Takaisin sivulle Geofysiikan tutkimus.

Sähkönjohtavuus ja sen käänteisarvo, ominaisvastus,  kuvaavat väliaineen ominaisuutta kuljettaa sähkövarauksia. Vaikka maa- ja kallioperän ainesten sähkönjohtavuus vaihtelee hyvin paljon (10^-7-10⁷ S/m), ovat useimmat aineet käytännössä eristeitä. Eräät mineraalit kuten grafiitti ja metalliset sulfidit ovat kuitenkin hyviä sähkönjohteita, joten niiden sekä veden runsaus (elektrolyyttien määrä) maankamarassa parantaa sähkönjohtavuutta.

Miten sähkönjohtavuutta sitten käytetään hyödyksi geofysiikan tutkimuksissa?

Sähköstaattiset (dc) menetelmät

Sähkövirta on varausten liikettä. Jos sähkövaraukset pysyvät paikoillaan on kyseessä staattinen sähkökenttä, jota voidaan havainnoida mittaamalla potentiaalieroa (jännitemittarilla) kahden pisteen välillä. Tähän perustuu ns. omapotentiaali- eli SP-menetelmä, jolla voidaan paikantaa hyviä, maanpinnan lähellä olevia johteita.

Kun maahan syötetään esim. auton akusta  tasaista sähkövirtaa kahden maadoitetun elektrodin avulla, luodaan keinotekoinen virtausstaattinen sähkö-kenttä. Syötetyn virran ja kahden pisteen välillä mitatun potentiaalieron suhde on Ohmin lain (R=U/I) mukaisesti verrannollinen maan sähkönjohtavuuteen. Huomioimalla mittausgeometria (elektrodien väliset etäisyydet) määritetään ns. näennäinen ominaisvastus. Tasa-virtaa käyttäviä maavastusluotaus ja -profilointi-menetelmiä käytetään erityisesti pohjavesi- ja maaperätutkimuksissa.

Sähkömagneettiset (SM) menetelmät

SM induktioksi kutsuttavassa ilmiössä syntyy sähköä johtaviin materiaaleihin ulkoisen, ajan suhteen muuttuvan SM kentän vaikutuksesta sähkövirtoja ilman suoraa (galvaanista) kontaktia

Mittaamalla sopivalla vastaanottimella (induktio-kela tai potentiaalielektrodit) indusoituneiden virtojen aiheuttaman sekundäärisen SM kentän muutosta eri paikoissa saadaan tietoa maan sisäisestä sähkönjohtavuuden vaihteluista.

Geometrisen etäisyyden lisäksi SM kentän vaimeneminen riippuu väliaineen sähkön-johtavuudesta siten, että mitä korkeampi on taajuus sitä lyhyempi on tunkeutumissyvyys. SM kentän taajuutta pienentämällä saadaan siis tietoa syvemmältä maan sisältä.

Magnetotelluurisessa (MT) menetelmässä mitataan maan luonnollista sähkö- ja magneettikenttää useiden tuntien, jopa päivien ajan. MT-menetelmällä voidaankin tutkia litosfääriä jopa 100-200 km syvyydelle asti. Koska pitkäperiodisen SM kentän aallonpituus on suuri, on MT-menetelmän erotuskyky heikko. Audio-MT ja radio-MT menetelmissä taajuudet ovat sen verran korkeammat (1-5000 Hz), että ne soveltuvat paremmin mm. malminetsintään.

Useimmissa sovelletun geofysiikan menetelmissä käytetään ulkoisen SM kentän synnyttämiseen keinolähdettä, joka on joko induktiokela (dipoli) tai iso johdinsilmukka. Mittaustaajuus on välillä 10-50000 Hz, joten tutkimussyvyys on välillä 1-1000 m.

Harmonista (sinimuotoisesti värähtelevää) lähetinvirtaa käyttävien ns. SM taajuusmenetelmien lisäksi on kehitetty aika-alueen ns. pulssimenetelmiä, joissa mitataan primääripulssin aiheuttamien vaimenevien ja etääntyvien virtojen sekundääristä SM kenttää mittalaitteesta riippuen aikavälillä n. 0.01-100 ms.

Maatutkaluotaus (GPR) on geofysikaalinen SM tutkimusmenetelmä, jossa käytetään niin korkeaa taajuutta (50-1000 MHz), että induktion asemesta joudutaan tarkastelemaan SM aallon heijastumista. Sähkönjohtavuuden asemesta tutkitaan tällöin sähkoistä permittiivisyyttä (l. dielektrisyyttä). Koska puhtaan veden dielektrisyysvakio on korkea (80 yksikköä) ovat maaperä-, pohjavesi- ja jäätikkö-tutkimukset maatutkamenetelmän pääsovellutuksia. Monissa geoteknisissä tie- ja maapohjatutkimuksissa hyödynnetään maa-tutkamenetelmää. Korkean taajuuden vuoksi maatutkamenetelmän erotuskyky on hyvä, mutta syvyysulottuvuus on melko alhainen (n. 0.1-20 m).