Sarja esittelee fysiikkaa sata vuotta suhteellisuusteorian keksimisen jälkeen. Kirjoittajat ovat Oulun yliopiston fysiikan laitoksen tutkijoita. Professori Pertti Kaikkonen, yliassistentti Toivo Korja ja lehtori Markku Pirttijärvi työskentelevät fysikaalisten tieteiden laitoksella geofysiikan osastolla. Sarjan aiemmat osat julkaistiin 2.10, 9.10. ja 16.10. Sarja päättyy tähän.
Geofysiikka tutkii Maapallon ja sitä ympäröivän lähiavaruuden rakennetta sekä niihin liittyviä fysikaalisia ilmiöitä fysiikan menetelmin.
Esimerkkejä kaikille tutuista geofysikaalisista ilmiöistä ovat tuulet, ukkoset, revontulet, maanjäristykset ja tulivuorenpurkaukset. Tarkoilla mittauksilla todennettavia ilmiöitä ovat esimerkiksi Fennoskandian maannousu ja mannerlaattojen liike.
Geofysikaaliset ilmiöt ovat osoitus maapallon dynaamisesta luonteesta, jossa kaikki vaikuttaa kaikkeen. Eri ilmiöiden aika-asteikko ulottuu sekunneista miljardeihin vuosiin. Kaikki se, mitä planeettamme rakenteesta tiedetään, on valtaosin geofysikaalisen tutkimuksen tulosta.
Tutkimalla maanjäristysaaltojen etenemistä on saatu selville, että maapallolla on kerrosrakenne. Planeettamme ohuen kiinteän kuoren ja osittain sulan vaipan välinen rajapinta havaittiin vuonna 1909. Maapallon ydin löydettiin muutamaa vuotta myöhemmin. Vuonna 1936 havaittiin, että nestemäisessä ytimessä on kiinteä sisäydin.
Viimeisten 20 vuoden aikana on saatu tarkennettua käsityksiä etenkin vaipasta ja ytimestä. Kerrosrakenteen rajapinnat ja erityisesti vaipan ja ytimen rajapinta, niin kutsuttu D´´-rajakerros, ovat intensiivisen tutkimuksen kohteita tällä hetkellä.
Suomi on vakaa
Suomi sijaitsee geologisesti vakaalla ja kylmällä Fennoskandian kilvellä, jonka vanhimpien osien kivimateriaalin ikä on yli 3,5 miljardia vuotta. Suomen alueella maapallon kuoren paksuus on paikoin jopa 65 kilometriä ja kiinteästä kivestä koostuva kerros, litosfääri, ulottuu todennäköisesti yli 250 kilometrin syvyyteen.
Lämpötila kuoren alaosassa on noin 500 astetta, kun se maapallon keskustassa on noin 6 000 astetta. Lämpötilat eri kerroksissa ovat tutkimukselle tärkeitä, koska melkein kaikki Maan sisäiset prosessit ja pintaa muokkaavat ilmiöt, kuten mannerlaattojen liike, tulivuoritoiminta ja maanjäristykset, ovat maapallon sisäisen lämmön aiheuttamia.
Miten geofysiikassa tutkitaan maapallon rakennetta? Geofysiikan tutkimusmenetelmät perustuvat eri kivilajien, mineraalien ja alkuaineiden fysikaalisten ominaisuuksien eroavaisuuksiin. Näitä ominaisuuksia ovat muun muassa tiheys, sähkönjohtavuus, magneettiset ominaisuudet, seismiset ominaisuudet, radioaktiivisuus ja lämmönjohtavuus.
Näytettä ei tarvita
Geofysiikka ei edellytä näytettä tutkittavasta kohteesta. Esimerkiksi kallioperän sähkönjohtavuutta voidaan selvittää mittausten avulla. Tällöin muun muassa kuparimalmiesiintymät näkyvät mittauksissa alueina, joiden sähkönjohtavuus eroaa muusta kallioperästä.
Useimpia geofysikaalisia mittauksia voidaan tehdä maan pinnalla, ilmassa, kaivoksissa ja kairanrei'issä. Kuolan niemimaalla sijaitseva maailman syvin kairanreikä on kuitenkin vain 12 kilometrin neulanpisto 6 378 kilometrin syvyisen maapallon pinnalla. Suomen syvin reikä on noin 2 500 metriä ja sijaitsee Outokummussa.
Geofysiikan menetelmiä voidaan käyttää muun muassa malmin- ja öljynetsinnässä, pohjavesi- ja ympäristötutkimuksissa, arkeologiassa sekä maapallon syvärakenteen tieteellisessä tutkimuksessa.
Pertti Kaikkonen
Toivo Korja
Markku Pirttijärvi