Maan rakenteen ja geodynamiikan kallistushavaintoja kolmannen sukupolven interferometrisella pitkällä vesivaa alla Lohjan Tytyrissä

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Maan rakenteen ja geodynamiikan kallistushavaintoja kolmannen sukupolven interferometrisella pitkällä vesivaa alla Lohjan Tytyrissä"

Johanna Heikkilä
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Maan rakenteen ja geodynamiikan kallistushavaintoja kolmannen sukupolven interferometrisella pitkällä vesivaa alla Lohjan Tytyrissä H.E. Ruotsalainen 1 1 Geodeettinen laitos, hannu.ruotsalainen@fgi.fi Abstract The third generation long water level tilt meter of the Finnish Geodetic Institute has been recording in north-south orientation geodynamical tilt signals in Tytyri mine, Lohja, southern Finland since Short reviews on recorded earth tide tilt, ocean loading tide tilt, Baltic Sea loading tilt and seicheoscillations in this loading tilt and, atmospheric loading tilt are given. Spheroidal and toroidal modes in free oscillation spectra were identified after Chile ( ) and Japan ( ) earthquakes. 1. JOHDANTO Geodeettisessa laitoksessa kehitetyllä kolmannen sukupolven Michelson-Gale -tyypin interferometrisella vesivaa alla (Ruotsalainen, 2001, 2005) on havaittu pohjois-etelä suunnassa Lohjan Tytyrin kaivoksessa sijaitsevalla tutkimusasemalla a) kiinteän maan vuorovesi-ilmiötä (lyhyesti vuoksea), b) valtamerten vuoksi-ilmiön aiheuttamien valtamerimassojen liikkeiden maan rakenteeseen aiheuttamaa kuormitussignaalia c) Itämeren pääasiassa ei-vuoksesta (pieni vuoksisignaali esiintyy myös, Witting, 1911) johtuvaa kuormituskallistussignaalia sekä tässä signaalissa esiintyvää Itämeren altaan rakenteen meren aiheuttaman vaimenevan ominaisheilahtelun (seiche-ilmiö) kuormitusoskillaatiota Lohjalla. d) ilmapainekentän aiheuttamaa kuormituskallistussignaalia kallioperässä Lohjalla. e) mikroseismi-ilmiötä, jonka alkuperä on pääasiassa Pohjois-Atlannin yllä kulkevan ilmanpainekentän aiheuttaman merenkäynnin tuottamaa. f) Chilen ( ) ja Japanin ( ) maanjäristysten jälkeen rekisteröityjen maapallon vapaiden värähtelyjen sferoidaaliset ja toroidaaliset moodeja sekä maan pintaosan että sisärakenteen osalta (jälkimmäisiä moodeja ei voi havaita esim. suprajohtavalla gravimetrilla ilmiön luonteen vuoksi), g) maan ytimen liiketilan aiheuttama resonanssisignaali astronomisesti määritetyn harmonisen vuoksipotentiaalikehitelmän tiettyjen päiväaaltojen amplitudi-ja vaihetekijöissä. 2.INTERFEROMETRISEN VESIVAAKATUTKIMUKSEN TAUSTAA Kiinteän maan vuoksikallistusdeformaation ensimmäiset arvot harmonisen vuoksi-potentiaalikehitelmän amplitudi- ja vaihetekijöille julkaistiin jo aiemmalla toisen sukupolven laiteversiolla (Kääriäinen, 1979), (Kääriäinen ja Ruotsalainen, 1989) sekä itä-länsi- että pohjois-etelä-suunnissa. Valtamerten kuormituskallistussignaali kallioperään Lohjalle ja Metsähoviin laskettiin jo vuosina 113

2 Kuva 1: Itämeren kuormitustakallistusta NS-vesivaa assa Lohjalla (yhtenäinen punainen) ja mallinnettu kuormitus (katkoviiva vihreä) tehtyjen samanaikaisten havaintojen analysoinnin yhteydessä (Weise, 1992). Tällöin oli saatavilla vain Schwiderskin (1980) hydrodynaaminen valtamerivuoksimalli ja kuormituslaskenta perustui siihen. Valtamerten pinnanliikkeiden satelliittikartoitusta on suoritettu esimerkiksi Topex-Poseidon satelliitilla (Ray, 1999) vuodesta 1994 alkaen. Myös muilla vastaavilla satelliiteilla suoritettuihin mittauksiin perustuvia valtamerikuormitusmalleja on olemassa jo useita (Agnew, 2012). Agnew:n (1997, 2012) valtamerikuormitusohjelmistolla NLOADF on laskettu eri kuormitusmalleja Lohjalle ja aiemmin saatua kuormituslaskua on verrattu uudempiin satelliittihavaintoihin pohjautuviin malleihin. Eroja mallien välillä esiintyy. Kohtien (c)-(g) tutkimusta on suoritettu viime vuosien aikana ja uusia tuloksia on saavutettu, joista esitellään nyt vain Itämeren ja ilmakehän kuormituslaskentaa. 3. ITÄMEREN KUORMITUSKALLISTUSSIGNAALI LOHJAN VESIVAAKAREKISTERÖIN- NEISSÄ Vesivaa an kallistushavainnot vahvistavat, että kuormitusilmiö esiintyy selvästi Itämeren rannikkoalueella ja laitteen huomattava erotuskyky pystyy selvästi havainnollistamaan esimerkiksi Itämeren seiche-ilmiön (Witting, 1911), (Lizisin, 1959), vaikka Lohjan tutkimusasema sijaitsee n. 30 km päässä Suomenlahden rantaviivasta. 114

3 Kuva 2: Ilmakehän kuormitusta NS-vesivaa assa Lohjalla (punainen) ja mallinnettu kuormitus (katkoviiva vihreä). Kuvassa 1. esitetään Lohjan pitkällä vesivaa alla rekisteröityjä kuormituskallistushavaintoja loka-marraskuulta Raakahavaintoihin on mallinnettu ensin tunnetut poikkeamat (tunnistetut hypyt ja katkokset) ja vuoksiparametreilla mallinnettu pois kiinteän maan vuoksi-ilmiön vaikutus. Tämä kallistusresiduaali osoittaa varsin hyvin korrelaatiota Agnew:n (2012) NLOADFohjelmalla ja Itämeren massamallin (Nordman et al. 2013) avulla laskettuun Itämeren kuormituskallistusmalliin Lohjalle. Kuormitussignaalissa esiintyvä heilahtelu viittaa Suomenlahdella aika ajoin esiintyvään seiche-oskillaatioon, jota matemaattisesti ovat mallintaneet mm. Wübber ja Krauss (1979). 4. ILMAKEHÄN KUORMITUS KALLISTUSMITTAUKSESSA LOHJALLA Ilmankehän havaittiin kuormittavan kallioperää Lohjalla jo toisen sukupolven laitteistolla kun kiinteän maan vuoksikallistussignaalit oli mallinnettu pois. Residuaaleja verrattiin suoraan ilmanpainegradienttiin Lohjalla (Kääriäinen ja Ruotsalainen, 1989). Boy (Boy et al. 2009) laski käyttämällä globaaleja ilmakehämalleja aikasarjat ilmakehän aiheuttamalle kuormituskallistukselle Lohjalla vuosille Kuvassa 2 esitetään vertailu interferometrisen vesivaa an ja Boy laskeman ilmakehäkuormituskallistusmallin korrelaatiolle alkuvuonna

4 5. YHTEENVETO Interferometrinen pitkä vesivaaka tarjoaa laajakaistaisena mittalaitteena mahdollisuuden tutkia maan rakennetta eri spektrialueilla kuoren dynaamisesta vasteesta erilaisiin kuormitustilanteisiin. Suurten maanjäristysten jälkeen esiintyvät matalataajuiset ominaisheilahtelut on havaittu selvästi interferometrisen vesivaa an rekisteröinneissä Lohjalla. KIITOKSET Kiitokset Oy Nordkalk Ab:n Lohjan Tytyrin kaivoksen henkilökunnalle vuosikymmeniä kestäneestä yhteistyöstä Lohjan geodynaamisen tutkimusaseman ylläpidosta ja avusta tutkimustoiminnan suorittamisessa. Kiitokset Geodeettisen laitoksen A. Raja-Hallille, J. Kuokkaselle ja V. Saaraselle avustamisessa laitteiston virittämisessä toimintakuntoon sekä M. Nordmanille ja H.Virtaselle kuormituskallistuslaskennan suorittamisesta Lohjan geodynaamiselle tutkimusasemalle. Kiitokset myös J.P. Boylle ilmakehän aiheuttaman kuormitusmallinnuksen laskennasta. LÄHTEET Agnew, D.C., NLOADF a program for computing ocean-tide loading. J. Geophys. Res., 1002, Agnew, D.C., Boy, J.-P., L. Longuevergne, F. Boudin, T. Jacob, F. Lyard, M. Llubes, N. Florsch ja M.-F. Esnoult, Modelling atmospheric and induced non-tidal oceanic loading contributions to surface gravity and tilt measurements. J. Geodyn., 48, Kääriäinen J Observing the Earth Tides with a long water tube tilt meter. Ann. Acad. Sci. Fenn. A VI Physica, No 424. Kääriäinen J. and H. Ruotsalainen Tilt measurements in the underground laboratory Lohja2, Finland in Publ. Finn. Geod. Inst., No 110, Helsinki. Lisitzin E., Uninodal seiches in the oscillation system Baltic proper, Gulf of Finland. Tellus, 4, Ray, R.D A global ocean tide model from TOPEX/POSEIDON altimetry: GOT99, NASA Tech. Mem , Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USA. Ruotsalainen, H., Modernizing the Finnish long Water-Tube Tilt meter. Journal of the Geodetic Society of Japan, 47(1), Ruotsalainen, H., A Fizeau type thin film interferometer for precise fluid level sensing in the long water tube tilt meter. Abstracts of the VI Optics Days, , Finn. Opt. Soc., Jyväskylä, Finland. Ruotsalainen H., Interferometrisesti rekisteröivän pitkän vesivaa an kehitystyöstä ja sillä suoritetuista kallioperän liikkeiden tutkimuksesta. Teoksessa: A. Viljanen ja P. Mäntyniemi (toim.): XXII Geofysiikan päivät, s Ruotsalainen, H., Crustal loading signals in the recording of the long interferometric 116

5 water tube tilt meter in Lohja geodynamic laboratory, Finland. Abstr. Earth Tide Symp (ETS2008), Jena, Germany. Ruotsalainen, H., Recording deformations of the Earth by using interferometric water tube tilt meter. Lithosphere 2008 Symposium, Oulu, Finland, Extended Abstracts, Report S-53, Institute of Seismology, Univ. of Helsinki. Schwiderski, E.W., On the global ocean tides. Rev. Geophys., 18, Weise, A., Neigungmessungen in der Geodynamik - Ergebnisse von der 3-Komponentenstation Metsähovi. Doctoral thesis, Technical Univ. Clausthal, Germany, 80 pp. Wenzel, H.G., The nanogal software Earth Tide prosessing packet Eterna 3.3. Bull. Inf. Marees Terr., 124, Witting, R., Tidvattnet i Östersjön och Finska viken. Fennia, 29(2). Wübber, Ch. ja W. Krauss (1979) The two-dimensional seiches of the Baltic Sea. Oceanologica Acta, 2(4). 117

Samankaltaiset tiedostot

Interferometrisesti rekisteröivän pitkän vesivaa an kehitystyöstä ja sillä suoritetuista kallioperän liikkeiden tutkimuksesta

Interferometrisesti rekisteröivän pitkän vesivaa an kehitystyöstä ja sillä suoritetuista kallioperän liikkeiden tutkimuksesta Abstract Hannu Ruotsalainen Geodeettinen laitos, Hannu.Ruotsalainen@fgi.fi