Painovoimamittauksia etelän ”lämmössä”

Kolme ihmistä kävelee Etelämantereen maisemissa.
Kuva:
Jyri Näränen

Geodesian ja geodynamiikan tutkimus vie tutkijaa ympäri maailmaa, joskus jopa Etelämantereelle asti. Viime marraskuussa kävin tekemässä absoluuttipainovoimamittauksia kesäisellä Antarktiksella.

Tämänkertaiset Etelämantereella tapahtuneet mittaukset – minulle jo neljäs mittauskampanja mantereella – tehtiin Ross Islandilla Uuden Seelannin Scott Base -asemalla, Yhdysvaltojen McMurdo Station -asemalla, sekä näiden lähistöllä sijaitsevalla Crater Hill -nimisellä kukkulalla. Crater Hillillä mittauksia ei oltukaan tehty aiemmin. Matkan ajan nautin uusseelantilaisten vieraanvaraisuudesta majoittuessani Scott Base -asemalle.

Geodesia on kansainvälinen tutkimusala

Mannertenväliset lennot eivät ole herkkua, joten matka eteläiselle pallonpuoliskolle on hyvä hyödyntää mahdollisimman hyvin. Matkan ensimmäinen pysähdyspaikka oli Australiassa, jossa osallistuin joka toinen vuosi järjestettävään kansainväliseen satelliittilaseryhteisön konferenssiin, joka tällä kertaa järjestettiin Canberrassa. Siellä esittelimme kollegani Arttu Raja-Hallin kanssa Metsähovin geodeettisen tutkimusaseman uuden satelliittilaserjärjestelmän järjestelmäintegraation edistymistä.

Australiasta matka jatkui Uuteen-Seelantiin Christchurchiin, jossa tapasin yhteistyökumppanimme Uuden Seelannin maanmittauslaitoksen (Land Information New Zealand, LINZ) edustajat. Kävimme läpi tutkimusmatkan tavoitteet ja saimme logistiikasta vastaavalta Antarctica New Zealandilta varusteet etelänmatkaa varten.

Matkustus Christchurchistä Ross Islandille tapahtui Yhdysvaltojen etelämannerohjelman operoimalla C17 Globemaster III -sotilaskuljetuskoneella, joita lentää kesäkaudella melkein päivittäin. Etelämantereella on raaka ja yllätyksellinen sää, jonka armoilla työskentely sekä matkustaminen ovat. Meno- ja paluulentojen yhteydessä on varattava muutama päivä puskuria aikatauluihin, sillä lennot voivat helposti siirtyä päivän pari kumpaan suuntaan tahansa. Tällä kertaa kuitenkin säät suosivat täydellisesti ja matkat sekä mittauskampanja saatiin suoritettua suunnitelmien mukaisesti.

Miksi painovoimaa mitataan Etelämantereella?

Tämänkertainen mittauskampanja liittyy Suomen Akatemian rahoittamaan GRAVLASER-tutkimushankkeeseen ja tehtiin yhteistyössä Uuden Seelannin maanmittauslaitoksen kanssa. Kansainvälinen yhteistyö on tärkeää, sillä geodesian tutkimuksessa mitataan koko planeettaa, ei vain jonkin valtion rajojen sisälle jäävää osaa siitä.

Absoluuttipainovoimamittauksissa mitataan painovoiman putoamiskiihtyvyyttä (g) yksiköissä m/s^2 kahdeksannen desimaalin tarkkuudella. Marraskuussa suoritetuilla mittauksilla luodaan ja ylläpidetään Ross Islandin ja ympäröivän Antarktiksen geodeettista infrastruktuuria.

Mittauksia voidaan muun muassa hyödyntää maannousututkimuksessa sekä lentokoneilla tehtävien painovoimakartoitusten lähtöpisteinä. Tarkkoja painovoimamittauksia tarvitaan esimerkiksi geoidin määrittämiseen. Tarkka geoidimalli on omalta osaltaan tarkan paikannuksen perusta. Lisäksi maannousun mekanismien ymmärtäminen ja mallintaminen on tärkeässä roolissa, kun tulkitaan Etelämantereen jäämassojen liikkeitä.

Suomelle Etelämantereen jäämassan tällä hetkellä tapahtuva väheneminen on kiinnostavaa, sillä suurin osa Etelämantereella sulavasta jäästä siirtyy pohjoisen pallonpuoliskon merenpinnan nousuksi. Ross Island on tuliperäistä aluetta, mikä tuo oman lisähaasteensa painovoiman muutosten tutkimiseen. Täällä Pohjoismaissa tutkitaan viime jääkauden jälkeisen maannousun vaikutusta painovoimaan, mutta Ross Islandilla tapahtuu myös vulkanismiin liittyviä massojen ja maankuoren liikkeitä.

Painovoimaa seurattiin sukelluskopista

Eteläisellä pallonpuoliskolla oli kesä, mikä tarkoitti sään olevan nollan ja kahdenkymmenen pakkasasteen välillä, mikä on kuitenkin huomattavasti leudompaa kuin paikalliseen talviaikaan. Tuuli tosin oli paikoitellen napakkaa, joten vähän kylmempi oli kuin Suomessa juhannusta edeltävinä viikkoina.

Jotta tutkijaparka ei jäätyisi tutkimuslaitteiston viereen, absoluuttigravimetri sijoitettiin normaalisti merenpohjan tutkimukseen käytettyyn siirreltävään konttiin. Myös mittalaite vaatii toimiakseen plussan puolella olevia lämpötiloja. Kontin pohjassa oleva reikä oli juuri sopiva laitteistolle, joka saatiin reiän kautta asetettua tukevasti jäiseen maahan perustetulle pilarille ja samalla eristettyä ympäristöstä. Tavallisesti kontin pohjan aukkoa käytettäisiin sukeltajien kulkureittinä jään alle, mutta tällä kertaa tutkija sai istua rauhassa kontin lämmössä.

Jyri Näränen sukelluskopissa mittaamassa painovoimaa.
Kuva: Jyri Näränen

Mittauskalusto matkustaa ahkerasti

Mittauksissa käytettävä absoluuttigravimetri on tärkeä osa Maanmittauslaitoksen Metsähovin geodeettisen tutkimusaseman tutkimuslaitearsenaalia. Sen kanssa mitataan painovoimaa myös ympäri Suomea ja yhteistyöprojektien yhteydessä maailmanlaajuisesti. Laite on myös Suomen kansallinen painovoiman putoamiskiihtyvyyden mittanormaali. Vastaavia laitteita on maailmalla noin 50 kappaletta ja sitä tarkempia painovoimaa suoraan SI-yksiköissä mittaavia laitteita ei ole olemassa.

Olemme vuosien varrella käyneet laitteen ja sen edeltäjien kanssa yli 15 maassa viemässä osaamistamme. Olemme käyneet tekemässä mittauksia myös useaan kertaan samoissa paikoissa, sillä painovoima-aikasarjat ovat tärkeä työkalu geodynamiikan tutkimukselle.

Etelämantereella tapahtuvaa maannousututkimusta on meillä Geodesian ja geodynamiikan osastolla tehty 90-luvun alkupuolelta. Nyt tehdyt mittaukset liittyvät Suomen Akatemian rahoittamaan GRAVLASER-tutkimushankkeeseen, jota vetää Kaukokartoituksen ja fotogrammetrian osaston johtaja Juha Hyyppä Paikkatietokeskuksesta. Kyse on siis yhteistyöstä myös Paikkatietokeskuksen osastojen välillä, ei yksistään Suomen ja Uuden-Seelannin.

Kuvassa blogin kirjoittaja Jyri Näränen
Jyri Näränen
tutkimuspäällikkö
Twitter: @Dr_Jyri

Kirjoittaja työskentelee Paikkatietokeskuksen Geodesian ja geodynamiikan osastolla Metsähovin geodeettisen tutkimusaseman päällikkönä. Tutkimuksessaan hän keskittyy maankuoren liikkeiden aiheuttamien painovoimamuutosten mittaamiseen ja tulkintaan.

Uusimmat uutiset ja blogit