Pääsiäissaarten tuho

Pääsiäissaarta on pidetty kouluesimerkkinä siitä, miten ihminen tuhoaa itsensä riistämällä luontoa. Nyt Jared Diamondin kuuluisa tulkinta on kyseenalaistettu. Haastaja Terry Hunt sanoo, etteivät ihmiset aiheuttaneet ekokatastrofia yksin eivätkä edes nujertuneet siihen.

Kun Jared Diamond vuonna 2002 matkusti suihkukoneella Chilestä Pääsiäissaarelle, lento kesti yli viisi tuntia ja alapuolella oli aina vain vettä. Hän ehti jo huolestua, löytäisikö lentäjä lämpäreen ennen pimeän tuloa, ja ellei, olisiko koneessa tarpeeksi polttoainetta paluumatkaan. Näin Diamond, Kalifornian Los Angelesin yliopiston Uclan maantieteen professori, kertoo 2005 ilmestyneessä teoksessaan Romahdus. Miten yhteiskunnat päättävät tuhoutua tai menestyä.
Pääsiäissaaren eli  Rapa Nuin pinta-ala on ainoastaan 171 neliökilometriä, eli se mahtuisi neljästi Ahvenanmaan pääsaareen. Lähimpään naapuriin on yli 2 000 kilometriä, mikä tekee saaresta maailman eristyneimmän asutun maatilkun.
”Tuntuu ihmeeltä, että saari löydettiin ja ihminen asutti sen ennen viime vuosisatojen suuria, nopeita eurooppalaisia purjealuksia”, Diamond kirjoittaa.

Saari palmujen peitossa

Paitsi pieni ja eristynyt Pääsiäissaari on myös tuulinen, kuiva ja eroosion kaluama. Karusta maaperästä puskee vain joitakin matalia kasveja, eikä hyttystä isompia kotoperäisiä maaeläimiä tiettävästi ole.
Näin ei ole ollut aina. Paleobotanistien mukaan peräti 70 prosenttia saaresta on ollut jättiläispalmujen ja muiden puiden peitossa. Tutkimusten perusteella eläinlajejakin on ollut lukuisia, esimerkiksi lintuja on pesinyt saarella yli 30 lajia.
Mitä niille tapahtui? Entä mitä tapahtui ihmisille, jotka pystyttivät saaren rannoilla seisovat jättiläismäiset kiviveistokset, moait?
Kun ensimmäinen eurooppalainen, hollantilainen tutkimusmatkailija Jakob Roggeveen rantautui saareen pääsiäisenä 1722, siellä eli pari–kolmetuhatta asukasta. Heitä on kuitenkin arvioitu olleen jopa kymmenenkin kertaa enemmän.

Tyhmä mahtailu kostautui

Jared Diamondin tunnetuksi tekemän tulkinnan mukaan Pääsiäissaari tuhoutui kilpavarusteluun. Hänen versionsa tapahtumien kulusta menee kiteytettynä näin:
Polynesialaiset löysivät Pääsiäissaaren seuratessaan merilintuja hieman ennen vuotta 900. Väestö kasvoi ja jakaantui klaaneihin, jotka alkoivat mahtailla toisilleen ja pystyttää aina vain suurempia moaita ja niiden kivialustoja, ahuja.
Kymmenien tonnien järkäleitä kuljetettiin eri puolille saarta, mikä vaati puusta tehdyt ”raiteet” ja kilometritolkulla puukuidusta punottua köyttä. Puuta kului myös polttoaineeksi, kanootteihin ja taloihin.
Pian metsää kaatui nopeammin kuin kasvoi, ja lopulta puut katosivat. Kuivuus paheni. Kanootteja ei voitu valmistaa, eikä niin ollen kalastaa. Nälkä ajoi ihmiset ensin sotaan ja sitten kannibalismiin. Yhteiskunta romahti.
”Pääsiäissaaren tuho saa meidät ihmettelemään, mikseivät ihmiset katsoneet ympärilleen. Miksi he eivät tajunneet, mitä olivat tekemässä, ja lopettaneet ennen kuin oli liian myöhäistä? Mitä he oikein ajattelivat hakatessaan viimeisenkin palmun?” Diamond kysyi kuuluisassa, Tiede-lehdessäkin julkaistussa artikkelissaan 1995 (Pääsiäissaari tuhottiin viimeiseen palmuun, Tiede 2000 7/1995, s. 66–72).

Rotat järsivät tuhoon

Havaijin yliopiston arkeologian professori Terry Hunt on nyt eri mieltä. Hänen mukaansa Pääsiäissaaren monimutkaista ekokatastrofia ei voi litistää psykologisiksi spekulaatioiksi.
Hunt sanoo, että Diamondin tulkinta Pääsiäissaaren kohtalosta on pelkkä tarina, johon hän itsekin luotti vielä kymmenen vuotta sitten, kun aloitti tutkimuksensa saarella. Siksi hän ei ollut aluksi uskoa oman tiiminsä tuloksia.
– Saaren ensimmäisen asuinalueen Anakenan kaivaukset ja aiempien löydösten uudet analyysit osoittivat, että Pääsiäissaari asutettiin nelisensataa vuotta myöhemmin kuin Diamond kollegoineen väittää. Eikä saarelaisia ilmeisesti koskaan ollut enempää kuin eurooppalaisten tullessa.
Huntin mukaan ympäristötuhoa ei voi sälyttää yksin ihmisten kontolle, sillä ihmistä pahempaa jälkeä sai aikaan polynesianrotta, joka liftasi saarelle siirtolaisten kanooteissa.
– Olivat rotat salamatkustajia tai tarkoituksella mukaan otettuja proteiininlähteitä, Rapa Nui osoittautui niiden paratiisiksi. Ruokaa oli yllin kyllin eikä petoja ollenkaan, Hunt sanoo.
Näin otollisissa oloissa rottien määrä voi tuplaantua kuuden–seitsemän viikon välein.
– Olemme vertailleet rottien elinoloja Tyynenmeren saarilla. Esimerkiksi Havaijin Kurella on ollut ravintoa vähemmän kuin Rapa Nuilla, mutta rottatiheys kasvoi 112:een hehtaarilla. Rapa Nuilla samalla maa-alalla on helposti voinut olla jopa 187 rottaa, mikä tekee yli kolme miljoonaa koko saarella.
Rottien luita onkin löytynyt Pääsiäissaarelta läjäpäin, ja fossiilistuneissa palmunpähkinöissä näkyy niiden hampaanjälkiä.
– Lähes jokainen esiin kaivettu pähkinänkuori on rotan järsimä, mikä viittaa siihen, että juuri ne estivät Jubaea-palmun lisääntymisen.

Kuka teki tulen?

Mitä mieltä Jared Diamond on Huntin väitteistä?
– Hänen selityksensä eivät mitenkään voi olla oikeita, Diamond vakuuttaa vastauksessaan. Rottateoria ei esimerkiksi ota huomioon palmuntynkiä, jotka todistavat, että puut on selvästi kaadettu ja poltettu.
– Jos rotat olivat vastuussa, ne olivat poikkeuksellisia eläimiä, sillä ne osasivat käyttää kirvestä ja tulta, hän sanoo.
Diamond myöntää, että nakerrusjälkien perusteella rotat ovat häirinneet puiden itämistä, mutta sanoo Andreas Miethin ja Hans Borkin Kielin yliopistosta osoittaneen, että metsät tuhosi ihminen.
– Tutkimuksemme viittaavat vahvasti siihen, että Pääsiäissaaren yli 16 miljoonaa palmua hävitettiin pääosin kaatamalla ja polttamalla vuosina 1250–1500, Mieth vahvistaa.
– Rotilla on ollut metsän häviämisessä parhaimmillaankin vain sivuosa. Vain noin joka kymmenennessä hiiltyneessä palmunsiemenessä on puremajälkiä. Sitä paitsi Chilestä löytyy alueita, joilla rotat ja palmut elävät menestyksekkäästi rinnakkain, Mieth huomauttaa.

Chile huono verrokki

– En tiedä ekologeista, mutta arkeologit eivät tee pienestä otoksesta laajamittaisia päätelmiä, kommentoi Hunt. Hänen mukaansa Miethin ja Borkin tulos kertoo ainoastaan, että vain osa kaksikon tutkimista siemenistä on kelvannut rotille.
– Rotat tuskin tykkäävät syödä hiiltyneitä siemeniä. Mieth ja Bork unohtavat kokonaan palamattomat pähkinät, joita on löydetty kaluttuina ympäri saarta. Eikä Chileä voi verrata saareen, koska ekosysteemi on erilainen. Chilessä on petoja, jotka pitävät rottakannan kurissa, Rapa Nuilla ei ollut, hän jatkaa.
– Tiedämme tutkimuksistamme Havaijissa – Mieth kollegoineen ei ehkä tunne niitä – että rotat voivat tuhota palmumetsiä hyvin lyhyessä ajassa. Rotta on tunkeutujalaji ja voi saarilla saada aikaan pahaa jälkeä. Rapa Nui on paljon pienempi kuin Havaiji ja sen lajisto yksinkertaisempi, joten se vahingoittui paljon herkemmin.
Rotta vaikutti Pääsiäissaaren ympäristöön myös verottamalla lintukantaa syömällä niin munia kuin poikasia. Linnuston hupeneminen taas muutti ravinteiden kiertoa.
Huntin mielestä asiasta on kuitenkin aivan turha yrittää vääntää mustavalkoista. – Metsää tuhosivat sekä rotat että ihmiset.

Väkeä paljon enemmän

Antropologian professori Patrick Kirch Kalifornian yliopistosta Berkeleystä on puolestaan sitä mieltä, että tärkein syy metsän hupenemiseen löytyy maataloudesta: polynesialaiset kaatoivat puut bataatti- ja taaroviljelystensä tieltä.
Kirchin mukaan Huntin esittämä arvio saarelaisten määrästä on liian pieni.
– Polynesialaiskulttuureja tutkineena voin kertoa, että 60 ihmistä neliökilometrillä on todella vähän. Vaikka väestö olisi ollut harvanpuoleinen, viljelysten perusteella asukkaita on täytynyt olla ainakin 9 000. Oma arvaukseni on noin 15 000. Isoon väkilukuun viittaa myös moaiden runsaus, Kirch selittää.
Kirch antaa muutenkin tukea Diamondin tulkinnalle.
– Uskon, että useimmat arkeologit arvioivat Pääsiäissaaren asuttamisen alkaneen vuosina 950–1000, jolloin polynesialaiset asuttivat muitakin saaria, kuten Mangarevan ja Marquesan.

Ei mikään Egypti

– Olen ällistynyt, sillä minulle Patrick Kirch on sanonut, että hän pitää kritiikkiämme aiheellisena, Hunt sanoo.
– Oli miten oli, yhtäkään radiohiiliajoitusta ei ole luotettavasti todistettu 1200-lukua vanhemmaksi. Moni tutkija hylkää herkästi tuloksen, joka ei sovi oletuksiin, mutta arkeologian on nojattava näyttöön, Hunt painottaa.
– Kuten Kirch itsekin sanoo, iso väkiluku on pelkkä arvaus.
Huntin mukaan ei ole mitään syytä, miksi kaikki saaret olisi asutettu yhtä aikaa. – Sitä paitsi itäisen Polynesian asutushistoria on uusien löydösten valossa lyhentymässä muuallakin, hän huomauttaa.
Huntin mukaan vertailussa trooppiseen Polynesiaan ei ole muutenkaan järkeä: Pääsiäissaarta ei viljelty ollenkaan niin voimaperäisesti kuin valtaosaa Polynesian saarista. Siellä ei ollut kastelujärjestelmiäkään. Maaperä oli niukkaravinteista, ja kuivuus ja suola karsivat viljelykasvit, joita suosittiin muualla Polynesiassa.
Patsaiden tekokaan ei edellyttänyt suurta väkimäärää. Kivestä ei saa radiohiiliajoitusta, joten moaiden tarkkaa ikää ei tiedetä, mutta lyhyempikin asutushistoria tarjoaa veistämisaikaa satoja vuosia.
– Noin tuhannesta patsaasta vain puolet kuljetettiin pois Rano Rarakun louhimosta. Niitä tarvitsi siis siirtää enintään muutama vuodessa, Hunt laskee. Hän huomauttaa kokeiden ja patsastutkimusten osoittaneen, että jättiläismäisten patsaiden liikuttelu onnistuu 10–20 hengen voimin.
– Rapa Nui ei ollut Egypti, missä pyramidipaasien kuljettamiseen tarvittiin satoja ihmisiä.

Esimerkki kansanmurhasta

Huntin mukaan suuri osa Pääsiäissaaren ”faktoista” nojaa pelkkiin oletuksiin, joita todelliset arkeologiset löydöt eivät tue.
– Kukaan ei väitä, ettei Rapa Nui olisi menettänyt metsäänsä ennen kuin eurooppalaiset tulivat, mutta ekokatastrofi ei aiheuttanut väestöromahdusta. Sen aiheuttivat vasta eurooppalaiset, jotka toivat tauteja ja veivät ihmisiä orjiksi, hän sanoo.
– 1860-luvulla yli tuhat rapanuita kuljetettiin pois saarelta. 1870-luvulla alkuperäisiä saarelaisia oli enää noin sata. Rapa Nui on siis esimerkki kansanmurhasta. Mitään itse aiheutettua romahdusta ei tapahtunut.
– Eurooppalaiset epäilemättä saivat aikaan vahinkoa, mutta suuret mullistukset oli nähty ennen heidän tuloaan, Jared Diamond kuittaa.
– Diamondin esittämä ekotuhotarina on houkutteleva metafora, kun miettii planeettamme tilaa, mutta näyttö viittaa ihan erilaiseen tapahtumien kulkuun, Terry Hunt vastaa.
Kirsi Heikkinen on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.
Artikkeli perustuu Terry Huntin, Jared Diamondin, Andreas Miethin ja Patrick Kirchin sähköpostihaastatteluihin ja tutkijoiden artikkeleihin ja kirjoihin.
Julkaistu Tiede-lehdessä 9/2010

Elämme tulivuoren juurissa

Tiede lehti:

Suomen vankalla kallioperällä on takanaan rauhaton nuoruus. Täällä on ollut valtameri, tulivuorisaaria ja uhkeita poimuvuoria. Villit vaiheet tallentuivat kiviin geologien tulkittaviksi.

Jääkauden muovaaman saaristomaiseman keskellä on vaikea kuvitella, että meilläkin on joskus ollut tulivuoria ja Himalajan tyyppisiä poimuvuoristoja.

Peruskallio itse kuitenkin kertoo tarinaa levottomasta lapsuudestaan tropiikin tuliperäisillä saarilla ja tyrmäävistä nuoruusvaiheistaan keskellä mannerten kolaria.

Hurjuus näkyy rantakalliosta
Gåsgrundin kalliosta löysin selvän merkin valtavien massojen puserruksesta: tumman, u-kirjaimen muotoisen kiemuran, joka halkoo jään ja aaltojen silottamaa kalliota. Geologeille se on poimu, mutkalle painunut kivikerros ja todiste muinaisesta mannerten törmäyksestä.

Näytän valokuvaa poimusta professori Martti Lehtiselle, kokeneelle kivitutkijalle, joka hiljan jäi eläkkeelle Helsingin yliopiston Geologian museon johtajan tehtävistä. Tumma osuus poimun kyljillä on sarvivälkegneissiä. Sellaista syntyy, kun kivi muuttuu eli metamorfoituu törmäyksen kovassa paineessa ja kuumuudessa.

Samasta kalliosta näkyy, että ennen kuin kolari on rytännyt kivikerrokset, meillä on sauhunnut tulivuoria. Lehtisen harjaantunut silmä nimittäin paljastaa gneissin alkuperäksi tulivuoren purkaustuotteet: tuhkan ja räjähtäen sinkoutuneet kivisirut. Vaaleissa raidoissa hän näkee vielä tuhkaan sekoittunutta savea ja hiekkaa ja niiden perusteella hän arvioi purkaustuotteiden kerrostuneen matalaan veteen.

Tumman gneissipoimun yhteen kylkeen on tunkeutunut punertavanruskeaa graniittia. Katsotaanpa. Gneissi oli siis muodostunut tulivuorentuhkasta, joka on purkautunut maanpinnalle, mutta graniitin tiedetään syntyvän syvällä maankuoressa. Kiilan tavoin tunkeutumisesta kuitenkin näkee, että graniittijuoni on poimutusta nuorempi.

Jotta tällainen rakenne on voinut syntyä, tuhkakerrosten on täytynyt törmäyksessä hautautua valtavan syvälle kallioperän uumeniin. Siellä kivet alkoivat sulaa ja syntyi graniittista magmaa, jota pursui kallion halkeamiin. Niin saivat alkunsa Etelä-Suomen graniitit - piilossa kilometrien syvyydessä vuoriston juuriosissa.

Miten kaikki tämä oikein tapahtui, ja kuinka graniitit päätyivät pintaan?

Suomi halkesi valtamereksi
Valtamerestä se alkoi. Sellainen oli avautumassa Suomen poikki runsaat kaksi miljardia vuotta sitten, ja tuosta tapahtumasta käynnistyi Etelä-Suomen kallioperän kehitys. Täkäläinen vanha manner oli repeämässä, ja kamaramme muistutti nykyistä Itä-Afrikan hautavajoaman maisemaa.

Repeily alkoi jo noin 2,5 miljardia vuotta sitten, jolloin vanha manner sijaitsi trooppisilla leveyksillä päiväntasaajan eteläpuolella. Mantereen alle kertyi lämpöä, joka pani maapallon uloimman kerroksen eli litosfäärin tässä kohdin venymään ja natisemaan liitoksissaan. Maa järähteli, ja kun kivi lopulta antoi periksi, siihen aukesi railoja, joihin tunkeutui magmaa. Osa siitä purkautui ulos tulivuorista, osa jäi syvälle kallioperän onkaloihin. Maankuoren liikkeet synnyttivät kaakkois-luoteissuuntaisia kapeita repeämäaltaita, tulevan meren enteitä.

Vähä vähältä kuoren venytys jatkui ja vajoamalaaksot syvenivät ja levenivät. Noin 2,1 miljardia vuotta sitten merivesi täytti ne. Repeämäkohtaan alkoi kehittyä valtameren selänne, jossa erkaantuvien litosfäärilaattojen väliin pulppusi magmaa ja siitä syntyi uutta merenpohjaa.

Merenpohjaakin jäi talteen
Kappale täkäläistä merenpohjaa lähes kahden miljardin vuoden takaa on jopa säilynyt osana kallioperää Outokummussa ja Paltamon Jormualla. Tämä Jormuan ofioliitiksi kutsuttu merenpohjan kerrostumien poikkileikkaus on lajissaan ainutlaatuinen, sillä se on maailman vanhin täysin säilynyt ofioliitti. Se todistaa, että maapallon litosfäärilaatat liikkuivat ainakin jo noin varhain.

Merenpohjassa muodostui uutta kiveä muustakin kuin magmasta. Sitä mukaa kuin mantereiden kivet rapautuivat ja kuluivat, joet kuljettivat irronnutta ainesta valtamereen. Aikojen kuluessa mereen kerrostuneet sedimentit tiivistyivät ja kivettyivät. Näin syntyi sedimenttikiviä: esimerkiksi sorasta karkearakeista konglomeraattia, hiekasta hienompijakoista hiekkakiveä ja savesta sileän näköistä savikiveä.

Etelä-Suomi oli tulivuorisaarina
Valtameri laajeni edelleen, ja sen pohjalaattojen liikkeet nostivat tuliperäisiä saariketjuja, joiden rantoja trooppinen meri hyväili. Näiden Japania muistuttaneiden saarten kivestä alkoi muovautua Etelä-Suomen kallioperän päämassa.

Saarivaihe virisi, kun merenpohjalaatan vanhimmat osat ikääntyessään jäähtyivät ja tiivistyivät ja kävivät ympäristöään painavammiksi. Syntyi subduktio- eli alityöntövyöhykkeitä, joissa yksi laatan osa vajosi toisen alle.

Työntö ei sujunut rauhallisesti ja sulavasti, vaan maa järähteli ja tulivuoret purkautuivat. Kuumaan vaippaan painuvan laatan reuna alkoi sulaa ja vapautti nousevaa kiviainesta, joka matkallaan sulatti osittain myös yläpuolista merenpohjan laattaa. Siitä erkani erityyppisiä kivisulia, joista muodostui laatan alkuperäistä kiveä kevyempiä kivilajeja: toisin sanoen syntyi kevyemmän, mantereisen kuoren paloja.

Sitkaimmat sulat jäivät magmakammioihin kuoren sisään, ja niistä muodostui syväkiviä, kuten dioriittia ja graniittia. Näiden kivilajien kiderakenne erottuu paljaalla silmällä, koska kammioiden hitaan jäähtymisen ansiosta kiteet saivat kasvaa rauhassa.

Liukkaimmat sulat purkautuivat pinnalle tulivuorten kraattereista. Näin syntyi pintakiviä, kuten basaltteja, jotka laavan nopean jäähtymisen takia jäivät pienirakeisiksi.

Uusien pinta- ja syväkivien muodostamat mantereiset kuorenpalat kohosivat kevyempinä vanhaa merenpohjaa korkeammalle tulivuorisaariksi. Iäkkäimmät meiltä löydetyt noiden tulivuorten tuottamat kivet ovat noin 1,9 miljardia vuotta vanhoja.

Helsingissä hurjia purkauksia
Jälkien perusteella tulivuorisaarilla kalliot räjähtelivät pirstaleiksi, maahan satoi kiviä ja tuhkaa, ja ilmaan suihkusi laavaa.

Esimerkiksi Helsingin Kaivopuiston kallion koillisreunassa konserttiyleisö voi nykyään kaikessa rauhassa istuskella kivettyneeltä soralta näyttävän kiven päällä. Sora ei kuitenkaan koostu mistä tahansa murskeesta, vaan sen yli 64-milliset kivet ovat sataneet maahan tulisuihkun saattelemina vulkaanisina pommeina.

Lisäksi laavaa purkautui mereen. Vedenalaisesta jähmettymisestä jäi todisteeksi tyynylaavaa, jonka rakenne nimensä mukaisesti muistuttaa tyynykasaa. Sellaista syntyy, kun vesi jäähdyttää kivisulan pinnan niin äkkiä, ettei yhtenäistä laavavirtaa leviä, vaan merenpohjalle tursuaa kasa pötkylöitä kuin jättiläisen hammastahnaputkilosta. Pötkylöiden pintaan ei ehdi muodostua kiteitä lainkaan, joten jäähtymiskuoresta tulee lasimainen kerros. Se ja tyynyjen väliin kertynyt pehmeämpi, helpommin kuluva kivi paljastavat muinaisen tyynylaavan muodot nykykallioissa.

Suomi kasvatti omat alpit
Seuraavaksi Suomeen nousi uhkea poimuvuoristo. Tämä tapahtui 1,9-1,8 miljardia vuotta sitten, kun trooppiset saarikaaret kolaroivat toistensa ja vanhan mantereen kanssa ja hitsautuivat lopulta kaikki yhteen meidän tuntemaksemme Suomen kamaraksi.

Törmäyksiä edeltänyttä trooppista merivaihetta kesti runsaat 200 miljoonaa vuotta. Sinä aikana litosfäärin liikkeet kuljettivat vanhan mantereen etelästä Kauriin kääntöpiirin tienoilta päiväntasaajan yli lähelle Kravun kääntöpiiriä. Ajan mittaan alityöntövyöhykkeet alkoivat niellä litosfäärilaattaa nopeammin kuin uutta merenpohjaa syntyi. Meri alkoi kutistua. Tuliperäiset saariketjut ajautuivat kohti mannerta.

Mantereen ja saarikaarten törmäyksessä litosfäärilaatat puskivat yhteen, mikä tuotti hurjan paineen ja kuumuuden. Miedommissa oloissa syntyneet mineraalit kävivät pysymättömiksi, hajosivat ja reagoivat keskenään. Syntyi metamorfisia kiviä, kuten liuskeita ja gneissejä.

Myös kivimassojen järjestys sekoittui perusteellisesti. Kerrostumat pirstoutuivat, hajaantuivat ja likistyivät toisiaan vasten. Maan pinnalla syntyneet kivet saattoivat hautautua syvälle toisten alle, niin ettei enää ole itsestään selvää, mikä oli alun perin alla ja mikä päällä.

Kun kerrokset puristuksessa taipuivat ja ruttaantuivat, ne saattoivat jopa nousta pystyyn. Esimerkiksi joissakin tienvarsien kallioleikkauksissa näkee tästä kieliviä pystyjä raitoja. Myös tiukasti poimuttuneet kiharaiset kerrokset ovat helposti havaittavia rutistuksen muistomerkkejä.

Valtavan törmäyksen näkyvin vaikutus oli kuitenkin koko maankuoren paikallinen paksuneminen. Se kohosi korkeuksiin.

Graniitit kypsyivät jälkilämmössä
Syvällä poimuvuoriston kätköissä muodostui valtaosa Etelä-Suomen nykyisistä graniiteista.

Niiden syntyaikoihin, runsaat 1,8 miljardia vuotta sitten, kallioperän rutistuminen ja kivien metamorfoosi olivat voimakkaimmillaan. Poimuvuoriston tyviosat painuivat syvälle kuumaan vaippaan, missä ne sulivat ja lähettivät magmaa kohoamaan kohti pintaa.

Magman nousu ja viimeisten saariketjujen puskeminen päin mannerta nostivat lämpötilan kuoressa niin korkeaksi, että myös vuoren uumeniin hautautuneet savisedimenttiperäiset liuskeet ja gneissit alkoivat sulaa.

Gneisseistä erkani noin 650 asteessa kivipuuroa, sitkasta graniittista sulaa, joka erottui sulamattomasta osasta omiksi raidoikseen tai lähti liikkeelle ja kertyi kiven rakoihin suoniksi, pieniksi silmiksi tai isoiksi linsseiksi.

Syntyi graniitteja sekä migmatiitteja eli seoskiviä, jotka koostuvat vaaleasta graniittisesta ja tummasta gneissisestä osasta.

Mihin hävisi 18 kilometriä kiveä?
Samaa vuorten kivisulasta kiteytynyttä graniittia kohtasin kesäretkellä Gåsgrundin rantakalliolla. Tuntuu uskomattomalta, mutta runsaat 1,8 miljardia vuotta sitten auringonottokallioni piileskeli vielä 18 kilometrin syvyydessä, silloisissa sopivissa oloissa graniittien ja migmatiittien syntymiselle. Siellä pimennossa vanhojen tulivuorten ja vastakohonneen poimuvuoriston juuriosissa kehittyi meille tuttu peruskallio.

Nykyisin Suomen korkokuvassa ei enää näy jälkeäkään poimuvuoristosta. Itse asias¬sa niin on ollut jo yli puoli miljardia vuotta: ainakin eläinkunnan aamusta eli kambrikauden alusta lähtien. Siihen mennessä eroosio oli paljastanut graniitit, joiden harteilla vuoret lepäsivät. Tämä tiedetään siitä, että samojen graniittien päällä on paikoin säilynyt kerrostuneina kambrikautisia sedimenttejä. Runsaassa miljardissa vuodessa eroosio oli höylännyt kallioperästä tuon 18 kilometriä.

Olivatko vuoremme siis kaksi kertaa Everestin korkuisia? Eivät sentään, vaan syvät juuret nousivat ylemmäs sitä mukaa kuin huiput kuluivat matalammiksi. Nousu johtui maankuoren pyrkimyksestä tasapainotilaan.

Maankuori nimittäin kelluu itseään tiiviimmän vaipan päällä vähän kuin veteen asetettu laudankappale. Kun sen päälle pinoaa toisen laudan, tulos kyllä kelluu korkeampana mutta samalla sen pohja alkaa uida syvemmällä. Kooste hakeutuu uuteen tasapainotilaan, jossa uponneeseen osaan kohdistuva noste on yhtä suuri kuin koko kappaleen paino. Kappaleissa, joiden tiheys on sama, uintisyvyys riippuu siis paksuudesta. Niinpä jos toinen lauta taas nostetaan pois, lautasaari madaltuu ja samalla sen juuriosien uppoama pienenee.

Kelluvan lautapinon rakentamista ja purkamista vastaava ilmiö tapahtui Suomenkin maankuorelle, kun se ensin törmäyksessä paksuni ja alkoi sitten pinnastaan kulua. Vähitellen sen alaosa kohosi ja meidän tutut graniittimme näkivät päivänvalon.

Jääkausi vain puhdisti pinnat
Paljon myöhemmin jääkaudet hioivat omat merkkinsä maankuoreen. Muistan Gåsgrundin silokallion uurteet.

Olivathan ne vaikuttavia, mutta nykyisin ne tiedetään pelkäksi pintasilaukseksi. Geologien arvioiden mukaan jää poisti kalliosta vaivaiset seitsemän metriä: lähinnä puhdisti rapautumispinnat. Samalla se kyllä lakaisi peruskallion päältä lähes kaikki elämän historian arkistot, sikäli kuin niitä oli täällä paljon ollutkaan.

Noin 10 000 vuotta sitten vetäytyvän jäätikön alta paljastui alaston kallio, josta sen muinaisimmat vaiheet ovat nyt vapaasti luettavissa.

Martti Lehtinen vertaakin maankamaraamme historiankirjaan, josta on jäljellä vain ensimmäinen ja viimeinen sivu eli kallioperä ja sen päälle viime jäätiköitymisen jälkeen kerrostunut maaperä. Meillä on niukasti elämän kehityksestä kertovia fossiileja, mutta sen sijaan geologimme pääsevät perehtymään kallioperän syntyprosesseihin, jotka liki kaksi miljardia vuotta sitten jylläsivät syvällä pinnan alla.

Eeva Mäkelä on filosofian tohtori, geologi ja vapaa toimittaja.

Kolari ruttasi mantereet

Pääteksti kertoo Etelä- ja Länsi-Suomen kallioperästä, uudesta mantereesta, jonka pääosa sai alkunsa valtameren tulivuorisaarina noin 1,9 miljardia vuotta sitten.

Hajanaiset osat Pohjois- ja Itä-Suomea edustavat puolestaan vanhaa mannerta, joka syntyi jo 3,1-2,6 miljardia vuotta sitten eri-ikäisten mannersaarekkeiden yhdistyessä.

Sauma vanhan ja uuden välillä kulkee osapuilleen linjalla Oulu-Joensuu, mutta vanhan mantereen ja saariketjujen kolari ruttasi ja pirstoi kerrokset niin pahasti, että on mahdotonta sanoa, missä vanhan valtameren rantaviiva kulki.

Kallioperämme onkin kuin kokoamistaan odottava geologinen palapeli: röykkiöittäin sinne tänne lennelleitä magmakerrosten ja sedimenttipatjojen sirpaleita, joiden mineraalit ovat vielä törmäyksessä muuttuneet toisiksi.
Lähes 150 vuotta jatkunut järjestelmällinen kallioperäkartoitus on johdattanut suomalaisgeologit syntyhistorian jäljille. Lisäapuna ovat olleet geofysikaaliset mittaukset, joilla on saatu tietoa pintaa syvemmältä.

Geofysikaalisista mittauksista tarkemmin: Kurkistettin Suomen alle, Tiede 6/2005, s. 46-49, tai tiede.fi/arkisto

Miten muinaisuus tunnetaan?

- Muinaisten mannerten liikkeitä päätellään tutkimalla kallion magneettisia mineraaleja. Aikanaan kivisulassa ne järjestyivät vallitsevassa magneettikentässä kuin kompassineulat. Sulan kiteytyessä suuntaus jäi pysyväksi. Sitä tulkitsemalla saa selville sekä magneettisten napojen suunnan kiteytymishetkellä että leveysasteen, jolla manner sijaitsi.

- Kallioperän tapahtumien järjestyksestä saadaan osviittaa tarkastelemalla erilaisten kerrosten järjestystä. Esimerkiksi poimuttuneen aineksen on täytynyt kerrostua ennen poimutusta, ja toisten lomaan tunkeneet rakenteet ovat viimeisiä tulokkaita.

- Tarkkaa ajoitusta varten kiven ikä määritetään sen sisältämien radioaktiivisten isotooppien avulla. Kun tietyn isotoopin puoliintumisaika tunnetaan, voidaan alkuperäisen radioaktiivisen isotoopin ja kiveen kertyneen pysyvän hajoamistuotteen suhteesta laskea kiven ikä.

Miten leveysaste määritetään magneettikentän voimaviivojen suunnan perusteella eli inklinaatiokompassin toimintaperiaate: ks. Tiede 4/2008, s. 46.

Isoissa myllerryksissä laattoja syntyy ja häviää

- Maapallon jäykkä uloin kerros eli kuoren ja vaipan yläosan muodostama litosfääri koostuu laatoista, jotka kelluvat allaan olevassa vaipassa ja liikkuvat toistensa suhteen.

- Merellinen kuori koostuu tiheämmästä kivestä kuin mantereinen kuori ja on myös ohuempi. Siksi merellinen litosfääri kelluu vaipassa syvemmällä ja muodostaa merenpohjaa, kun paksumpi mantereinen litosfääri kohoaa kuivaksi maaksi.

- Ajan mittaan uusia laattoja syntyy ja vanhoja yhdistyy tai vaippaan vajoamalla häviää. Merellistä kuorta syntyy valtamerten keskiselänteillä vaipasta pursuavasta magmasta. Mantereista kuorta syntyy alityöntövyöhykkeillä alas painuvan laatan ja sen päälle kertyneiden sedimenttien sulaessa.

Laattojen liikkeistä tarkemmin: Kohti uutta Pangaiaa, Tiede 9/2007, s. 16-21, tai.tiede.fi/arkisto sekä nettiekstra tiede.fi/lehti/laatat

Kivi muistaa syntynsä olot.

Laattojen törmäyksissä kivet muuttuvat, ja jälkeenpäin niistä näkee höykytyksen määrän. Kun paine ja kuumuus lisääntyvät, mineraalit reagoivat keskenään synnyttäen uusille oloille tyypillisiä mineraaliseurueita. Kun rutistus heikkenee, ne eivät enää muutu.
Esimerkiksi veteen kerrostuneesta hienorakeisesta savesta tulee ensin liuskeita ja siellä, missä paine ja kuumuus edelleen kohoavat, lopulta gneissejä ja migmatiitteja.

Kiviä syntyy neljällä tavalla

- Sedimenttikivet eli kerrostuneet kivet syntyvät, kun aiempien kivien rapautumistuotteet kasautuvat kerroksiksi, jotka tiivistyvät ja kivettyvät päällä makaavien kerrosten painon alla. Raekoosta riippuen esimerkiksi konglomeraatti, hiekkakivi ja savikivi.

- Syväkivet syntyvät hitaasti kallioperän uumenissa, missä niiden kiteillä on aikaa kasvaa silmin näkyviksi. Esimerkiksi graniitti ja dioriitti.

- Pintakivet eli vulkaaniset kivet syntyvät pinnalle purkautuvasta magmasta, joka jäähtyy niin nopeasti, että kiteet usein jäävät mikroskooppisiksi. Esimerkiksi basaltti.

- Metamorfiset eli muuttuneet kivet syntyvät, kun aiemmat kivet joutuvat voimakkaaseen puristukseen tai kuumuuteen. Esimerkiksi gneissi ja liuske.

Löydä Helsingin migmatiitit

Etelä-Suomessa migmatiitit eli graniitin seostamat gneissit ovat hyvin yleisiä. Niitä syntyi poimuvuoristomme juuriosien sulaessa runsaat 1,8 miljardia vuotta sitten.

Tyypillinen migmatiitti, punertavien graniittisuonien halkoma tumma gneissi, on helppo tunnistaa. Mutta migmatiitteja on joka lähtöön.

Esimerkiksi vanha gneissi näkyy toisinaan riekaleina vaalean graniitin lomassa tai sitten erottuu enää luikertavina haamujuovina, kuten Hangon graniitissa. Hangon graniittia voi ihailla Hangon länsisatamassa mutta myös siitä rakennetun Helsingin rautatieaseman ulkoseinissä.

Myös raitaiseen migmatiittiin voi tutustua Helsingin ydinkeskustassa. Sitä on käytetty esimerkiksi Pohjois-Esplanadin jalkakäytävien ja Kampin Narinkkatorin päällystämiseen.

Lisäksi Keisarinnankivi keskellä Kauppatoria ja Esplanadin puistossa sijaitsevan Runebergin patsaan jalusta ovat migmatiittia.

Kallioperäkohteissakin on valinnanvaraa, onhan migmatiitti Helsingin pääkivilaji. Kaupunkikävelyllä on helpointa suunnata Kaivopuistoon. Siellä tummassa migmatiittigneississä erottuu selvästi vaaleanpunaisia graniittisuonia.

Toimintaohjeita maanjäristyksen varalle

Toimintaohjeita maanjäristyksen varalle

Kun matkustaa maanjäristysherkällä alueella, kannattaa jo etukäteen varautua siihen pieneen mahdollisuuteen, että maanjäristys iskee juuri oman lomamatkan aikana. On hyvä pitää valmiusvarusteita helposti saatavalla, eli paikassa mistä ne saa nopeasti käsiinsä. Näihin varusteisiin kuuluvat esimerkiksi henkilöpaperit ja tärkeimmät yhteystiedot, tärkeät lääkkeet, taskulamppu ja pattereita, sekä ensiapulaukku. Matkaradio on myös erittäin tärkeä varuste, sillä sen kautta kuulee usein parhaiten viranomaistiedotteet.

Oli hätätilanne millainen hyvänsä, maanjäristys, tsunami taikka hirmumyrsky, siihen kannattaa varautua laatimalla viestintäsuunnitelman siltä varalta, että perheenjäsenet joutuvat eroon toisistaan. Viestintäsuunnitelma varmistaa, että jäsenet löytävät toisensa katastrofin jälkeen. Perheen yhteyshenkilöksi kannattaa sopia joku kotiin jäänyt sukulainen. Katastrofin jälkeen on usein helpompaa soittaa kaukopuheluita, joten jokaisen voi olla helpompi saada yhteyttä yhteyshenkilöön kuin toisiinsa. Kaikkien perheenjäsenten tulee kuitenkin tietää yhteyshenkilön nimi, osoite ja puhelinnumero.

Kun järisee

Kun maanjäristys iskee, kannattaa ensinnäkin yrittää säilyttää mielenmaltti. Perheenjäsenten täytyy pyrkiä pysymään yhdessä ja jokaisen olinpaikka tulee varmistaa. Liikkumista kannattaa välttää, ellei sitten siirry jossakin lähellä sijaitsevaan turvallisempaan paikkaan. Paikallisviranomaisten tiedotteita kannattaa seurata ja annettuja toimintaohjeita totella.

Jos on järistyksen sattuessa sisätiloissa, kannattaa pudottautua lattialle ja suojautua esimerkiksi vankan pöydän alle tai kyyristyä nurkkaan ja suojata pää ja kasvot käsillä. Särkyvien lasien, kuten ikkunoiden, sekä putoavien esineiden läheisyyttä kannattaa välttää. Liikkuminen ja ulos pyrkiminen on turvallista vasta tärinän lakattua. Hissejä ei kannata edes yrittää käyttää. Järistyksellä voi olla monia jälkiseurauksia, kuten vioittuneista sähkölaitteista aiheutuneita tulipaloja, joten myös valonkatkaisijoita kannattaa välttää.

Jos sattuu olemaan ulkona kun tärinä alkaa, ei kannata pyrkiä sisätiloihin: parasta on pyrkiä pois rakennusten, sähköjohtojen ja katuvalojen läheltä mahdollisimman aukealle paikalle. Jos sattuu olemaan autossa järistyksen alkaessa kannattaa pysyä sen sisällä tärinän loppumiseen saakka ja pysäyttää auto mahdollisimman kauas sähkölinjoista, katuvaloista ja rakennuksista. Jos alkaa järistä silloin, kun makoilee ja ui juuri uimarannalla, kannattaa siirtyä pois vedestä ja sen läheisyydestä, ja etsiä turvaa korkeammalta maalta. Hyökyaallot ovat maanjäristyksen mahdollisia seurauksia.

Maanjäristyksen jälkeen

Kun tärinä lakkaa, kannattaa ottaa mukaan varatut valmiusvarusteet ja siirtyä pois hotellihuoneesta tai muista sisätiloista. Tämän jälkeen koko perhe kokoontuu etukäteen sovittuun paikkaan. Yhä edelleen kannattaa seurata tiiviisti viranomaisten tiedotteita. Puhelimia kannattaa käyttää vain hätätapauksissa. Matkailijan kannattaa ilmoittaa oma tilanteensa suurlähetystölle, joka välittää tiedot Suomeen. Ennen kuin voi palata hotelliin, täytyy odottaa että viranomaiset antavat siihen luvan.

Geolämpö ei lopu

Geolämpö ei lopu

Otsikoi ja kirjoita vihkoosi teksti kysymysten pohjalta:

1. Mitä tarkoittaa geoterminen energia ja mistä sen lämpö on peräisin?
2. Miten paljon geotermistä lämpöä tuotetaan verrattuna koko maailman sähköntuotantoon?
3. Mitä ongelmia on lämmön talteen saamisessa?
4. Miksi Suomi ei ole paras mahdollinen alue geotermisen lämmön hyödyntämisen kannalta?
5. Mitä tekniikkaa pitää kehittää, että päästään syvemmälle maankuoren läpi?

6. Mikä tulevaisuudenvisio siintelee noin 200 vuoden kuluttua?

Geoterminen energia on maapallon sisästä tulevaa energiaa, joka aiheutuu kiven radioaktiivisuudesta, maapallon sisuksen jäähtymisestä tai vulkanismista. Maapallon uumenissa on mittaamattomasti lämpöä, mutta jo pintaa naarmuttaen ihmiskunta voisi saada käyttöönsä yli tuhat kertaa enemmän energiaa kuin tarvitsee.

Massachusettsin teknisen korkeakoulun MIT:n johtama asiantuntijapaneeli on arvioinut, että pelkästään Yhdysvalloissa kannattaa rakentaa vuoteen 2050 mennessä sata gigawattia geotermistä sähkötehoa. Se tarkoittaisi sataa tuhannen megawatin voimalaa, mikä vastaa yli 60:tä Olkiluoto 3:n kokoista yksikköä. Geovoimalat tuottaisivat 5–10 prosenttia maan sähköstä.

Myös Ranskassa, Sveitsissä, Saksassa ja muualla Keski-Euroopassa sekä Australiassa on käynnissä suuria hankkeita geotermisen energian hyödyntämiseksi.

Jo oli aikakin, voi joku sanoa. Miksi kaivaa fossiilia ja polttaa sitä, kun voi nostaa ylös valmista lämpöä ja höyryä? Viime vuosisadalla syntyikin uusi käsite: lämmön louhinta (heat mining).

Allamme helvetillisesti lämpöä
Noin 99 prosenttia maapallon tilavuudesta on kiinteää tai sulaa kiveä, jonka lämpötila on tuhat astetta tai enemmän. Lopusta yhdestä prosentistakin valtaosa on vähintään sata-asteista kiveä.

Kävelemme kuuman kivimeren päällä. Lämpö on säilynyt maankuoren alla varhaisilta geologisilta kausilta. Lisääkin syntyy radioaktiivisen hajoamisen tuloksena. Meidän allamme toimii lukematon määrä pieniä atomiparistoja.

Jo maankuoren uloimmassa 20 kilometrin graniittikerroksessa on niin paljon radioaktiivisia aineita – uraanin, toriumin ja kaliumin isotooppeja – että ne tuottavat hajotessaan enemmän energiaa kuin ihmiskunta tällä hetkellä kuluttaa.

Käsitykset maapallon syvyyksien lämpömääristä vaihtelevat, mutta pienimpienkin arvioiden mukaan geoterminen lämpö riittää kattamaan ihmiskunnan kaikki energiatarpeet tuhansiksi vuosiksi eteenpäin.

Kaikki alkoi Larderellon höyryistä
Mikä parasta, tekniikkaa kuumien syvyyksien energian hyödyntämiseksi on ollut olemassa ja käytössä jo yli sata vuotta.

Kuumissa lähteissä on kylvetty paljon pitempäänkin, mutta teollisen geotermisen voiman tarina alkoi 1800-luvun alkupuolella Larderellon kaupungissa Keski-Italiassa.

Tarkkaan ottaen silloin ei vielä ollut kaupunkia, mutta alueella toimi ranskalainen teollisuuspatruuna François de Larderel. Hän erotti vulkaanisesta mudasta boorihappoa höyryn avulla.

Höyry tuotettiin aluksi polttamalla halkoja, mutta pian metsät kävivät vähiin. Larderel katseli ympärilleen ja huomasi, että maasta nousee valmista höyryä. Hän alkoi valmistaa boorihappoa geotermisellä energialla. Larderelin kunniaksi paikkakunta nimettiin Larderelloksi.

Jos maasta saadaan lämpöä, niin mikä estäisi tuottamasta sähköäkin. Italialainen prinssi Gionori Conti rakensi 1904 koelaitoksen Larderelloon. Hänen höyryvoimalansa tuotti virtaa muutamaan sähkölamppuun. Kaupallinen, 250 kilowatin voimala käynnistyi 1913.

Halvan öljyn aikana geoterminen energia oli eksoottinen kummajainen, mutta 1958 käynnistettiin sentään toinen voimala, Wairakeissa Uudessa-Seelannissa. Sitten voimaloita nousi ympäri maailman: Yhdysvaltoihin, Japaniin, Venäjälle, Islantiin.

Nykyään sähköä tuotetaan geotermisesti 24 maassa. Vuonna 2005 tuotanto oli yhteensä noin 57 terawattituntia. Luku on noin kolme promillea maailman sähköntuotannosta.

Lämpö pitää erottaa kalliosta
Halvan öljyn aikana geoterminen lämpö ei juuri kiinnostanut. Vieläkin maailma elää enimmäkseen vanhoissa ajoissa, mutta tutkijat alkoivat jo 1970-luvulla miettiä, miten tuottaa geotermistä energiaa suuressa mitassa.

Nykyiset geotermiset voimalat toimivat poikkeuksellisissa paikoissa, joissa kuuma vesi virtaa maan pinnalle. Muualla lämpöä nousee vähän. Kallioperä eristää tehokkaasti.

Entä sitten, kysyivät tutkijat. Harvassa paikassa öljykään itsestään nousee maasta, mutta kun porataan reikä, kuiva kallio voi muuttua rikkauksien lähteeksi.

Lämmön louhinnalla ja öljyn poraamisella on siis yhtäläisyyksiä, mutta on myös tärkeitä eroja. Lämpö on erotettava kuivasta kalliosta ja kuljetettava ylös veden avulla. Vesi on siis saatava kiertämään kallion kautta.

Siksi porataan vähintään kaksi reikää sopivaan, tavallisesti muutaman kilometrin syvyyteen, jossa lämpötila on 150–200 astetta. Putkien väliseltä alueelta murennetaan kiveä paineistetulla vedellä, räjäyttämällä tai kemikaaleilla. Näin muodostuu huokoinen, riittävän hyvin vettä läpäisevä kerrostuma.

Toista reikää myöten syötetään sitten alas vettä. Se virtaa rikotun, huokoisen kallion läpi, kuumenee ja nousee ylös toista reikää myöten. Vesi höyrystyy ja käyttää turbiinia samoin kuin perinteisissä höyryvoimaloissa.

Laitos toimii tasaisesti
Geotermisen energian paljous on hyvä syy porata lämpöreikiä maahan. Toinen syy on energian laatu.

Aurinko-, tuuli- ja vesivoiman teho vaihtelee jyrkästi, mutta geotermistä energiaa virtaa tasaisesti ympäri vuorokauden ja kaikkina vuodenaikoina. Tasaisuutta mitataan käyttöasteella, joka kertoo, kuinka suurta osaa kapasiteetista kyetään vuoden mittaan käyttämään. Jos laitos toimisi koko ajan nimellisteholla, käyttöaste olisi sata prosenttia.

Maailman energianeuvoston World Energy Councilin tilasto vuodelta 2005 kertoo, että geotermisten voimaloiden käyttöaste oli 73 prosenttia, tuulivoiman 21 ja aurinkoenergian 14.

Parhaat geotermiset voimalat yltävät 90 prosenttiin eli hyvien ydinvoimaloiden tasolle.

Suomessa kivi on kylmää
Kuuman kallion tekniikka mahdollistaa geotermisen energian hyödyntämisen laajoilla alueilla, mutta ei kaikkialla. Kiven täytyy olla tarpeeksi kuumaa ja lisäksi riittävän huokoista, jotta vesi pystyy kuljettamaan lämmön pinnalle. Suomessa näin ei ikävä kyllä ole.

Suomen kallioperässä lämpövuo on Geologisen tutkimuskeskuksen tekemien mittausten mukaan keskimäärin 37 milliwattia neliömetriä kohti, kun mantereilla keskiarvo on noin 65 milliwattia neliöltä. Kuumimmilla alueilla lämpövuo nousee yli kolmensadan milliwatin.

Suomen kallioperä myös läpäisee heikosti vettä. Huokoisuus on alle yhden prosentin. Senkään vuoksi kuuman kiven tekniikka ei vaikuta täällä kovin lupaavalta.

Otollisimpia kuuman kiven tekniikalle ovat luonnollisesti vulkaaniset alueet, mutta esimerkiksi Etelä-Australiassa sijaitsevaan Innaminckaan on ensi talvena valmistumassa voimala, jonka alla on radioaktiivisuuden lämmittämää graniittia.

Syvemmälle pitäisi päästä
Toistaiseksi olemme puhuneet vain kovan kallioperän pintakerroksen energian hyödyntämisestä. Lähimmät vuosikymmenet geoterminen tekniikka joutuu edelleen raapimaan pintaa.

Seuraaviakin askelia on kyllä mietitty. Nyt reikiä porataan 2–3 kilometrin syvyyteen, joskus harvoin 5–6 kilometriin asti. Suurimmillaankin syvyys on vain noin tuhannesosa maapallon säteestä.

Nykyinen poraustekniikka on omaksuttu öljyn ja kaasun tuotannosta, mutta kun reikien syvyyttä halutaan kasvattaa ja kustannuksia pienentää, tarvitaan uudenlaiset porat.

Tutkijat puhuvat kumouksellisista porausmenetelmistä, joita etenkin New Mexicossa toimiva Sandian kansallinen laboratorio on kehittänyt.

On ideoitu poria, jotka ampuvat teräskuulia kuin konekivääri luoteja. On kehitetty poria, jotka leikkaavat kiveä liekkisuihkulla. Yksi 1900-luvun haaveista, suuritehoinen laserpora, saattaa toteutua meidän vuosisadallamme. Porausta voidaan tehostaa myös kemiallisesti, syövyttämällä kiveä suolahapolla tai muilla hapoilla.

Magmaan vielä pitkä matka
Vielä kaukaisemmassa tulevaisuudessa hyödynnetään magman energiaa.

Yhdysvaltalaistutkijat kokeilivat jo 1970- ja 1980-luvulla Kilauean laavajärvellä Havaijissa sulan kiven ”poraamista” vesisuihkun avulla. Höyrystyvä vesi jäähdyttää magmaa tehokkaasti niin, että porana toimiva putki pysyy ehjänä. Jäähdytyksessä syntynyt höyry nousee putken ulkoseinää myöten pinnalle ja pyörittää turbiinia.

Venäläinen astrofyysikko Nikolai Kardašev luokitteli 1960-luvulla maailmankaikkeuden mahdolliset sivilisaatiot energian käytön mukaan. Ensimmäisen luokan sivilisaatio pystyy käyttämään planeettansa kaikkia energiavaroja. Yhdysvaltalainen fyysikko Michio Kaku ennusti myöhemmin, että ehkä kahdensadan vuoden päästä ihmiskunta saavuttaa ykköstason. Nyt taaperramme vielä nollaluokassa.

.

Kurkistettiin Suomen alle

Kurkistettiin Suomen alle

Peruskalliomme uumenissa on epätavallisen painavaa kiveä

ja kummallisia suksenmuotoisia rakenteita. Tämä selvisi,

kun kallioperäämme luodattiin tarkemmin kuin koskaan aiemmin.

Löydöt ovat muistoja ajasta, jolloin mannerlaatat ovat täälläkin kolaroineet rajusti.

1. Miksei Suomessa ole Himalajaa? Potentiaalia nimittäin olisi.

Mantereiden maankuoren keskipaksuus on runsaat 40 kilometriä, mutta Keski-Suomessa kuori on muinaisten laattatörmäysten jäljiltä keskimäärin 52 kilometrin paksuista. Yleensä näin muhkeaa kuorta tavataan ainoastaan suurten vuoristojen alueella. Vain niiden massan pitäisi riittää painamaan kevyt, mantereinen kuori näin syvälle vaippaan, jonka päällä se kelluu kuin korkki vedessä. Siksi koko keskisen Suomen pitäisi teoriassa koostua kilometrien korkuisista huipuista.

Nykyisen vuorettomuuden selitykseksi ei riitä pelkästään kallioperän pintaa kuluttava eroosio. Toki eroosiokin on ollut mittavaa. Suomessa nyt maanpinnalla olevat kivet ovat kiteytyneet 10–15 kilometrin syvyydessä, joten tämän verran kuorestamme on kulunut pois sen jälkeen, kun se noin 1,8 miljardia vuotta sitten muodostui. Muinaisia vuoria on siis höyläytynyt hiekaksi. Tällaisen eroosion yhteydessä vuoristoinen kuori samalla ohenee normaaliin paksuuteensa – yleensä. Näin ei siis ole Keski-Suomessa käynyt, vaan alueen ylipaksu kuori kelluu kymmenen kilometriä syvemmällä kuin pitäisi.

Paksuusmysteerin selitykseksi on ehdotettu poikkeuksellista rakennetta. Keski-Suomen maankuoren kivien täytyy olla erikoisen tiheitä ja raskaita, varsinkin kuoren alaosassa. Tässäkin toimii korkkirinnastus: jos korkkiin sidotaan lyijynpala, se ui syvemmällä.

Nyt tälle oletukselle on saatu konkreettista vahvistusta. Se, että Keski-Suomen maankuori todella on alaosastaan epätavallisen tiheää, on yksi viime vuosien seismisten heijastusluotausmittausten alustavista tuloksista.

2. Mitä tarkoittaa että Suomen kuori vanha ja myllertynyt?

Maankuoremme nykyrakenteen ymmärtää parhaiten, kun tietää, miten se on syntynyt.

Kun maapallo muotoutui osana aurinkokuntaamme lähes viisi miljardia vuotta sitten, raskaimmat aineet erkanivat planeettamme sulasta kivimassasta ja painuivat syvälle sen uumeniin. Näin syntyi ydin, joka koostuu pääosin raudasta ja nikkelistä. Maapallon pinnan jäähtyessä siihen muodostui ohut kuori, jonka kevyimmät osat, mantereet, aloittivat oman kiertolaiselämänsä. Ytimen ja kuoren väliin jäi vaippa, jonka aines muokkautuu jatkuvasti ja tuottaa paikoin sulan kiviaineksen pesäkkeitä. Niistä magmaa purkautuu tulivuorten kautta maanpinnalle.

Suomen kallioperän pääpiirteet saivat nykyasunsa 2,7–1,8 miljardia vuotta sitten. Mantereiden liikkuessa kallioperämme vuoroin repesi valtameren erottamiin osiin, vuoroin taas yhdistyi. Syvyyksistä nouseva sula kiviaines muokkasi kalliota edelleen. Näiden tapahtumien seurauksena syntyi muun muassa törmäysarpia ja kalliopoimuja sekä repeämä- ja siirrospintoja.

Lisäksi kallioperässämme on myöhempien tapahtumien jälkiä: esimerkiksi rapakivigraniitit ja Muhoksen ja Satakunnan kalliorepeämiin kertyneet hiekkakivet sekä "nuoret", vain muutaman sadan miljoonan vuoden ikäiset alkalikivimassiivit ja timanttipitoiset kimberliittipiiput.

Nämä vanhat ja nuoret jäljet muodostavat kallioperämme geologisen muistin, jota voidaan tutkia geologian ja geofysiikan keinoin.

Koska kallioperämme syvillä osilla on takanaan niin pitkä historia, ne ovat läpikäyneet monia muodonmuutoksia. Rakenteet ovat monimutkaisia, vääntyneitä, kiertyneitä ja moneen kertaan kärsineitä. Osa piirteistä on tasoittunut tai kulunut kokonaan pois. Tämä tekee peruskalliomme kehityshistorian selvittämisen haasteelliseksi. Osa tapahtumien todistusaineistosta puuttuu, osa voi olla harhauttavaa, ja osaa ei ehkä osata vielä tulkita oikein.

3. Mitä tarkoittaa syvälaboratorio?

Erilaisten pinnalta tehtyjen tutkimusten lisäksi maankuoren yläosaa tutkitaan ottamalla kairausnäytteitä kalliosta jopa kilometrien syvyydeltä. Kun reikä on porattu, sitä voidaan käyttää myös syvälaboratoriona, jossa tutkitaan kallioperän uumenien oloja.

Maailman tähän mennessä syvin reikä on 12,3-kilometrinen. Sen porasivat venäläistutkijat Kuolan niemimaalle Petsamoon vuosina 1970–1989.

Suomen omaa syväreikää alettiin porata Outokumpuun huhtikuussa 2004, ja se valmistui tammikuussa 2005. Hanketta johti Geologian tutkimuskeskus, ja kairaustekniikan tarjosi venäläinen valtionyritys NEDRA, Kuolan syväreiän poraaja. Mukana oli myös kauppahuone Machinoimport. Tämäkin yhteistyö kustannettiin lyhentämällä Venäjän valtionvelkaa Suomelle, tässä tapauksessa noin 7 miljoonaa euroa.

Yksi hankkeen tavoitteista oli selvittää erästä seismisen heijastusluotauksen kiinnostavaa havaintoa: Outokummussa ja laajalti muuallakin Itä-Suomen kallioperässä on kerroksia, jotka heijastavat seismisiä aaltoja voimakkaasti. Kairaus lävisti Outokummussa yhden näistä kerroksista 1,3–1,5 kilometrin syvyydessä. Kairausnäytteiden perusteella kerros edustaa samoja kivilajeja, joihin Outokummun malmit liittyvät. Tästä voi päätellä, että heijastusseismisillä menetelmillä voi suoraan paikantaa malminetsinnän kannalta otollisia kivilajeja.

Outokummun syväreikää käytetään lähivuosina syvälaboratoriona, jota hyödyntävät suomalaisten lisäksi muun muassa saksalaiset, kanadalaiset, tšekkiläiset ja venäläiset tutkijat.

Jo kairauksen aikana havaittiin, että reiän pohjalla vallitsee noin 40 asteen lämpötila, kalliossa on voimakkaita jännitystiloja ja pohjavesi on suolaista ja metaanipitoista.

Nyt on suunnitteilla tarkempia tutkimuksia muun muassa kallion lämpötilasta ja jännitystilasta, kallioperän mikroseismisestä aktiivisuudesta, syvien kalliopohjavesien koostumuksesta ja alkuperästä sekä syvällä kallioperän rakovyöhykkeissä kenties piilevästä eliötoiminnasta.