GTK on avannut useita järistysten aiheuttamia kallioperän siirroksia tarkempia tutkimuksia varten. Kuva Vaalajärven siirroksesta Kittilän Ristonmänniköstä. Kuva: N. Nordbäck

Maa järisee

Teksti: Timo Hämäläinen

Suomen kallioperästä on saatu uutta tietoa vuonna 2008 aloitetulla laserkeilauksella. Postglasiaalisten siirrosten selvittäminen on tärkeää muun muassa ydinpolttoaineen loppusijoittamisen kannalta.

Vakaa Suomen kallioperä järisi paikoin voimakkaastikin viimeisen jääkauden jälkeen. GTK tutkii Posivan kanssa yhteistyöprojektissa, voisiko vastaavanlaisia suuria maanjäristyksiä tapahtua myös tulevaisuudessa.

Suomen kallioperä on osa Fennoskandian kilpeä. Alueella havaitaan toistuvasti maanjäristyksiä, mutta ne ovat voimakkuudeltaan pieniä, yleensä 1–2 magnitudin luokkaa. Viimeisen jääkauden jälkeen järistykset olivat paljon voimakkaampia.

Jääkauden jälkeen tapahtuneet maanjäristykset synnyttivät kallioperään niin kutsuttuja postglasiaalisia siirroksia. Vuosituhansien kuluessa siirrokset ovat peittyneet paksujen maakerrosten alle.

Maanmittauslaitoksen vuonna 2008 aloittama laserkeilaus on tuonut siirrokset aivan uudella tavalla esiin. Tarkat korkeusmallit ovat antaneet tunnetuista siirroksista lisätietoa sekä paljastaneet ennestään tuntemattomia siirroksia ja niihin liittyviä maanvyörymiä.

– Noin 95 prosenttia Suomen maa-alasta on nyt laserkeilattu. Olemme selvittäneet, missä postglasiaalisia siirroksia esiintyy, kuinka pitkiä ne ovat ja kuinka suuria siirrostumia näihin liittyy. Tutkimuksissa on selvitetty myös siirrosten aiheuttaneiden järistysten voimakkuutta, erikoisasiantuntija Jussi Mattila GTK:sta kertoo.

Postglasiaaliset siirrokset kertovat tutkijoille noin 10 000 vuoden takaisista ja sitä tuoreemmista järistyksistä kallioperässä. Niistä saatavien tietojen avulla tutkijat voivat arvioida kallioperän liikehdintää tulevaisuudessa, kun maapallolla mitä todennäköisimmin koetaan uusia jääkausia.

Näkymä tulevaisuuteen

Maanjäristykset kiinnostavat, koska kallioperään on tarkoitus loppusijoittaa käytettyä ydinpolttoainetta. Loppusijoitustilojen kehityskulkua ja turvallisuutta tarkastellaan pitkälle tulevaisuuteen, sillä käytetyn ydinpolttoaineen radioaktiivisuuden heikkeneminen ihmiselle ja ympäristölle turvalliselle tasolle vie hyvin pitkän ajan.

Posiva on selvittänyt soveltuvuutta loppusijoitukseen Olkiluodossa. Turvallisuustarkastelun ajanjakso ulottuu jopa miljoonan vuoden päähän.

– GTK:n tutkimusprojekti tuottaa lisätietoa Posivan pitkäaikaisturvallisuusarvion käyttöön. Tutkimuksissa tarkastellaan myös sitä, miten tulevat jääkaudet ja mahdollisissa tulevissa maanjäristyksissä syntyvät postglasiaalisiirrokset vaikuttavat loppusijoituksen turvallisuuteen, Mattila sanoo.

Mattilan mukaan ilmaston nykyinen lämpeneminen todennäköisesti siirtää kylmien jaksojen ajoittumista eteenpäin. Seuraavan massiivisen jäätiköitymisen pohjoisella pallonpuoliskolla arvioidaan tulevan noin 50 000 – 60 000 vuoden kuluttua.

– Kasvihuoneilmiön pitkäaikaisvaikutusta ei varmuudella tunneta, mutta maapallon rataparametrien perusteella ilmasto alkaisi viiletä ja jäätikkö kasvaa Skandeilla jo kenties noin 5000 vuoden kuluttua.

Järistykset olivat vuosituhansia sitten nykyistä voimakkaampia, koska jääkauden aikana kallioperään kertyneet jännitykset pääsivät purkautumaan vasta jäätikön sulaessa. Järistyksiä tapahtuikin eniten heti jäätikön vetäydyttyä.

Tutkijat pystyvät päättelemään järistyksen voimakkuuden tarkastelemalla siirrosten pituuksia ja siirrostuman määrää sekä vertaamalla niitä tilastoituun tietoon lukuisista maanjäristyksistä, joita on tapahtunut maailmalla viimeisen parinsadan vuoden aikana.

– Mitä pidempi ja mitä suurempi kalliolohkojen siirros on, sitä voimakkaampi järistys on maata vavisuttanut. Keräämämme aineiston perusteella näyttää siltä, että voimakkaimpien Suomessa tapahtuneiden postglasiaalisten järistysten niin sanottu momenttimagnitudi oli keskimäärin luokkaa 6–8, Mattila sanoo.

Pieniä maanjäristyksiä sijoittuu vanhojen postglasiaalisten siirrosten alueelle nykyisinkin. Tämä kertoo siitä, että siirrokset ovat edelleen jossain määrin aktiivisia.

Siirrosjono Lapissa

Suomen alueelta löydetyt siirrokset sijaitsevat pääasiassa Lapissa Kolarin, Kittilän ja Pokan alueella. Eteläisessä Suomessa siirroksia ei ole havaittu. Isojoella Lauhavuoren alueella on kuitenkin muodostuma, joka on todennäköisesti myös postglasiaalisiirrostuma. Asiaa tutkitaan vielä.

– Esimerkiksi Olkiluodon alueella jääkauden jälkeisiä voimakkaiden järistysten aiheuttamia siirroskeskittymiä ei ole laserkeilausaineistosta löydetty, toteaa erikoistutkija Raimo Sutinen GTK:lta.

Olkiluodon merialueilla on kuitenkin pohjasedimenteissä häiriörakenteita, jotka voivat olla viitteitä mahdollisesta postglasiaalisesta siirrostumasta. Kyseisistä häiriörakenteista löytyy lisätietoa Posivan tutkimusraporteista.

Postglasiaalisia siirroskeskittymiä löytyy myös Pohjois-Ruotsista ja Pohjois- Norjasta.

Laserkeilauksiin perustuvia tutkimuksia on täydennetty maastotutkimuksilla. Esimerkiksi maatutkan avulla on saatu selville, että Kolarin ja Kittilän alueella havaitut siirrokset jatkuvat soiden ja muiden paksujen maakerrosten alla.

Yksittäiset siirrokset ovat tyypillisesti parin kolmen kilometrin pituisia, mutta ne sijoittuvat yleensä lähelle toisiaan muodostaen isompia kokonaisuuksia, joiden pituus on tyypillisesti useita kymmeniä kilometrejä.

Sutisen mukaan GTK:n tekemä tutkimus kiinnostaa maailmanlaajuisesti, koska ydinturvallisuus ja ydinjätteiden loppusijoittaminen on monissa maissa ajankohtainen aihe. Lisäksi Ruotsilla, Kanadalla ja Yhdysvalloilla on samankaltainen jäätiköitymisen historia kuin Suomella.

LiDAR-korkeusmalli kuvaa Isovaaran siirrosta Kittilän kirkonkylän länsipuolelta. Jääkauden jälkeinen siirros näkyy 12 km pitkänä ja paikoin jopa 7–8 m korkeana ramppina (mustat nuolet), jossa luoteenpuoleinen maankamara on koholla. Seisminen tapahtuma on aiheuttanut myös maanvyörymän (valkoinen nuoli). Kuvan käsittely: Antti E.K. Ojala, GTK; aineisto MML:n LiDAR DEM.
Jääkauden jälkeisiä siirroksia ja maanvyöryjä löytyy Lapista Kolarin, Kittilän ja Pokan alueilta. Viimeisen parinsadan vuoden aikana havaitut pienet järistykset (vaaleanruskeat pallot) sijoittuvat lähelle vanhoja siirroksia. Kuvan käsittely: Antti E.K. Ojala, GTK

Maat ovat vyöryneet

Myös maaperäkerroksia tutkimalla voidaan selvittää tarkemmin maanjäristyksiin liittyviä tapahtumia. Esimerkiksi maakerrosten häiriörakenteista voidaan päätellä, onko siirros tapahtunut hitaasti vai nopeasti. Se puolestaan kertoo järistyksen luonteesta ja sen voimakkuudesta. Samalla voidaan ajoittaa järistysten ajankohtia.

– Järistyksiin liittyy usein maanvyörymiä, jotka peittävät alleen orgaanisia aineksia. Niiden ikä voidaan määrittää radiohiilimenetelmällä ja siten määrittää epäsuorasti maanjäristyksen ajankohta, erikoistutkija Antti Ojala sanoo.

Joskus maanjäristyksen ajankohta voidaan arvioida sen perusteella, mitä jääkauden jälkeisiä, muinaisen meren aaltojen aiheuttamia rantavalleja post-glasiaalinen siirros leikkaa.

– Aiemmin ajateltiin, että postglasiaaliset maanjäristykset tapahtuivat yhdellä kertaa. GTK:n tutkimuksissa on saatu viitteitä, että järistyksiä tapahtui kuitenkin useammassa vaiheessa. Siten niiden voimakkuus on jäänyt pienemmäksi kuin yhtäkkisessä kertarysäyksessä, Ojala sanoo.

Postglasiaalimaanjäristyksiä ei siis tapahtunut vain heti jäätikön sulamisen jälkeen vaan pidemmällä aikajaksolla. Kallioperään varastoituneiden jännitysten purkautuminen on näin ollen ollut aiemmin luultua pidempi prosessi. Siten aiempi olettamus siitä, että kaikki jännitys olisi purkautunut yhdellä kertaa, ei näytä pitävän paikkaansa.

Vettä kalliossa

GTK aloitti viime vuonna postglasiaalisista siirroksista purkautuvien vesien pitkäaikaisseurannan. Tavoitteena on selvittää, miten siirrosten nykyinen seisminen aktiivisuus vaikuttaa pohjavesiin.

Tutkijat asensivat siirroksiin kairattuihin kairanreikiin antureita, jotka mittaavat veden painetta, lämpötilaa ja sähkönjohtavuutta. Lisäksi neljä siirrosten yhteydessä olevaa lähdettä varustettiin mittausasemilla, jotka seuraavat lähteissä tapahtuvaa kaasukuplien purkausta.

Tiedot välittyvät mobiiliverkkoon, joten mittaustuloksia ei tarvitse rekisteröidä paikan päällä.

– Jos havaitsemme mitattavissa suureissa muutoksia, otamme vesistä näytteitä ja tutkimme niiden kemiaa, mikrobeja ja kaasukoostumuksen, Raimo Sutinen kertoo.

Veden kemiallisissa, mikrobiologisissa ja fysikaalisissa ominaisuuksissa tapahtuvia muutoksia tutkitaan, koska ydinjätteiden loppusijoitustiloja ympäröivässä kallioperässä liikkuu pohjavettä.

– Pohjaveden ominaisuudet vaikuttavat loppusijoituksen teknisten vapautumisesteiden toimintaan. Turvallisuusperustelun kannalta onkin tiedettävä, millaisia kemiallisia muutoksia mahdolliset maanjäristykset aiheuttavat pohjaveteen, Sutinen toteaa.

Vaalajärven siirroksen sisäistä rakennetta, kinematiikkaa ja vaikutuksia ympäristön muihin kallioperän rakenteisiin selvitettiin Kittilän Ristonmännikössä sedimentologian ja hyperspektrikuvantamisen avulla. Kuva: Antti E.K. Ojala, GTK
Järistys on liikuttanut kalliolohkoja korkeussuunnassa usean metrin toisiinsa nähden. Tumma alue maaperässä on rapautunutta vanhaa kallioperää ja Veiksel-jääkauden kerrostama moreeni näkyy sen päällä vaaleampana sedimenttinä. Kuva on Riikonkummun siirroksesta Kittilästä. Kuva: Antti E.K. Ojala, GTK