Tutkimus geotieteissä

Luonnonkatastrofit ovat tärkeä tutkimusaihe, koska asutettujen ympäristöjen osuus ja monimuotoisuus kasvavat jatkuvasti, mikä puolestaan saattaa lisätä luonnonkatastrofien seurausvaikutuksia. Entistä pienemmät luonnonilmiöt voivat aiheuttaa taloudellisia ja henkilömenetyksiä. Riskien arviointiin kuuluu aiempien katastrofien ja niiden seurausten tutkimus, sekä vastaavien katastrofien vaikutusten arviointi nyky-yhteiskunnassa. Tämä koskee erityisesti harvinaisia luonnontapahtumia.

Seismisen riskien arvioinnissa kerätään tietoa maanjäristysten paikallisesta ja ajallisesta jakaumasta sekä erikokoisten seismisten tapahtumien toistumisväleistä. Tilastollisessa seismisen riskin arvioinnissa on tavanomaista esittää todennäköisyyksiä, joilla alueella sattuu tietynsuuruisia maanjäristyksiä ja niistä johtuvia tietynsuuruisia maanliikkeitä tietyillä aikaväleillä. Seismisen riskin arviointi on tärkeää myös matalan seismisyyden alueilla herkkien rakenteiden, kuten ydinvoimalaitosten, turvallisuuden takaamiseksi.

Kotimaisten ja ulkomaisten seismisen riskin arviointiprojektien lisäksi Geotieteiden ja maantieteen osaston tutkijat osallistuvat myös esimerkiksi luonnonkatastrofien varoitus- ja tiedonvälitysjärjestelmän rakentamiseen. Järjestelmän tarkoituksena on välittää tietoa lähestyvistä, myös ulkomailla tapahtuvista luonnonkatastrofeista ja toimia tiedonvälityskanavana onnettomuustilanteissa. 

 

Taloudellinen geologia käsittää ne maankamaran luonnonmateriaalit, joita voidaan hyödyntää taloudellisesti ja/tai teollisesti. Tavallisesti termillä tarkoitetaan metallisia malmiesiintymiä ja mineraalivaroja (malmigeologia). Suomen olosuhteissa näihin materiaaleihin kuuluvat jalo- ja perusmetallit, teollisuusmineraalit ja rakennuskivet. Taloudellinen geologia on vuosikymmenten ajan ollut tärkeä opinnäytetöiden ja tutkimuksen aihe Suomessa, ja tutkimuksemme ikivanhojen Prekambristen malmiesiintymiemme alalla tunnetaan maailmalla. Aktiivisen tutkimuksen kohteita laitoksella ovat: hydrotermisten kultaesiintymien kuten Ilomantsin Pampalon malmin synty, karbonatiitteihin liittyvät malmit, harvinaisia maametalleja (REE) ja jalokiviä sisältävät graniittipegmatiitit kuten Luumäen jaloberyllipegmatiitti ja Kymin topaasipegmatiitti.

Paleontologinen tutkimus Helsingin yliopistossa keskittyy menneisyyden nisäkäsfaunojen ja kasvillisuuden kehitykseen, jotka ovat muuttuneet vuorovaikutteisesti geologisen ajan saatossa. Mitkä prosessit ovat johtaneet luonnon fossiili- ja sedimenttiarkistoissa havaittuihin muutoksiin, kun ilmasto muuttuu ja ihmisvaikutus lisääntyy? Nykyisiä tutkimusaiheita ovat Euraasian mantereen kasvillisuuden kehitys viimeisen kymmenentuhannen vuoden aikana, ihmisen evoluution ympäristöt Afrikassa viimeisen viiden miljoonan vuoden aikana, sekä Aasian ilmaston, elinympäristöjen ja ekosysteemien geologinen historia viimeisen 65 miljoonan vuoden aikana. Keskitymme lajien ja eliöyhteisöjen evoluutioprosesseihin ja menneiden ympäristöjen ja ilmastojen rekonstruktioihin käyttäen ominaispiirteisiin pohjautuvaa menetelmää, ekometriaa, joka on kehitetty Helsingissä. Muita keskeisiä menetelmiä ovat suurten fossiilitietoaineistojen analyysi ja mallinnus, muotojen 3D-analyysi, ilmastomallinnus, isotooppigeokemia, mikro-organismien kuten siitepölyjen ja piilevien sedimenttiarkistot ja laboratoriokokeet. Maastotöitä on tehty mm. Suomessa, Baltian maissa, Kiinassa, Iranissa ja Itä-Afrikassa.

Hydrogeologiassa ja ympäristögeologiassa tutkitaan Helsingin yliopistossa lähellä maanpintaa ja matalissa lämpötiloissa kuin myös syvällä maankamarassa olevien geoympäristöjen hydrogeologisia piirteitä sekä niissä ilmastonmuutoksen ja ihmistoiminnan seurauksena havaittavia muutoksia. Käynnissä olevat tutkimusprojektit tähtäävät pohjaveden ja vesistöjen luonnollisten vuorovaikutusten sekä ihmisen vesivarastoissa aikaansaamien häiriöiden ymmärtämiseen. Erityisen mielenkiinnon kohteena ovat kaivosympäristöt.

Tutkimuksessa fokusoidaan vesivarastojen hydrogeologisten ja hydrogeokemiallisten piirteiden 3D-mallinnukseen, pohjaveden ja pintaveden väliseen vuorovaikutukseen sekä syvien pohjavesien pitkän aikavälin hydrogeokemialliseen evoluutioon. Keskeisiä menetelmiä ovat 3D hydrostratigrafinen ja hydrogeokemiallinen mallinnus, hydrogeokemia, isotooppigeokemia ja infrapunakaukokartoitus.

Meillä on pitkät tutkimusperinteet pohjaveden ja pintaveden vuorovaikutuksen tutkimisesta järvi- joki- ja kosteikkoympäristöissä. Viimeisimmissä tutkimuksissa termisiä menetelmiä on käytetty jäljittämään pohjaveden purkautumispaikkoja vesistöön ja kosteikkoihin helikopterin tai miehittämättömien lentoalustojen (UAV) avulla.

 

Osastolla tehdään laaja-alaista petrologista tutkimusta (petrologia = oppi kivistä). Tutkimusmenetelmiä ovat moderni petrografia (kivien sisältämien mineraalien identiteetti ja rakennesuhteet), mineralogia, geokemia, isotooppigeologia ja geokronologia. Näillä päästään suoraan käsiksi kivien syntyprosesseihin ja niiden avulla voidaan arvioida Maan geologista kehitystä myös laajemmassa mittakaavassa. Osaston tekemä tutkimus keskittyy suurelta osin graniittisten (erityisesti ns. A-tyypin graniitit) muodostumien syntyyn, evoluutioon ja malmisisältöön sekä niiden yhteydessä esiintyviin mafisiin kiviin. Muita tutkimuskohteita ovat prekambrinen hapan ja emäksinen magmatismi, mannerkuoren sulamisprosessit, muinaiset pintasyntyiset kerrostumat (mantereiset kvartsiitit ja arkoosit, basalttiset laavakentät) sekä nuoret (mioseenista nykypäivään) vulkaaniset ja plutoniset systeemit. Kerättyä tietoa käytetään mannerkuoren evoluution mallintamiseen etenkin Fennoskandiassa ja Pohjois-Amerikan Kordillieereilla. Mikro- ja nanomittakaavan geokemiallisten ja isotooppimenetelmien kehittymisen myötä olemme rakentaneet uuden, mineraalikiteille tarkoitetun mikronäytteenottomenetelmän. Sen avulla voidaan graniiteista kerätä mikroskooppisia näytteitä, joita voidaan käyttää magmasäiliössä tapahtuvien prosessien tutkimukseen, nyt ensimmäistä kertaa neljässä ulottuvuudessa (tarkka paikka ja aika).

Yhteistyössä Luonnontieteellisen keskusmuseon (LUOMUS) kanssa osasto on tutkinut Gondwana-supermantereen 180 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneeseen hajoamiseen liittyviä Karoon laakiobasaltteja nykyisen Etelämantereen ja Etelä-Afrikan alueella. Tutkimusmatkoja Etelämantereen Kuningatar Maudin maalla sijaitsevalle Aboan tutkimusasemalle (S73°03, W013°25) on tehty vuodesta 1989 alkaen, viimeisin 2007-2008, ja seuraava on suunnitteilla. Karoon basalttiset laavakentät kattoivat muodostuttuaan n. 2 000 000 neliökilometrin alueen noin kilometrin keskipaksuudella. Mikä johti näiden valtavien, koko Maan ilmastoa ja elämää järkyttävien laavakenttien syntyyn, on aktiivisen tutkimuksen ja tieteellisen väittelyn aihe.