2014 Jäämerta murtaa maailman vahvin laiva

Kuvitellaan, että on vuosi 2015. Seuraamme suoraa lähetystä pohjoisnavan yöttömästä yöstä.

Eurooppalainen tutkimusjäänmurtaja Aurora Borealis on pysähtynyt keskelle puolitoistametristä jäätä. Erikoisen näköiseksi laivan tekee tornimainen rakennelma rungon keskellä. Se on poraustorni, jonka ympärille on rakennettu seinät, jotta olisi helpompi työskennellä pohjoisen pakkasissa. Kesäaikaan on kuitenkin lämmintä: mittari sahaa nollan tuntumissa.

Tornin alla laivan pohjassa on 7x7 metrin kokoinen aukko. Siitä lasketaan ensin pora neljän kilometrin syvyyteen meren pohjaan, ja sitten tutkijat poraavat maankuoreen noin kilometrin syvyisen reiän. He etsivät nyt tietoa, eivät öljyä.

Pora tekee renkaanmuotoisen reiän. Sen sisään jää kerrostunutta kalliota, jota nostetaan pötköinä ylös. Porausaukon ympärillä laivassa on eräänlainen sisäpiha tai atriumi, jonne on sijoitettu laboratorioita. Tutkijat pääsevät tutkimaan näytteitä mukavissa oloissa, vaikka ulkona hyytäisi kolmenkymmenen asteen pakkanen.
Kivinäytteistä tutkijat etsivät vastauksia lukemattomiin kysymyksiin, joista suurta yleisöä kiinnostaa eniten ilmaston kehitys. Ilmastonmuutoksen syistä ja ilmastomallien pätevyydestä kiistellään edelleen. Maankuoren kerrokset muodostavat kirjan, josta voi lukea maan, meren ja ilmakehän historiaa.

Aurora toimii äärioloissa

Uudet laivat ovat yksilöitä kuten avaruusluotaimet tai hiukkaskiihdyttimet. Napamaiden tutkimuksen vauhdittuessa 1800-luvulla Fridtjof Nansenin Fram-laiva ja Adolf Nordenskiöldin Vega tulivat yhtä kuuluisiksi kuin tutkijat itse. 
Aurora Borealiksen suunnittelijat uskovat, että heidän laivansa kirjoittaa yhtä kunniakkaan luvun tieteen ja tekniikan historiaan. He puhuvat "hypermodernista" ja ainutlaatuisesta laivasta. Ainutlaatuista Aurora Borealiksessa on, että alus on samaan aikaan jäänmurtaja, tutkimusalus ja poralaiva.

- Aurora Borealiksen pitää porausoperaation aikana pysyä paikoillaan ilman jäänmurtajien apua, sanoo Aker Arctic Technologyn tuotekehityspäällikkö Reko-Antti Suojanen. - Ratkaisuja tähän tehtävään on haettu tekemällä kokeita eri laboratorioissa. Yksi testauslaboratorioista sijaitsee Aker Arcticin tiloissa Helsingin Vuosaaressa.

Arktisten jäiden rutistuksessa tarvitaan sekä tarkkuutta että voimaa. Tarkkuutta antaa dynaaminen paikannusjärjestelmä dps (dynamic positioning system), joka myös pitää laivan halutussa paikassa.

Jäämassojen kurissa pitämiseksi Aurora Borealiksessa on akselitehoa 81 megawattia, mikä tekee siitä maailman voimakkaimman jäänmurtajan. Lukua voi verrata Arktika-luokan ydinjäänmurtajaan, jonka teho on 55 megawattia. Vahvat ovat myös aluksen rakenteet: Aurora Borealis on rakennettu ylimpään polaarijääluokkaan. Runko on kaksin- ja osin kolminkertainen.

Laiva pystyy työskentelemään Arktiksessa, Antarktiksessa ja sillä välillä. Haluttaessa voidaan toimia helteessäkin, aina 45 asteen kuumuuteen.

Pohjasta löytyy historia

Aikaisemmin tutkijoilla oli tapana sanoa, että maapallon geologia tunnetaan huonommin kuin Kuun takapuoli. Viime vuosina tieto on lisääntynyt, paljolti maalla ja merenpohjassa tehtyjen porausten ja kairausten ansiosta. Suurin yhä kartoittamaton alue on Jäämeren pohja.

Klimatologi Peter Klemke saksalaisesta Wegener-tutkimuslaitoksesta sanoo, että jo 10-15 senttiä pohjasedimenttiä voi parhaimmillaan sisältää satojatuhansia vuosia historiaa. Syväkairaamalla pohjaa on mahdollista päästä kymmeniä miljoonia vuosia ajassa taaksepäin.

Porausaukon lisäksi laivan pohjassa on toinen samankokoinen aukko, josta tehdään vedenalaisia operaatioita. Miehittämättömät sukellusalukset, rov-alukset (remote operated vehicles) ja auv-alukset (automated underwater vehicles), kiinnostavat esimerkiksi biologeja, jotka näin voivat tutkia ja tarkkailla merenpohjan elämää.

Pohjaa pystytään tutkimaan myös kaikuluotainlaitteilla. Aurora Borealiksen helikopterit on tarkoitettu pääasiassa liikkumiseen, mutta haluttaessa niihinkin voidaan asentaa mittalaitteita.

Moni hinkuu jäihin

Aurora Borealis -hankkeessa vahvin panos on ollut Saksalla, joka on rahoittanut perussuunnittelun, mutta tavoitteena on yhteiseurooppalainen hanke. Konsortiossa on nyt mukana organisaatioita kahdeksasta Euroopan unionin jäsenmaasta sekä Norjasta ja Venäjältä. Meiltä ovat mukana Aker Arctic Technology, Ilmatieteen laitos ja Suomen ympäristökeskus.

Johtaja Timo Suistio STX Europen Rauman telakalta sanoo, että STX:kin on varmasti  mukana kilpailussa, kun Aurora Borealis -hankkeessa päästään rakentamisvaiheeseen. Todennäköisin rakentaja on jokin Saksan, Suomen tai Norjan telakoista. Myös Ranskassa on suuria telakoita.

Alalla tehdään paljon yhteistyötä, mutta kilpailukin on kovaa. Yhdysvalloissa pohditaan jäänmurtajien uusimista. Kanada päätti vuonna 2008 rakentaa uuden jäänmurtajan John G. Diefenbakerin.

Japanilla on tutkimusalus, ja viime marraskuussa maa laski vesille neljännen jäänmurtajansa Shirasen, joka on tarkoitettu lähinnä Antarktiksen tutkimukseen. Suunnilleen samaan aikaan Etelä-Korea laski vesille ensimmäisen jäänmurtajansa Araonin.

Kiina on aikaisemmin voitu unohtaa jäänmurtajista puhuttaessa, mutta nyt tilanne on muuttunut. Kiinan napatutkimusinstituutti ilmoitti viime elokuussa, että maa rakentaa oman tutkimusjäänmurtajan. Murtajan suunnittelussa hyödynnetään Euroopan kokemusta, mutta alus rakennetaan Kiinassa.

Rikkaudet odottavat

Viime aikoina on taas vaihteeksi puhuttu öljyn loppumisesta ja vuoden 2015 paikkeilla koittavasta öljykriisistä. Kriisi voi tulla, mutta öljyä riittää. Sen käyttö tyrehtynee päästörajoihin paljon ennen kuin viimeinen pisara on puristettu maasta. Yksi suuri öljyreservi on pohjoisessa.

Yhdysvaltalaisten ja tanskalaisten tutkijoiden ryhmä julkaisi toukokuussa 2009 Science-lehdessä katsauksen Arktiksen öljy- ja kaasuvaroihin. Ryhmä keskittyi esiintymiin, joita ei vielä tunneta mutta jotka todennäköisesti löydetään. Arktikseen se sisällytti pohjoisen napapiirin pohjoispuolisen alueen, joka kattaa noin kuusi prosenttia maapallon pinnasta. Yksi kolmasosa tästä alueesta on maata ja toinen kolmannes mannerjalustaa eli alle 500 metrin syvyistä merta. Loppu on arktisia syvänteitä, jotka vielä toistaiseksi ovat olleet napajään alla.

Tutkijat päättelivät, että Arktiksessa sijaitsee maailman toistaiseksi löytämättömistä öljyvaroista noin 13 prosenttia ja kaasuvaroista 30 prosenttia. Tähän on otettu mukaan vain tavalliset öljy- ja kaasuvarat - lisäksi ovat vielä öljyliuskeet ja -hiekat, metaanihydraatit ja muut epätyypilliset varat.

Vähän myöhemmin Science-lehti julkaisi raportin, jonka mukaan käyttökelpoisia metaanihydraattivaroja on enemmän kuin aikaisemmin on luultu. Osa esiintymistä sijaitsee Kanadan lounaisosissa ja Alaskan rannikolla.
Varoja siis on, mutta tuotantoa pohjoisessa on toistaiseksi vähän. Öljyä tuotetaan nykyään kahdella alueella, Alaskassa ja Siperian rannikolla.

Ekologia tärkeää tuotannossa

Vaikka maailmassa harjoitettaisiin ideaalista energiapolitiikkaa, öljyä kulutetaan vielä vuosikymmeniä. Arktiksen öljyvaroja tarvitaan ainakin jonkin verran ja kaasua varmasti runsaasti. Siksi kehitetään jäissä työskentelyn tekniikkaa riippumatta siitä, miten perustutkimus etenee.

- Uusin innovaatio jään murtamisessa pohjoisessa on niin sanottu ice management, kertoo Reko-Antti Suojanen.
Vaatimukset ovat samat kuin Aurora Borealiksen kohdalla, mutta toimintatapa on erilainen. Öljyä tuotettaessa porauslautta hoitaa poraamisen, ja lautan ympärillä toimivat murtajat pitävät jäät kurissa.

Kun jäänmurtaja saattaa rahtialuksia, on mahdollista kiertää hankalimmat paikat. Öljyä porattaessa reittiä ei voi valita, vaan on murrettava jäät, jotka tulevat vastaan. Murtajat pysyttelevät lähes paikoillaan.

Suojanen nostaa esille ekologiset vaatimukset; nekin vaikuttavat nyt kehitystyöhön. Tietenkin Aurora Borealis tulee olemaan viimeisen päälle ekologinen, mutta öljyn tuotannossa vaatimukset ovat vielä kovemmat. Kun käsitellään suuria öljymääriä, on varauduttava myös vuotoihin.Yksi ongelma on mereen päässeen öljyn kerääminen jääsohjon seasta.

- Kehitämme monirunkoista jäänmurtajaa, tällä hetkellä trimaraania, Suojanen kertoo. - Monirunkoinen alus pyyhkäisee laajan alueen, jolloin öljyn kerääminen helpottuu.

Tärkeä osa ekologiaa on pienentää normaalin toiminnan päästöjä. Varsinkin jäänmurtajat tarvitsevat suuria konetehoja ja paljon polttoainetta.

Tulevaisuuden murtajat pystyvät käyttämään polttoaineena kaasua, jolloin päästöt vähenevät. Koneet ovat dieselmoottoreita, jolloin periaatteessa mikä tahansa dieselpolttoaine käy, biodiesel mukaan lukien. Laivasta on siis mahdollista tehdä hiilineutraali.

Ydinaluksetkin kiinnostavat

Reko-Antti Suojanen kertoo, että myös kiinnostus ydinvoimakäyttöisiä jäänmurtajia kohtaan on maailmalla kasvanut. -  Tai ainakin suhtautuminen on muuttunut vähemmän kielteiseksi, hän luonnehtii tilannetta. - Ydinvoimalla kulkeva laiva on lähes päästötön.

Venäjä on rakentanut tai rakennuttanut ydinkäyttöisiä jäänmurtajia ja muita siviilialuksia 1950-luvulta alkaen, ja suomalaiset telakat ovat olleet mukana. Täällä rakennettiin viime vuosisadalla kaksi jäänmurtajaa lähes kokonaan eli kaikki muu paitsi reaktori.

Venäjä panostaa edelleen ydinkäyttöisiin siviilialuksiin. Siellä valmistui viimeksi ydinmurtaja vuonna 2007. Uusi murtajasukupolvi on suunnitteilla. Myös ideoita ydinkäyttöisistä porauslaivoista tai -lautoista on esitetty.
Myös Yhdysvalloissa on pohdittu ydinmurtajien rakentamista yhtenä vaihtoehtona.

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede -lehdessä 2/2010