Automaattiset mittalaitteet antavat tietoa meren ja veden ominaisuuksista

Automaattiset mittalaitteet ovat käteviä. Tuloksia saadaan keskeytyksettä – ilman, että kenenkään täytyy lähteä merelle. Automaattimittauksilla voidaan seurata tiettyjä meren ominaisuuksia, esimerkiksi virtauksia, kasviplanktonin määrää tai veden lämpötilaa ja suolapitoisuutta. Myös vesinäytteitä voidaan ottaa automaattisesti.


Mittalaitteet voidaan kiinnittää monenlaisiin alustoihin

Osa automaattisista mittalaitteista on asennettu kiinteisiin paikkoihin, esimerkiksi rannalle tai merenpohjaan. Toiset on kiinnitetty poijuihin – joko paikalleen ankkuroituihin tai virtausten mukana ajelehtiviin pojuihin. Joidenkin mittalaitteiden alustan liikkumista voidaan ohjata maista. Myös kauppalaivoihin on kiinnitetty automaattisia mittalaitteita. 

Olipa mittalaite millaisella alustalla hyvänsä, pitää mittaustulokset siirtää jotenkin maihin. Se voi tapahtua vaikkapa kiinteän kaapelin, satelliitin tai matkapuhelinverkon välityksellä. Rannikon läheisyydessä käytetään myös HF-tiedonsiirtoa, joka perustuu suuritaajuisiin radioaaltoihin.

Kaikki automaattiset mittalaitteet eivät lähetä mittaustuloksia maihin reaaliaikaisesti, vaan keräävät ne sisäiseen muistiinsa. Muisti puretaan maissa sen jälkeen, kun mittalaite on nostettu.

CTD-mittalaite havainnoi vesimassan ominaisuuksia

Vesimassojen ominaisuuksia havainnoidaan yleisesti niin sanotulla CTD-mittalaitteella. CTD mittaa veden lämpötilaa, suolaisuutta ja syvyyttä, ja laite voidaan asentaa monenlaisiin mittausalustoihin. Kun CTD varustetaan lisäantureilla, sillä voidaan mitata myös veden happipitoisuutta ja sameutta sekä kasviplanktonin määrästä kertovaa a-klorofyllin pitoisuutta.

CTD on merentutkimusalusten perusmittalaite, jolla mitataan vesimassaa pinnasta pohjaan. Uudempia käyttöpaikkoja CTD:lle ovat meren pinnalle tai pohjalle asennetut poijut. Poijuihin on liitetty vinssi, joka nostaa CTD-laitteen merenpohjan läheltä pintaan etukäteen ohjelmoiduin väliajoin. Näin saadaan havaintoja eri syvyyksiltä.

CTD-mittalaite ajetaan ulos laivan kyljessä olevasta isosta sivuluukusta.
CTD-luotaus alkamassa t/a Arandalla. Mittalaitteet ovat kehikon alaosassa, ja harmaat putkilot kannet avoimina ovat vesinäytteen ottimia.

Liitimet ja Agro-poijut edustavat robottiteknologiaa

CTD on vedenalaisen liitimen eli gliderin ja niin sanotun Argo-poijun perusmittalaite. Nämäkin robottiteknologiaa edustavat mittausalustat tuottavat havaintoja eri syvyyksiltä. Liitimelle syötetään reitti etukäteen, ja se nousee ohjelmoidusti pintaan lähettämään CTD-havaintonsa satelliitin välityksellä. Pinnalla liidin saa myös uudet toimintakäskyt.

Liidin aloittamassa sukellusta. Kuvaaja Kimmo Tikka.
 

Myös Argo-poijut lähettävät havainnot ja saavat käskyt satelliitin välityksellä. Ne ajelehtivat vapaasti virtauksien mukana ja nousevat aika ajoin pinnalle mitaten koko ajan vesimassan ominaisuuksia. Niiden ajelehtimissyvyyttä ja pintaan nousun ajankohtaa ohjataan maista käsin.

Poijuihin voidaan asentaa myös yksinkertaisempia mittalaitteita. Osa poijuista mittaa esimerkiksi pelkästään veden lämpötilaa ja ilmanpainetta.

Pintalämpötilapoiju kelluu puoliksi veden pinnalla. Se on väriltään oranssi, ja siihen on liimattu keltaisia heijastintarroja.
Pintalämpötilapoiju lähettää tiedon veden lämpötilasta satelliitin välityksellä.

Imaging FlowCytobot ottaa valokuvia kasviplanktonista

Planktontutkimusta palvelee puolestaan Imaging FlowCytobot -kuvantamislaite, joka voidaan asentaa erilaisille alustoille. Laite tuottaa kasviplanktonsoluista automaattisesti jopa 30 000 tarkkaa mustavalkoista valokuvaa tunnissa. Sen avulla voidaankin seurata kasviplanktonyhteisön kehitystä tiheämmällä aikaväleillä kuin perinteisillä menetelmillä.

Jatkuvatoimista Imaging FlowCytobot -laitetta voidaan käyttää sekä tutkimusasemilla että tutkimusaluksilla. Menetelmä tuottaa niin paljon kuva-aineistoa, että sen analysointi edellyttää hahmontunnistukseen käytettäviä algoritmeja tai muita koneoppimismenetelmiä.

Virtauksia ja aallonkorkeuksia mitataan monin keinoin

Yksinkertainen tapa mitata pintavirtauksia on vapaasti ajelehtiva pintapoiju. Pintapojua voidaan käyttää myös syvempien virtausten mittaamiseen, kun se varustetaan halutulle syvyydelle asennetulla virtauspurjeella.

Useimmiten virtauksia mitataan kuitenkin meren pohjalle tai ylemmäksi asennetuilla akustisilla virtausmittareilla. Niiden toiminta perustuu ultraäänen taajuuden muutokseen äänen heijastuessa vedessä olevista pienen pienistä hiukkasista. Mittarit antavat virtaustietoja joko tietystä syvyydestä tai koko vesipatsaasta.

Akustisilla virtausmittareilla voidaan mitata myös aallonkorkeutta, mutta tavallisemmin aallokkoa mitataan erityisillä aaltopojuilla. Mittaus perustuu kolmeen kiihtyvyysanturiin ja kompassiin. Tuloksista voidaan laskea muun muassa aallokon suunta sekä niin sanottu merkitsevä aallonkorkeus.

Useimpia pojuja voidaan käyttää vain sulan veden aikana, sillä ne eivät kestä jään liikkeitä. Aaltopoijujen herkät mittalaitteet eivät liioin siedä jäätymistä. Poijut onkin nostettava maihin hyvissä ajoin ennen kuin meri jäätyy.

Jään ja sen liikkeiden mittaamiseen käytetään jään mukana ajelehtivaa poijua. Jään liikettä pystytään seuraamaan myös rannikkotutkakuvien avulla.

Aaltopoijun nosto merestä t/a Arandalla ennen talventuloa. Antenniin on jo kerääntynyt jäätä.

Vedenkorkeutta on mitattu mareografeilla 1800-luvulta lähtien

Meriveden korkeutta on perinteisesti mitattu kaivosta, joka on yhdistetty putkella mereen.

Yhdysputki vaimentaa aallokon vaikutuksen, ja kaivossa uimuri rekisteröi vedenpinnan vaihtelut. Tällaisia vedenkorkeuden mittausasemia sanotaan mareografeiksi. Suomen rannikolla niitä on 14, ja vanhin on Hangossa; se on rakennettu vuonna 1887.

Kaivo ja mittauslaitteisto ovat lähelle rantaa rakennetussa pienessä rakennuksessa. Lähellä sijaitsee myös kiintopiste referenssitason mittaamiseksi.
Kaaviokuva mareografin toimintaperiaatteesta. Kaivo ja mittauslaitteisto sijaitsevat rannan tuntumaan rakennetussa pienessä rakennuksessa. Lähellä on myös kiintopiste, jonka avulla mitataan vertailutaso.

Vedenkorkeutta on mitattu mareografeilla jo 1800-luvulta

Perinteinen vedenkorkeuden tarkka mittaustapa on mitata vedenkorkeuden vaihtelua mereen putkella yhdistetyssä kaivossa. Kaivossa uimuri rekisteröi veden pinnan liikkeet. Yhdysputki vaimentaa aallokon vaikutuksen.Tällaisia vedenkorkeuden mittausasemia sanotaan mareografeiksi. Suomen rannikolla niitä on 14, joista vanhin, vuonna 1887 rakennettu, on Hangossa

Vedenkorkeutta voidaan mitata myös paineanturin avulla, akustisella teknologialla ja tutkalla. Oleellista on tietää mittauspaikan referenssitaso valtakunnallisessa korkeusjärjestelmässä ja vaaita se säännöllisesti, koska esimerkiksi maankohoaminen on erilaista eri paikoissa.

Hydrofonit paljastavat vedenalaisen melun

Suomen merialueelle on asennettu myös kiinteitä vedenalaisia mikrofoneja eli hydrofoneja. Kaikkiaan yhdeksän hydrofonia on ankkuroitu merenpohjaan, ja ne rekisteröivät eri äänitaajuuksia. Mittaustuloksista tarkastellaan sekä jatkuvaa matalataajuista melua että hetkellisiä matala- ja keskitaajuisia melupiikkejä.

Myös Ruotsin ja Viron merialueilla on hydrofoneja. Niidenkin tulokset hyödyttävät suomalaista vedenalaisen melun kartoitusta.