Neuroproteesit tulevat. Kun hermosto vaurioituu, mitä kaikkea tekniikka korjaa?





Bioninen käsi: 1 160 000 dollaria. Silmiin verkkokalvoimplantit: 1 300 000 dollaria kappale. Muistiproteesi aivojen hippokampukseen: 580 000 taalaa. Pakettiin vielä pari tekoniveltä, tekohaima, asiakaskohtaisesti räätälöity tekomaksa ja kehonsisäinen tietokone. Laskun loppusummaksi tulee silloin kuusi miljoonaa dollaria.
Kuvitellun hinnaston 2010-luvulla saatavasta "kuuden miljoonan dollarin miehen" varustuksesta julkaisi yhdysvaltalainen aikakauslehti Popular Mechanics toissa vuonna.

Tekniikan kehitys lennättää mielikuvitusta, ammattilaisten mielestä liiankin vauhdikkaasti.

- Valitettavasti eräät kollegat ja journalistit eivät tee kunnolla eroa tosiasioiden, likimääräisten arvioiden ja hämärien spekulaatioiden välillä, sanoo biofyysikko, professori Peter Fromherz sähköpostihaastattelussa. Hänen tiiminsä saksalaisessa Max Planck -instituutissa tutkii aivosolujen ja elektroniikan yhdistämistä.


Bioninen nainen elää Chicagossa

Koetetaanpa siis pitää tosiasiat erossa spekulaatioista, mikä ei ole kovin vaikeaa. Todellisuus on tarpeeksi jännittävää.

Lähimmäksi alkuperäistä kuuden miljoonan dollarin miestä, 1970-luvun televisiosarjan sankaria, on päässyt nainen, Yhdysvaltain merijalkaväen sotilas Claudia Mitchell. Chicagon kuntoutuskeskus RIC esitteli hänet viime vuonna maailman ensimmäisenä "bionisena naisena". Tuokin nimitys lainattiin tieteisfantasiasta, tv-sarjasta Bionic Woman.

Claudia oli menettänyt käsivartensa moottoripyöräonnettomuudessa. Biolääketieteellisen tekniikan professorin Todd Kuikenin johtama RIC:n lääkäriryhmä asensi hänelle "bionisen" käden, joka tottelee ajatuksia.

Kun koko käsi amputoidaan, sitä liikuttava suuri rintalihas jää työttömäksi. Kirurgit keksivät kääntää joutilaaseen lihakseen hermot, jotka tavallisesti kulkevat käsivarteen, ja käyttää rintalihasta sähköisen hermosignaalin vahvistajana. Rinnan iholle asennettiin signaalia sieppaavat elektrodit, jotka syöttävät datan proteesin moottoreihin.

Kuukauden harjoittelulla Claudia oppi käyttämään kättään vaistomaisesti. Nyt hänen tarvitsee vain tavalliseen tapaan ajatella ojentavansa kättään tai avaavansa ja sulkevansa kämmentään. Proteesi tottelee heti.
Jokapäiväiset toimet, kuten meikkaaminen, siivoaminen tai pyykinpesu, sujuvat bionisella kädellä kuusi kertaa nopeammin kuin perinteisellä proteesilla.

- Tämä on ensimmäinen kerta, kun neuroproteesi on osoittautunut toimivaksi, sanoo fysiatrian erikoislääkäri Pekka Rantanen. Hän on toiminut apuvälineteollisuudessa asiantuntijana ja ollut myös itse kehittämässä lihasten sähköistä stimulointia. Nykyisin hän valvoo Lääkelaitoksen ylilääkärinä terveydenhuollon laitteiden turvallisuutta. - Onnistuminen saattaa kertoa jotain siitä, kuinka tällaisia erittäin invalidisoivia koko yläraajan amputoitumisia tulevaisuudessa hoidetaan.


BrainGatella liikettä myös lihaksiin

Ongelmia, joita syntyy luotaessa yhteyttä hermojen ja proteesin välille, yritetään kiertää sieppaamalla signaali suoraan lähetyspaikalta eli aivokuoresta.

Tähän pyrkii esimerkiksi neurotieteilijä John Donoghue, joka työskentelee professorina Brownin yliopistossa Rhode Islandissa ja toimii samalla Cyberkinetics-yhtiön tieteellisenä johtajana. Yksi yhtiön tuotteista, jota testataan parhaillaan kliinisissä esitutkimuksissa, on BrainGate.

BrainGate on paidannapin kokoinen piisiru, jossa törröttää elektrodeja kuin fakiirin piikkimatossa. Siru istutetaan liikeaivokuoreen. Sata kultalankaa yhdistää sirun "pistorasiaan", joka on ruuvattu kalloon. Sitten tarvitsee vain tökätä päähän töpseli, ja käyttäjän ajatukset kulkevat kaapelia pitkin pyörätuoliin, tietokoneeseen ja muihin laitteisiin.

Neliraajahalvautunut jalkapallotähti Matthew Nagle on ohjannut BrainGatella tietokonetta ja television kaukosäädintä. Periaatteessa tekniikalla voi ohjata mitä tahansa, jonakin päivänä myös halvaantuneita jalkoja ja käsiä.

Halvaantuneiden raajojen aivo-ohjauksen kehittämisessä Donoghue tekee yhteistyötä professori Hunter Beckhamin kanssa. Beckham on biolääketieteellisen tekniikan ja ortopedian tutkija Case Western Reserve -yliopistossa Ohiossa.

Beckham on kehittänyt toiminnallista sähköstimulointia eli fes:ää (functional electronic stimulation). Koska sähköimpulssit saavat lihaksen supistumaan ja laajenemaan, liikkeet on mahdollista tuottaa sähköisillä käskyillä.
Beckhamin kuuluisin potilas Jennifer French halvaantui lumilautaonnettomuudessa vuonna 1998. Seuraavana vuonna hän sai stimulaattorin, joka ohjaa jalkoja. Laitteen ansiosta hän on voinut jatkaa urheiluharrastuksiaan, joihin lumilautailun lisäksi kuuluu purjehdusta, laitesukellusta ja pyöräilyä.

Tarkoituksena on nyt yhdistää BrainGate ja fes. Donoghue ja Beckham aikovat saada toimivan prototyypin valmiiksi neljän vuoden kuluttua.


Kamerasilmä auttaa näkövammaista

Pystyäkseen antamaan käskyjä lihaksille aivojen on saatava tietoja ulkomaailmasta. Tuhoutuneita tai heikentyneitä aisteja korvaamaan kehitetään omia neuroproteesejaan.

Eniten kokemusta on kuulosta. Ensimmäinen sisäkorvaimplantti asennettiin vuonna 1978 Australiassa, ja nykyään jo noin 100 000 ihmistä kuulee sellaisen ansiosta.

Sattumalta samana vuonna yhdysvaltalainen tekosilmäpioneeri, nyt jo edesmennyt William Dobelle asensi ensimmäisen bionisen silmän, joka kytki pienoiskameran tietokoneen välityksellä aivojen näkökeskukseen.
Dobellen kuuluisin potilas oli kanadalainen Jens Naumann, joka pystyi vuonna 2002 ajamaan autoa saatuaan näkönsä osittain takaisin silmäimplantin avulla.

Silmätautiopin professori Mark Humayun on yksi Dobellen työn jatkajista. Hänen tiiminsä työskentelee Dohenyn silmäinstituutissa, joka toimii Los Angelesissa Etelä-Kalifornian yliopiston yhteydessä.

Viime vuonna Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkelaitos FDA antoi kokeiluluvan instituutin kehittämälle Argus II -nimiselle verkkokalvoimplantille. Videokameran data syötetään verkkokalvoon asennettuihin elektrodeihin.  Nyt kokeiltavassa implantissa on 60 elektrodia. Humayunin mukaan verkkokalvoproteesi voi tulla markkinoille vuonna 2009, jos tutkimukset etenevät suunnitelmien mukaan.

Ensimmäiset implantit, joissa oli vain 16 elektrodia, asennettiin vuonna 2002. Kuusi potilasta kokeili laitetta. Kuva oli yksinkertainen mutta riitti erottamaan esimerkiksi lautasen ja kahvikupin toisistaan, sillä aivot osaavat hyödyntää niukkaakin tietoa. Ulkona kokeilijat näkivät paitsi puun myös oksan ja pystyivät välttämään törmäämisen. Nykylaitteen kuva on kuitenkin vain tumma varjo, joten henkilön tunnistamiseen se ei vielä sovellu.


Hippokampusproteesilla muistia?

Kaikkein hurjapäisimmät neuroproteesihankkeet tähtäävät aivojen vaurioituneiden osien korvaamiseen elektroniikalla. Näin voisi hoitaa häiriöitä älyllisissä toiminnoissa, kuten muistissa.

Tutkijoita kiinnostaa etenkin hippokampus eli aivoturso, joita on yksi kummassakin aivopuoliskossa keskellä aivoja. Hippokampus muistuttaa muodoltaan hieman merihevosta, ja nimitys tuleekin merihevosen tieteellisestä nimestä. Hippokampus muun muassa muokkaa kokemuksia tallentuviksi pitkäaikaiseen muistiin.

Peter Fromherz ja hänen saksalaistiiminsä ovat tutkineet hermosolujen ja elektroniikan liitosta pitkään (ks. Kyborgitekniikka lupaa älyä ja orgasmeja, Tiede 1/2003, s. 18-24). Viime vuonna he esittelivät mikrosirun, jossa rotan hippokampuksen solut kasvavat piitransistorien päällä. Kun ionit kulkevat solukalvon ionikanavasta, jännite ja virta transistorissa muuttuvat. Ärsyttämällä soluja sähköisesti saadaan aikaan impulsseja, jotka transistori tunnistaa. Alkeellinen kahdensuuntainen viestintä solun ja sirun välillä on siten jo mahdollista.

Sirulla, jonka on valmistanut Infineon Technologies, on 16 384 transistoria noin yhden neliömillimetrin alueella. Tietotekniikkaan verrattuna määrä on pieni, mutta hermosolukyborgit ovatkin vielä suunnilleen samassa kehitysvaiheessa kuin tietokoneiden piirit 1950- tai 1960-luvulla.

Fromherzin mukaan hermosolun ja sirun liitännän ensimmäinen sovellusalue on lääkkeiden testaus.


Soluihin kiinni matematiikalla

Atlantin toisella puolella hippokampuksen ja elektroniikan yhdistämistä on tutkinut Etelä-Kalifornian yliopiston biolääketieteellisen tekniikan professori Theodore Berger työtovereineen.

Kalifornialaistutkijat ovat keskittyneet solujen matemaattiseen mallintamiseen. Solusta mitataan syöte ja tuloste (input ja output), ja sitten yritetään rakentaa matemaattinen malli, joka mahdollisimman hyvin jäljittelee solua. Kun malli toimii tarpeeksi tarkasti, pystytään valmistamaan elektroninen komponentti, joka korvaa vaurioituneen solun.

Tutkijat esittelivät tuloksiaan alan tiedelehdessä kesällä 2007. He kutsuvat hermosolun matemaattista kuvausta mimo-malliksi (multiple input, multiple output), joka suunnilleen tarkoittaa "monta syötettä sisään, monta tulostetta ulos". Mimo-malli taas on hajotettavissa sarjaksi miso-malleja (multiple input, single output), jossa on monta syötettä sisään mutta vain yksi tuloste ulos.

Solut käyttäytyvät epälineaarisesti, mikä laskujen kannalta tarkoittaa, että tuloste ei riipu syötteestä suoraviivaisesti vaan usein hyvinkin mutkikkaasti. Ilmiöiden mallintamiseen tutkijat käyttävät maallikolle käsittämätöntä matematiikkaa, kuten Volterran kernel-funktioita ja Laguerren kantafunktioita. Samoja matemaattisia menetelmiä hyödyntävät automaation tutkijat teollisuudessa.

Matemaattista pohjaa rakennettiin jo 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa. Edmond Laguerre oli ranskalainen matemaatikko, joka tutki muun muassa likiarvomenetelmiä. Vito Volterra oli italialainen matemaatikko ja fyysikko, joka nykyään tunnetaan parhaiten töistään matemaattisen biologian eli biomatematiikan alalla. Oivallustensa sovellusten kautta he ovat vaikuttaneet ihmiskunnan elämään enemmän kuin monet kuninkaat ja sotapäälliköt.


Kytköksiä ei tunneta tarpeeksi

Vaikka tutkimus etenee nopeasti, aivoista tiedetään silti vielä vähän ja proteesisovelluksiin on pitkä matka.

- Sirujen liittäminen hippokampukseen on puhdasta science fictionia, sanoo Peter Fromherz. - Ongelmana ei ole vain liitäntä - joka on vaikeaa jo yksinkertaisemmissa rakenteissa, kuten sisäkorvassa ja verkkokalvossa - vaan se, että hippokampuksen hermokytkösten toimintaa ei tunneta.

Fromherzin mukaan kaikki tämä siirtää hippokampusproteesin määrittelemättömään tulevaisuuteen.

- On implantti mikä tahansa, siihen liittyy aina infektioriski, lisää puolestaan Pekka Rantanen  - Ihan vähällä en haluaisi itselleni "aivopaisetta", vaikka kuinka muisti paranisi.

Rantasen mukaan tilanne tuskin muuttuu seuraavien viidentoista vuoden aikana miksikään.


Kehitystä yli- ja aliarvioidaan

Neuroproteesien kehitysnopeutta lyhyenä aikana on tavallisesti yliarvioitu. Vuonna 1992 Saksassa tehtiin tulevaisuuskysely eli Delfoi-tutkimus, jossa eri alojen asiantuntijat kertoivat käsityksensä tekniikan kehitysnäkymistä. Noin tuhannen vastaajan keskimääräinen mielipide oli, että vuonna 2008 "tulee mahdolliseksi liittää tietokone suoraan aivoihin".

Kaukaisia kehitysmahdollisuuksia taas helposti aliarvioidaan. Sadan vuoden perspektiivissä "hämärät spekulaatiot" ovat usein realistisimpia.

Televisiosarjassa kuuden miljoonan dollarin mies sai tehojalat, joilla hän pystyi juoksemaan sata kilometriä tunnissa. Toiseen silmään kirurgit asensivat 20-kertaisen zoomin ja infrapunanäön.

Koska kamera jo nyt pystyy syöttämään verkkokalvolle karkeita kuvia, tuntuu mahdolliselta, että joskus 2070-luvulla silmäimplantin käyttäjä voi katsella maailmaa koko spektrin leveydeltä.

Myös tekojalat kehittyvät nopeasti. Nykyisillä moottoroiduilla ja tietokoneohjauksisilla jalkaproteeseilla kelpaa jo sotaankin. Yhdysvaltojen armeijan majuri David Rozelle, jonka oikean jalan miina oli ruhjonut Irakissa vuonna 2003, palasi vuonna 2005 uudestaan rintamalle. Hänellä oli jalan tilalla saksalaisen Otto Bock -yhtiön valmistama C-Leg, proteesimaailman Mersu. Muutaman kymmenen vuoden kuluttua proteesi voi olla nopeampi kuin alkuperäinen raaja.


Aivo-ohjain diktaattorille?

Luonnonlait eivät kiellä aivoproteesejakaan. Kun ne joskus tulevat, ei enää kysytä niinkään, mikä on mahdollista toteuttaa, vaan kannattaako kaikkea tehdä. Hippokampuksen elektroninen jatke mahdollistaa pomminvarman muistin, mutta haluammeko muistaa kaiken?

Syntyy myös uusia mahdollisuuksia toteuttaa vanhoja ideoita aivojen toiminnan ohjaamisesta ulkopuolelta.
Nykyään melkein unohdettu mutta 1950- ja 1960-luvulla tunnettu tutkija, Yalen yliopiston fysiologian professori José Delgado kauko-ohjasi eläimiä niiden päähän asennettujen elektrodien avulla. Näyttävimmässä esityksessään hän sai nappia painamalla härän hyökkäämään raivosta puhkuen. Kun hän painoi toista nappia, eläin pysähtyi ja muuttui lauhkeaksi kuin lammas. Tekniikka toimi myös apinoilla. "Vanha unelma diktaattorin voiman kasvattamisesta kauko-ohjauksella on toteutettu ainakin apinayhteisössä", Delgado julisti.

Kannattaa miettiä, miten tekniikkaa tulevaisuudessa käytetään. Varmaa nimittäin on, että neuroproteesit tulevat.
Vuonna 2005 tiedelehti Scientific American haastatteli 90-vuotista Delgadoa. Neuroteknologian pioneeri julisti: "Voitteko välttää teknologiaa? Ette voi! Asiat menevät eteenpäin riippumatta etiikasta, riippumatta henkilökohtaisista uskomuksista, riippumatta mistään!"


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

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5205
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Käyttäjä4499 kirjoitti: Mikä on mt häiriö? Kuten sanoin, minusta lääkkeen käyttö tuohon tarkoitukseen on arveluttavaa. Siinä mennään ehkä peruuttamattomasti alueelle, jonne ei pitäisi mielestäni olla mitään asiaa suoranaisesti. Ehkä en nyt vain ymmärrä tarvetta nähdä hallittua "unta" - miksi ei vain kuvitella? Jos "hourailet" saman, tunnet sen varmaan voimakkaammin. Mutta toisaalta et ole siitä niin tietoinen kuin hereillä ollessa, vai mitä? Niin siis, siinä nimenomaan on täysin tietoinen että...
Lue kommentti
Hirmun anatomia on selvinnyt sääsatelliittien mikroaaltoluotaimilla. Ne näkevät pilvien läpi myrskyn ytimeen ja paljastavat ukkospatsaat, joista myrsky saa vauhtinsa. Kuva: Nasa/Trimm

Pyörivät tuulet imevät energiansa veden lämmöstä.

Trooppiset rajuilmat tappoivat vuosina 1995–2016 lähes 244 000 ihmistä, koettelivat muuten 750 miljoonaa ihmistä ja tuhosivat omaisuutta runsaan 1 000 miljardin dollarin arvosta, enemmän kuin mitkään muut mullistukset, esimerkiksi tulvat tai maanjäristykset.

Näin arvioi maailman luonnonkatastrofeja tilastoiva belgialainen Cred-tutkimuslaitos raporteissaan, joissa se laskee katastrofien pitkän aikavälin inhimillistä hintaa.

Myrskytuhot ovat panneet myrskytutkijat ahtaalle. Kaikki tahtovat tietää, mistä näitä rajuilmoja tulee. Lietsooko niitä ilmastonmuutos?

Lämpö alkaa tuntua

Näihin asti tutkijapiireissä on ollut vallalla käsitys, jonka mukaan hirmuista ei voi syyttää ilmastonmuutosta vielä kotvaan. Se alkaa voimistaa myrskyjä vasta pitkällä aikajänteellä.

Nyt hurjimpia myrskyjä on kuitenkin alettu kytkeä ilmaston lämpenemiseen. Esimerkiksi alkusyksystä 2017 Maailman ilmatieteen järjestö WMO arvioi, että lämpeneminen todennäköisesti rankensi elokuussa Houstonin hukuttaneen Harvey-myrskyn sateita.

Jotkut tutkijat ovat puhuneet kytköksistä jo vuosia.

Esimerkiksi Kerry Emanuel, Massachusettsin teknisen yliopiston myrskyspesialisti, laski 2005, Katrinan runnottua New Orleansia, että Atlantin ja Tyynenmeren myrskyt ovat nykyään 60 prosenttia voimakkaampia kuin 1970-luvulla.

Keväällä 2013 Nils Bohr -instituutin Aslak Grinsted raportoi, että lämpenemiskehitys vaikuttaa myrskyissä syntyviin tulva-aaltoihin.

Kun maapallon keskilämpötila nousee 0,4 astetta, myrskytulvien määrä tuplaantuu. Tämä rajapyykki on jo ohitettu. Kun lämpötila nousee kaksi astetta, tulvat kymmenkertaistuvat. Silloin superrajuja myrskyjä hyökyy Atlantilta joka toinen vuosi. Tähän asti niitä on nähty kerran 20 vuodessa.

Meri lämpenee otollisesti

Tärkein myrskyjä ruokkiva muutosvoima löytyy sieltä, mistä myrskyt ammentavat energiansa ja mihin ilmastonmuutoksen nähdään vaikuttavan: meriveden lämpötilasta. Se kehittyy myrskyille otolliseen suuntaan.

Esimerkiksi Meksikonlahdella, hurrikaanien voimanpesässä, on mitattu jopa pari astetta tavallista korkeampia meriveden lämpötiloja.

Kun Haiyan, yksi kaikkien aikojen kovimmista taifuuneista, marraskuussa 2013 jätti kaksi miljoonaa filippiiniläistä kodittomiksi, meri oli myrskyn syntyalueella vielä sadan metrin syvyydessä kolme astetta normaalia lämpimämpi.

Meressä tapahtuu muutakin epäedullista: pinta nousee. Se kasvattaa myrskyjen nostattamia tulva-aaltoja, jotka usein saavat aikaan pahinta tuhoa.

 

Näin hirmumyrsky kehittyy

Hirmun syntymekanismi on sama kaikkialla, vaikka nimitykset vaihtelevat. Atlantilla ja Amerikan puoleisella Tyynellämerellä puhutaan hurrikaaneista, Aasian puolella taifuuneista ja Intian valtamerellä ja Oseaniassa sykloneista. Grafiikka: Mikko Väyrynen

 

Trooppisia hirmumyrskyjä syntyy päiväntasaajan molemmin puolin 5. ja 25. leveyspiirin välillä. Päiväntasaajalla niitä ei muodostu, sillä sieltä puuttuu coriolisvoima, jota myrsky tarvitsee pyörimiseensä

Kehittyäkseen myrsky vaatii tietynlaiset olot. Suursäätilan pitää olla laajalla alueella epävakaa ja ukkossateinen ja meriveden vähintään 26 asteista 50 metrin syvyydeltä. Lisäksi tuulien pitää puhaltaa heikosti 12 kilometrin korkeuteen asti. Voimakkaissa virtauksissa myrskynpoikanen hajoaa.

1. Merestä nousee lämmintä, kosteaa ilmaa. Se kohoaa nopeas­ti ja tiivistyy ukkospilviksi, jotka kohoavat 10–15 kilometrin korkeuteen. Samalla vapautuu lämpöä, mikä ruokkii matalapainetta.

2. Fysiikan säilymislakien mukaan ylös kohoavan ilman tilalle virtaa ympäriltä korvausilmaa, jolloin ilmanpaine alueella laskee.

3. Lämpöä kohoaa ylös yhä laajemmalti, ukkospilvien jono venyy, ja ilman virtausliikkeet voimistuvat. Ilmanpaine laskee lisää, ja alueelle syntyy liikkuva matalapaineen keskus.

4. Paine-ero tuottaa voiman, joka alkaa pyörittää tuulia kiihtyvää vauhtia. Maan pyörimisliikkeestä aiheutuva coriolisvoima kiertää niitä spiraalin lailla vastapäivään kohti matalan keskusta. Kun tuulen sekuntinopeus nousee yli 33 metrin, on syntynyt trooppinen hirmumyrsky.

Hurjimmissa myrskyissä tuulen nopeus nousee 70–90 metriin sekunnissa. Pyörteen halkaisija vaihtelee puolestaan 400 kilometristä 1 000 kilometriin.

5. Myrskyn voimistuessa sen ylle muodostuu korkeapaine, joka pyörii tuulia vastaan. Laskeva ilmavirtaus kuivattaa ja lämmittää keskusta, ja se seestyy myrskynsilmäksi.

6. Silmää kiertävät tuulet sekoittavat tehokkaasti meren pintaa 50–100 metrin syvyydeltä. Kun lämmintä vettä painuu syvyyksiin ja viileää kohoaa pintaan, ”lämpövoimala” jäähtyy ja hitaasti liikkuva myrsky voi heikentyä. Nopeaan myrskyyn jarru ei ehdi vaikuttaa, ja silloin kumpuava vesi voi loppumatkasta muuttua vaaralliseksi.

7. Kun ranta lähestyy ja meri madaltuu, tuulet pakkaavat vettä myrskyn tielle tulva-aalloksi, joka syöksyy myrskyn mukana maalle tuhoisin seurauksin.

Maalle saavuttuaan myrsky laantuu, kun se ei enää saa käyttövoimaa meren lämmöstä.

 

Tuula Kinnarinen on Tiede-lehden toimitussihteeri.

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2014. Päivitetty 12.9.2018.