liidin

Aranda ja liidin tutkivat mm. vedenvaihtoa Selkämerellä

La, 05/06/2017 - 18:35 Toimitus

Tutkimusalus Aranda on juuri nyt Selkämerellä noin 100 km itään Gävlestä. Tälle tuoreimmalle tutkimusmatkalleen alus lähti viime tiistaina ja sen mukana on uudenlainen tutkimusrobotti, niin sanottu liidin.

Arandan vuosi on tähän saakka ollut työn täyteinen, sillä alus on ollut matkalla lähes koko ajan. Nyt meneillään oleva tutkimusmatka on vuoden kahdeksas ja edessä on vielä neljä keikkaa ennen heinäkuun lopussa alkavaa isoa remonttia. Aranda on loppuvuoden telakalla, kun sitä parannellaan ja uudistetaan.

Mutta nyt laiva on kuitenkin siis täydessä toimessa. Parhaillaan käynnissä oleva tutkimusmatka on osa suurempaa Itämeren keskusaltaan ja Pohjanlahden välisen vedenvaihdon tutkimusta. Ilmatieteen laitoksen tutkijat kartoittavat matkalla eri vesimassojen jakautumista Itämeren keskusaltaan pohjoisosassa, Ahvenanmerellä ja Selkämeren eteläisellä puoliskolla.

Selkämerellä havaittu merkkejä happipitoisuuden pienenemisestä

Sekä Itämeren keskusaltaan, Ahvenanmeren ja Selkämeren välillä olevien matalien kynnysten yli Selkämerelle pääsee vain Itämeren keskusaltaan ylempien kerrosten vettä. Tämä vesimassa on suolaisempaa ja painavampaa kuin Selkämeren vedet ja se painuu Selkämeren syvänteiden pohjalle. 

Kynnysten mataluudesta johtuen keskusaltaan hapettomat, suolaisemmat ja raskaammat syvät vedet eivät pääse Selkämerelle. Selkämeren veden suolapitoisuus on näin pienempi kuin varsinaisen Itämeren, ja vesipatsaan kerrostuneisuus on heikompi. 

Pohjanläheinen happipitoisuus on Selkämerellä tähän asti ollut hyvä, koska happea pääsee pohjalle syksyn ja kevään pystysuoran sekoittumisen ansiosta. Viime vuosina on kuitenkin havaittu merkkejä happipitoisuuden pienenemistä Selkämeren syvien altaiden pohjan läheisessä vedessä.

Selkämeren tila on ollut siinä määrin hyvä, että suuri osa tutkimuksesta on viime vuosina keskittynyt pääaltaaseen ja Suomenlahteen. Jotta Selkämeren tilan muutoksia pystyttäisiin paremmin arvioimaan tulevaisuudessa ja pitämään se vähintään nykyisenä, on tärkeä ymmärtää, miten altaan virtausolosuhteet ja vesimassojen ominaisuudet muuttuvat ja mitkä asiat vaikuttavat veden vaihtoon pääaltaan ja Selkämeren välillä.

Uusi vedenalainen tutkimusrobotti mukana matkalla

"Matkan keskeiset tutkimusvälineet ovat ns. CTD-luotain, jolla mitataan meriveden lämpötilaa ja suolapitoisuutta tarkasti syvyyden funktiona ja vedenalainen liidin, jossa myös on CTD-laitteisto. Laivan ja liitimen CTD-luotaimiin on liitetty muitakin antureita, joilla voidaan mitata mm. happipitoisuutta", kertoo matkanjohtaja Laura Tuomi Ilmatieteen laitoksesta.

CTD-luotaimella (sanoista conductivity, temperature, and depth) mitataan meriveden lämpötilaa, suolapitoisuutta ja syvyyttä. Se lasketaan vinssillä tiedonsiirtokaapelin varassa mereen lähes jokaisella havaintopisteellä heti pisteelle saapumisen jälkeen.

Laitteeseen on mahdollista liittää useita erilaisia lisäantureita, jotka mittaavat esimerkiksi happipitoisuutta, levien määrää sekä valon vaimenemista merivedessä.

Yllä olevassa kuvassa on Arandan CTD-luotain Ilmatieteen laitoksen Twitter-syötteen kuvassa.

Liidin

Liidin on puolestaan kauko-ohjattu merentutkimusrobotti, millaisesta olemme kertoneet useampaankin kertaan aikaisemmin, mm. tässä jutussa ja videossa

Arandan matkan jälkeen liidin jää vielä muutamaksi viikoksi kartoittamaan omin nokkinensa Selkämeren eteläosien vesimassoja.

Matkalla huolletaan lisäksi viime vuoden keväällä meren pohjaan asennetut virtamittarit Selkämeren eteläosissa ja asennetaan matkan ajaksi virtamittari Itämeren pääaltaan ja Ahvenanmeren väliselle kynnykselle.

Näiden lisäksi huolletaan Selkämeren aaltopoiju ja laitetaan Argo-poiju Selkämerelle. Argo-poiju on vapaasti meressä ajelehtiva laite, joka mittaa lämpötilaa ja suolaisuutta.

Matkan alussa tehtiin myös vuosittaiset vertailumittaukset kaikkien Ilmatieteen laitoksen CTD-luotainten mittaustarkkuuden varmistamiseksi.

CTD-luotaimet ovat tärkeitä fysikaalisen merentutkimuksen mittalaitteita. Ne mittaavat meriveden lämpötilaa, sähkönjohtokykyä ja painetta laskeutuessaan pinnalta lähelle pohjaa. Näistä suureista voidaan kansainvälisesti sovituilla kaavoilla laskea monenlaisia muitakin merten ominaisuuksia kuvaavia suureita, kuten mm. veden suolaisuus ja tiheys.

Tutkimusretkikuntaan kuuluu Ilmatieteen laitoksen, Suomen ympäristökeskuksen, Ruotsista SMHI:n ja Virosta Tallinnan teknisen yliopiston merentutkimuslaitoksen (MSI) henkilökuntaa.

Itämeressä ui keltainen sukellusvene, jonka nimi on Uivelo (video)

Ilmatieteen laitos tutkii myös merten syvyyksiä nyt automaattisella sukellusveneellä. Uivelo on miehittämätön veden alla toimiva tutkimuslaite, joka otettiin käyttöön toukokuun alussa.

Tämä ei suinkaan ole ensimmäinen Itämeren alueella toimiva automaattinen tutkimussukellusvene – eli vedenalainen liidin – sillä suomalaiset testasivat tekniikkaa jo aikaisemmin (katso juttumme vuodelta 2013) yhdessä espanjalaisten kanssa ja havaitsivat sen toimivaksi.

Niinpä Ilmatieteen laitos hankki viime vuonna Slocum G2 -liitimen, joka on suunniteltu toimimaan kauko-ohjatusti matalilla merialueilla.

Laite voi sukeltaa 200 metrin syvyyteen ja se voi Itämeren oloissa toimia jopa kaksi kuukautta yhtäjaksoisesti. Vastaavia laitteita on maailmalla jo noin 600, mutta kyseesäs on ensimmäinen suomalainen sekä eräs harvoista Itämeren alueella olevista.

Liidin mittaa meren vesirungon fysikaalisia ja biologisia ominaisuuksia sukeltaessaan ohjelmoitua reittiä vedenpinnan alla. Uusien sukeltavien robottien avulla voidaan tutkia entistä tarkemmin Itämeren fysikaalisia ominaisuuksia, kuten happipitoisuutta sekä meren lämpötilan ja suolaisuuden vaihtelua sekä virtauksia.

"Liitimen avulla saadaan tietoa, joiden avulla voidaan parantaa merimalleja. Merimalli simuloi veden lämpötilan, suolapitoisuuden ja virtausten käyttäytymistä eli mallien avulla pystytään ennustamaan esimerkiksi merivirtojen muutoksia ilmaston lämmetessä", kertoo Ilmatieteen laitoksen tutkija Kimmo Tikka.

Liidin voidaan laskea veteen pienveneestä ja sen kulkua valvotaan ja ohjataan satelliittien välityksellä. Pinnalla käydessään laite on tiedonvaihtoyhteydessä ohjaajiinsa.

Uiveloksi ristitty liidin teki ensimmäisen lyhyen merimatkansa Helsingin edustalla toukokuun alussa.

Testit tehtiin yhdessä aiemmissa kokeissa mukana olleen espanjalaisen yhteistyökumppanin SOCIB:n kanssa, joka tarkasti liitimen vakauden ja perustoiminnan. Perusteellisempia merikokeita ja reitin ajoa tehtiin viime viikolla yhteistyössä Helsingin yliopiston Tvärminnen eläintieteellisen aseman merialueella.

"Liitimen käyttöönotto sujui hyvin ja varsinainen tutkimustyö voidaan aloittaa jo tänä kesänä", Kimmo Tikka kertoo.

Liidin liittyy samalla osaksi FINMARI-merentutkimusinfrastruktuuria.

Kuva: Ilmatieteen laitos / Kimmo Tikka; video: Ilmatieteen laitos.

Juttu perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen.

Kauko-ohjattua merentutkimusta

Ma, 09/23/2013 - 12:07 Jari Mäkinen
Glider-sukellusrobotti

Omalaatuinen, keltainen torpedolta näyttävä siivekäs laite polskutteli syyskuun puolivälissä merentutkimusalus Arandan luona. Kyseessä oli valtamerten tutkimuksessa nykyisin hyvin yleisesti käytetty robottilaite, joita on ympäri maapallon jo noin 400.

Glideriksi, eli suomalaisittain liitimeksi kutsuttu laite on automaattinen miehittämätön vedenalainen tutkimusrobotti, jota kauko-ohjataan maista tai laivalta käsin.

Liikkuessaan laite kerää meren fysikaalista tilaa koskevia mittaustuloksia pitkin reittiä, joka laitteelle annetaan etukäteen. Laite lähettää mittaustuloksia satelliitin välityksellä maihin ja taltioi niitä muistiinsa.

Liitimen aikaisempi, valtameriversio matkasi itsenäisesti Atlantin poikki vuonna 2009, sellaiset voivat sukeltaa aina tuhannen metrin syvyyteen asti ja kulkea tuhansia kilometrejä ja useita kuukausia yhtäjaksoisesti.

Nyt Ilmatieteen laitos tutkii sen uudempien, pienten versioiden käyttöä myös Suomen lähivesillä. Tavoitteena on rakentaa yhteiseurooppalainen kauko-ohjattavien vedenalaisten merentutkimuslaitteiden infrastruktuuri, jonka avulla saataisiin edullisesti ja tehokkaasti mittaustietoa meristä koko ajan.

Jotta liitimen soveltuvuus matalan ja rantaviivaltaan moninaisen Itämeren oloihin tiedettäisiin, niitä testattiin nyt 11.–18. syyskuuta tutkimusalus Arandalla Selkämerellä ja Saaristomerellä.

Arandan tutkimusmatkalla testattiin Kanarian saarilla toimivan PLOCAN-laitoksen glideria Itämeren oloissa yhdessä espanjalaisten asiantuntijoiden kanssa. Liidintä ohjattiin erilaisissa olosuhteissa ja kokeet onnistuivat hyvin. Ilmatieteen laitoksen yhteistyö Gran Canarialla toimivan PLOCAN:n asiantuntijoiden kanssa on jatkunut jo parin vuoden ajan ja sitä on tarkoitus laajentaa.

PLOCAN:n liitimet tekevät Kanarian saarten vesillä säännöllisesti neljä kahden kuukauden tutkimusjaksoa vuodessa ja keräävät arvokasta tietoa meren tilasta.

Ilman potkureita ja moottoreita

Robottitorpedo käyttää voimanlähteenään meren lämpöenergiaa. Se muuttaa kelluntakykyään, sukeltaa välillä lähelle pohjaa ja nousee jälleen pinnan luokse, jolloin se kulkee kylmästä merivedestä lämpimämpään, mikä saa aikaan laitteen sisällä pitkissä putkissa olevan vahan laajenemisen.

Paisuva vaha painaa kaasua tankkeihin, jolloin paineistettua kaasua voidaan käyttää voimanlähteenä. Kelluntakykyä muutetaan yksinkertaisesti pumppaamalla öljyä laitteen sisältä ulkopinnalla oleviin paisuntasäiliöihin, jolloin laitteen tilavuus muuttuu, mutta sen massa ei muutu. Kun paisuntasäilöt ovat täynnä, laite nousee ylöspäin, ja kun öljy on sisällä, laitteen tiheys on suurempi kuin veden, ja se painuu syvemmälle.

Alla on liidin Itämeressä Arandalta kuvattuna:



Kauko-ohjattua mittaamista myös Eteläisellä jäämerellä

Kesällä Ilmatieteen laitoksen tutkijat testasivat myös toisenlaista kauko-ohjausta, nyt eteläisellä pallonpuolella: pieniä, kauko-ohjattuja lennokkeja ja koptereita käytettiin ensimmäistä kertaa Eteläisen jäämeren meteorologisessa tutkimuksessa.

Etelämannerta ympäröivällä Eteläisellä jäämerellä on talviaikaan (pohjoisen kesän aikaan etelässä on talvi) tehty hyvin vähän meteorologisia havaintoja ja aikaisemmilla tutkimuskerroilla lentomittauksia on tehty miehitetyillä lentolaitteilla.

Lennokeilla mitattiin ilman lämpötilan ja kosteuden sekä tuulen nopeuden ja suunnan pystyprofiileja jään pinnalta jopa 1,7 kilometrin korkeuteen asti. Mukana olleella quadrokopterilla puolestaan saatiin tarkempaa tietoa lämpötilasta ja kosteudesta alimman sadan metrin ilmakerroksessa.

Mittaustulokset ovat tärkeitä, sillä niiden avulla voidaan ymmärtää paremmin merijään kasvua talvella.

Kaikkiaan Ilmatieteen laitoksen lennokeilla tehtiin 51 ja quadrokopterilla 24 lentoa. Mittaukset onnistuivat hyvin, vaikka olosuhteet olivat haasteelliset pimeyden, kylmyyden ja ajoittain myös merijään voimakkaan valliintumisen vuoksi.

Lennokkien ja kopterien käyttäminen on lentokoneisiin ja helikoptereihin verrattuna paitsi olennaisesti edullisempaa, niin myös joustavampaa. Niitä voidaan käyttää myös vaativissa olosuhteissa, mihin "oikeilla" lentolaitteilla ei uskallettaisi lähteä.

Teksti perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteisiin. Kuvat: GROOM-hanke, Kimmo Tikka ja Mario Hoppmann.