ilmanpaine

Vesi - teema ja muunnelmia

Ti, 04/05/2016 - 07:07 Markus Hotakainen
Jäätä purossa

Vesi on kummallinen aine. Se voi esiintyä kolmessa eri olomuodossa samoissa olosuhteissa – tai ainakin melkein. Ja nyt eletään taas sitä vuodenaikaa, kun olosuhteissa tapahtuu alvariinsa veden olomuotoon vaikuttavia muutoksia.

Toki kaikilla aineilla on erilaisia olomuotoja, mutta veden tekee poikkeukselliseksi sen olomuotojen muuttuminen meille passeleissa ympäristöoloissa.

Aineelle voidaan määritellä niin sanottu kolmoispiste, jossa sen olomuoto muuttuu kiinteästä nesteeksi tai nesteestä kaasumaiseksi hyvin pienen paineen tai lämpötilan muutoksen seurauksena. 

Vedellä tuo kolmoispiste on 0,01 celsiusasteen lämpötilassa (ja 0,006 baarin paineessa). Se ei välttämättä ole mukavin mahdollinen lämpötila meille ihmisille, mutta silti huomattavasti miellyttävämpi kuin esimerkiksi 4 700 celsiusastetta, jossa on hiilen kolmoispiste.

Meille tuttu lämpötila-asteikko, jonka ruotsalaisen Anders Celsius kehitti 1740-luvulla, perustuu juuri veden olomuodon muutoksiin tietyissä lämpötiloissa: nollassa celsiusasteessa vesi jäätyy (ja sulaa), sadassa celsiusasteessa se kiehuu (ja nesteytyy). Tosin Celsius käytti alkuun käänteistä asteikkoa, jossa veden sulamispiste oli sata astetta ja kiehumispiste nolla astetta.

Lämpötilan laskiessa nollaan celsiusasteeseen – siis nykyisellä celsius-asteikolla – vesi alkaa muodostaa jääkiteitä. Talvella jääkiteiden kasaumia sataa taivaalta lumena. Jää on vettä kevyempää, joten järvissä – tai vaikka pakkaseen jääneessä vesiämpärissä – kiteet nousevat pinnalle, jolloin ne tarttuvat toisiinsa ja muodostavat vähitellen yhtenäisen jääpeitteen. Ilmiö on tuttuakin tutumpi meille pohjoisten leveysasteiden asukkaille, jotka pystyvät osan vuotta kävelemään vaivatta vetten päällä.

Usvaa järvellä

Kun veden lämpötila nousee sataan celsiusasteeseen, vesimolekyylien liike on nesteessä niin rivakkaa, että niitä alkaa sinkoilla vedenpinnasta ilmaan. Jos ollaan tarkkoja, esimerkiksi teekattilasta nouseva "höyry", järvenpinnasta vilpoisaan kesäyöhön kohoava usva tai taivasta peittävät pilvet eivät ole vesihöyryä, vaan ne koostuvat pienenpienistä vesipisaroista. Vesihöyry on näkymätöntä.

Tietyissä olosuhteissa veden olomuoto voi muuttua myös kiinteästä kaasumaiseksi tai päinvastoin ilman nestemäistä välivaihetta. Jos ilmanpaine on hyvin alhainen, jää sublimoituu eli muuttuu suoraan vesihöyryksi.

Toisaalta vesihöyry voi härmistyä eli muuttua suoraan kiinteään olomuotoon. Ilmiö on tuttu talviaamuista, kun ilman vesihöyry on kuorruttanut auton ikkunat kuuralla. Ja ainakin juuri nyt se on tuttua myös kevätaamuista.

Millainen on suomalainen tsunami?

Ti, 05/06/2014 - 15:21 Markus Hotakainen

Säärintamat voivat aiheuttaa Ilmatieteen laitoksella tehdyn tutkimuksen mukaan äkillisiä vedenkorkeusvaihteluita Suomen rannikolla. Meteotsunamiksi kutsuttu ilmiö syntyy, kun sopivalla nopeudella meren yli liikkuva säärintama voimistaa mereen synnyttämäänsä aaltoa. Äkilliset vedenkorkeuden vaihtelut ja niihin liittyvät voimakkaat virtaukset saattavat aiheuttaa vaaratilanteita rannikkoliikenteessä.

Suomen rannikolla on viime kesinä havaittu poikkeuksellisen rajuja meriveden korkeusvaihteluita ukkos- ja puuskarintamien yhteydessä. Poikkeuksellisista vedenkorkeusvaihteluista saatiin useita silminnäkijähavaintoja eri puolilta Suomen rannikkoa vuosina 2010 ja 2011. Tyypillisesti vesi nousi ja laski useita kertoja 5–15 minuutin välein korkeusvaihtelun ollessa jopa metrin. Tavallinen havaintopaikka oli saaristossa sijaitseva matala, kapea salmi.

Ilmatieteen laitoksen tutkimuksessa osoitetaan, että havaitut vedenkorkeusheilahtelut olivat pieniä meteotsunameja, sääilmiöiden mereen synnyttämiä pitkiä ja nopeita aaltoja. Maanjäristysten aiheuttamista tsunameista ne eroavat vain syntytavaltaan.

Ilmiö on Suomen rannikolla harvinainen ja huonosti tunnettu. Vastaavia havaintoja ei ole raportoitu vuosikymmeniin, ja edellinen tieteellinen tutkimus Suomen rannikon meteotsunameista on vuodelta 1926. Sen sijaan esimerkiksi tietyissä Välimeren satamissa ilmiö esiintyy melko säännöllisesti vuosittain, ja suurimmat aallot ovat olleet kuusi metriä korkeita.

Ilmiöön liittyy hyppäys ilmanpaineessa

Tutkimuksessa hyödynnettiin mareografien vedenkorkeusmittauksia, rannikkoasemien ilmanpainehavaintoja ja tutkakuvia. Kaikkiin tapauksiin liittyi rannikkoasemilla havaittu pieni mutta nopea ilmanpaineen hyppäys. Kaksi tapauksista oli Suomenlahden yli etelästä saapuneiden säärintamien aiheuttamia, kaksi liittyi Pohjanlahdella rannikon suuntaisesti liikkuneisiin rintamiin.

Meteotsunami syntyy, kun pienialainen ilmanpaineen häiriö, esimerkiksi ukkosmyrsky, liikkuu meren yllä samalla nopeudella kuin millä meren aalto pystyy etenemään. Tällöin energiaa siirtyy ilmakehästä mereen ja aallon korkeus kasvaa. Rannikon muoto joko voimistaa tai vaimentaa saapuvaa tsunamiaaltoa. Sen vuoksi ilmiö on huomiota herättävä vain yksittäisissä paikoissa, ei koko rannikolla.

Ilmatieteen laitos on alkanut antaa varoituksia nopeista vedenkorkeuden vaihteluista silloin, kun olosuhteet ovat suotuisat meteotsunamien syntymiselle. Havaintoja äkillisistä meriveden korkeusvaihteluista voi ilmoittaa Ilmatieteen laitoksen Merentutkimusyksikköön sähköpostitse vedenkorkeus @ fmi.fi tai puhelimitse 029 539 6436.

Lisätietoja:

tutkija Hilkka Pellikka, hilkka.pellikka @ fmi.fi, puh. 050 380 2649

tutkimusprofessori Kimmo Kahma, kimmo.kahma @ fmi.fi, puh. 040 721 5955

Teksti perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen. Kuva Markus Hotakainen.