Suomen syvin reikä aiheuttaa ”tuhansia mikromaanjäristyksiä” – koepumppaus selvittää, mihin ilmansuuntaan vesi kulkee yli kuuden kilometrin syvyydessä

Espoon Otaniemessä, aivan Aalto-yliopiston vieressä on Suomen syvin reikä. Maan uumeniin johtava onkalo on 6,4 kilometriä syvä.

Jos maan päälle rakentaisi jotain yhtä pitkää, se ulottuisi Helsingin kauppatorilta Munkkivuoreen.

Kallioon porattu reikä on osa St1 Deep Heatin pilottiprojektia, jossa rakennetaan Suomen ensimmäinen geotermisellä energialla toimiva lämpölaitos.

Reikä sijaitsee Fortumin lämpölaitoksen alueella. Sisällä laitoksessa on nyt seisminen keskus, jossa projektin etenemistä valvotaan.

Geoterminen lämpö on lupaava vaihtoehto päästöttömään lämmöntuotantoon.

St1:n mukaan projekti voi onnistuessaan mullistaa täysin sen, miten lämpöä tuotetaan Suomessa.

Miten kalliosta saadaan lämpöä maan päälle?

Geotermistä lämpöä tuotetaan poraamalla maaperään kaksi yhtä syvää reikää.

Toisesta reiästä pumpataan vettä kallion halkeamiin, jossa se lämpenee luontaisesti kallioperän 130 celsiusasteen lämpötilassa.

Kuuma vesi nousee ylös toisesta reiästä, josta lämpö siirretään lämmönvaihtimen avulla kaukolämpöverkkoon.

Otaniemessä ensimmäinen yli kuuden kilometrin pituinen reikä valmistui vuoden 2018 alussa. Toista reikää on porattu vasta puoliväliin.

Tällä viikolla päättyy puolitoista kuukautta kestänyt koepumppaus, jossa vettä pumpattiin kallion halkeamiin.

Sillä selvitetään, mihin ilmansuuntaan vesi kulkee.

”Tiedämme että vesi menee sinne kuuden kilometrin syvyyteen, mutta emme tiedä lähteekö se pohjoiseen vai etelään”, ST1 Deep Heatin tuotantojohtaja Tero Saarno kertoo.

Maan päälle Suomen syvin reikä ei näy, sillä sen päällä on suuri porausrigi, eli poraustorni. Vettä pumpataan kallioon kahden sinisen pumpun avulla. © Tommi Tuomi / Otavamedia

Pumppausvaiheen jälkeen alkaa tulosten analysointi. Dataa kertyy noin 32 terabittiä, joten sen analysoimiseen menee koko syksy.

Toista reikää jatketaan ensi vuonna sinne, minne vesi luontaisesti kulkee.

Jos kaikki menee suunnitelmien mukaan, laitos on valmis tuotantokäyttöön vuoden 2019 lopussa.

Apua, maanjäristys!

Suurin osa Suomen kallioperästä on kovaa ja kestävää graniittia, mutta poratessa on tullut vastaan myös muita kivilaja ja jopa pieniä määriä kultaa.

”Mutta sitä löytyy pihatien sepelistäkin. Määrät ovat niin pieniä, ettei sen takia kannata mitään valtausta tänne tehdä”, Saarno toteaa.

Kun kallion halkeamiin pumpataan vettä, ne laajenevat hiukan. Kallion syvyyksissä halkeama saattaa aueta millin tai kaksi.

Kohdasta, jossa kallio on liikahtanut, lähtee aalto pallomaisesti joka suuntaan. Se kulkee kalliota pitkin ja maan pintaan tullessaan muuttuu ääneksi.

Ilmiötä kutsutaan mikromaanjäristykseksi. Saarnon mukaan maan järähtely on niin pientä, ettei ihminen voi sitä tuntea.

Kallion poraamisen käytetään volframista valmistettuja poranteriä, joissa on teollisuustimantilla päällystettyjä nastoja. Kuuden kilometrin syvyyteen uppoutuva pora on koottu kierreliitoksilla 9,8 metrin putkista. © Tommi Tuomi / Otavamedia

”Kun ihminen kuulee äänen, se sekoittuu helposti tärinään. Ääniaalto voi aiheuttaa esimerkiksi ikkunalasien tärinää, jolloin ajatellaan, että koko rakennus tärisee.”

Pumppausvaiheen jälkeen seismisyys eli kallion liikehdintä vähenee merkittävästi, mutta yksittäisiä järistyksiä voi vielä tulla, arvioi seismologi Tommi Vuorinen Iltalehdessä.

Saarno kertoo, että valmis lämpölaitos ei enää aiheuta järistyksiä.

”Laitoksen käydessä kallio ja vesi ovat tasapainotilassa, eikä veden määrä kallioperässä enää lisäänny.”

Geoterminen lämpölaitos sijaitsee Espoon Otaniemessä © St1 Deep Heat Oy

Punaista rajaa ei ole ylitetty

Seismisessä keskuksessa on neljä opiskelijaa kesätöissä, joista yksi on Helsingin yliopistossa geotieteitä opiskeleva Kauri Kolehmainen.

”Me valvomme seismistä aktiivisuutta, eli värähtelyä, jota kalliossa tapahtuu. Kirjaamme tiedot taulukkolaskentaohjelmaan ja kirjoitamme raportteja”, Kolehmainen kertoo.

Helsingin yliopiston seismologian laitos valvoo projektia Espoon kaupungin pyynnöstä.

Opiskelijat näkevät suuret tapahtumat ensimmäisinä ja tiedottavat, jos keltainen tai punainen raja ylittyy.

Keltainen raja on 1,2 magnitudia. Jos punainen raja eli 2,1 magnitudia ylittyy, veden pumppaaminen täytyy lopettaa.

Punaista rajaa ei ole koepumppauksen aikana rikottu. Suurin mikromaanjäristys on ollut voimakkuudeltaan 1,9 magnitudia.

Se tapahtui sunnuntaina 8. heinäkuuta. Monet pääkaupunkiseudulla ihmettelivät silloin järistyksen aiheuttamaa pamahdusta.

Lähes yhtä voimakas, 1,87 magnitudin mikrojäristys tuli maanantai-iltana 16.7.

Ihmiset havaitsevat vain pienen osan tuhansista mikromaanjäristyksistä

Yhdellä tietokoneen ruudulla on matalia vihreitä pylväitä rivissä.

”Kun kaikki palkit hyppäävät punaiseksi ja laskevat alas, se on aito meidän aiheuttama mikromaanjäristys. Niitä tulee vähän väliä”, Saarno kertoo.

Yksi palkki kasvaa ja vaihtaa väriä omia aikojaan. Saarno selittää, että sen anturi on irti.

Geotieteiden opiskelija Kauri Kolehmainen (edessä) tarkastelee geofonien lähettämiä tietoja seismisestä aktiivisuudesta. Takana istuu tuotantojohtaja Tero Saarno. © Tommi Tuomi / Otavamedia

Yhtäkkiä kaikki palkit hypähtävät punaisina ylös ja laskevat saman tien. Se oli todella pieni mikromaanjäristys.

Me emme sitä tunteneet millään tavalla, vaikka olemme aivan poratun reiän vieressä. Ihokarvakaan ei värähtänyt sen enempää, mitä ilmastointi saa aikaan.

Isomman järistyksen aikana palkit pysyvät ylhäällä pidempään. Koko ruutu voi olla punaisena kymmenen sekuntiakin.

”Kun tämä projekti on ohi, olemme aiheuttaneet tuhansia mikromaanjäristyksiä”, tuotantojohtaja Saarno kertoo.

Ihmiset havaitsevat niistä vain murto-osan, arviolta joitakin kymmeniä.

Geofoni kertoo, jos juna on myöhässä

Veden liikkeitä kallion halkeamissa mitataan seismometreillä, joita kutsutaan geofoneiksi. Niitä on asetettu kaksitoista kappaletta eri puolille pääkaupunkiseutua porattuihin reikiin.

Otaniemen syvässä reiässä on toiset kaksitoista geofonia päällekkäin ketjuna, joka ulottuu 3 kilometrin syvyyteen.

Geofonit ovat seismometrejä, jotka paikantavat veden ja kallion liikkeitä. Niitä on sijoitettu eri puolille pääkaupunkiseutua.

Näiden lisäksi on vielä 15 värähtelyn pintanopeutta mittaavaa seismometriä. Pintanopeus on se, minkä ihminen tuntee – jos tuntee.

Järjestelmä toimii kolmiomittauksena, jolla pystytään paikallistamaan mikromaanjäristyksen lähtöpaikka.

Eri puolilla olevat laitteet havaitsevat värähtelyn hieman eri aikaan. Muutamien millisekuntien aikaviiveestä pystytään päättelemään, kuinka kaukana tapahtuma oli mistäkin mitta-asemasta.

Mittaustuloksista täytyy erotella, mikä värähtely tulee kallioperästä, sillä geofonit havaitsevat kaiken.

Tietokoneen näytölle tulevissa mittaustuloksissa näkyvät rakennusten paalutus, kallion räjäytykset sekä junien ja metrojen kulku. Kun juna menee ohi, kuvaajassa kohina kasvaa ja sitten vaimenee.

Saarno osoittaa tietokoneen näyttöä.

”Täältä pystyy katsomaan, onko VR aikataulussa.”