Teksti ja kuvat: Jari Piikki

Yleistä kehistä

Kehät ovat taivaan tarkkailijoille tuttuja ilmiöitä. Yleensä niitä näkee cirrocumulus, altocumulus ja stratocumuluspilvissä. Useimmiten kehiä on auringon ympärillä, vaikka kuun kehiä huomaakin helpommin pienemmän kirkkauden vuoksi. Kauneimpia ilmiöitä taivaalla lienee altocumuluspilvissä oleva yksinkertainen punareunainen kehä, aureola. Komeimmat kaksois- tai kolmoiskehät näyttäytyvät harvoin ja kestävät yleensä vain muutaman minuutin, jolloin pilven pisarat ovat samankokoisia sen ollessa nuori. Kehät syntyvät pilvien vesipisaroissa tai jääkiteissä diffraktion vaikutuksesta kun valon eri aallonpituudet taipuvat eri tavalla ja erottuvat näin eri väreinä. Kehän koko riippuu myös pisaroista, suuret pisarat tuottavat pienen kehän ja pienet suuren.

Siitepölykehien löytyminen

Kehiä esiintyy muuallakin kuin pilvissä. Jo usean vuoden ajan ovat ilmakehän valoilmiöiden tarkkailijat ihastelleet siitepölykehien keväistä loistoa. Ensimmäisiä havaintoja niistä tehtiin vuonna 1989. Siitepölyteorian toivat silloin esille Jukka Ruoskanen ja Marko Riikonen. Ilmiön tunnistamisen jälkeen on löytynyt myös vanhempia havaintoja mm. Pekka Parviaiselta.

Myöskin vanhoista lehdistä on löydetty mahdollisia siitepölykehien valokuvia. Kehien havaitsijoita on ollut kiitettävän paljon useana vuonna. Suomalaisten havainnot ovat herättäneet maailmalla kiinnostusta ja Ursan ilmakehänvaloilmiöjaosto lienee ainoa joka tekee säännöllisiä havaintoja siitepölykehistä, vaikka myös ulkomailla on nähty siitepölykehiä. Suomessa ensimmäisinä huomattiin kirkkaimmat koivun ja männyn aiheuttamat kehät. Myöhemmin on löydetty myös kuusen, lepän, katajan, heinien ja homepölyn aiheuttamia kehiä.

Siitepölyn esiintyminen

Tietoja siitepölymääristä ilmassa julkaisee Turun Yliopiston Aerobiologian työryhmä. Tietoja löytyy myös internetistä (http://www.utu.fi/ml/aerobiologia/). Suurimmat siitepölypitoisuudet aiheuttavat leppä (Alnus incana), koivu (Betula verrucosa), kuusi (Picea abies) ja mänty (Pinus sylvestris). Näiden puiden keskimääräiset siitepölyarvot ovat kukinnan runsaimpina päivinä 100, 1000, 200 ja 1000 hiukkasta ilmakuutiossa. Arvot vaihtelevat eri vuosina runsaastikin. Etenkin kuusen ja koivun kukinta voi jäädä joinakin vuosina kokonaan väliin.

On myös vuosia, jolloin arvot ovat moninkertaiset normaaliin verrattuna. Lepän kukinta alkaa jo varhain keväällä. Sitten seuraa toukokuun alkupuolella koivu ja loppupuolella kuusi. Mänty kukkii kesäkuun alussa. Myös muut heikommin kukkivat puut voinevat aiheuttaa kehiä. Pohjoisempana kukinta alkaa yleensä myöhemmin ja on vähäisempää kuin etelässä. Kukinnan alkamiseen ja kestoon vaikuttaa suuresti sää. Kun on lämmintä ja kuivaa on ilmassa myös paljon siitepölyä. Voimakkaan korkeapaineen aikaan voi kukinta alkaa yhtaikaa koko maassa. Kylmät ja sateiset kaudet hidastavat kukkimista. Usein on havaittu myös siitepölyn kulkeutu- neen Suomeen eteläisten ilmavirtausten mukana Suomenlahden yli jo ennen kukinnan alkamistakin. Myös Pohjois-Suomeen on kulkeutunut jopa runsaita määriä pölyä Etelä-Suomesta. Eniten siitepölyä on mantereisen ilmaston alueella sisämaassa.

Siitepölykehien ulkonäkö

Siitepölykehät näkyvät keväällä ja kesällä puiden kukinnan aikaan selkeällä taivaalla tuntikausia toisin kuin pilvikehät. Useimmat niistä ovat soikeita alle 30 asteen korkeudella horisontista. Aureolan säde on n. 1 aste ja toisen vyöhykkeen n. 2 astetta. Eri lajien kehät ovat vähän eri kokoisia ja muotoisia. Kehät näkyvät myös pilvien edessä kun aurinko on aivan pilven reunan lähellä, koska siitepöly ei nouse pilvien korkeudelle.

Kunkin kasvin siitepölyhiukkaset ovat melko samankokoisia ja muotoisia, jolloin kehät tulevat näkyviin. Lepän ja koivun hiukkaset ovat soikeahkoja ja niissä on pieniä nystyröitä, ituaukkoja. Kuusen ja männyn hiukkaset ovat kolmiosaisia ilmapusseineen. Hiukkasten koko vaikuttaa kehien kokoon aivan kuten pilvikehissäkin. Pienimmät lepän, koivun ja katajan hiukkaset tuottavat suurimmat kehät, männyn ja etenkin kuusen kookkaiden hiukkasten saadessa aikaan pienempiä kehiä. Näyttää siltä, että tarvitaan runsaasti hiukkasia, jotta kehät näkyisivät hyvin. Runsaana määränä pidetään yli 100 hiukkasta/m³ Parhaimmillaan kukin kehä on vain pari päivää, vaikka voi näkyä viikkojakin kukinnan heikentyessä vähitellen.

Kehät teoriassa

Siitepölykehähavaintojen tultua esille suorittivat Eberhard Tränkle ja Bernd Mielke Berliinissä tietokonesimulointeja sekä tutkivat hiukkasten diffraktiokuvioita, joilla todistettiin että siitepöly voi aiheuttaa kehiä. Niissä kokeiltiin eri tekijöiden vaikutusta kehän muotoon. Näitä olivat mm. siitepölyhiukkasen koko ja muoto sekä niiden poikkeamat keskiarvosta, hiukkasten asento ja liikkuminen sekä auringon korkeus. Tutkimuksia tehtiin koivun, kuusen ja männyn siitepölykehistä. Vertaamalla tuloksia havaintoihin voitiin tehdä päätelmiä siitepölyhiukkasten käyttäytymisestä ilmassa.

Hiukkasten koon ja muodon vaihtelua ei esiintynyt paljonkaan. Kehäthän eivät näkyisi ollenkaan, jos hiukkaset olisivat kovin eri muotoisia ja eri kokoisia. Mikroskooppitutkimuksissa on todettu männyn hiukkasten koon vaihtelun olevan 10% luokkaa. Muoto voi vaihdella 20% rajoissa, esim. ilmapussit voivat olla eri kokoisia, mikä aiheuttaa hiukkasen heilumista. Koivulla on runsaampi koon ja muodon vaihtelu, mistä johtuen kehät eivät ole kovin selkeitä.

Simulaatioissa näkyi myös koivun kehissä kirkastumia kun hiukkasten koon vaihtelu laitettiin pieneksi. Niitä ei kuitenkaan ole havaittu luonnossa. Yleensä hiukkasten poikkeamat saavat kehät epäselvemmiksi ja ulommat vyöhykkeet heikkenevät sekä kirkastumat häviävät. Hiukkasten todettiin olleen erittäin hyvin orientoituneita eli ne ovat samassa asennossa. Orientoituminen aiheuttaa kehän soikeuden sekä kirkastumien näkymisen kehän ylä- ja alaosassa sekä sivuilla. Satunnaisesti leijailevat hiukkaset synnyttäisivät pyöreän kehän. Kun soikeat hiukkaset ovat ilmassa samassa asennossa, on kehä myös soikea, mutta toisin päin.

Jos hiukkasen lyhyempi akseli on pystysuoraan on kehän lyhyempi akseli silloin vaakasuoraan. Näin on tilanne siitepölyhiukkasilla. Männyn ja kuusen tapauksissa tilanne on vielä monimutkaisempi. Kehiä simuloitiin laittamalla männyn siitepölyhiukkanen kapeaan valokiilaan, jolloin hiukkasen toiselle puolelle syntyy diffraktiokuvio, joka vastaa taivaalla näkyvää kehää. Hiukkaset ovat todennäköisesti ilmassa niin, että hiukkasen lyhyt akseli on vertikaalisesti. Ilmapussit ovat tällöin kevyempinä ylös päin. Mahdollinen on myös toinen asento, jossa akseli on horisontaalisesti. Molempien tapausten simulointikuviot ovat aika samannäköisiä mutta vertikaalinen suuntaus sopii kuitenkin paremmin havaintoihin ja lienee näin todennäköisin. Männyn ja kuusen kehissä näkyvät kirkastumat johtuvat siitepölyhiukkasen eri osien aiheutamien diffraktiokuvioiden päällekkäisyydestä. Ne näkyvät vain matalilla auringon korkeuksilla, jolloin hiukkasia katsotaan sivulta päin ja ilmapussit ovat näkyvissä. Korkeammalla pussit jäävät hiukkasen yläpuolelle näkymättömiin eivätkä näin aiheuta kirkastumia. Kirkastumat alkavat näkyä alle 30 asteen päässä horisontista. Myös kehien soikeuden muuttuminen johtuu siitä että hiukkasten projektio muuttuu pyöreästä soikeaksi korkeuden laskiessa.

Kehien täydellisyyttä heikentää hiukkasten heiluminen ilmavirtauksissa. Täydellisesti orientoituneiden hiukkasten tapauksessa kehän eri vyöhykkeiden välissä olisi tumma raita ja kirkastumat olisivat vielä selvempiä myös ulommissa vyöhykkeissä. Havaintoihin sopii 20° heiluminen, 50° saadessa aikaan jo pyöreän kehän. Myös kehän halkaisijoiden suhteet muuttuvat heilumisen seurauksena. Suhteisiin vaikuttaa myös hiukkasten muoto ja auringon korkeus.

Kokeita siitepölyllä

Kasvien siitepölyä voi myös kerätä. Toin keväällä puiden aloittaessa kukintaansa oksia sisälle. Niistä oli sitten helppo varistella pölyt paperin päälle ja purkkiin. Pimeiden iltojen tultua tein siitepölyllä kokeita. Levitin pölyä ohuen kerroksen lasin päälle ja kuvasin sitten diaprojektorin valoa vasten siinä näkyneitä kehiä. Epätasaisuuksien eliminoimiseksi liikuttelin lasia valotuk- sen aikana. Kehät olivat pyöreitä koska hiukkasten asennot olivat satunnaisia. Värit näkyivät hienosti tummaa taustaa vasten kuten simulaatioissa. Kehien oikeat värit sain esiin keinovalo- filmille tai sinisen suotimen läpi päivänvalofilmille. Taivaallahan kehien väri vaihtelee tausta- taivaan värin vaihtuessa auringon korkeuden mukaan. Parhaista kehistä näkyi jopa jopa 7 vyöhykettä. Luonnossa ei liene mahdollista havaita niin moninkertaista kehää taustan vaaleu- den vuoksi. Kokeilin myös miltä kehä näyttää, jos se syntyy kahdesta siitepölystä yhtaikaa. Tällainen tilanne on hyvin mahdollinen luonnossakin. Tuloksena oli epäselvempi kehä, josta näkyi vain sisimmät vyöhykkeet.