Merivesi on jatkuvassa liikkeessä

Itämeren vedenkorkeus vaihtelee eri syistä

Koko Itämeren vesimäärä vaihtelee jonkin verran sen mukaan, paljonko vettä virtaa ulos tai sisään Tanskan salmista. Paikalliseen vedenkorkeuteen vaikuttavat kuitenkin enemmän Itämeren sisällä tapahtuvat vesimassojen liikkeet ja veden tiheyserot.

Itämeri on vedenvaihdossa valtameren kanssa, ja siksi Itämeren vesimäärä vaihtelee jonkin verran. Kovat tuulet kallistavat vettä pakaten sitä lahtien pohjukoihin, joista se virtaa takaisin tuulen suunnan ja nopeuden vaihduttua. Ilmanpaine painaa vettä, ja ilmanpaineen vaihtelut vaikuttavat siten vedenkorkeuteen.

Pohjanlahdella, erityisesti sen pohjoisosissa, maa kohoaa edelleen jääkauden jäljiltä, mikä ajan myötä laskee vedenpintaa suhteessa maahan. Toisaalta valtamerten lämpölaajeneminen ja mannerjäätiköiden sulaminen nostavat maailman merien vedenkorkeutta. Vaikutus näkyy myös Itämerellä.

Tuuli, ilmanpaine ja jää vaikuttavat paikallisiin vaihteluihin

Vuorovesi vaikuttaa Suomen rannikon vedenkorkeuksiin vain muutamia senttejä. Vaikutus peittyy vesimassan muiden liikkeiden alle.

Kovat lounaistuulet pakkaavat vettä Suomenlahden ja Pohjanlahden perukoille ja nostavat siellä vedenpintaa. Tuulen yläpuolella merenpinta vastaavasti laskee. Kun tuulen suunta kääntyy päinvastaiseksi, vesi virtaa takaisin ja vedenpinta lahtien pohjukassa alenee.

Korkea ilmanpaine painaa vedenpintaa alaspäin. Matalapaineella vesi taas hieman kohoaa. Yhden millibaarin ilmanpaine-ero vastaa suunnilleen yhden senttimetrin eroa vedenkorkeudessa. Ilmanpaineen normaali vaihtelu voi siis laskea tai nostaa vedenpintaa useita kymmeniä senttejä.

Myös merijää vaikuttaa vedenkorkeuksiin. Yhtenäinen jääpeite estää tuulen vaikutuksen veden pintaan, jolloin tuuli ei pääse kasaamaan vettä rannikkoa vasten. Jää ikään kuin lieventää vedenpinnan vaihteluita: vedenkorkeuden ääriarvoja ei synny yhtä helposti kuin jäättömänä kautena.

Seiche – seisova aaltoliike

Kun tuulen kasaama vesi kohtaa rannikon, veden virtaus pysähtyy ja kääntyy päinvastaiseksi. Vesi pyrkii ikään kuin palaamaan takaisin tasapainoasemaansa. Tästä syntyy seisova aaltoliike, seiche. Tilanne on sama – mutta vain paljon suuremmassa mitassa – kuin veden läikkyessä kylpyammeen laidalta toiselle.

Seiche-aalto riippuu altaan pituudesta. Seiche on tyypillinen ilmiö sille altaalle, joka koostuu Suomenlahdesta, Itämeren keskusaltaasta ja eteläisestä Itämerestä. Siellä Seiche kestää runsaan vuorokauden, ja sen vaikutus vedenkorkeuteen korostuu lahtien pohjukassa.

Vedenkorkeus vaihtelee Suomessa yli kolme metriä

Suomen rannikolla vedenkorkeus vaihtelee eniten Perämeren pohjoisosassa ja Suomenlahden itäosassa. Niissä molemmissa vaihteluväli on yli kolme metriä. Pienintä vaihtelu on Ahvenanmaalla.

Tuulet ja ilmanpaine käyttäytyvät eri tavoin eri vuodenaikoina, mikä heijastuu myös meriveden korkeusvaihteluihin. Merenpinta on Suomen rannikolla keskimäärin korkeimmillaan joulukuussa kovien myrskyjen aikaan. Matalimmillaan se on huhti-toukokuussa. Vuosien välinen vaihtelu on kuitenkin suurta.

Tulvat ja matala vesi

Ankarimmat merivesitulvat syntyvät tilanteessa, jossa Itämeren vesimäärä on suuri, vesi on alkanut heilahdella ja rannikon tuntumassa on syvä matalapaine, johon liittyy voimakkaita tuulia. Tulvariski on huomattava, jos tuuli puhaltaa sopivalta suunnalta samalla, kun seisova aalto työntää vettä lahtiin.

Juuri tuonkaltainen tilanne koettiin Suomenlahden ja Itämeren itärannikon ennätyksellisessä meritulvassa 9.1.2005, jolloin merenpinta nousi yli metrin normaalia korkeammalle.

Poikkeuksellisen matala merivesi vaatii sekin erityisolot. Matala merivesi aiheuttaa ongelmia muun muassa meriliikenteelle.

Kumpuaminen nostaa syviä vesiä pintaan

Moni on havainnut, että lämpimänä kesäpäivänä merivesi saattaa äkkiä kylmetä. Mitä on silloin tapahtunut?

Ilmiö on yleinen ja johtuu kumpuamisesta eli siitä, että syvempien vesikerrosten viileää vettä kohoaa pintaan. Itämerellä vesi kumpuaa ylös enintään muutaman kymmenen metrin syvyydestä.

Kumpuamisen taustalla ovat tuulen aiheuttamat pintavirtaukset. Tyypillinen kumpuamistilanne syntyy, kun tuuli puhaltaa rannikon suuntaisesti, rannalta katsottuna oikealta vasemmalle. Koska maapallon pyörimisliikkeestä johtuva Coriolis-ilmiö kääntää virtauksia pohjoisella pallonpuoliskolla oikealle, rannikon pintavedet kulkeutuvat tässä tuulitilanteessa avomerelle. Myös suoraan rannikolta merelle puhaltava tuuli voi työntää rantavesiä ulapalle.

Poistuva pintavesi korvautuu syvemmältä pintaan nousevalla vedellä. Lämmin pintavesi ei siis itsessään jäähdy nopeasti, vaan rannikolle kumpuaa viileää syvävettä. Kumpuaminen ulottuu rannasta noin 5–20 kilometrin päähän. Kylmän veden alueen voi havaita myös satelliittikuvista.

Kumpuamisen syntyminen vaatii aikaa

Kumpuaminen ei synny hetkessä, koska meren suuri massa vastustaa liikettä. Esimerkiksi Suomenlahdella tuulen pitää puhaltaa melko voimakkaana rannikon suuntaisesti ainakin pari päivää, ennen kuin vesi alkaa kummuta.

Kun kumpuaminen pääsee vauhtiin, pintaveden lämpötila voi laskea yhden yön aikana jopa yli kymmenen astetta. Uimarannoilla koetaan ikäviä yllätyksiä, kun edellispäivän lämmin vesi on muuttunut viileäksi, vaikka ilma on yhtä lämmintä kuin ennenkin.

Kumpuamisen jälkeen lämpötilaerot alkavat tasoittua; virtaukset ja auringon säteily lämmittävät jälleen pintavettä. Kumpuamisen jäljet voivat kuitenkin näkyä meriveden lämpötilassa joskus parikin viikkoa.

Kumpuaminen voi pahentaa sinileväkukintoja

Kumpuaminen voi edesauttaa planktonlevien kasvua ja esimerkiksi sinileväkukintojen muodostumista nostamalla ravinteita pintaan. Itse kumpuamisen aikana pintavesi saattaa olla liian kylmää levien kasvulle, mutta seuraavan lämpimän ja heikkotuulisen jakson aikana levien kasvu taas kiihtyy. Näin käy Suomenlahdella usein elokuussa.

Aallokko on tuulen aikaansaannos

Vellova aallokko on sykähdyttävä näky. Aallokko syntyy, kun vedenpinnan yllä puhaltava tuuli saa veden virtaamaan ja synnyttää veteen pyörteitä. Pyörteet rikkovat sileän vedenpinnan. Tuuli tarttuu ”ryppyihin” ja alkaa kasvattaa niitä.

Pienet aallot ovat aluksi jyrkkiä, mutta loivenevat kasvaessaan: niiden pituus lisääntyy enemmän kuin korkeus. Kun aallot pitenevät, ne alkavat edetä nopeammin. Aallot vaikuttavat toisiinsa, ja energiaa siirtyy niiden välillä. Pian veden pinnalla näkyy aallokko, jossa on paljon erikorkuisia ja -pituisia sekä eri suuntiin eteneviä aaltoja. Epäsäännöllisyys on tuulen kehittämän aallokon perusominaisuus.

Veden pinta ei kuitenkaan ole vain passiivinen tuulen temmellyskenttä. Liikkuva aallokko erikokoisine ja välillä murtuvine aaltoineen vaikuttaa meren yllä olevaan ilmamassaan. Se voi esimerkiksi muuttaa tuulia, jotka taas säätelevät aallokkoa.

Tuulen kesto ja ulapan koko säätelevät aallokkoa

Aallokon kasvuun vaikuttaa tuulen nopeuden lisäksi se, kuinka kauan tuuli kestää ja kuinka pitkä on tuulen pyyhkäisymatka. Pyyhkäisymatka tarkoittaa matkaa, jolla tuuli pääsee vaikuttamaan vedenpintaan. Pyyhkäisymatka on siis käytännössä etäisyys tuulen yläpuolisesta rannasta.

Jos tuuli pysyy yllä jatkuvasti eikä pyyhkäisymatkakaan rajoita aallokon kasvua, aallokosta tulee täysin kehittynyttä. Täysin kehittyneessä aallokossa aallot etenevät samalla nopeudella kuin tuuli. Tällaista aallokkoa esiintyy valtamerten ulapoilla.

Itämerellä pyyhkäisymatka on liian lyhyt, jotta aallokosta tulisi täysin kehittynyttä. Niinpä pyyhkäisymatka säätelee sitä, kuinka korkeiksi aallot voivat ylipäätään kasvaa eri tuulennopeuksilla. Korkeimmat aallot esiintyvät Itämeren pääaltaan pohjoisosissa, missä ulappa on laajimmillaan.

Veden suolaisuudella tai lämpötilalla ei ole suurta merkitystä aallokolle. Veden ja ilman lämpötilaero voi kuitenkin vaikuttaa aallokon kasvuun. Kasvu on nopeampaa, kun vesi on ilmaa lämpimämpää, ja hitaampaa, kun vesi on ilmaa kylmempää.

Aaltojen tärkeät mitat

Aallon korkeudella tarkoitetaan aallon pohjan ja huipun välistä korkeuseroa. Koska aallokossa on monenkorkuisia aaltoja, kuvataan aallokon korkeutta termillä merkitsevä aallonkorkeus. Se tarkoittaa aallonkorkeuden todennäköisyysjakauman korkeimman kolmanneksen keskiarvoa. Käytännössä tämä vastaa varsin hyvin sitä aallonkorkeutta, jonka harjaantunut tarkkailija arvioi silmämääräisesti aallokon keskimääräiseksi korkeudeksi.

Suurimmat yksittäiset aallot voivat olla noin kaksi kertaa korkeampia kuin merkitsevä aallonkorkeus. Itämerellä on mitattu yli 8 metrin merkitsevä aallonkorkeus ja yli 14 metriä korkea yksittäinen aalto.

Selkämerellä aallot voivat kehittyä lähes yhtä suuriksi kuin Itämeren pääaltaan pohjoisosissa. Perämerellä ja Suomenlahdella aallot jäävät hieman pienemmiksi. Aallokkoa on mitattu Suomen merialueilla 1970-luvulta lähtien.

Myös vesialueen muoto ja veden syvyys vaikuttavat aallokon kasvuun. Pohjan vaikutus alkaa tuntua, kun veden syvyys on alle puolet aallon pituudesta.

Aallon pituus on kahden perättäisen aallonharjan välinen matka. Kun aallot saapuvat mataloituvaan veteen, ne lyhenevät ja jyrkkenevät ja viimein murtuvat. Matalassa vedessä aallot voivat irrottaa pohjasta materiaalia, muun muassa sedimenttiä ja ravinteita.

Mainingit kulkeutuvat pitkiäkin matkoja

Vaikka tuuli tyyntyy, merenkäynti jatkuu vielä jonkin aikaa. Aaltojen nopeus on silloin tuulen nopeutta suurempi. Vähitellen aallot kuitenkin vaimenevat, pienimmät ensin, koska tuuli ei enää syötä aaltoihin energiaa. Aallokko muuttuu mainingiksi, joka kulkeutuu paikalta pois.

Mainingiksi kutsutaan myös kaukaisesta myrskystä kantautuvaa aallokkoa. Valtamerillä mainingit voivat matkata tuhansia kilometrejä lähes vaimentumatta, ennen kuin ne kohtaavat rannikolla matalan veden ja murtuvat. Murtuvista mainingeista syntyy usein komeita tyrskyjä.