 

Toni Veikkolainen, seismologi

Seismisen datan päivittäisanalyysissä selvitetään signaalin syntylähteitä

Vastaa

Seismologian instituuttiin tulee tasaisin välein tiedusteluita medialta ja kansalaisilta erilaisista tärinähavainnoista. Instituutilla on useita eri kanavia, joiden avulla havainnoista voi ilmoittaa tai kysellä. Seismologian instituutin infopuhelimeen soittamisen lisäksi voi lähettää sähköpostia tai täyttää internet-sivuillamme havaintolomakkeen. Linkit ja muut yhteystiedot löytyvät instituutin sivuilta. Jokainen havainto tutkitaan, ja tarvittaessa teemme tapauksesta analyysin. Aina kaikille ilmiöille ei löydy selitystä seismogrammeja tutkimalla, sillä osa ilmiöiden lähteistä voi olla hyvin heikkoja ja paikallisia. Näissä tilanteissa vain hyvin lähellä sijainnut seisminen asema havaitsee signaalin. Toisaalta lähde voi olla muualla kuin kallioperässä, esimerkiksi ilman kautta kulkeva paineaalto voi myös helisyttää ikkunoita.

Kyselyn tai ilmoituksen perusteella tarkistamme lähimpien seismisten asemien tuottaman datan ilmoitetulta ajalta. Jos seisminen tapaus on tarpeeksi voimakas, voi se olla jo näkyvissä sivuillamme “Raportit seismisistä tapauksista”, josta löytyy “Alueelliset räjäytykset ja maanjäristykset tänään”. Tällä sivulla on kartta ja lista, joissa näkyy ohjelmistojen automaattisesti havaitsemat ja paikantamat seismiset tapaukset. Koska kyseessä on automaattinen lista, eli ihminen ei ole sitä tarkistanut, voivat paikannukset olla välillä hyvinkin epätarkkoja ja ajoittain mukana saattaa olla ihan virheellisiäkin tapauksia ohjelmien yhdistellessä esimerkiksi pakkasen aiheuttamia signaalipiikkejä toisiinsa.

Analysti, eli seismisen datan analysoija hakee kysytyltä havaintoajankohdalta dataa seismisiltä asemilta. Datasta etsitään mahdollinen seisminen tapaus, jonka lähde on yleensä räjäytys tai maanjäristys, mutta joskus myös romahdukset, maanvyörymät tai pakkasjäristykset voivat aiheuttaa signaalin. Signaalista merkitään ensimmäinen saapuva aalto, pitkittäisaalto P-aalloksi ja hieman hitaammin kallioperässä kulkeva poikittaisaalto S-aalloksi. Kun näitä aaltoja on kerätty useammalta seismiseltä asemalta, voidaan laskea P- ja S-aallon nopeuksien eron avulla kullekin asemalle etäisyys lähteestä ja näiden etäisyyksien leikkauspisteestä tai sen läheisyydestä löydetään todennäköisesti signaalin lähde. Paikka voidaan määrittää sitä tarkemmin mitä enemmän seismisiä asemia on käytettävissä lähteen ympärillä. Tämän takia esimerkiksi Suomessa tapahtuneet seismiset tapaukset yleensä paikantuvat lähemmäs todellista lähdepaikkaa kuin kauempana Suomen ulkopuolella tapahtuneet seismiset tapaukset.

Analysti pyrkii myös määrittämään seismisen tapauksen syntymekanismin parhaansa mukaan. Suurin osa Suomessa havaituissa seismisistä tapauksista (n. 18 000 tapausta vuosittain) on kaivoksilla, louhoksilla tai rakennustyömailla tehtyjä räjäytyksiä. Räjäytykset kaivoksilla ja louhoksissa tehdään tyypillisesti useamman räjäytyksen sarjana, missä panokset on sijoitettu tiettyjen etäisyyksien päähän toisistaan ja ne räjäytetään pienellä viiveellä. Tällaisille räjäytyksille on niiden aiheuttamassa signaalissa tyypillistä energian jakautuminen tasaisesti joka suuntaan ja erilaisista räjäytystekniikoista syntyvät tyypilliset aaltomuodot (Kuva 1). Räjäytyksissä pyritään vaimentamaan joitain energiataajuuksia ja ne muodostavat energiaspektreissä tyypillisesti raidallisen kuvion (Kuva 2).

Kuva 1. Tyypillinen räjäytyksen aiheuttama signaali seismogrammeissa.

Kuva 2. Tyypillinen räjäytyksen aiheuttama raidallinen energiajakauma. Vasemmalla pystyakselilla on taajuus ja väriskaala kuvaa signaalin voimakkuutta (eli energian määrää). Kuvassa OUF-aseman havainto Kaustisilla tehdystä räjäytyksestä.

Maanjäristyksillä vastaavasti energia jakaantuu eri suuntiin eri lailla riippuen millainen liike kallioperässä on aiheuttanut signaalin (Kuva 3). Maanjäristyksen energiaspektreissä energia on jakaantunut tasaisesti kaikille taajuuksille, etenkin lähemmillä seismisillä asemilla (Kuva 4). Pieni seisminen tapaus, häiriöiset asemat tai toisen seismisen tapauksen päällekkäisyys voi vaikeuttaa lähteen määrittämistä huomattavastikin.

Kuva 3. Maa järisi Kuusamossa 2.5.2024, kuvassa on rekisteröintejä Suomen eri seismisiltä asemilta.

Kuva 4. Kuusamon järistyksen tuottama energiajakauma (MSF-asemalta) on maanjäristykselle tyypillisen tasainen. Vasemmalla pystyakselilla on taajuus ja väriskaala kuvaa signaalin voimakkuutta (eli energian määrää).

Lopuksi analysti määrittää tapauksen voimakkuuden mittaamalla eri asemilla voimakkaimman signaalin amplitudin, josta lasketaan paikallinen magnitudi seismiselle tapaukselle. Kun kaikki parametrit on näin saatu, julkaistaan tulos internetsivuilla. Maanjäristykset näkyvät välittömästi maanjäristyshaun kautta. Lisäksi maanjäristykset näkyvät muutaman arkipäivän päästä, kun kyseisen päivän loputkin seismiset tapaukset on analysoitu,  “Raportit seismisistä tapauksista” sivun “Tarkistetut bulletiinit” välilehdeltä “päivittäisistä alustavista bulletiineista” räjäytysten ja muiden seismisten tapausten kanssa.

Kati Oinonen, seismologi

Seismologian aikamittakaavoista

Vastaa

Suomen ensimmäinen seismografi alkoi toimia Helsingissä sata vuotta sitten. Se on huomionarvoinen tasaluku ja pitkä aika ihmisille. Sata vuotta on kuitenkin lyhyt aika havaita maanjäristyksiä. Monilla seuduilla ei tapahdu ensimmäistäkään voimakasta maanjäristystä, toisilla alueilla ei ainakaan montaa, ja joka tapauksessa vuosisata ei riitä antamaan luotettavaa käsitystä pitkän aikavälin seismisyydestä. Vaikka seismologit eivät yleensä työskentele jopa miljoonista miljardeihin vuosiin ulottuvilla geologisilla ajanjaksoilla, kuuluu heidän työhönsä järistyshavaintojen sarjan pidentäminen mahdollisimman kauas menneisyyteen ja eteenpäin tulevaisuuteen.  

Kauan sitten tapahtuneita maanjäristyksiä voidaan tutkia ei-instrumentaalisen seismologian menetelmillä.  Mitä pidemmälle ajassa taaksepäin siirrytään, sitä enemmän kasvaa voimakkaiden maanjäristysten todennäköisyys. Hintana ajanjakson pidentymisestä on järistysten kokoluokan epävarmuuden kasvu, mutta epävarmuutta voidaan kuitenkin mallintaa. 

Ennen mittauslaitteiden yleistymistä voitiin havaita maanjäristyksien seurauksia suoraan paljaalla silmällä. Etenkin järistysonnettomuuksien jälkeen tehtiin muistiinpanoja tapahtumasta viranomaisille ja muille aikalaisille ja joskus myös tieteellisiin päämääriin. Luotettavimmat tekstit pohjautuvat silminnäkijöiden tietoihin. Parhaissa tapauksissa yksityiskohtaisia kirjoituksia on säilynyt nykyaikaan ja tutkijat ovat ne löytäneet. Historian tutkimusmenetelmien avulla laaditaan jonkin kohdepaikkakunnan seisminen historia, joka näyttää, kuinka usein ja kuinka merkittäviä järistysvaikutuksia siellä on koettu vuosisatojen, joissakin maailmankolkissa jopa joidenkin vuosituhansien aikana. 

Voimakkaiden maanjäristysten luontoon jättämät jäljet vievät yli kymmenen tuhatta vuotta ajassa taaksepäin. Maanjäristyksen äkillisyys ja rajuus jää jäljelle siirrosliikahduksina, maapohjan vajoamisena tai nousuna ympäristöön verrattuna, vanhoina maanvyöryminä, muinaisina veden kulkureitteinä maaperässä. Näiden jälkien paikannus ja ajoitus kartuttaa tietoa voimakkaiden maanjäristysten esiintyvyydestä. Voimakkaiden järistysten jälkien etsiminen luonnonympäristöstä on paleoseismologiaa.  

Fennoskandian kilpialueella Pohjois-Euroopassa on ikivanhaa kallioperää ja maanjäristystoiminnan osalta aika rauhallista. Kirjallisia merkintöjä järistysvaikutuksista on Lappia myöten lähes kolmelta vuosisadalta, etelästä hieman pidemmältä ajanjaksolta. Viime jääkauden lopulla jäämassan perääntyminen muutti maankuoren jännitysoloja aiheuttaen voimakkaita maanjäristyksiä useissa Pohjois-Fennoskandian lounais-koillissuuntaisissa siirrosjyrkänteissä. Ne on ajoitettu 9–11 tuhannen vuoden taakse. 

Korkearesoluutioiset laserkeilausaineistot, seismiset heijastustutkimukset ja kaivaukset ovat edistäneet paleoseismologiaa Fennoskandiassa 2000-luvulla. Merkkejä paleomaanjäristyksistä on löydetty järvisedimenteistä myös etelämmästä. On myös esitetty, että paleoseismisyydellä oli Suomen alueella kolme huippua 10–12, 5–7 ja 1,5–3 tuhatta vuotta sitten. Vanhimmat maanjäristykset olivat noin magnitudia 7 ja sen yli ja nuorimmat noin magnitudia 6 (https://doi.org/10.1016/j.tecto.2019.228227). Stuoragurran postglasiaalisiirroksesta Pohjois-Norjasta on raportoitu jälkiä voimakkaista maanjäristyksistä 700–4000 vuotta sitten. Erityistä on niiden kokoluokka, jopa magnitudia 7 (https://doi.org/10.1017/9781108779906.015), mikä haastaa vanhaa käsitystä näin voimakkaiden maanjäristyksien esiintymisestä ainoastaan jääkauden lopulla. 

Lähimenneisyyden seismisyys on avainasemassa arvioitaessa lähitulevaisuuden seismistä vaaraa. Koska ei ole mahdollista ennustaa tarkasti, missä ja milloin tapahtuu seuraava maanjäristys, käytetään todennäköisyyksiä. Tavanomainen muotoilu on, että jollakin kohdealueella esiintyy tietynsuuruinen maanjäristys tai maanliike annetulla todennäköisyydellä 30 tai 50 vuodessa. Ajanjakso 30–50 vuotta liittyy insinöörien rakennusnormeihin. Seismisen vaaran arviointi tähtää siihen, että rakennusnormit ovat asianmukaisia, jotta kovat maanliikkeet eivät vaurioita rakennuksia ja yhteiskunnan infrastruktuuria vastaisuudessa. 

Seismologeilla on siis käytössään satakunta vuotta laitemittauksia ja yleensä sitä pidempi ajanjakso ei-instrumentaalisia havaintoja. Yhdessä ne tarjoavat parhaan mahdollisen pohjan suunnitella insinöörien kanssa seismistä tulevaisuutta, jossa tapahtuu väistämättä uusia maanjäristyksiä.  

Päivi Mäntyniemi, yliopistotutkija