Päästöjen vähyydessä luotijuna hakkaa lentokoneet.





Rautateiden tekniikassa monet tutkimustulokset ovat maanneet vuosia ja vuosikymmeniä pöytälaatikossa. Kun öljy on ollut halpaa eikä ympäristövaikutuksia ole laskettu, junan on ollut vaikea kilpailla auton ja lentokoneen kanssa.

Nyt ilmastonmuutos mullistaa tilanteen. Kun päästöille tulee hintalappu, alkaa tapahtua. Nouseva ilmastotietoisuus työskentelee junan hyväksi. Swissmetro AG muistuttaa ahkerasti kansainvälisen ilmastopaneelin uusista raporteista hankkeensa perusteluissa.

Suomessa energiatehokkuuteen erikoistunut Motiva Oy on laatinut kotisivuilleen pelin, josta saa mukavasti vertailutietoja eri matkustustapojen ekologiasta.


Paitsi päästötön, lentämistä nopeampi

Otetaan esimerkki. Jos yksi ihminen lentää Helsingistä Jyväskylään, aikaa kuluu 50 minuuttia ja hiilidioksidipäästöjä syntyy 34 kiloa. Energiaa kuluu 465 megajoulea eli 1,98 megajoulea kilometriä ja henkeä kohti. Jos hän matkustaa junalla, aikaa menee 3 tuntia ja 18 minuuttia ja hiilidioksidia syntyy 5,1 kiloa. Energiaa menee 0,24 megajoulea kilometriä ja henkeä kohti. Ekologiassa siis voitetaan, mutta ajassa menetetään.

Oletetaan sitten, että nykyiselle Helsingin ja Jyväskylän väliselle 342 kilometrin rataosuudelle laitetaan maglev tai muu nopea juna, joka kulkee 500 kilometriä tunnissa ja joka käyttää ydinvoimalassa tai aurinkokennoilla tuotettua sähköä. Matka-ajassa päästään alle 50 minuutin, eikä hiilidioksidia synny lainkaan. Todellisuudessa ero junan hyväksi on vielä suurempi, koska lentokentällä hukkuu enemmän aikaa kuin rautatieasemalla.

Juna tarjoaa siis kaikin puolin ihanteellisen ratkaisun. Vai onko tulos aivan näin suoraviivainen?

Jos lasketaan hiilidioksidipäästöjä ja energian kulutusta henkilöä ja kuljettua kilometriä kohti, juna voittaa. Kun otetaan mukaan raiteiden ja muun infrastruktuurin vaatima materiaali ja energia, vertailu hieman monimutkaistuu.


Tosin juna kuluttaa luonnonvaroja

Ympäristöministeriö julkaisi viime vuonna tutkimuksen, jossa luonnonvarojen kulutusta erilaisissa liikennemuodoissa vertailtiin MIPS-luvuilla (material input per unit service). Tämä saksalaisen tutkimuslaitoksen, Wuppertal-instituutin, kehittämä tunnusluku tarkoittaa luonnonvarojen määrää, jonka tuote kuluttaa elinkaarensa aikana. MIPSin kansanomainen nimitys on ekologinen selkäreppu.

Vertailussa yksikkönä oli kilogramma henkilöä ja kilometriä kohti. Osoittautui, että juna kuluttaa Suomessa elottomia luonnonvaroja 1,2 kiloa henkilöä ja kilometriä kohti. Lentokone kuluttaa Suomessa lennettäessä 0,56 kiloa eli paljon vähemmän kuin juna.

Päätä nyt sitten, mikä on ekologista. Päästöjen mukaan mitattuna puhtain on juna, ekologisella selkärepulla punnittuna luontoa säästää eniten lentokone!

- MIPS antaa tiettyjä näkökulmia, mutta kyllä juna pärjää vertailussa erinomaisen hyvin, sanoo professori Jyri Seppälä, joka on väitellyt tohtoriksi ympäristövaikutusten arvioinnista ja työskentelee nyt tutkimuspäällikkönä Suomen ympäristökeskuksessa.

- Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen on tärkeämpää kuin se, miten paljon infrastruktuuriin menee maa-ainesta.
Seppälä suhtautuu kriittisesti MIPS-tutkimukseen:

- On harhaanjohtavaa verrata pelkkiä kilomääriä, hän huomauttaa.


Energiaa menee rakentamiseenkin

Tietenkin tutkijat ja suunnittelijat laskevat myös rakentamisen vaikutuksia. Bernin ammattikorkeakoulun tutkimuksessa laskettiin Eurometrolle erikseen niin sanottu "harmaa energia", joka kuluu rakentamiseen.

Tutkijat havaitsivat, että jos junalla matkustaa 76 000 ihmistä päivässä, energiaa kuluu itse matkustamiseen 0,185 megajoulea kilometriä ja henkeä kohti. Harmaan energian kulutus on lisäksi 0,12 megajoulea. Jos matkustajamäärä putoaa puoleen, luvut ovat 0,21 ja 0,24 megajoulea eli yhteensä 0,55 megajoulea Pahimmillaan infrastruktuuri voi siis tuoda toisen mokoman lisää energian kulutusta.

Silti juna on ekologisin. Kuvitellaan, että energiaa kuluisi tuo 0,55 megajoulea matkustajakilometriä kohti Helsingin ja Jyväskylän välillä. Kuten Motivan peli kertoi, lentäminen vie samalla matkalla lähes kaksi megajoulea matkustajaa ja kilometriä kohti.

On vielä muistettava energian laatu. Junaliikenteessä voidaan päästä helpoimmin eroon hiilidioksidipäästöistä.

- Junan hiilidioksidipäästöt ovat jo nyt useita kertoja pienemmät kuin lentokoneen, sanoo Seppälä. - Lisäksi junalla on merkittävä välillinen vaikutus tiiviiden, energiataloudellisesti tehokkaampien yhdyskuntarakenteiden synnyttämisessä.



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

Kätevä sana on valunut moneen käyttöön.

Makea vesi kuuluu elämän perusedellytyksiin. Siksi tuntuu itsestään selvältä, että vesi-sana kuuluu suomen kielen vanhimpiin sanastokerroksiin.

Se ei kuitenkaan ole alun perin oma sana, vaan hyvin vanha laina indoeurooppalaisista kielistä, samaa juurta kuin saksan Wasser ja englannin water.

Suomensukuisissa kielissä on toinenkin vettä merkitsevä sana, jota edustaa esimerkiksi saamen čáhci, mutta sen vastine ei syystä tai toisesta ole säilynyt suomessa. Ehkäpä indoeurooppalainen tuontivesi on tuntunut muodikkaammalta ja käyttökelpoisemmalta.

Tarkemmin ajatellen vesi-sana on monimerkityksinen. Luonnon tavallisimman nesteen lisäksi se voi tarkoittaa muunkinlaisia nesteitä, kuten yhdyssanoissa hajuvesi, hiusvesi tai menovesi.

Vesiä voi erotella käsittelyn tai käyttötarkoituksen mukaan, vaikka Suomen oloissa juomavesi, kasteluvesi ja sammutusvesi ovatkin usein samaa tavaraa. Sade- ja sulamisvesistä tulee varsinkin asutuskeskuksissa viemäröitävää hulevettä. Murteissa hulevesi tarkoittaa tulvaa tai muuta väljää vettä, esimerkiksi sellaista, jota nousee sopivilla säillä jään päälle.

Luonnon osana vesi voi viitata erilaisiin vedenkokoumiin, etenkin järviin. Suomen peruskartasta löytyy satoja vesi-loppuisia paikannimiä, joista useimmat ovat vesistönnimiä, kuten Haukivesi, Hiidenvesi tai Puulavesi.

Useat vesien rannalla olevat asutuskeskukset ovat saaneet nimensä vesistön mukaan. Vesi-sana ei enää suoranaisesti viittaa veteen, kun puhutaan vaikkapa Petäjäveden kirkosta tai Ruoveden pappilasta.

Vesi-sanasta on aikojen kuluessa muodostettu valtava määrä johdoksia ja yhdyssanoja. Näistä suuri osa on vanhoja kansanomaisia murresanoja, kuten vetelä, vetinen, vetistää ja vettyä.

Vesikosta on muistona enää nimi, sillä tämä vesien äärellä ja vedessä viihtyvä näätäeläin on hävinnyt Suomesta 1900-luvun kuluessa. Myyttisiä veden asukkaita ovat olleet vetehinen ja vesu eli vesikyy, jotka mainitaan myös Kalevalassa.

Antiikista 1700-luvun loppupuolelle asti uskottiin veden olevan yksi maailman alkuaineista. Sitten selvisi, että se onkin vedyn ja hapen yhdiste. Oppitekoinen uudissana vety tuli suomen kielessä tarpeelliseksi kuitenkin vasta 1800-luvun puolimaissa, kun luonnontieteistä alettiin puhua ja kirjoittaa suomeksi.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 11/2018

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.