Maailman ensimmäinen suprajuna aloitti liikenteen 2002 Shanghaissa Kiinassa. Kuva: Wikimedia Commons
Maailman ensimmäinen suprajuna aloitti liikenteen 2002 Shanghaissa Kiinassa. Kuva: Wikimedia Commons

Suprajohteista on opittu rakentamaan tehokkaita kaapeleita, moottoreita ja magneetteja, jotka säästävät luontoa. Haaveet huoneenlämmössä toimivista suprajohteista on pitänyt panna jäihin, mutta tämän vuosituhannen supralöytö magnesiumdiboridi lupaa paljon.

Suprajohteet ovat aineita, joiden sähkövastus katoaa kokonaan tietyn kriittisen lämpötilan alapuolella. Niille ei ole vaikea kuvitella käyttöä. Ne voisivat mullistaa muun muassa sähkön tuotannon sekä sen siirron ja varastoinnin kokonaan. Saattavat ne johtaa puhtaan fuusiovoiman valjastamiseenkin.

Valitettavasti kriittinen lämpötila on käytännössä parhaimmillaankin 200 pakkasasteen paikkeilla. Suprajohdesovellukset kompastuvat usein siihen, että ne vaativat kalliin jäähdytysjärjestelmän.

Kun kirjoitin suprajohteista edellisen kerran lähes tasan kymmenen vuotta sitten, uskaliaimmat arvelivat, että kriittistä lämpötilaa voitaisiin nostaa silloisesta ennätyksestä, joka oli -109 celsiusastetta, jopa huoneen lämpöön.

Ilman uusia ennätyksiä suprajohteita sisältävien laitteiden ei uskottu leviävän tutkimuslaitoksista maailmalle.

Toisin kävi: ennätyshaaveet eivät toteutuneet. Silti suprajohdelaitteet ovat parhaillaan tulossa yleiseen käyttöön aivan kuten viime vuosikymmenellä optimistisesti odotettiin.

Millaisia sovellukset ovat? Näistä ja taustoista kertoo akatemiatutkija Petriina Paturi, jonka kanssa istun kahvilla Turun yliopiston Wihurin fysiikantutkimuslaboratorion seminaarihuoneessa.

Kaikki alkoi elohopeasta

Hollantilainen fyysikko Heike Kamerlingh Onnes keksi suprajohtavuuden vuonna 1911, kun hän jäähdytti elohopeaa nestemäisellä heliumilla. Elohopean sähkövastus hävisi kokonaan -269 asteessa.

Noin 40 vuotta myöhemmin yhdysvaltalaiset John Bardeen, Leon Cooper ja Robert Schrieffer keksivät selityksen vastuksen kaikkoamiseen.

Tavallisessa sähköjohteessa, esimerkiksi kuparilangassa, elektronit törmäilevät johdinaineen atomeihin – juuri tästä aiheutuu vastus. Suprajohteissa kolareita ei tapahdu, sillä niiden elektronit muodostavat pariskuntia, jotka kulkevat sulassa sovussa atomien lomassa.

Selitystä nimitetään esittäjiensä mukaan BCS-teoriaksi. Kolmikko palkittiin sen ansiosta fysiikan nobelilla 1972. Suprajohtavuudesta on herunut monta muutakin Nobelin palkintoa, viimeksi vuonna 2003.

– Kerronkin usein uusille opiskelijoille, että tilastoista päätellen Nobelin palkinnon saa, jos täyttää kolme ehtoa. Ensiksi pitää syntyä mieheksi, toiseksi pitää tutkia suprajohtavuutta, ja kolmanneksi on sinniteltävä yli 90-vuotiaaksi, nauraa Petriina Paturi.

Oksidit nostattivat buumin

Tunnetut suprajohteet olivat pitkään metalleja tai niiden seoksia, joiden kriittinen lämpötila oli matalampi kuin -250 astetta. IBM:n tutkijat Alex Müller ja Georg Bednorz huomasivat 1986, että keraamiset metallioksidit tulevat suprajohtaviksi metalleja lämpimämmässä, jo -238 asteessa. Näitä aineita nimitetään korkean lämpötilan suprajohteiksi. 

Todellinen suprakuume puhkesi seuraavana vuonna, kun kaksikko palkittiin löydöstään nobelilla – aivan poikkeuksellisen pian (ja Bednorz aivan poikkeuksellisen nuorena, vain 37-vuotiaana). 

Pian löytyi korkean lämpötilan suprajohteita, joiden kriittinen lämpötila oli alle -196 astetta.

Näiden ja matalan lämpötilan suprajohteiden välinen ero on insinöörin näkökulmasta merkittävä, sillä 196 asteen pakkaseen päästään käyttämällä jäähdytykseen nestemäistä typpeä. Sen valmistaminen maksaa vain kymmenesosan siitä kuin nestemäisen heliumin. 

Soveltajien into yltyi, kun seuraavina vuosina löydettiin yhä korkeamman lämpötilan suprajohteita. 1993 tunnettiin jo elohopeayhdisteitä (HgBa2Ca2Cu3O8-x), joiden kriittinen lämpötila on vain -109 astetta. 

Sitten lämpötila jämähti 

Utelen Paturilta jännittyneenä nykyistä lämpötilaennätystä.  – Se on aina vain sama. 

– Jos tietäisimme, mihin korkean lämpötilan suprajohtavuus perustuu, pystyisimme ehkä ennustamaan, millaiset yhdisteet voisivat rikkoa lämpöennätyksiä, Paturi jossittelee.

Fyysikot ovat työskennelleet tuloksetta jo 20 vuotta löytääkseen korkean lämpötilan suprajohtavuuden syyn. Ongelmana on se, että BCS-teorian mukaan elektroniparit hajoavat, kun lämpötila nousee tarpeeksi.

– Toki on teorioita siitä, miten parit kuumemmassa syntyvät ja pysyvät koossa, mutta yhtäkään niistä ei ole todennettu kokein.

– 1980-luvun lopulla ja 1990-luvulla tosiaan ajateltiin, että korkean lämpötilan suprajohteet tulisivat käyttöön pian. Toisaalta on hyvä muistaa, että 1940-luvulla keksitty transistorikin tuli toden teolla arkeemme vasta kolmisenkymmentä vuotta myöhemmin. Korkean lämpötilan suprajohteilla on vielä aikaa kiriä.

Nauhaksi on taivuttava

Paikalleen jämähtänyt kriittinen lämpötila ei kuitenkaan estänyt suprajohdesovellusten esiinmarssia.

Lähes kaikkien sovellusten perustana on nimittäin nauha, joka on litteää tai lankamaista. Hopeakuorinen korkean lämpötilan nauha on paksuudeltaan noin 3 ja leveydeltään 0,2 millimetirä. Matalan lämpötilan nauha taas näyttää ihan tavalliselta kuparilangalta. Näistä sitten valmistetaan kaapelia tai kieputetaan magneetteja.

– Nauhaa on paljon helpompi valmistaa perinnäisistä metallisista suprajohteista kuin korkean lämpötilan keraamisista oksideista, sillä jälkimmäistä tehdessä yksittäiset kideakselit on sovitettava yhteen just eikä melkein. Siksi matalan lämpötilan aineista saa tuotteita paljon helpommin kuin korkean, Paturi selittää.

Mikä siis jäähdytyksessä hävitään, se työstössä voitetaan. Tai päinvastoin. Keraamiset korkean lämpötilan suprajohteet ovat myös hauraita ja murtuvat helposti. Ennätystä hallussaan pitävä elohopeayhdiste – siis se, jonka kriittinen lämpötila on -109  on jopa myrkyllinen.

– Siitä on vaarallista valmistaa mitään, eikä sitä kukaan käytäkään, Paturi toteaa.

Löytyi, mitä kaivattiin

Vuonna 2001 fyysikot iskivät kultasuoneen. Silloin japanilainen tutkija Jun Akimitsu huomasi, että magnesiumin ja boorin yhdiste, magnesiumdiboridi, on suprajohtava jo -233 asteessa.

– Magnesiumdiboridista saa nauhaa ilman kiteiden suuntaamista, Paturi kertoo. – Se ei ole metalli mutta käyttäytyy tässä suhteessa kuin metalliset matalien lämpötilojen suprajohteet.

Siis juuri sitä, mitä insinöörit tilasivat. Metallimaisena magnesiumdiboridi on helposti työstettävissä, ja vaikka eroa sen ja 250 pakkasasteessa suprautuvan niobium-germaniumin välillä on vain 17 astetta, se on käytännössä paljon, sillä magnesiumdiboridin jäähdyttämiseen riittää kalliin heliumin sijaan nestemäinen vety.

Itse asiassa magnesiumdiboridi oli maannut joidenkin laboratorioiden varastoissa jo pitkään, sillä sitä oli tutkittu 1950-luvulla. Silloin sen erikoinen luonne ei paljastunut.

Magnesiumdiboridi sopii erityisen hyvin pitkiin kaapeleihin, sillä siitä saa johtoa halvemmalla kuin muista korkean lämpötilan suprajohteista. Sen kuoreksi riittää näet hopean sijaan rauta. Kuorta tarvitaan virhetilanteissa, esimerkiksi silloin, kun johde äkkiä siirtyy supratilasta normaalitilaan. Se pysyy ehjänä, kun kuori ohjaa virran ja lämmön toisaalle.

Visiona vety + sähkö

– Yhdysvaltalaistutkija Paul Grant selittää kaikissa mahdollisissa kokouksissa, kuinka hyvä idea olisi kaapeli, jonka sisässä kulkisi magnesiumdiboridijohto. Sitä ympäröisi jäähdyttävä vety, Paturi selittää.

Kaapelissa olisi itse asiassa kaksi suprajohtoa. Toisen jännite olisi +50 000 volttia ja toisen -50 000. Molemmissa kulkisi 50 000 ampeerin tasavirta. Mikään perinnäinen johto ei kestäisi mokomaa virtaa. Kaapeli kuljettaisi viisi gigawattia energiaa.

Kaapelista rakennettaisiin jättimäinen energianjakeluverkosto, joka siirtäisi seuraavan sukupolven voimaloissa tuotettua sähköä lähes hävikittä pitkätkin matkat. Tätä nykyä noin kymmenen prosenttia energiasta katoaa siirrossa.

Mutta ei siinä kaikki. Jäähdytysvety voitaisiin tuottaa samassa voimalassa kuin sähkö ja ottaa käyttöön kaapelin kuluttajapäässä eli tuotantolaitoksissa ja huoltoasemilla, tulevaisuudessa ehkä kodeissakin. Vetytalouden pyörittäminen tekee tästä visiosta hyvin vihreän, mutta jo suprajohdekaapelin häviöttömyys mahdollistaa uusia energiaratkaisuja.

– Periaatteessa täältä voitaisiin vetää kaapeli Saharaan. Näin Suomikin voisi saada aurinkoenergiaa ympäri vuoden, Paturi innostuu.

Grant ja hänen tutkijatoverinsa Chauncey Starr ja Thomas Overbye, jotka kirjoittavat ideasta Scientific Americanissa, vakuuttavat, että uudenlainen kaapeliverkosto ei edellytä yhtään uutta teknistä läpimurtoa.

Suprakaapelit halpenevat 

– Ensimmäinen suprajohdekaapelin pätkä kytkettiin sähköverkkoon 2001 Tanskassa, Petriina Paturi muistelee.

– Nykyään niitä on useita, ja 2001-versio on jo museossa. Se oli kaksi vuotta käytössä ilman ongelmia, ja sitten se purettiin, koska tutkijat halusivat nähdä, oliko johdoissa kulumia. Ei ollut.

Mikseivät sähköjohdot sitten jo ole suprajohtavia?

– Suurin syy on kalleus, Paturi vastaa empimättä. Se jäähdytys, se jäähdytys.

Mutta hinta laskee.

– Tuossa koekaapelissa oli kolmivaihevirtaa varten kolme erillistä johtoa, joista jokaiselle oli oma jäähdytys. Nyt tehdään kaapeleita, joissa kaikki kolme vaihetta ovat samassa jäähdytyksessä. Ne ovat satoja metrejä pitkiä ja taipuisia.

Paturi muistuttaa, että suprajohtojen suurin etu ei välttämättä ole hävikin pieneneminen vaan se, että samaan tilaan saadaan enemmän tehoa. 

– Esimerkiksi Yhdysvaltain sähkökaapelit ovat jatkuvasti yli 90 prosentin kuormituksella. Siksi verkosto on erittäin altis sähkökatkoksille. Suprajohteilla saataisiin samaan tilaan enemmän tehoa. New Yorkiakaan ei tarvitsisi kaivaa auki, sillä tehokkaat suprajohteet jäähdytysnesteineen mahtuisivat samoihin maanalaisiin putkiin kuin nykyiset johdot.

Johteet käämitään laitteiksi

– Sähköjohto on siinä mielessä näppärä sovellus, että siitä voi tehdä ihan mitä vain. Kaapeleiden lisäksi myös moottoreita, generaattoreita ja magneetteja, Paturi luettelee.

Suprajohdegeneraattori on kooltaan vain kolmannes samantehoisesta generaattorista, joka on käämitty tavallisesta sähköjohdosta. Pieni ja kevyt sopii esimerkiksi tuulivoimalaan. Perinnäisissä voimaloissa supralaitteet lisäisivät energiatehokkuutta ja pienentäisivät näin kasvihuonekaasujen päästöjä. 

– Suprajohteilla voi todella olla suuri merkitys ympäristölle. Pidän niiden tutkimusta jopa ekotekona. Minua motivoi se, että työn hyöty on niin helposti nähtävissä. Ja planeetan pelastamisen kirjaamme luonnollisesti myös rahahakemuksiin, Paturi nauraa. 

Generaattorit perustuvat itse asiassa magneetteihin. Suprajohtavia magneetteja, jotka pitävät virtansa, on valmistettu jo 1960-luvulta asti. Niitä on sairaaloiden magneettikuvauslaitteissa sekä hiukkaskiihdyttimissä ja muissa tutkimuslaitosten kojeissa. Tulevaisuuden fuusiovoimaloissa suprajohtavilla magneeteilla pidetään kurissa ultrakuumaa kaasua.

– Meidän laboratoriossa supramagneetteja on ainakin viisi jatkuvassa käytössä, Paturi sanoo. – Laite sinänsä on halpa, mutta heliumjäähdytys tekee ylläpidosta kalliin.

Junaan pitää päästä

Näyttävimpiä suprajohdesovelluksia ovat levitoivat junat, jollaisia on maailmassa kaksi. 

– Levitoiva juna voidaan kuitenkin toteuttaa millä tahansa magneeteilla. Esimerkiksi Saksan leijujuna käyttää jostain syystä tavallisia sähkömagneetteja, mutta suprajohtava magneetti on siitä hyvä, että siihen ei tarvitse lisätä virtaa, Paturi muistuttaa.

Yllätyn. Olen aina kuvitellut levitoinnissa hyödynnettävän suprajohtavuuteen kuuluvaa Meissnerin ilmiötä: koska magneettikenttä ei työnny suprajohteen sisään, suprajohde voi leijua magneettikentän päällä.

– Junanrata on johtava. Kun juna kulkee tarpeeksi lujaa, rataan indusoituu sähkövirta, joka synnyttää poistovoiman, Paturi valaisee sähköopin perusilmiötä. Japanilainen koejuna liikkuu 100 kilometrin tuntivauhtia, ennen kuin se nousee ilmaan. Lopulta se kiitää 550 kilometriä tunnissa, lähes yhtä lujaa kuin lentokone, eikä tuota kasvihuonekaasuja.

Shanghain leijujuna liikennöi säännöllisesti lentokentältä kaupunkiin.

– Vuonna 2009 Shanghaissa näkyy auringonpimennys, jonka mieheni ja poikani haluaisivat nähdä. Minä en niin siitä pimennyksestä välitä, mutta levitoivaan junaan pitäisi päästä, Paturi toteaa.

Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2007

Supernopeaa elektroniikkaa

Makrosovellusten lisäksi suprajohtavuutta hyödynnetään elektroniikassa.

Esimerkiksi matkapuhelimien tukiasemissa on jo suprajohde-elektroniikalla toimiva suodatin. Se on tavallista suodatinta herkempi ja kasvattaa tukiaseman peittoa, jolloin samalla määrällä mastoja voidaan kattaa suurempi ala. Suodattimen herkkyys myös säästää kännykän akkua, sillä puhelin tarvitsee vähemmän virtaa kommunikoidessaan tukiaseman kanssa.

Herkillä suprajohtavilla antureilla eli squideillä (superconducting quantum interference device) pystytään puolestaan mittaamaan hyvin heikkoja magneettikenttiä. Ne soveltuvat niin mineraalien etsintään kuin aivotutkimukseen. Teknillisen korkeakoulun kylmälaboratoriossa tutkittiin 1980-luvulla squidejä, ja tästä juonnuttiin kehittämään uudenlainen aivokuvausmenetelmä, magnetoenkefalografia.

Suprajohteista saa myös hillittömän nopeaa elektroniikkaa (rapid single flux quantum logic), joka ei tuota lämpöä. Nykyinen puolijohteisiin perustuva elektroniikkahan kärsii jatkuvasta lämpöhalvauksesta. Suprajohdesilmukoista on kaavailtu tehtävän paitsi supertietokoneita myös tulevaisuuden kvanttitietokoneita.

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.