Jyrisee, paukkuu, leimahtaa ja välähtää. Kun maapallon ilmasähkövirtapiirissä tapahtuu, se näkyy myös maan pinnalla – muun muassa elosalamoina ja Elmon tulina.

Elokuinen ilta, saunan jälkeen katse lepää raukeana jossain horisontissa. Äkkiä pilvien takana näkyy kirkas leimahdus, pian toinen. Olivatko ne elosalamoita?

”Kuulostavat kalevantulilta”, sanoo tutkija Antti Mäkelä Ilmatieteen laitokselta.

Kalevantulet ovat maa- tai pilvisalamoita, jotka ovat niin kaukana, ettei jyrinää kuulu tai salamakanavaa näy, vain salaman leimahdus. Ukkonen on tuolloin vähintään noin 15 kilometrin päässä.

”Elosalamassa salamakanava on selvästi näkyvissä, mutta jyrinää ei kuitenkaan kuulu.”

Kalevantulia ja elosalamoita leimahtelee koko ukkoskauden aikana, joka Suomessa kestää toukokuusta syyskuuhun. Ne alkavat kuitenkin näkyä vasta elokuussa, kun illat ja yöt pimenevät. Tästä elosalama on saanut nimensäkin. On kuitenkin täysin sattumaa, että niitä pääsee näkemään. Siksi havainnoista ei ole tarkkoja lukumääriäkään.

”Elosalama on yleensä maasalama, joka kulkee pilvestä maahan. Pilven yläosassa, noin kymmenen kilometrin korkeudessa, on positiivinen varauskeskus ja pilven alaosassa negatiivinen varauskeskus. Salama voi saada alkunsa kummasta tahansa, positiivisesta keskuksesta lähtevä salama on harvinaisempi.”

Elmon tulen takana on legenda

Ukkoseen ja salamointiin liittyy myös Elmon tuli. Se ei ole varsinainen salama, mutta se ennustaa salaman iskevän pian johonkin lähistölle. Se on muutamia kymmeniä senttejä korkea sinertävä valo esimerkiksi lyhtypylväästä tai muusta korkeasta kohteesta ylöspäin. Elmon tuleen saattaa liittyä myös ääniä, esimerkiksi ritinää.

”Elmon tulista on havaintoja jo vuosisatojen takaa, kun niitä nähtiin esimerkiksi laivojen mastoissa. Maston yläpuolella on silloin ollut ukkospilvi, jonka voimakas sähkökenttä aiheuttaa koronapurkauksen, mutta ei kuitenkaan salamaa”, Mäkelä kertoo.

”Elmon tulen nimi liittyy merenkulkijoiden suojelupyhimykseen Pyhään Elmoon eli Erasmus Formialaiseen. Legendan mukaan hän kärsi 300-luvun alussa marttyyrikuoleman, jota ennen salama tappoi hänen kiduttajansa mutta säästi Elmon.”

Tarina nostaa melkein hiukset pystyyn, ihan niin kuin ukkonenkin, vai onko sekin legendaa?

”Jos hiukset nousevat ukkosella pystyyn, kannattaa heti hakeutua suojaan. Jos lähistöllä ei ole rakennusta tai esimerkiksi autoa, on mentävä kyykkyyn ja pistettävä jalat yhteen. Puun alle ei saa missään tapauksessa mennä, koska virta hyppää puusta helposti ihmiseen. On syytä olla myös riittävän etäällä puista, jolloin maata pitkin etenevä virtakin on heikentynyt eikä ohjaudu ihmiseen – ja et­tei jää mahdollisesti kaatuvan rungon alle”, Mäkelä muistuttaa.

Kolme salamaa iskee tulta

Salama muodostuu esisalamasta, vastaesisalamasta ja pääsalamasta.

Esisalama puskee sähkövarauksen ilmaan, joka on hyvä eriste. Siksi esisalama on hidas. Se muodostaa kanavan, joka kuumenee ja alkaa johtaa sähköä. Samalla kanava täyttyy sähkövarauksella. Kun esisalama on riittävän lähellä maata, maasta kohoaa vastaesisalama. Sen syntypaikka on usein korkein kohta alueella, johon esisalama on aluksi hakeutunut.

”Varsinainen iskupaikka selviää vasta viimeisen sadan metrin matkalla, sitä ei voi etukäteen tietää.”

Kun esisalama ja vastaesisalama kohtaavat, tapahtuu varsinainen pamaus eli pääsalama.
Ukkoseen ja salamointiin liittyvä jyrinä syntyy, kun salamakanava on muodostunut ja pääsalama iskee. Kanava tulee hyvin kuumaksi ja laajenee nopeasti. Koska purkaus tapahtuu ilmassa, ilma pyrkii laajenemaan. Se tapahtuu yli äänen nopeudella, joten laajenemisesta syntyy iskuaalto. Jos salama lyö lähellä, ääni on pamaus, kuin tykinlaukaus. Kauempaa tullessaan se on tuttua jyrinää.

”Salamakanava ylettyy pilvestä maahan saakka, joten se on noin viisi kilometriä pitkä. Ääniaaltoa saapuu ihmisen korviin koko kanavan matkalta, ja lisäksi kanava mutkittelee. Siksi ääni ei ole tasaista jyrinää”, Mäkelä kertoo.

Välähdyksen ja jyrinän perusteella voidaan laskea, kuinka kaukana salama iskee. Välähdys etenee valon nopeudella, joten se näkyy heti. Ääneltä kuluu kilometriin kolme sekuntia. Etäisyys kilometreissä saadaan jakamalla välähdyksen ja jyrinän alkamisen aikaeron sekunnit kolmella.

Salaman kuumuus saa tuhoja aikaan

Salaman aiheuttama sähkövirtapulssi on hyvin lyhytkestoinen, sitä mitataan mikrosekunneissa. Ihmissilmin nähtävä salama on yleensä esisalama, joka kulkee pilvestä maahan.

Ei ihme, että salama iskiessään voi saada aikaan pahoja tuhoja. Sen lämpötila on 30 000 astetta.
”Puu saattaa räjähtää iskusta kappaleiksi, sillä salaman kuumuus höyrystää hetkessä puussa olevan kosteuden. Ihmiseenkin salama iskee silloin tällöin, tilastollisesti joka vuosi Suomessa kuolee 0,5 ihmistä, mutta räjähdyksiä ei sentään tapahdu. Ihminen johtaa hyvin sähköä, koska meissä on paljon vettä. Toisaalta salaman aiheuttama sähkövirtapulssi on niin lyhyt, ettei se ehdi kiehauttaa nesteitämme, vaan menee hetkessä ihmisen läpi maahan”, Mäkelä sanoo.

Uskomus, että kumisaappaat suojaavat ukkosenilmalla salamoilta, on pelkkä uskomus.

”Jos salama on tullut jo viiden kilometrin matkan ilman eli eristeen läpi, ei parisenttinen kumisaappaan pohja sitä enää pysäytä, vaan se menee kumppareistakin läpi maahan.”

Ukkosen pitkä historia

Maapallolla on jatkuvasti käynnissä noin tuhat ukkosta. Suomessa ukkospäiviä on noin sata vuodessa. Niistä maahan iskee 140 000 salamaa.

”Jos luku suhteutetaan pinta-alaan, jokaiselle neliökilometrille iskee 0,5 salamaa. Tropiikissa, esimerkiksi Keski-Afrikassa, räiske on paljon huimempi, 20 salamaa neliökilometrillä”, Mäkelä sanoo.

Ukkosia on ollut maapallolla aina. Alkumaapallon aikana niitä on olettavasti ollut paljon enemmän kuin nyt, sillä ilmakehä on ollut kosteutta ja pölyä täynnä.

”Jotkut tutkijat ovat sitä mieltä, ettei elämää olisi ilman salamoita. Kun salamat ovat iskeneet alkumereen, siellä on syntynyt monimutkaisempia molekyylejä, jotka ovat edesauttaneet elämän syntyä.”

”Ukkoset ovat osa ilmasähkövirtapiiriä. Yläilmakehässä, ionosfäärissä, on voimakas sähkökenttä ja suuret jännitteet. Auringon hiukkassäteily osuu sinne ja aiheuttaa voimakkaita sähkövirtoja. Ukkospilvistä syntyy vuotovirtaa ylös ionosfääriin ja heikkoa hyvän sään sähkövirtaa alaspäin.”

Ilmakehän dynamiikka pakottaa ukkosen syntymään. Kun maan pinnan lähellä alkaa olla liikaa lämpöä, lämpötilaerot pyrkivät tasoittumaan ja ilma alkaa nousta ylöspäin. Ilmiötä kutsutaan konvektioksi. Vedestä koostuvan pilven sisältämien hiukkasten törmäillessä syntyy sähköä ja samalla ukkonen.

Ukko ylijumalan kiukuttelua väi sähköilmiö?

Suomessa ukkosia on tutkittu 1800-luvulta lähtien, mutta jo 1700-luvulla Benjamin Franklin havaitsi leijakokeillaan, että kyseessä on sähköilmiö. Sitä ennen ukkosen jyrinän kuviteltiin syntyvän siitä, kun jumalat Tor tai Zeus leiskauttivat miekkansa kiveen. Suomessa uskottiin Ukko Ylijumalan olevan pahalla päällä, kun taivaalla rytisi. Siitä sääilmiö on saanut vakiintuneen nimensäkin.

Vieläkään ukkosesta ei tiedetä kaikkea. Sitä on vaikea tutkia laboratoriossa.

”Laboratoriot ovat kuin muurahaisia todellisen ilmiön rinnalla. Kyseessä on kilometrien kokoluokan sääilmiö, jossa olot ovat äärimmäisen vaaralliset: voimakasta tuulta, suuria rakeita, salamoita. Pilveen on hyvin vaikea mennä mittaamaan mitään ja mallinnukset laboratoriossa eivät vastaa alkuunkaan todellista tilannetta.”

Tutkimista on siis vielä paljon.

Niin kuin esimerkiksi se, miten maaston korkeuserot je esimerkiksi vesistöt vaikuttavat siihen, kuinka paljon tietyllä alueella ukkostaa. Sitä tutkija Antti Mäkelä on viime aikoina erityisesti pohtinut.

Artikkeli on alun perin julkaistu Suomen Luonnossa 06/2010.