Paleomagnetic and rock magnetic study with emphasis on the Precambrian intrusions and impact structures in Fennoscandia and South Africa

The importance of supercontinents in our understanding of the geological evolution of the planet Earth has been recently emphasized. The role of paleomagnetism in reconstructing lithospheric blocks in their ancient paleopositions is vital. Paleomagnetism is the only quantitative tool for providing ancient latitudes and azimuthal orientations of continents. It also yields information of content of the geomagnetic field in the past. In order to obtain a continuous record on the positions of continents, dated intrusive rocks are required in temporal progression. This is not always possible due to pulse-like occurrences of dykes. In this work we demonstrate that studies of meteorite impact-related rocks may fill some gaps in the paleomagnetic record. This dissertation is based on paleomagnetic and rock magnetic data obtained from samples of the Jänisjärvi impact structure (Russian Karelia, most recent 40Ar-39Ar age of 682 Ma), the Salla diabase dyke (North Finland, U-Pb 1122 Ma), the Valaam monzodioritic sill (Russian Karelia, U-Pb 1458 Ma), and the Vredefort impact structure (South Africa, 2023 Ma). The paleomagnetic study of Jänisjärvi samples was made in order to obtain a pole for Baltica, which lacks paleomagnetic data from 750 to ca. 600 Ma. The position of Baltica at ca. 700 Ma is relevant in order to verify whether the supercontinent Rodinia was already fragmented. The paleomagnetic study of the Salla dyke was conducted to examine the position of Baltica at the onset of supercontinent Rodinia's formation. The virtual geomagnetic pole (VGP) from Salla dyke provides hints that the Mesoproterozoic Baltica - Laurentia unity in the Hudsonland (Columbia, Nuna) supercontinent assembly may have lasted until 1.12 Ga. Moreover, the new VGP of Salla dyke provides new constraint on the timing of the rotation of Baltica relative to Laurentia (e.g. Gower et al., 1990). A paleomagnetic study of the Valaam sill was carried out in order to shed light into the question of existence of Baltica-Laurentia unity in the supercontinent Hudsonland. Combined with results from dyke complex of the Lake Ladoga region (Schehrbakova et al., 2008) a new robust paleomagnetic pole for Baltica is obtained. This pole places Baltica on a latitude of 10°. This low latitude location is supported also by Mesoproterozoic 1.5 1.3 Ga red-bed sedimentation (for example the Satakunta sandstone). The Vredefort impactite samples provide a well dated (2.02 Ga) pole for the Kaapvaal Craton. Rock magnetic data reveal unusually high Koenigsberger ratios (Q values) in all studied lithologies of the Vredefort dome. The high Q values are now first time also seen in samples from the Johannesburg Dome (ca. 120 km away) where there is no impact evidence. Thus, a direct causative link of high Q values to the Vredefort impact event can be ruled out.

Straw Performance Studies and Quality Assurance for the ATLAS Transition Radiation Tracker

The Transition Radiation Tracker (TRT) of the ATLAS experiment at the LHC is part of the Inner Detector. It is designed as a robust and powerful gaseous detector that provides tracking through individual drift-tubes (straws) as well as particle identification via transition radiation (TR) detection. The straw tubes are operated with Xe-CO2-O2 70/27/3, a gas that combines the advantages of efficient TR absorption, a short electron drift time and minimum ageing effects. The modules of the barrel part of the TRT were built in the United States while the end-cap wheels are assembled at two Russian institutes. Acceptance tests of barrel modules and end-cap wheels are performed at CERN before assembly and integration with the Semiconductor Tracker (SCT) and the Pixel Detector. This thesis first describes simulations the TRT straw tube. The argon-based acceptance gas mixture as well as two xenon-based operating gases are examined for its properties. Drift velocities and Townsend coefficients are computed with the help of the program Magboltz and used to study electron drift and multiplication in the straw using the software Garfield. The inclusion of Penning transfers in the avalanche process leads to remarkable agreements with experimental data. A high level of cleanliness in the TRT s acceptance test gas system is indispensable. To monitor gas purity, a small straw tube detector has been constructed and extensively used to study the ageing behaviour of the straw tube in Ar-CO2. A variety of ageing tests are presented and discussed. Acceptance tests for the TRT survey dimensions, wire tension, gas-tightness, high-voltage stability and gas gain uniformity along each individual straw. The thesis gives details on acceptance criteria and measurement methods in the case of the end-cap wheels. Special focus is put on wire tension and straw straightness. The effect of geometrically deformed straws on gas gain and energy resolution is examined in an experimental setup and compared to simulation studies. An overview of the most important results from the end-cap wheels tested up to this point is presented.

Macroseismology as a Component of Seismicity Assessments in an Intraplate Region: Studies of Northern Europe with Emphasis on Finland

This work focuses on the role of macroseismology in the assessment of seismicity and probabilistic seismic hazard in Northern Europe. The main type of data under consideration is a set of macroseismic observations available for a given earthquake. The macroseismic questionnaires used to collect earthquake observations from local residents since the late 1800s constitute a special part of the seismological heritage in the region. Information of the earthquakes felt on the coasts of the Gulf of Bothnia between 31 March and 2 April 1883 and on 28 July 1888 was retrieved from the contemporary Finnish and Swedish newspapers, while the earthquake of 4 November 1898 GMT is an example of an early systematic macroseismic survey in the region. A data set of more than 1200 macroseismic questionnaires is available for the earthquake in Central Finland on 16 November 1931. Basic macroseismic investigations including preparation of new intensity data point (IDP) maps were conducted for these earthquakes. Previously disregarded usable observations were found in the press. The improved collection of IDPs of the 1888 earthquake shows that this event was a rare occurrence in the area. In contrast to earlier notions it was felt on both sides of the Gulf of Bothnia. The data on the earthquake of 4 November 1898 GMT were augmented with historical background information discovered in various archives and libraries. This earthquake was of some concern to the authorities, because extra fire inspections were conducted in three towns at least, i.e. Tornio, Haparanda and Piteå, located in the centre of the area of perceptibility. This event posed the indirect hazard of fire, although its magnitude around 4.6 was minor on the global scale. The distribution of slightly damaging intensities was larger than previously outlined. This may have resulted from the amplification of the ground shaking in the soft soil of the coast and river valleys where most of the population was found. The large data set of the 1931 earthquake provided an opportunity to apply statistical methods and assess methodologies that can be used when dealing with macroseismic intensity. It was evaluated using correspondence analysis. Different approaches such as gridding were tested to estimate the macroseismic field from the intensity values distributed irregularly in space. In general, the characteristics of intensity warrant careful consideration. A more pervasive perception of intensity as an ordinal quantity affected by uncertainties is advocated. A parametric earthquake catalogue comprising entries from both the macroseismic and instrumental era was used for probabilistic seismic hazard assessment. The parametric-historic methodology was applied to estimate seismic hazard at a given site in Finland and to prepare a seismic hazard map for Northern Europe. The interpretation of these results is an important issue, because the recurrence times of damaging earthquakes may well exceed thousands of years in an intraplate setting such as Northern Europe. This application may therefore be seen as an example of short-term hazard assessment.

Suomen metsäteollisuuden uusien mahdollisuuksien aluetaloudelliset vaikutukset

Biojalostamo lisäisi talouskasvua ja työllisyyttä Tutkimuksessa selvitettiin biojalostamotoiminnan aluetaloudellisia vaikutuksia Kymenlaakson ja Satakunnan maakuntiin. Biodieselin valmistus kohentaisi molemmilla alueilla talouskasvua yhteensä 3,0–3,5 prosenttiyksiköllä eli noin 200 miljoonalla eurolla vuoteen 2020 mennessä. Työllisyys paranisi Kymenlaaksossa 437 ja Satakunnassa 420 henkilötyövuodella. Biojalostamotoiminta näyttäisi tukevan työllisyyttä suhteellisesti vähemmän kuin talouskasvua johtuen alan pääomavaltaisuudesta. Kymenlaakso hyötyisi biojalostamosta hiukan enemmän kuin Satakunta johtuen aluetalouksien rakenteellisista eroista. Metsäteollisuuden menetyksiä voitaisiin kompensoida Kymenlaakso on kärsinyt metsäteollisuuden supistumisesta tähän asti suurimmat menetykset. Biojalostamon perustaminen Kymenlaaksoon voisi merkittävästi korvata paperin tuotannon laskusta aiheutuneita menetyksiä. Talouskasvun suhteen biojalostamo voisi korvata puolet menetyksistä. Työllisyysmenetyksistä biojalostamotoiminta pystyisi kompensoimaan noin neljäsosan. Tukien merkitystä biojalostamon aluetaloudellisiin vaikutuksiin selvitettiin tukityypeittäin ja -tasoittain. Sekä raaka-aine- että tuotantotukivaikutukset jäivät simuloinneissa vaatimattomiksi. Tukien tehottomuutta selittää niiden pienuus. Muut toimialat kärsivät biojalostamoalan tukemisesta, mikä vähentää tukien aluetaloudellista vaikuttavuutta. Toisaalta reaalimaailmassa tuet voivat olla ratkaisevassa asemassa bioenergia-alan käynnistyessä ja sen kehityksen alkumetreillä. Bioenergia-strategian mukainen kehitys tuottaisi tulosta Bioenergian käytön lisäämisen aluetaloudellista vaikuttavuutta tutkittiin Keski-Suomen maakuntaa koskevan tapaustutkimuksen avulla. Vaikutusten laskenta pohjautui maakunnan bioenergian käytön tavoitteiden mukaisiin määriin. Mikäli bioenergian käyttö kasvaisi Keski-Suomessa neljällä terawattitunnilla vuoteen 2015 mennessä, vaikutus talouskasvuun olisi yhteensä 0,5 prosenttiyksikköä eli 35 miljoonaa euroa. Maakunnan työllisyys paranisi yli 200 henkilötyövuodella. Todennäköisesti myönteisiä aluetalousvaikutuksia vahvistaisi vielä alueen energiaostoista johtuvien vuotojen väheneminen energiaomavaraisuuden kasvaessa. Keski-Suomelle voisi kertyä hyötyjä myös bioenergiateknologian alan laitevalmistuksen osaamisen lisääntymisen kautta. Biojalostamotoiminta on täysin uudenlaista toimintaa, joten tilastollista seurantatietoa tältä alalta ei ole käytettävissä. Julkisia teknis-taloudellisia selvityksiä biodieselin tuotannosta on saatavilla suhteellisen niukasti. Koska simuloinneista saadut tulokset perustuvat biojalostamolle oletettuun kustannusrakenteeseen, tuloksia on tästä syystä käsiteltävä vain suuntaa-antavina. Ruralia-instituutti suosittaa biojalostamotoiminnan aluetaloudellisten vaikutusten seuraamista ja laskelmien päivittämistä, kun tarkempaa tietoa biojalostamon tuotannon kustannuksista ja tuotteiden kysynnän rakenteesta on saatavilla. Biojalostamon kustannusrakenne. Biojalostamotoiminta kompensoisi noin puolet massa- ja paperiteollisuuden supistumisesta aiheutuneista talouskasvun menetyksistä Kymenlaaksossa.

Massa- ja paperiteollisuuden supistumisen ja tulevaisuuden kuvien aluetaloudelliset vaikutukset

Tutkimus on jatkoa Ruralia-instituutin syksyllä 2008 julkaisemalle metsäteollisuuden mahdollisen supistumisen aluetaloudellisia vaikutuksia selvittäneelle työlle. Päivitetty tutkimus on edellistä kattavampi, sillä selvitys ulottuu nyt kaikkiin Suomen massa- ja paperiteollisuuden yrityksiin. Massa- ja paperiteollisuuden vuoden 2007 alusta syksyyn 2009 ilmoittamat pysyvät kapasiteetin leikkaukset ovat yhteensä lähes 19,0 % vuoden 2007 tasoon verrattuna. Massan valmistuksessa menetykset ovat yli 20 % ja paperin/kartongin valmistuksessa noin 17 %. Supistamispäätökset merkitsevät kerroinvaikutuksineen yhteensä 1,4 miljardin euron ja 8 800 henkilötyövuoden menetystä. Kun vähennykset suhteutetaan menetyksiä kärsineiden maakuntien yhteenlaskettuun BKT:n ja työllisten määrään, toimenpiteet vastaavat 2,0 % laskua taloudellisessa kasvussa ja 0,8 % menetystä työllisyydessä. Vuoden 2008 lopulla vastaavat menetykset olivat 0,9 miljardia euroa ja 6 000 henkilötyövuotta. Vaikeudet keskittyvät itäiseen Suomeen. Kymenlaakso on kärsinyt suurimmat menetykset rahallisesti ja työllisten määrässä. Suhteellisesti eniten on menettänyt Kainuu. Pohjois-Savo nousee menettäjänä kolmen kärkeen, jos Stora Enson Varkauden tehtaiden sulkeminen toteutuu vuoden 2010 lopussa. Myös Keski-Suomessa, Lapissa ja Pohjanmaalla on suljettu kokonaisia tehtaita ja tästä on tullut selviä vaurioita. Pienemmillä tappioilla ovat selvinneet Etelä-Karjala, Pohjois-Karjala, Pohjois-Pohjanmaa ja Satakunta, joissa on ollut vain tuotannon seisokkeja ja/tai yksittäisiä tuotantolinjojen sulkemisia. Alueet, joiden elinkeinorakenne on monipuolinen, sopeutuvat nopeammin metsäteollisuuden supistumiseen. Tämä näkyy muun muassa pienempinä työllisyysmenetyksinä. Lisäksi aluetalouden koolla on merkitystä. Pienille aluetalouksille vaikutukset ovat voimakkaammat. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös metsäteollisuuden rakennemuutoksen etenemisen vaikutuksia. Jos kehitys jatkuu negatiivisena, kuten Metla esitti keväällä 2009 tai pelätty kauhuskenaario alan tuotannon puoliintumisesta toteutuisi, kansantalouden menetykset olisivat merkittävät. Metlan skenaariossa BKT:n vähentyminen olisi kumulatiivisesti laskettuna suurimmillaan vuosien 2009 ja 2013 aikana, noin 450 miljoonaa euroa. Vastaavasti kauhuskenaariossa summa olisi lähes 700 miljoonaa euroa. Menetystä korostaa talouslama, minkä vuoksi muut alat eivät pysty täysin kompensoimaan massa- ja paperiteollisuuden vaikeuksia. Kokonaistuotanto näyttäisi kuitenkin toipuvan, mikäli nykyinen lama jäisi lyhyeksi. Työllisyys kärsisi huomattavasti kummassakin negatiivisessa skenaariossa. Vastapainoksi tutkittiin myös ns. sisäisen devalvaation sekä paperimarkkinoiden elpymisen vaikutusta. Sisäinen devalvaatio toteutuisi massa- ja paperiteollisuuden maltillisen palkkaratkaisun ja Ruotsin kruunun devalvoitumista vastaavan kustannusedun kautta. Kansainvälisten paperimarkkinoiden elpymisen vaikutusta tutkittiin vientihintoja ja -määriä nostamalla. Näistä tehokkaimmaksi osoittautui vientihintojen nousu. Myönteisten skenaarioiden vaikutusten ja nykyisten päätösten aiheuttamien aluetaloudellisten menetysten vertaaminen kuitenkin paljastaa, että vieläkin parempaa kehitystä vaaditaan. Kymenlaakso ja Pohjois-Savo jäisivät edelleen miinukselle.

Lounais-Suomen pohjavesien toimenpideohjelma vuoteen 2015

Kaikissa EU-maissa on laadittu ensimmäiset vesienhoitosuunnitelmat, joiden avulla tavoitellaan pinta- ja pohjavesien hyvää tilaa vuonna 2015. Pohjavesin osalta tavoitteena on pohjavesien hyvä kemiallinen ja määrällinen tila. Vesienhoito on osa koko Euroopan laajuista, vesipolitiikan puitedirektiiviin pohjautuvaa työtä. Kokemäenjoen-Saaristomeren-Selkämeren vesienhoitoalueelle laaditussa vesienhoitosuunnitelmassa asetettujen tavoitteiden saavuttamiseksi on Lounais-Suomen alueen pohjavesille laadittu toimenpideohjelma. Lisäksi alueelle on laadittu kaksi pintavesien hoidon toimenpideohjelmaa, joista toinen Varsinais-Suomeen ja toinen Satakuntaan. Lounais-Suomen pohjavesien toimenpideohjelmaan vuoteen 2015 on koottu tiedot pohjavettä heikentävistä toiminnoista, riskipohjavesialueista ja selvityskohteista sekä pohjavesien määrällisestä ja kemiallisesta tilasta. Toimenpideohjelmassa esitetään myös tärkeimmät toimenpiteet, joiden avulla pohjavesien määrällinen ja kemiallinen hyvä tila pyritään saavuttamaan ja ylläpitämään vuoteen 2015 mennessä. Pohjavesien osalta tarkastelu kohdistuu vedenhankinnan kannalta tärkeisiin pohjavesialueisiin (luokka I) ja vedenhankintaan soveltuviin pohjavesialueisiin (luokka II). Lounais-Suomessa pohjavesialueita on yhteensä 295, joista I-luokan alueita on 219 kappaletta ja II-luokan alueita 76 kappaletta. Toimenpideohjelmassa tarkastellaan tarkemmin pohjavesialueita, joilla pohjaveden tila on heikentynyt tai hyvä tila on uhattuna ihmistoiminnasta johtuen. Lounais-Suomen alueella merkittävimmät pohjavettä vaarantavat ja muuttavat toiminnot ovat teollisuus ja yritystoiminta, pilaantuneet maa-alueet, liikenne ja tienpito sekä asutus ja maankäyttö. Myös maa-ainesten otolla, maa- ja metsätaloudella sekä vedenotolla ja tekopohjaveden muodostamisella voi olla pohjaveden laatua heikentäviä vaikutuksia. Riskialueiksi nimettiin 34 pohjavesialuetta, selvityskohteiksi 48 ja seurantakohteiksi 5 pohjavesialuetta. Huonoon tilaan on kemiallisen tilan arvioinnin kautta luokiteltu 9 pohjavesialuetta, joiden ongelmat johtuvat mm. torjunta-aineista, kloridista, liuottimista, polttonesteiden lisäaineista ja raskasmetalleista. Pohjavesien määrällinen tila on kaikilla Lounais-Suomen pohjavesialueilla hyvä. Kemiallisen hyvän tilan saavuttaminen ja sen ylläpitäminen vaativat toimenpiteitä, joista tärkeimpiä ovat riskitoimintojen ohjaaminen pohjavesialueiden ulkopuolelle, pohjavesien suojelusuunnitelmat, pilaantuneiden maa-alueiden tutkimukset ja kunnostukset sekä tiealueiden pohjavesisuojausten rakentaminen. Pohjavesien hyvää kemiallista tilaa ei saavuteta kaikilla pohjavesialueilla vuoteen 2015 mennessä, vaikka esitetyt toimenpiteet toteutettaisiin. Toimenpideohjelma tarkistetaan kuuden vuoden välein, jolloin arvioidaan uudestaan pohjavesien tila ja toimet pohjavesien hyvän tilan saavuttamiseksi.

Pohjavesivarat aktiiviseen hyötykäyttöön eteläisessä Satakunnassa ja Laitilassa

Pohjavedet aktiiviseen hyötykäyttöön eteläisessä Satakunnassa ja Laitilassa kehittämissuunnitelma laadittiin Varsinais-Suomen ELY-keskuksen koordinoimana yhdessä Euran, Köyliön ja Säkylän kuntien sekä Harjavallan, Kokemäen, Laitilan ja Rauman kaupunkien, Satakuntaliiton, Varsinais-Suomen liiton ja Pyhäjärvi-instituutin yhteishankkeena. Suunnittelu tehtiin Sweco Ympäristö Oy:n sekä alikonsultteina toimineiden Vesi-instituutti Wanderin ja Suomen Pohjavesitekniikka Oy:n toimesta. Kehittämissuunnitelman tavoitteena on yhdyskuntien vedentarpeen turvaaminen määrällisesti ja laadullisesti myös tulevaisuudessa, hyvälaatuisen pohjaveden käytön lisääminen alueella (korvata huonolaatuiset pohjavesilähteet ja mahdollisesti myös pintavesilähteet)sekä hyvien pohjavesivarojen hyödyntäminen niin, että se antaisi mahdollisuudet teollisuuden ja erityisesti biotalouden kehittämiselle koko suunnittelualueella. Suunnitelmassa on löydetty sekä yhdyskuntien vedenhankintaa että elinkeinoelämän turvaamista ja kehittämistä palveleva ratkaisu. Vedenhankinnan kehittämisen ensimmäisessä vaiheessa turvataan yhdyskuntien lisäveden- ja varavedentarpeet rakentamalla kolmeuutta vedenottamoa; Kokemäen Risteelle, Köyliön Ristolaan ja Säkylän Porsaanharjulle. Lisäksi toteutetaan näihin liittyvät uudet vesijohtoyhteydet mukaan lukien varavesiyhteys Harjavallan ja Kokemäen välille. Ratkaisu parantaa nykyisen elinkeinoelämän toimintaedellytyksiä alueella ja mahdollistaa myös yritysten kehittymistä ja kasvua jo lähitulevaisuudessa. Ensimmäinen vaihe mahdollistaa lisäksi uudenlaisen vesibisneksen käynnistämisen suunnittelualueella. Ensimmäisen vaiheen rakentamiskustannukset ovat 11,0 milj. € ja toteutusaikataulu 2 – 5 vuotta. Alueellista yhteistyötä kehitetään perustamalla Ristolan ottamoa varten kuntien yhteinen osakeyhtiömuotoinen tukkuvesilaitos. Vedenhankinnan jatkokehittelyllä kohti tekopohjavesilaitosta vedenhankintaa saadaan entisestään alueellistettua ja optimoitua. Tekopohjavesilaitos mahdollistaa pintaveden käytöstä luopumisen ja turvaa vedenhankinnan varmuutta jopa alueen ulkopuolella. Alueelliseen tekopohjavesilaitoksen käyttöön siirtyminen luo alueen elinkeinoelämälle uusia toimintamahdollisuuksia. Laitoksenkapasiteetista riippuen mahdollisuuksia on jopa veden laajamittaiseen vientiin asti. Tähän tarkoitukseen juuri eteläisen Satakunnan ja Laitilan muodostama alue on yksi vahvimpia alueita Suomessa. Tekopohjavesilaitoksen rakentamiskustannukset ovat noin 24 – 53 milj. €. Alueen pitkäjännitteinen kehittäminen vaatii toimivaa yhteistyöorganisaatiota, jolle on tämän suunnitelman puitteissa luotu hyvät lähtökohdat jatkaa aloitettua työtä.