Tiede

Otaniemen metroaseman vieressä on valtava pakastin, jonka sisällä pienoistankkeri särkee jäätä

Ilmastonmuutoksen myötä yhä useampi alus uskaltautuu pohjoisen vesille. Aalto-yliopisto on saanut rahaa merijään tutkimiseen.

Olutravintolan terassilla Otaniemessä on melkein helle. Jos jäätä lasiin kaipaisikin, lähistöllä siitä ei ole pulaa. Viereisessä teollisuusrakennuksen näköisessä punatiilisessä talossa jäätä on kasvatettu edellispäivästä saakka.

Nyt siellä on peilitasainen 160 neliömetrin pinta Aalto-yli­opiston koealtaassa. Paksuutta sillä on tasan kolme senttiä.

Rikkumaton pinta ei pysy ehjänä kauaa. Siitä pitää huolen altaaseen laskettu kuusimetrinen laivan pienoismalli.



Nesteen aikoinaan omistaman Uikku-tankkerin mukaan rakennettua pienoismallia käytetään altaan peruskokeissa. Sellainen on luvassa tänään.

Tohtoriopiskelija Fang Li ja opiskelija Aaron Tam sekä teknikot Teemu Päivärinta ja Lasse Turja tekevät viimeiset valmistelut.

Pian pikku-Uikku alkaa puskea altaan halki murtaen jäätä edessään. Tutkijat seuraavat koetta laivan päällä liikkuvasta kontista, josta laivaa myös ohjataan.



Uikussa on kaksi kameraa, yksi edessä edessä ja toinen takana. Niiden kuvaamien videoiden avulla Li pyrkii laskemaan kaikki jäästä murtuvat palat ja selvittämään, minkä kokoisiksi kappaleiksi jää laivan edessä särkyy.

Uikun matka jään poikki kestää noin 40 sekuntia. Valmisteluihin on mennyt yli vuorokausi.

”Jos ajatellaan ajallista panos-tuotos-suhdetta, nämä ovat aika kalliita kokeita”, koetta seuraava lujuusopin professori Jukka Tuhkuri huomauttaa.

Toisaalta isoja ovat tutkittavat asiatkin. Kokeiden avulla voidaan suunnitella ja optimoida jäänmurtajia ja muita jäässä kulkevia laivoja.

Lisäksi altaassa voidaan testata muita rakenteita joiden täytyy pärjätä merijään kanssa. Niitä ovat esimerkiksi merelle laitettavat tuulivoimalat ja satamien jäävallit, joiden on tarkoitus murtaa jäätä samaan tapaan kuin aallonmurtaja aaltoja.


 

”Kampuksella kuuluu olla kaikkea erikoista.”

Kyse on kuitenkin ennen muuta fysiikan perustutkimuksesta. Jäänmurtaja etenee useassa aineen rajapinnassa: on vettä, jäätä ja ilmaa. Siksi siinä toimivat monet voimat. Laivan koneet, jään lujuus ja veden liike kaikki vaikuttavat siihen, millaisiksi palasiksi jää rikkoutuu.

”Seuraamalla jään hajoamista voimme tutkia näitä voimia”, Tuhkuri selittää.

Siksi juuri jään murtuminen on yksi keskeisiä tutkimuskysymyksiä.

Aalto-yliopisto on nimennyt mallijääkoealtaan yhdeksi merkittävistä infrastruktuureistaan. Se on tarkoittanut perusteellista remonttia.

Vanhat jäähdytyslaitteet toimivat freonilla, eikä niitä saa enää käyttää. Niinpä altaalle tehtiin vuosina 2017–2019 yli kahdeksan miljoonan euron korjaukset. Ne rahoitti pitkälti valtio.

Maallikkona tekee mieli ihmetellä, kannattaako tällaista laboratoriota pitää parinkymmenen metrin päässä metron sisäänkäynniltä. Tontillakin on varmaan hintaa.

 

Ilmastomuutoksen voisi ajatella vähentävän jään merkitystä, mutta todellisuus on Tuhkurin mukaan päinvastainen.

”Kampuksella kuuluu olla kaikkea erikoista. Käytämme allasta niin opetukseen kuin tutkimukseen”, Tuhkuri vastaa.

Lisäksi sitä vuokrataan teollisuuden omiin kokeisiin. Onpa sinne suunniteltu Aalto-yliopiston monialaisessa hengessä myös taiteellisia projekteja.

Ennen muuta panostus kertoo talvimerenkulun tärkeydestä.

Ilmastomuutoksen voisi ajatella vähentävän jään merkitystä, mutta todellisuus on Tuhkurin mukaan päinvastainen.

”Tulevaisuudessa ohuemmat jäät houkuttelevat jäävahvistamattomia aluksia yhä pohjoisemmaksi. Esimerkiksi Koillisväylän jäät ohenevat, ja yhä enemmän aluksia alkaa liikkua siellä.”

Jää myös muuttuu veden lämmetessä.

”Voi sanoa, että monet käsityksemme vanhenevat tulevina vuosikymmeninä käyttökelvottomiksi. Meidän täytyy päivittää ne, ja siinä allas auttaa.”

Tulevaisuudessa yhtenäisen tiiviin pinnan sijalla on yhä ­useammin rikkinäistä, lautoista koostuvaa jäätä. Myös sellaisen luominen Aallon altaaseen onnistuu.

Tuhkuri on yksi Aallon jääkoelaboratorion johtavista professoreista. Hänen erityisalaansa on laboratoriossa luotu mallijää, kuten hän sitä kutsuu.

Sitä ei tehdä vain laskemalla lämpötilaa. Näin saataisiin tavallista, aina samanlaista jäätä. Luonnossa jään koostumus kuitenkin vaihtelee.

Niinpä mallijää tehdään viilentämällä koko suuri halli –15 asteeseen celsiusta ja sumuttamalla kylmäksi jäädytetyn altaan pinnalle pisaroita, jotka hitaasti muodostavat loskaa ja edelleen jäätä. Yhden kerroksen jäädyttyä päälle kasvatetaan seuraava.

Näin jään synty muistuttaa merien jäätymistä luonnossa, mutta käänteisesti, alhaalta ylös. Todellisuudessa merijää kasvaa alaspäin.

Lopputuloksen kannalta tällä ei ole merkitystä, Tuhkuri vakuuttaa.

 

Merijään mallintamista auttaa myös altaan veteen sekoitettu alkoholi.

”Voimme luoda juuri sellaista mallijäätä kuin kokeessa tarvitsemme.”

Li kaipasi tähän kokeeseen tasaista jäätä, joka simuloi Uikun malliin suhteutettuna noin 90 sentin paksuista jäätä talvisella Perämerellä.

Hän kehittää väitöskirjatutkimuksessaan uutta mallia, jonka avulla voidaan ennustaa jään murtumista ja sitä, millaisia voimia tällaisella nopeudella tällaisessa jäässä syntyy.

Merijään mallintamista auttaa myös altaan veteen sekoitettu alkoholi. Se laskee jäätymispistettä merien suolan tapaan. Aidon suolan käyttäminen ruostuttaisi instrumentit nopeasti.

Maailmalla suolan sijasta käytetään myös ureaa. Sen haitta on kuitenkin vahva haju.

”Meillä on altaalla on parempi hengittää”, Tuhkuri sanoo.



Yhden ajon jälkeen Uikku liikutetaan takaisin ja siirretään noin kymmenen metriä sivusuunnassa uutta ajoa varten.



Tämän mahdollistaa Aallon altaan poikkeuksellinen koko. Tämä on maailman suurimpia mallijääkoealtaita – neliön mallisista suurin.

Se johtuu altaan historiasta. Allas rakennettiin vuonna 1970 meritekniikan avovesitutkimusta varten. Neliömäinen malli mahdollistaa käännökset.

Syvyyttä altaalla on 2,8 metriä, mikä riittää altaassa käytettäville nopeuksille.

Jäissä on seilattu vuodesta 1989. Silloin altaalle asennettiin jäädytyslaitteisto.

Maailmalla koealtaat ovat usein pidempiä, jopa kilometrin mittaisia. Pituutta tarvitaan, kun tehdään tutkimusta nopeita sotalaivoja varten ja mallit täytyy kiihdyttää maksiminopeuteen.

Pitkissä altaissa ei kuitenkaan tehdä käännöksiä. Eikä murreta jäätä.

Neliön muotoisessa altaassa voidaan tehdä myös testejä, joissa jäätä puristetaan yhteen laivan ympärillä samaan tapaan kuin arktisella alueella tuulet sitä painavat. Tällaisia kokeita ei tehdä samassa mittakaavassa missään muualla.

Vuosituhannen vaiheessa altaalla onnistuttiin luomaan myös luonnonjäässä syntyviä jäävalleja ensimmäisenä laboratoriona maailmassa.

Maailman tunnetuimpiin kuulunut jäätutkija Max Coon saapui varta vasten Yhdysvalloista ihmettelemään niitä, kun ei muuten uskonut.

Toinenkin Uikun ajo onnistuu. Malli peruutetaan vielä kerran alkuun kolmatta yritystä varten.

Nyt mennään jo riskillä: kolmas railo tehdään kahden ensimmäisen väliin, ja jää saattaa murtua kokonaan. Silloin ajo on turha.

Parhaimmillaan kokeita voidaan tehdä 2–3 viikossa. Mutkikkaampaan koejärjestelyyn voi mennä viikko.

Näin käy, jos altaaseen pitää esimerkiksi rakentaa sataman pienoismalli. Oikoteitä ei kuitenkaan ole.

”Jää on erittäin vaikea mate­riaali tietokoneella mallinnettavaksi. Meidän täytyy tutkia myös käytännössä, miten hyvin mallit pitävät kutinsa. Muuten niistä ei ole hyötyä”, Tuhkuri selittää.

Myrskyämään allasta ei vielä saa Tuhkurin toivomalla tavalla.

”Aaltokoneet ovat 1970-luvulta eivätkä mahdollista sellaista tarkkuutta, jota tarvitsisimme.”

Tällä hetkellä aaltoja luovia kiiloja on 16 altaan yhdellä sivulla. Nykyaikaisessa systeemissä niitä olisi yhteensä sata kahdelle sivulle jaettuina. Näin aallokkoa voisi hallita paremmin.

Tuhkuri toivoo, että päättäjät vielä innostuisivat päivittämään aaltokoneetkin.

”Jään, aaltojen ja veden vuorovaikutuksen parempi ymmärrys auttaisi myös ilmastonmuutostutkimusta.”

Suomen Akatemia antoi Tuhkurille puoli miljoonaa paremman mallijään kehitystyöhön.

Sitä varten taloon tehdään myös pienempi 2 x 4 metrin allas, jossa voidaan testata esimerkiksi veteen sekoitettujen kemikaalien vaikutusta jäähän.

Uikun kolmaskin ajo altaan halki onnistuu riskistä huolimatta.

Li ja Tam vaikuttavat tyytyväisiltä ja helpottuneilta. Tuloksista on kuitenkin varhaista sanoa mitään.

”Ensin pitää käydä kuvamateriaali läpi ja sitten katsoa, miten jään kappaleet sopivat yhteen mallin kanssa”, Li sanoo.

”Kyllä tässä vielä pari kuukautta menee”, hän arvelee.

Kommentit

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Ei vielä nimellä kirjoitettuja kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Sukellus sameaan Itämereen – Erikoisartikkeli näyttää ilmastonmuutoksen vaikutuksia, mutta myös meren kauneuden

      Tilaajille
    2. 2

      Saisipa suomalaista vettä – vesihuollon yksityistäminen on osoittautunut Britanniassa vikatikiksi

    3. 3

      Yksi treenikerta viikossa voi riittää kehittymiseen – Asiantuntija neuvoo erikoistekniikan, joka tehostaa salitreenin tuloksia

      Tilaajille
    4. 4

      Helsinkiläismies entisöi 1970-luvun maastoauton ja myy sitä nyt liki sadallatuhannella eurolla

    5. 5

      Moni lentoyhtiö tarjoaa nykyään verkkoyhteyttä koko matkan ajaksi: HS vertaili nopeuksia ja hintoja

    6. 6

      Kansanedustaja Hussein al-Taee palasi sairauslomalta ja joutui heti uudelleen myrskyn silmään – IL ja Yle: al-Taee ilmoitti koulutuksestaan vääriä tietoja

    7. 7

      Vanhemmat ottivat käyttöön menetelmän, joka lopetti parissa viikossa vauvan yöheräilyt ja nopeutti nukahtamista – näin unikoulu toimii

      Tilaajille
    8. 8

      Britannian uusi pääministeri selviää tänään, voittajaksi povataan brexit-uhkapeliin luottavaa Boris Johnsonia

    9. 9

      Matalatehoinen liikunta on hyväksi – listasimme 10 väitettä aineenvaihdunnasta ja keinot, joilla nopeutat sitä oikeasti

      Tilaajille
    10. 10

      Vastavalmistuneen kerrostalon seinään repesi halkeama Espoossa

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Matalatehoinen liikunta on hyväksi – listasimme 10 väitettä aineenvaihdunnasta ja keinot, joilla nopeutat sitä oikeasti

      Tilaajille
    2. 2

      Helsinkiläismies entisöi 1970-luvun maastoauton ja myy sitä nyt liki sadallatuhannella eurolla

    3. 3

      Kapteeni juopotteli Turussa ja pelkäsi sotaoikeutta – Pian Hangosta lähti merelle neuvosto­sukellusvene, joka aiheutti historian pahimman meri­tragedian

      Tilaajille
    4. 4

      Ruotsin kaduilla on räjähtänyt käsikranaatti harva se viikko: Niitä käytetään, koska todisteita jää vähemmän kuin ampuma-aseista

    5. 5

      Ainutlaatuinen kuva Kuusamosta: Tältä näyttää karhun hyökkäys hirven niskaan

    6. 6

      Näin villejä tarinoita kerrotaan Helsingin turistibusseissa: Täällä syödään ”sapaksia”, poliiseille kannattaa puhua ruotsia ja Havis Amanda esineellisti suomalaiset naiset

    7. 7

      Oikeus takavarikoi fitnessmalli Sofia Belórfin puolison omaisuutta neljän miljoonan euron arvosta

    8. 8

      Vastavalmistuneen kerrostalon seinään repesi halkeama Espoossa

    9. 9

      Kesällä on hukkunut poikkeuksellisen monta lasta: ”Valvova aikuinen ei voi lukea lehteä tai selata kännykkää”

    10. 10

      Yrittikö Telian myyjä vaihtaa Elisan asiakkaan salasanaa ja urkkia tietoja? Yhtiö selvittää

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Harri Virtasen elämä särkyi, kun äiti pysäytti auton keskellä metsätietä: vasta aikuisena Virtanen toipui, ja nyt hän auttaa myös toisia pois trauman kierteestä

      Tilaajille
    2. 2

      Frendit ja Seinfeld ikääntyivät – toinen teki sen arvokkaasti, toinen on niin homofobinen, että sitä katsoessa täytyy irvistää

      Tilaajille
    3. 3

      Katsastaja hylkäsi vantaalaismiehen auton ”katkenneiden takajousien” takia, vaikka jouset olivat täysin ehjät

    4. 4

      VR vaihtoi kesäkuussa siivousyhtiötä, nyt likaiset junat ihmetyttävät niin matkustajia kuin henkilökuntaakin

    5. 5

      Töölöläinen Liisa Eskelinen etsii Facebookissa kumppania pitkän kriteerilistan avulla: lapseton, äänestänyt kaikissa vaaleissa ja prioriteettina yhteinen aika

    6. 6

      Bloggari Maria Nordin aiheutti sukupuoliristiriitaa käsittelevällä Pride-päivityksellään somemyrskyn, soitimme riidan osapuolille

    7. 7

      Tarja Myllyrinne asuu ensimmäisessä kerroksessa yhdellä Helsingin meluisimmista kaduista: Tällainen on hänen kotinsa

      Tilaajille
    8. 8

      Parisuhde loppui Halla-ahon vuoksi, liian vihreitä sukulaisia ja sisällissota aina vain – Näin politiikka riitauttaa suomalaisia

    9. 9

      Venäläinen toimittaja löysi Putinin tyttären ja paljasti Skripalin epäillyt myrkyttäjät – Nyt hän esittää hurjia väitteitä ”Putinin kokista” ja kertoo erikoisesta kaksossynnytyksestä

    10. 10

      Rosa Meriläistä nöyryytettiin kansanedustajana julkisesti, ja niitä traumoja hän työstää vielä 15 vuoden jälkeen: ”Yritin kestää sen kaiken yksin”

      Tilaajille
    11. Näytä lisää