Salamointia Helsingissä 29. heinäkuuta 2012, jolloin Suomessa iski lähes 20 000 salamaa päivän aikana. Ennätysvuonna 2010 mitattiin noin 42 000 salamaa päivässä. Kuva: Timo Newton-Syms, Wikimedia Commons.
Salamointia Helsingissä 29. heinäkuuta 2012, jolloin Suomessa iski lähes 20 000 salamaa päivän aikana. Ennätysvuonna 2010 mitattiin noin 42 000 salamaa päivässä. Kuva: Timo Newton-Syms, Wikimedia Commons.

Nytkin salamoi. Maapallolla on joka hetki käynnissä 1000–2000 ukonilmaa, joissa ukkospilvet purkavat sähkövaraustaan avaamalla ilmaan salamakanavia. Ukkosenjohdatin suojaa talon salamoinnin aiheuttamalta tulipalolta, mutta se ei riitä. Tietoyhteiskunnan älykodit pursuavat herkkää elektroniikkaa, joka ei siedä salaman aiheuttamia virtapiikkejä. Ukkostekniikka on siirtymässä nanoaikaan.

Asennuttaisinko ylijännitesuojauksen ukkosen varalta? miettii kesämökin omistaja.

Miten varjella nanotekniikka sähköpurkauksilta? pohtii elektroniikan kehittäjä.

Missä mahtaa jyristä? aprikoi kesällä golfin harrastaja, sisävesipurjehtija ja moni muukin, ja katselee salamatietoja kännykän ruudulta.

Ukkostekniikka suojaa ikäviltä yllätyksiltä niin ihmisiä kuin omaisuutta, ja suojaus on edistynyt 250 kehitysvuotenaan valtavasti.

Ukkoskausi kestää toukokuusta syyskuuhun ja on vilkkaimmillaan kesäkuun puolivälistä heinäkuun loppuun.
Runsaimmin ukkostaa Salpausselän alueella ja Keski-Suomessa, vähiten Pohjanmaan rannikolla ja Lapissa.
Kesän mittaan Suomen maasalamapaikantimet rekisteröivät keskimäärin 140 000 salamaa.
Lähde: Ilmatieteen laitos

Ilmatieteen laitoksen fyysikko Tapio Tuomi, joka on seurannut salamointia työkseen, on pitänyt epävirallista tilastoa salamakuolemista. Sata vuotta sitten ukkonen tappoi Suomessa kymmenkunta ihmistä joka vuosi. Nykyään salaman iskuun kuolee yksi ihminen kahdessa vuodessa. On suurempi vaara voittaa jättipotti lotossa kuin joutua salaman uhriksi.

Tulevaisuudessa ukkossuojausta tarvitaan yhä enemmän, koska sähköpurkauksille arka elektroniikka yleistyy koko ajan.

Elektroniikka yhä herkempää salamoille

Salama voi lähettää sähkö- tai tietoverkkoa pitkin kilometrien päähän jännitepiikkejä eli transientteja. Piikit voivat vahingoittaa tietokoneita, musiikkikeskuksia, televisioita, videoita ja muuta elektroniikkaa. Yhä enemmän ukkosherkkää elektroniikkaa tulee myös "yksinkertaisiin" kodinkoneisiin, kuten pakastimiin.

Monien laitteiden on toimittava koko ajan. Töpseliä ei läheskään aina voi vetää irti.

Maalaistalossa riitti ennen ukkosenjohdatin suojaamaan ihmisiä ja taloa. Nyt tarvitaan lisäksi monenlaisia ylijännitesuojia, jotka pitävät ruokinta-automaatit ja lypsyrobotit jatkuvasti käynnissä. Sama tekniikka varmistaa, että marketin kassakoneet kilisevät ukkospäivänäkin.

Salamaniskun ottavat ensimmäiseksi vastaan sieppaustangot, ukkosköydet ja muut salamanvangitsijat, jotka muistuttavat perinteistä ukkosenjohdatinta.

Verkoissa eteneviä lyhyitä jännitepiikkejä poistavat suojakomponentit, joilla on salaperäisiä nimiä: kipinäväli, varistori, kaasupurkausputki ja purkausdiodi. Periaate on kuitenkin yksinkertainen. Suojakomponentti toimii koskettimena, joka normaalisti on poissa päältä mutta jännitepiikin tullessa sulkeutuu ja johtaa virran maahan. Niinpä kipinäväli on kirjaimellisesti väli, johon syntyy johtava valokaari jännitteen noustessa.

Suojakomponentit ovat vikavirtasuojakytkimen tai sulakkeen kokoluokkaa, ja ne asennetaan tavallisesti sähkökaappiin.

Nano-osat suojattava mikroukkosilta

Ukkossuojaus saa lisähaasteita, kun elektroniikan komponentit pienentyvät nanotasolle eli millimetrin miljoonasosien kokoluokkaan.

Sähköstaattisiin purkauksiin erikoistunut tohtori Steven Voldman, joka työskentelee IBM:n tutkimuslaitoksessa Vermontissa, varoitti vuonna 2002 Scientific American -lehdessä, että elektroniikan vuosikymmeniä jatkunut pienenemiskehitys pysähtyy, jos laitteita ei kyetä suojaamaan mikroskooppisilta "ukkosilta".

Siksi insinöörit rakentavat transistoreille ja muille komponenteille nanomitan "ukkosenjohdattimia".

Nanonahasta Faradayn häkkejä

Nanotasolta nousee uusia suojauskeinoja myös jättikoon tekniikkaan, kuten lentokoneisiin.
Lentokoneen perinnäinen metallirunko toimii Faradayn häkkinä, samoin auton metallinen umpikori: sähköinen poistovoima pitää varaukset johteen pinnalla. Koska salama vaeltaa ulkopintaa pitkin, ihmiset voivat istua sisällä rauhallisin mielin.

Talon ukkossuojaus voidaan asentaa joko rakennusvaiheessa tai myöhemmin. Ulkoisen ukkossuojan, joka yleensä on kuparikaapelia, saa asentaa itsekin.
Täytyy vain tietää, mitä tekee.

Kaikki kiinteät ylijännitesuojat, jotka tavallisesti sijoitetaan sähkökaappeihin, on annettava asianmukaisesti valtuutetun ammattilaisen tehtäväksi.

Marketeista saatavat, pistorasiaan työnnettävät ylijännitesuojat ovat asiantuntijoiden mukaan heppoisia ratkaisuja. - Voivat synnyttää väärän turvallisuudentunteen, sanoo tekninen johtaja Esa Tiainen Sähkö- ja teleurakoitsijaliitosta.

Entä mökin suojauksen kokonaiskustannukset? - Muutamasta sadasta eurosta ylöspäin, kertoo Tiainen. - Hyvän ukkossuojauksen pientaloon saa 1 000-2 000 eurolla.

Ukkossuojaus on kuitenkin vaikeutunut, kun lentokoneita on alettu rakentaa eristävistä komposiiteista. Siksi on ehdotettu esimerkiksi johtavien nanosäikeiden lisäämistä komposiittiin.

Materiaalitutkija John Brupbacher yhdysvaltalaisesta John Hopkins -yliopistosta, ehdottaa toista ratkaisua. Lentokoneen päälle kiinnitetään kankaan tavoin kalvo, joka on tehty nanopartikkelien avulla johtavaksi.
Nanotekniikka muuttaa kaikkea. Ehkä talonkin päälle joskus puetaan nanonahkaa ukkosenjohdattimeksi.

Golfkentän salamatilanne kännykkään

Suojauslaitteet edustavat vain pientä osaa tekniikasta, joka on kasvanut ukkosen ympärille. Monia kiinnostaa myös salamoinnin seuranta.

Salamanpaikantimet palvelevat niin tutkimusta ja teollisuutta kuin yksityisiä sään tarkkailijoita. Paikantimet ovat periaatteessa radiosuuntimia, jotka "kuuntelevat" salaman synnyttämää sähkömagneettista pulssia.

Suomessa Ilmatieteen laitoksella on salamanpaikannin, johon kuuluu "vastaanottimia" eli antureita eri puolilla maata: Jokioisissa, Korppoossa, Kuopiossa, Niinisalossa, Rovaniemellä, Upinniemessä, Utajärvellä ja Utissa. Keskusyksikkö suuntii salaman, kun havaintoja saadaan vähintään kahdelta anturilta. Tietoja käytetään laadittaessa tosiaikaisia salamakatsauksia ja ukkosennusteita sähkö- ja puhelinyhtiöille, rautateille ja muille yrityksille.

Yksityishenkilöille Ilmatieteen laitos on kehittänyt Salamavahti-palvelun, joka lähettää tekstiviestillä tiedon, kun valitulle paikkakunnalle iskee salama. Palvelu auttaa esimerkiksi golfin pelaajia välttämään vaarallisia tilanteita viheriöllä. Heidän kännyköihinsä tarjotaan myös Golfsää-palvelua, josta voi tarkistaa ukkosen todennäköisyyden ja muut säätiedot tietyllä golfkentällä. Golfmaila on nykyään samanlainen salaman houkutin kuin heinähanko ennen.

Kalevi Rantanen on teknistä luovuutta tutkiva diplomi-insinööri ja tietokirjoittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2006.

Lisätietoja salamoista ja  salamariskien torjunnasta:
Ilmatieteen laitos:
http://ilmatieteenlaitos.fi/ukkonen-ja-salamat
Sähkö- ja teleurakoitsijaliitto STUL: http://www.stul.fi/
Sähköturvallisuuden edistämiskeskus STEK: http://www.sahkoturva.info/
Turvatekniikan keskus TUKES:
http://www.tukes.fi/

Näin suojaudut salamalta

Riski kuolla salamaniskuun on pieni: Suomessa siihen kuolee keskimäärin yksi henkilö joka toinen vuosi. Vaaralliset ja turvalliset tilanteet on kuitenkin hyvä tunnistaa.

Parhaassa suojassa olet rakennuksessa, jossa on ukkosenjohdatin. Turvassa olet myös metallikuorissa, jotka Faradayn häkin periaatteella pitävät sähkön vaikutukset ulkopinnallaan; tällaisia ovat esimerkiksi auton metallikori ja metallisen veneen umpihytti.

Kumisaappaat eivät suojaa sinua salamaniskulta, kuten eivät myöskään ajoneuvon kumipyörät.

Älä mene ukkosella uimaan, sillä veteen iskevä salama voi viedä tajun ja johtaa hukkumiseen.

Altistat itsesi salamariskille, jos olet ukkosella osana korkeaa maastonkohtaa. Älä mene yksinäisen puun alle. Vältä kulkemasta ukkosella aukeassa maastossa varsinkaan sateenvarjon kanssa. Vältä myös polku- ja moottoripyöräilyä.

Jos ankara ukkonen yllättää sinut aukeassa maastossa, kyykisty maahan välttääksesi toimimasta salaman houkuttimena.

Salaman etäisyyden kilometreinä saat, kun lasket sekunnit välähdyksestä jyrinän alkuun ja jaat luvun kolmella. Valo nimittäin näkyy käytännössä heti, mutta ääni etenee ilmassa vain 330 metriä sekunnissa.

Jos ukkosella tunnet hiustesi nousevan pystyyn, mene heti kyykkyyn. Hiusten sähköistyminen voi olla merkki siitä, että olet korkea maastonkohta, jonka kohdalta salama etsii purkauskanavaa.

Vatkain
Seuraa 
Viestejä27432
Liittynyt4.3.2008

Ukkostekniikka kesyttää salaman

Ukkosfoobikolle nämä kelit on myrkkyä. Tutkan avulla onneksi pysyy kartalla http://www.liminkaweather.info/wxradar.php Ei pääse yllättämään. Mikähän siinä on, että ukkoset hyytyy aina tutkan kartalla näkyvän vihreän ruksin ylle? Kaartavat pitkiäkin matkoja ruksin luo päästäkseen ja hyytyvät sinne. Ruksi on siis tutkan fyysinen sijainti. Karttaa voi zoomata hiirtä skrollaamalla.
Lue kommentti

Hämmentää.

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.