Sumatra 2004, Haiti 2010, Japani 2011. Miksi tuhoisia maanjäristyksiä on niin vaikea ennustaa?

Teksti: Päivi Mäntyniemi ja Matti Tarvainen

Sumatra 2004, Haiti 2010, Japani 2011. Miksi tuhoisia maanjäristyksiä on niin vaikea ennustaa?

Julkaisstu Tiede-lehdessä 5/2012

Italiassa yleinen syyttäjä vaatii kuutta seismologian asiantuntijaa vastuuseen, koska nämä eivät ennustaneet oikein L'Aquilan kaupunkia 6. huhtikuuta 2009 ravistellutta maanjäristystä. Syytteenä on 309 ihmisen tappo. Oikeudenkäynti alkoi viime syyskuussa ja jatkuu yhä.

Syyte on tyrmistyttänyt tiedeyhteisöä, koska nykykeinoilla järistyksiä ei kerta kaikkiaan kyetä ennustamaan niin tarkasti, että L'Aquilaa olisi osattu varoittaa täsmälleen oikeaan aikaan.

Ennustamisen tarvetta toki olisi. Vuosituhannen vaihteen jälkeen on sattunut kiivaassa tahdissa järistysonnettomuuksia, joiden kunkin uhriluku yltää vähintään kymmeniintuhansiin: Intia 2001, Iranin Bam 2003, Sumatran järistys ja tsunami Intian valtamerellä 2004, Pakistan 2005, Kiinan Sichuan 2008, Haiti 2010 ja Japanin järistys tsunameineen 2011.

Aluksi luultiin helpoksi

Vielä toiveikkaalla 1960-luvulla maanjäristysten ajateltiin olevan ennustettavissa tuosta vain. Elettiin avaruuden valloituksen kiihkeää aikaa, ja myös maanalaisten ydinkokeiden valvonta alkoi onnistua. Optimismi tarttui. Ensimmäiset viralliset maanjäristysten ennustusohjelmat polkaistiin käyntiin Japanissa, Kiinassa ja entisessä Neuvostoliitossa.

Toiveikkuudelle oli perusteita. Tiedettiin, että maanjäristys alkaa, kun maankuoren murroksiin ja lohkoihin kertyy niin paljon jännitystä, että kiven lujuuskynnys ylittyy. Tällöin jännitys vapautuu äkillisesti ja alkaa edetä seismisinä aaltoina. Suuret järistykset ovat suunnattomia luonnonilmiöitä. On järkeenkäypää otaksua, että jännityksen vähittäinen kertyminen heijastuisi jotenkin ympäristöön ja olisi mitattavissa.

Siksi erilaiset ennusmerkit saivat paljon huomiota tutkimuksen alusta alkaen. Maankamarasta on etsitty järistystä edeltävää epätavallista käyttäytymistä monin keinoin: seismologisin, geodeettisin, hydrologisin, geokemiallisin ja elektromagneettisin.

Aika ajoin rekisteröidään poikkeavuuksia, mutta pulmana on, että ne varmistuvat järistystä edeltäviksi vasta jälkeenpäin. Toisinaan pääjäristyksen edellä havaitaan esijäristyksiä ihmisaistein, mutta joskus edes tiuhaan sijoitettujen instrumenttien anturit eivät värähdä etukäteen. Tietty havaittu ilmiö ei myöskään välttämättä toistu seuraavassa järistyksessä, vaan merkit vaihtelevat suuresti.

Nykyisin joudutaankin myöntämään, ettei mittavasta tutkimustoiminnasta huolimatta ole toistaiseksi löydetty yleispätevää maanjäristyksen ennusmerkkiä.

Kun odottaa yhtä, voi iskeä toinen

Alun alkaen kansallisille ennustusohjelmille valittiin kunnianhimoinen tavoite: maanjäristyksen ennustaminen joitakin päiviä tai tunteja ennen sen alkua, niin että varautumiseen jäisi juuri sopivasti aikaa.

Puhti alkoi hiipua, kun onnistumiset pysyivät harvassa. Myös uusien järistysten opetukset muuttivat kurssia.

Esimerkiksi Japanin ennustusohjelman mullisti Kōben maanjäristys 17. tammikuuta 1995. Suoraan modernin kaupungin keskustaan iskenyt järistys koitui erittäin kalliiksi ja kyseenalaisti siihenastisen keskittymisen yhdentyyppiseen tapaukseen.

Japanissa oli siihen saakka seurattu Tōkain aluetta noin 200 kilometriä Tokiosta lounaaseen ja siellä odotettu järistystä, joka olisi syyskuun 1923 tapahtumien toisinto. Tuolloin Tokiota tärvelivät etenkin järistystä seuranneet tulipalot, ja ne surmasivat huomattavan osan 140 000 kuolonuhrista.

Kōben järistyksen jälkeen vuonna 1996 japanilaisten seismologien komission puheenjohtaja erosi vastalauseena sille, että seismologeja vaadittiin tuottamaan lähestyvistä maanjäristyksistä kyllä- tai ei-vastauksia –"mahdollisesti" ei kelvannut. Tiedeväen ja viranomaisten välillä on siis ollut kiistoja ennen Italian viimeaikaisia tapahtumiakin.

Uudessa ennustusohjelmassa alettiin painottaa pitkäaikaista seurantaa. Päätettiin kartoittaa ne alueet, joilla suuren maanjäristyksen todennäköisyys on nousussa, ja kasvattaa yleistä tietoa järistysten kulusta.

Ison hetki vaikea ennustaa

Tulevaisuuden maanjäristyksistä tiedetään yleistasolla aika paljon. Vuodesta toiseen järistyksiä sattuu etenkin Tyyntämerta ympäröivällä "tulirenkaalla" ja muilla maankuoren laattojen välisillä saumoilla. Nämä ovat tavallisimmin kapeita siirrosvyöhykkeitä, joiden sijainti tunnetaan melko hyvin. Paljon harvemmin järisee laattojen sisäosissa, missä siirroslinjat ovat epäselvempiä ja osin kartoittamattomia. Järistystaipumus vaihtelee ajan mittaan laattojen kaikissa osissa mutta ei näytä pysyvästi kasvavan tai vähenevän.

Erityisen otollisia maanjäristyksille ovat alueet, joilla laatat liikkuvat mutta siirrokset ovat lukkiutuneet. Nämä tilanteet tunnistetaan seuraamalla kallioperän muodonmuutoksia. Apuna ovat jo joidenkin vuosikymmenien ajan olleet sijainteja mittaavat satelliittijärjestelmät, kuten gps.

Tällaisten tutkimusten ansiosta laattojen reunojen järistyspaikoista tiedetään monessa tapauksessa niin paljon, että ennustaa tarvitsisi vain järistysten ajanhetki. Sen sijaan laattojen keskiosissa esiintyy maanjäristyksiä niin harvoin, että suuret järistykset ovat siellä tuiki harvinaisia ja niiden paikat yllätyksiä. Siksi niitä ei käytännössä voi mitenkään ennakoida.

Erityisen hankalaa on ennustaa, milloin maanjäristys kehkeytyy suureksi. Mitä pienempi järistys on, sitä useammin se esiintyy, ja siksi valtaosa havaittavista järistyksistä on heikkoja. Vaikka laattojen reunoilla tutisee tiuhaan, ainoastaan murto-osassa kerroista järisee voimakkaasti.

Toinen perushankaluus on se, että maanjäristykset sattuvat syvällä maankuoressa, kaukana tutkijoista. Kallioperän sisään ei voi lähettää luotainta kuvaamaan, miten järistys alkaa. Esimerkiksi italialainen syyttäjä edellyttää maansa seismologeilta ylivoimaista kyvykkyyttä: näiden olisi pitänyt porata röntgenkatse kilometrien syvyyksiin ja havaita sieltä ison järistyksen enteitä.

Pitkä tauko enteilee pahaa

Laattojen reunoilla ennakointia auttaa hieman se, että järistysten todennäköisyys kasvaa siellä, missä edellisestä tapauksesta on kulunut pitkä aika. Näin ainakin oletetaan. Ajatus on järkevä, koska jännityksen kertyminen laattojen välille vie aikaa. Toisaalta se on yksioikoinen jättäessään huomiotta lähiympäristön tapahtumat.

Ajatusta joka tapauksessa sovelletaan monissa todennäköisyyslaskelmissa. Hyvä esimerkki tunnetaan Islannista.

Islannin järistykset johtuvat siitä, että saaren poikki kulkee Atlantin keskiselänne, jossa syntyy uutta maankuorta: itään Euraasian ja länteen Pohjois-Amerikan laattaa. Reykjavikin niemimaa ja sen lähialueet maan lounaisosassa ovat historian aikana toistuvasti kärsineet voimakkaista ja tuhoisista järinöistä, viimeksi vuosina 1896 ja 1912.

Pitkän seismisen hiljaisuuden jälkeen vuonna 1988 arvioitiin, että uusi voimakas järistys on tulossa yli 80 prosentin todennäköisyydellä. Hieman myöhemmin arvioitiin, että alueella sattuu seuraavien 25 vuoden aikana 98 prosentin todennäköisyydellä voimakas eli yli magnitudin 6 maanjäristys. Järistyksen koko ilmoitetaan lukuna magnitudiasteikolla M, jossa suurin määritetty magnitudi on 9,5.

Odotettu järistys sattui 17. kesäkuuta 2000: sen magnitudi oli 6,4. Sitä ennen lähistöllä rekisteröitiin joitakin muutoksia esimerkiksi porarei'istä mitatuissa jännitysarvoissa, mutta ei voida varmasti sanoa, että näillä oli yhteys maanjäristykseen.

Historian perusteella uumoiltiin, että järistystoiminta alkaa idästä ja siirtyy sitten lännemmäksi. Samankokoinen järistys todella sattui lännenpuoleisessa naapurisiirroksessa kolme ja puoli vuorokautta myöhemmin, 21. kesäkuuta. Riskistä tiedotettiin pelastusviranomaisille 26 tuntia etukäteen. Erittäin pienten maanjäristysten häviäminen siirroksesta joitakin tunteja ennen tapahtumaa saattoi olla jonkinlainen ennusmerkki.

Jännitys voi edetä siirroksessa

Toisinaan paikallinen laattarakenne auttaa ennustamaan, millä suunnalla seuraava iso järistys tapahtuu. Luoteis-Turkin tuleville maanjäristyksille on laskettu todennäköisyyksiä sen perusteella, että maan pohjoisosan halkaisee laattojen sivuttaissiirros.

Tämä Pohjois-Anatolian itä-länsisuuntainen siirros on yli tuhannen kilometrin pituinen. Sen itäosassa Erzincanissa sattui voimakas maanjäristys vuonna 1939, ja sittemmin siirroksessa on syntynyt monta suurta järistystä, joiden keskukset ovat siirtyneet tapaus tapaukselta yhä lännemmäs. Siirros näyttää repeävän koko pituudeltaan monessa osassa. Viimeisin iso järistys tapahtui Izmitissä Luoteis-Turkissa elokuussa 1999.

Mikäli vaellus länteen jatkuu, seuraava voimakas järistys osunee Istanbulin tuntumaan. Arvio perustuu paitsi menneisyyden tapahtumiin myös havaintoihin ja laskelmiin siitä, miten jännityskenttä on muuttunut kunkin järistyksen jälkeen. Izmitin järistys lisäsi maankuoren jännitystä Istanbulin suunnalla.

Puoli minuuttia aikaa varautua

Ainakaan vielä ei siis osata parhaimmillaankaan ennustaa maanjäristyksen alkamishetkeä kuin ylimalkaisesti. Ihmishenkiä pystytään kuitenkin jo turvaamaan pienellä ennakkovaroitusajalla, jonka moderni seurantatekniikka suo. Kun järistyksestä havaitaan heti ensimmäinen virike, varoitus voi ehtiä ihmisten luo nopeammin kuin järinä.

Tämä on instrumenttien kehittymisen ja yleistymisen ansiota. Nykyään maankamaraa vartioivat mittalaitteet eri puolilla maailmaa.

Varoitusjärjestelmät perustuvat seismisten aaltojen hitauteen elektromagneettiseen viestisignaaliin verrattuna. Järistyksen liikkeelle sysäämistä seismisistä aalloista nopeimmat, P-aallot, etenevät maankuoressa noin kahdeksan kilometriä sekunnissa. Suuret maanliikkeet ja tuhovaikutus liittyvät puolta hitaampiin S- ja pinta-aaltoihin. P-aallon rekisteröityessä käyttöön jää lyhyt tovi varoittaa kovan maanliikkeen alkamisesta.

Ihmiset yleensä havahtuvat P-aallon tuloon mutta tunnistavat ilmiön vasta kovan tärinän alkaessa. Siksi varoitussignaalista on hyötyä. Aivan järistyskeskuksessa siihen ei ehdi reagoida, mutta kauempana ehtii. Esimerkiksi suuresta järistyksestä Tōkain alueella kuluu 30 sekuntia, ennen kuin maa alkaa täristä Tokiossa.

Japanissa maanjäristysten varoitusjärjestelmä otettiin laajaan käyttöön vuonna 2007. Pisin kokemus on kertynyt luotijunista, jotka pysähtyvät automaattisesti suuren järistyksen sattuessa. Tuotantolaitoksissa voidaan pysäyttää monet laitteistot ja koneet. Myös jättiläisjäristyksestä 11.3.2011 varoitettiin etukäteen, mikä saattoi osaltaan vähentää henkilövahinkoja.

Lisää suuria odotetaan

Pyrkimys järistysten ennustamiseen jakaa mielipiteitä. Jotkut tutkijat arvelevat, ettei ennustaminen koskaan onnistu laajamittaisesti, vaan lyhyet varoitusajat jäävät ainoak­si mahdollisuudeksi kiriä tärinän edelle. Myönteisemmin suhtautuvat muistuttavat, että järistyksiä on havainnoitu laadukkailla laitteilla vasta vähän aikaa. Käsitykset eri alueiden järistyksistä paranevat jatkuvasti.

Nykytekniikan avulla myös pitkäaikaisesta varautumisesta koituu hyötyä. Tiedetään paljon esimerkiksi järistyksiä kestävien rakennusten suunnittelusta ja vanhojen talojen vahvistamisesta. Tärkeää olisi tukea tällaisen tiedon käyttöönottoa myös köyhissä maissa.

Tiedon tarve on ajankohtainen. Monet geotieteilijät arvelevat, että maapallo on parhaillaan keskellä jättiläisjäristysten eli magnitudiltaan vähintään yhdeksäisten tihentymäkautta. Taustalla on havainto neljästä jättiläisestä vuosien 1952 ja 1964 välillä. Tuon rypään jälkeen ilmiötä ei esiintynyt 40 vuoteen ennen Sumatran maanjäristystä joulukuussa 2004. Japanin maanjäristys maaliskuussa 2011 oli jo kolmas jättiläinen lyhyenä aikana, sillä Chilessä sattui sellainen helmikuussa 2010.

Kaikkein suurimmat järistykset sattuvat alityöntösiirroksissa, joissa laatat törmäävät ja toinen painuu toisen alle. Kohdat ovat myös hyökyaaltojen syntysijoja. Lähitulevaisuudessa saattaa siis olla odotettavissa lisää sekä jättiläisjäristyksiä että tsunameja.

Päivi Mäntyniemi on seismologian tutkijana ja opettajana ja Matti Tarvainen seismologina Helsingin yliopiston seismologian instituutissa.

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.