Visioiden vauhdikkuutta tosin hyydyttää nykyteiden rapistuva kunto.




Vuosisadan vaihteessa maailmalle levisi videokuvaa moottoritiekaistasta, jolla henkilöautojono kulki ilman kuljettajia. Lyhyillä kokeiluteillä tällaista on jo testattu

Jo parikymmentä vuotta Kalifornian Berkeleyn yliopiston tutkijat ovat kehittäneet tietä, joka ohjaa autoa. Tuoreimmat testit tehtiin viime vuonna bussilla San Leandron kaupungissa lähellä San Franciscoa.

Periaate on yksinkertainen. Ajokaistaan upotetaan runsaan metrin välein keraamisia magneetteja. Auton etu- ja takapuskurin alle kiinnitetyt pienet magnetometrit mittaavat magneettien kenttää. Ajotietokone laskee mittauksista auton paikan tiehen nähden.

Kokeiden mukaan sijainti selviää poikittaissuunnassa viiden millimetrin tarkkuudella ja pitkittäissuunnassa viiden senttimetrin tarkkuudella.

Tekniikka toimii myös sateessa ja lumessa. Esimerkiksi lumiaura pystyy magneettien avulla suunnistamaan paksussakin hangessa ilman merkkikeppejä.


Paikkaantumista vasta tutkitaan

Tie alkaa siis oppia hoitamaan liikennettä, mutta toinen haaste on tehdä tie, joka hoitaa itseään ja paikkaa pintansa tarpeen mukaan.

Toivoa on. Hollantilaiset havaitsivat 1970-luvulla, että mikrohalkeamat, jotka syntyivät asfalttiin talvella, korjautuivat toisinaan kesällä itsestään.

Kun pinnoitteen atomit ja molekyylit irtautuvat toisistaan, syntyy näkymättömiä mikrohalkeamia, jotka myöhemmin laajenevat. Irronneet polymeerinpätkät voivat kuitenkin joskus kiinnittyä myöhemmin uudellaan esimerkiksi lämmön vaikutuksesta.

Delftin teknillinen korkeakoulu Hollannissa yrittää hyödyntää ilmiötä. Hollantilaiset tutkijat ovat kehittäneet itseään korjaavia tiemateriaaleja 2000-luvun alusta asti.

Yksi ratkaisu on sekoittaa asfalttiin mikrokapseleita, jotka sisältävät paikkaavaa polymeeriä. Pinnoitteen murtuessa rikkoutuvat myös kapselit ja syöttävät paikkausaineen halkeamaan.

Työ on vielä perustutkimusvaiheessa. Sovelluksia saadaan odottaa pitkään, varsinkin metropolien ulkopuolella.


Hyötyä harvoille vai monille?

Automaattinen älytie on tulossa Suomeenkin ainakin koeteiden muodossa.

- Sillä on kuitenkin ongelma, joka muistuttaa esimerkiksi terveydenhuollon vastaavaa, sanoo professori Terhi Pellinen TKK:n Tietekniikan tutkimusryhmästä. - Kehitetäänkö entistä pienemmälle ryhmälle entistä kalliimpia hoitoja?

Nykymenolla Suomessa ei kohta ole teitä, joihin älyä voisi lisätä.

Vuonna 2005 meillä päällystettiin neljätuhatta kilometriä tietä, viime vuonna enää kolmetuhatta. Auto- ja Tieforumin mukaan Suomen tiepäällysteet kestävät keskimäärin kymmenen vuotta, minkä jälkeen ne olisi korjattava. Korjaamista tiet kuitenkin joutuvat odottamaan keskimäärin kaksikymmentä vuotta.

Eniten tieverkoston rappeutumisesta kärsivät ne, jotka asuvat vähänkin syrjässä.

Rakennetaanko siis huipputekniikkaa lyhyelle tienpätkälle? Vai kehitetäänkö myös tapoja pitää kunnossa soratie Kainuun korvessa?

Jos asetamme tavoitteeksi, että jokaisella on mahdollisuus liikkua hyvällä tiellä, on joko käytettävä huomattavasti enemmän rahaa teiden hoitoon ja kunnossapitoon tai kehitettävä tie, joka kuluu nykyisiä vähemmän.


Kimmoisampi päällyste suojaisi

Nykytiet päällystetään tavallisesti asfaltilla, joustavan bitumin ja kovan kiviaineksen seoksella. Asfaltti on niin sanottua viskoelastista materiaalia, joka käyttäytyy osittain kimmoisan aineen, osittain nesteen tavoin.

Entäpä jos asfaltin saisi käyttäytymään vielä vähän enemmän kimmoisesti? Ura, joka syntyy raskaan liikenteen vaikutuksesta, tasoittuisi itsestään. Ehkä tienpäällysteen voi saada toimimaan kuin kumimaton?


Osaajapula uhkaa

Merkittäviin innovaatioihin pääsemiseksi pitäisi vahvistaa myös tieteellistä pohjaa.

Professori Pellisen mukaan Suomessa on teiden lisäksi rapautumassa myös teiden rakentamisen ja ylläpidon osaaminen. Tutkimuslaboratorioita on suljettu ja koulutusta vähennetty.

Kaikkea Suomessa ei tietysti kannatakaan tutkia.

- Mutta minimimäärä omaa tutkimasta tarvitaan jo siksi, että pystyttäisiin hyödyntämään muualla tuotettua tietoa, Pellinen muistuttaa.


Aluksi tie saa suolata itsensä

Omasta tutkimuksesta sopii esimerkiksi suolauksen automatisoinnin kehitys.

Destia testaa automaattista jäänestoa eli AIS-järjestelmää (anti-ice system) Tammisaaressa. Joko tien päällykseen tai kaiteisiin upotetaan suuttimia, jotka suihkuttavat tielle suolaa automaattisesti, kun lämpötila putoaa pakkasen puolelle ja liukkaus uhkaa.

Tekniikkaa kokeillaan sadan metrin matkalla valtatiellä 25, Pohjan sillan Tammisaaren-puoleisessa päässä. Suuttimet on asennettu tien keskilinjalle.

Laitteisto on toistaiseksi tarkoitettu silloille, tunnelien suihin, moottoriteiden ramppeihin, pysäköintialueille ja muihin erikoiskohteisiin, joita tavallisella kalustolla on vaikea huoltaa.

Pieni askel kohti itseään ylläpitävää tietä on siis meilläkin otettu.


Kohti hiljaisia teitä


Tien pitää kestää liikenteen kuormitusta ja sään vaihteluja, mutta on muitakin vaatimuksia. Yksi aina vain tärkeämmäksi nouseva ominaisuus on mahdollisimman pieni rengasmelu.

Noin miljoona suomalaista asuu alueilla, joilla keskiäänitaso ylittää ohjearvon eli on yli 55 desibeliä.

Melutasoon vaikuttaa osaltaan tien pinta. Suomessakin on kehitelty hiljaisia asfalttipäällysteitä, jotka TKK:n tielaboratorion mittausten mukaan vähentävät rengasmelua 3-5 desibelillä. Parannus on merkittävä. Jokainen desibeli tuntuu korvissa.


Aiheesta aiemmin: Huokoinen asfaltti imee melua, Tiede 6/2004, s. 14, tai tiede.fi/arkisto


Tie vuonna 2040


Vuonna 2040 älykäs tie "tarkkailee, tulkitsee, päättää ja toimii", ennakoi Euroopan komission teettämä tulevaisuustutkimus. Uutuuksiksi ilmaantuu muun muassa
- tien valaistusta sekä jäähdytysta kesällä ja sulanapitoa talvella aurinkoenergialla
- maanalaisia teitä asutuskeskuksiin
- melua ja ilmansaasteita imeviä päällysteitä
- itseään puhdistavia ja korjaavia päällysteitä
- biobitumeja ja -muoveja öljypohjaisten sideaineiden tilalle
- matalan lämpötilan asfalttia ja muita energiaa säästäviä ratkaisuja.


Lähde: New Road Conception Concepts: Vision 2040. Project NR2C, the Sixth Framework Programme of the European Union, 2006

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.